SuperARN 高频雷达回波特征研究.pdf

作者简介

刘二小,1984 年出生,内蒙古包头人。2007 年毕业于
西安电子科技大学、获学士学位。2007 年~2013 年西安电
子科技大学硕博连读。2013 年 6 月获西安电子科技大学博
士学位。导师:吴振森教授,胡红桥研究员。
主要研究方向:电离层电波传播、超视距雷达目标定
位等。
代表性成果及经历:已在《Annales Geophysicae》、
《Advance in Polar Science》、《地球物理学报》等权威、核心期刊和国际国内重要
学术会议发表学术论文 10 余篇。2009 年 11 月~2011 年 4 月赴南极执行中国第 26
次南极科学考察任务,历时 17 个月,主要负责极区空间环境实验室以及中山站高
频雷达的建设与维护以及后续的常规观测等。博士在读期间,主持并参与了国家
自然科学基金、国家高技术研究发展计划(863)、中国极地战略研究基金等多个项
目。
Erxiao Liu, was born in Baotou, Inner mongolia, China, in 1984. He received his
. in Electronic Information in 2007 and the . degree in Radio physics from
XiDian University, Xi’an, China, in June 2013.
His research interests include the radio wave propagation in ionosphere and the
location model of high frequency Over the Horizon Radar.
He has published over 10 journal and conference papers. From November 2009 to
April 2011, he has been to the Antarctic and been a member of the 26th Chinese reseach
expedition, lasting for more than 17 months. He mainly took charge in the building and
the maintenance of the Laboratory of Polar Space environment and Zhongshan HF radar
and the regular observations of these equipments.
摘要
利用超级双子极光雷达观测网(SuperDARN)探测空间电离层等离子体不规
则体及其运动规律,有助于分析和解决许多空间天气学现象及相关问题,而
SuperDARN 高频相干散射雷达目标回波特点及其准确定位一直是一个复杂的课
题。本文结合中国南极中山站首部相控阵高频雷达的安装和运行,着重研究了
SuperDARN 高频雷达的回波特征。基于短波射线追踪技术,估算了 SuperDARN
雷达标准目标定位模型的误差,并提出了新的目标定位模型。该模型参数由雷达
斜距和到达角共同组成,取代了以往用雷达斜距作为唯一参数的标准目标定位模
型。同时,提出利用 SuperDARN 高频雷达扫频模式下的地面回波数据估算电离层
参数的方法。最后,总结了利用中山站高频雷达观测到的极区中层夏季回波的特
点。主要工作概述如下:
首先,利用 2010 年新建的中国南极中山站高频雷达通道 A 的观测数据,对电
离层回波总数随回波强度、多普勒速度、多普勒谱宽和距离的分布特征进行了研
究,总结了中山站高频雷达的回波分布特点。结果表明,中山站高频雷达大部分
电离层回波发生在较近距离处,而且,不同波束探测的回波总数具有很大区别,
其中,编号较小的波束探测的回波总数相对较少,而且平均回波强度、多普勒速
度和谱宽也相对较小。同时,利用中山站高频雷达通道 B 中不同频率下的观测数
据,分析了雷达回波总数、强度、发生率随频率的变化特性。结果表明,不同频
率下观测的电离层回波平均回波强度和发生率都不同。在现有的观测频率段内,
较低频率段探测的回波较多,较高频率段探测的回波较少。在 2010 年的探测频率
段内,中山站高频雷达的最佳探测频率为 9~10MHz。利用射线追踪仿真技术,对
频率特性进行了仿真,结果显示不同波束之间回波发生率的区别主要与波束指向
的不同有关,而且不同频率的高频电波其探测区域也有所差异。