摘要：为完善国内星载电离层成像光谱仪研究,设计了一种适用于120～180 nm波段探测的光学系统。根据探测目标特点,结合国外方案提出了以离轴抛物镜为物镜,超环面光栅为成像光谱系统的方案;为解决传统单光栅结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点,结合光栅表面方程和光程函数方程进行了理论分析,获得了全波段像差纠正的处理方法;利用Matlab编程计算初始结构,并用Zemax设计优化,成功得到了F数为6.8,焦距为102.3 mm,具有良好空间分辨率和高光谱分辨率的星载电离层成像光谱仪系统。通过对结果进行分析可知,全系统的像差得到充分校正,全视场全波段调制传递函数值在0.7以上,光谱分辨率0.56 nm,满足设计指标要求,设计方法和设计结果合理可行。

摘要：设计一组适用于小功率便携式电离层探测仪的预处理能量积累算法。该积累算法由基于脉间相位编码的脉冲压缩算法、基于多次探测的多普勒积累算法和群时延多普勒域二维积累算法3部分组成。实时采集的数字信号经过脉冲压缩算法处理后,回波能量均在电波历经的群时延距离附近聚集,信噪比提高,回波的相位信息被保留。然后,依据多次探测过程中的相位连续性实现多普勒积累。最后,基于数字图像处理技术和电离层回波的时延与多普勒连续散布特性提出群时延多普勒域二维积累算法,不仅可以提高短波信道的衰落区域的能量,还可以填补脉间调相体制的回波区域中的固有盲区。研究结果表明:实测数据经积累算法处理后,回波信噪比显著提高;这些积累算法可为弱回波检测提供具有更高信噪比的数据,减小探测仪的功耗,有利于设备的小型化和便携化。

摘要：电离层沿场不规则体散射具有很强的方向性,利用其进行甚高频(Very High Frequency,VHF)频段超视距通信时,需要准确可靠地确定散射轨迹以及地球上可接收散射信号的范围.文章基于电离层不规则体沿场散射的特点,分析了入射波、散射波及散射点地磁方向之间的几何关系,提出了一种电离层沿场不规则体散射几何分布模型.运用该模型对高中低纬度地区不同高度的电离层沿场不规则体散射进行了计算和分析,并将计算结果与已有文献中的数据结果进行了对比,结果比较一致.该模型能够计算电离层沿场不规则体VHF频段可接收信号的散射轨迹,为VHF散射通信链路的设计、布站提供了依据和技术指导.

摘要：通过气辉成像仪对电离层气辉进行探测,能够反映电离层中电子总含量、等离子体泡分布等特性,是有效的电离层探测方式之一。电离层的原子分子在白天吸收太阳辐射激发到较高能态,在夜间以气辉的形式将能量辐射出去,辐射强度与所参与反应的电离层成分密度等密切相关,因此气辉是用来观测电离层很好的示踪物。天基气辉成像方法具有全球范围观测的巨大优势,为了推动天基成像仪的设计研制和参数优化,丰富和扩展电离层探测手段,需要对全球气辉强度进行成像仿真分析。该研究主要工作:(1)分析了电离层夜间630 nm光化反应过程,设计了一种气辉成像仿真分析方法,该方法对630 nm辐射强度进行计算,分别获得了太阳活动高年和低年内四个不同季节的气辉单光谱信号源强度分布,为设定探测指标提供理论依据;(2)开展了630 nm气辉天底成像仿真研究,包括成像链路分析、信噪比分析,并使用一个时间延时积分成像的典型成像仪参数,开展结合卫星运行轨道的扫描成像仿真。本文主要结论:(1)夜间630 nm单光谱气辉强度与日间太阳辐射强度关系密切,太阳活动高年夜半球平均辐射强度为115 Rayleigh,太阳活动低年夜半球平均辐射强度为50 Rayleigh,辐射大小和分布符合卫星载荷GLO-1和国际空间站IMAP任务的实际观测结果;(2)典型参数成像仪天底观测幅宽达到245 km,气辉水平分辨率达到1 km,对强度大于50 Rayleigh气辉成像的信噪比优于10,在太阳活动高年能够清晰观测电离层气辉全球尺度结构,在太阳活动低年能够观测低纬地区电离层气辉结构。该研究结果可为天基电离层气辉成像探测提供理论依据,也可为其他辐射波段的气辉观测和成像仪参数设计优化提供参考。

