[發明專利]一種用斜測電離圖反演F2層參數的方法

有效

• 申請號: 202110381240.0
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113109632B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 李寧;張超麗
• 申請（專利權）人: 三門峽職業技術學院
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

本發明提供了一種用斜測電離圖反演F2層參數的方法，首先利用等效路徑定理和正割定理將斜測電離圖尋常波描跡轉化為垂測電離圖，以垂測電離圖的最大頻率為初步確定的F2層臨界頻率，然后從斜測電離圖尋常波描跡上獲取3組測量數據，高角波數據1組，低角波數據2組，再利用電波射線幾何關系，計算出每組測量數據對應的仰角，進而通過測量數據、計算數據與收斂條件的關系，判定解集合中滿足收斂條件的方程組的解；本發明解決了臨界頻率的反演精度高度依賴于高角波數據完整程度的問題，解決了僅使用低角波數據帶來的反演結果不穩定的問題，解決了在求解方程組的過程中把仰角也當作待求解未知量的問題，有效提高了反演結果的精度和穩定性。

技術領域

本發明涉及電離層電子濃度剖面反演領域，尤其涉及一種用斜測電離圖反演F2層參數的方法。

背景技術

電離層是指離地面60km左右到900km左右處于電離狀態的高層大氣區域。電離層內存在4個密度不同的區域，分別稱為D、E、F1和F2層。F2層離地面約200km以上，是反射無線電信號或影響無線電波傳播條件的主要區域。

電離層可以通過斜向探測的方式進行觀測，觀測方式為將發射機和接收機置于不同的站點，發射機向電離層發射不同頻率的高頻電波，通過電離層反射后，接收機記錄發射脈沖和接收脈沖間的時延。不同時延的回波信噪比隨探測頻率的變化以圖形的方式展示出來，稱為斜測電離圖。

高頻電波(3MHz～30MHz)的折射發生在斜測鏈路中繼點處的電離層，通過反演斜測電離圖可以獲取斜測鏈路中繼點處的電離層電子濃度剖面。有些地方(比如沙漠、海洋和沼澤等)是無法部署垂測儀的，斜測電離圖的反演方法可以被應用來監測這些地方的電離層。另外，由N個斜測發射端和M個斜測接收端構成的斜測網絡可以獲得N×M個電離層電子濃度剖面。當N和M都比較大時，斜測網絡的探測能力就會大于由N+M個垂測儀組成的垂測網絡的探測能力。

目前，常用的方法是利用準拋物模型來反演斜測電離圖，但是現有方法存在反演結果不穩定的問題，無法應用于實際電離圖的反演。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用斜測電離圖反演F2層參數的方法，以有效的提高反演結果的精度和穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種用斜測電離圖反演F2層參數的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用等效路徑定理和正割定理將斜測電離圖尋常波描跡轉化為垂測電離圖，以垂測電離圖的最大頻率為初步確定的F2層臨界頻率f_v；

步驟2：從斜測電離圖尋常波描跡上獲取3組測量數據(f_i,P_i)，其中高角波數據1組，低角波數據2組，f_i為電波頻率，P_i為群距離測量值，i＝1,2,3；

步驟3：利用電波射線幾何關系，計算每組測量數據所對應的仰角β_i；

步驟4：設置一個由所有可能的解所構成的集合S＝{x(f_c,h_m,y_m)}，其中，f_c為F2層臨界頻率，h_m為F2層峰高，y_m為F2層半厚度；

步驟5：在集合S中隨機選取一個可能的解x(f_c,h_m,y_m)，根據準拋物模型計算群距離計算值P_xi和大圓距離計算值D_xi；