摘要：本文采用高效集合卡尔曼滤波(EnKF)算法和背景场热层电离层理论模式NCAR-TIEGCM,开发了热层电离层数据同化系统.基于全球空地基GNSS电离层斜TEC观测、CHAMP和TIMED/GUVI热层参量观测构型设计了系列观测系统模拟实验,对热层参量进行估计.实验结果表明,(1)通过集合卡尔曼滤波算法同化电离层TEC观测能够较好地优化热层参量.(2)中性质量密度优化效果在整个同化阶段均有提升,提升百分比能达到40%.(3)积分氧氮比在同化阶段也能得到较好的优化,但在电子密度水平梯度变化剧烈区域效果较差.最后本文对中性质量密度进行了预报评估,结果表明,由于中性成分优化,在地磁平静条件下其预报时间尺度可长达24h.

摘要：研究了一种星载太阳同步轨道远紫外成像光谱仪,以满足对低层大气驱动力与电离层之间耦合作用探测的科学需求。仪器拟采用双侧向临边探测方法,对电离层中在远紫外波段产生昼夜不同特征辐射的各种粒子的光谱辐射强度进行探测,进而定量获取低层大气驱动力的影响。根据探测机理,进行了仪器系统观测方案设计、仪器性能参数与系统设计、原理样机系统集成、性能测试和地面辐射定标等研究,该研究为我国未来电离层远紫外成像光谱探测提供一种思路。

摘要：为满足短波频率管理系统对电离层斜向返回探测系统提出的可搬移、小体积等需求,设计了一种新型单站式WIOBSS(武汉电离层斜向返回探测系统).该系统采用高性能的PXI(外围组件互联总线在仪器领域的扩展)总线作为系统总线,设计成具有模块化、标准化、小体积和低成本等特点的车载式系统.同时,为使WIOBSS中各模块具备即插即用的性能,利用DriverStudio工具开发了PXI接口驱动程序.实验结果表明,在不包括天线和功率放大器的情况下,WIOBSS的尺寸约为177.8 mm×431.8 mm×457.2 mm.而且在实际探测中,WIOBSS清晰地获得了1100 km范围内包含有电离层斜向返回探测信息和电离层垂直探测信息的扫频电离图和多普勒图,从而为短波频率管理系统开拓了一种新的探测手段.

摘要：电离层成像探测一直是我国大气遥感的一个薄弱环节。根据大气成像光谱探测原理,针对应用要求设计和研制了电离层探测成像光谱仪原理样机。样机采用一片离轴抛物镜与改进的Czerny-Turner光谱仪匹配的光学结构形式,工作波段为120~180 nm的远紫外波段。探测器选用了接收平面为微通道板（MCP）的光子计数型楔形阳极位敏探测器,在真空下实现对远紫外波段的探测。样机质量6.8 kg,体积360 mm×210 mm×250 mm。利用实验室真空系统与氘灯搭建了样机检测系统,获得了样机的基本性能参数。与国外方案结果对比表明,样机光谱分辨率为2.4 nm,空间分辨率75μm,对应地面分辨率约0.6 km,除传输效率略低外,其他各项指标均接近或达到先进水平,该成果对空间和大气遥感具有重要的研究和应用价值。

摘要：本文通过两个事例分析表明，磁果期间磁层对流和沉降粒子的增强不仅对祖光区电离层扰动形态有控制作用，而且也会引起继后的中低纬及赤道电离层变化。高纬区低热层大气受热后，F层抬升和中性大气成分变化导致的电子密度正、负扰会向低纬扩展；在E层高度上，扰动发电机对赤道区喷泉效应的抑制使驼峰区扰动更为突出。这些过程均使中低纬电离层foF2和h’mF变化中出现相应材征。地面电离层垂测站链在夜间常能观测到多站几乎同时的h’mF．上升现象。这可能是二区场向电流有极大的增强，或是行星际磁场又转为北向，也可能是此两过程同时作用的结果。

摘要：本文用美国NCAR非相干散射雷达链的观测资料进行了两个事例分析。结果表明,在所选事例的中、弱磁扰期间,高低纬电离层间以动力耦合效应为主,即扰动电离层发电机的特征较明显。由于赤道电离层特性和赤道站雷达观测灵敏度较高,从而也观测到与扰动电场从高纬直接穿透过来相关的电动耦合现象。最后,对有关的物理过程进行了讨论。