电离层与磁层探测V

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1、空间探测与天线组阵技术航空航天学院上课地点：B103教室上课时间：周四9-11节单位：航空航天学院教师：王玉文电话：13908015631E-mail：wangyw@uestc.edu.cn办公地址：研究院大楼2楼211室第一章空间对地观测（4学时）第二章中高层大气探测（4学时）第三章电离层与磁层探测（4学时）第四章太阳观测与太阳系探索（2学时）第五章测试基础理论与技术（6学时）第六章天线组阵基础理论（8学时）第七章天线组阵技术及应用（8学时）第八章天线技术的发展（4学时）空间探测课程目录教材及主要参考书目教材：1.焦维新编著，《空间探测

2、》，北京大学出版社，2002；2.(美)DavidH编著,李海涛译,《深空网的天线组阵技术》，清华大学出版社，2005；参考书：1.周立伟主编，《目标探测与识别》，北京理工大学出版社，20042.张光义编著，《空间探测相控阵雷达》，科学出版社，2001考核方式与成绩评定考核方式：课程设计（开卷考试）成绩评定：课程设计（70％）+平时成绩（30％）其中平时成绩包括出勤率、习题作业。第三章电离层与磁层探测3.1电离层与磁层概况3.2电离层介绍3.3电波在电离层的传播3.4各波段在电离层的传播特性3.5等离子体介绍3.6等离子体信息技术3.7等

3、离子体航天技术3.1电离层概况3.1电离层的结构特点包围地球的是厚达两万多千米的大气层，大气层里发生的运动变化对无线电波传播影响很大，对人类生存环境也有很大影响。在离地面约10～12km（两极地区为8～10km，赤道地区达15～18km）以内的空间里，大气是相互对流的，称为对流层。离地面大约10～60km的空间，气体温度随高度的增加而略有上升，但气体的对流现象减弱，主要是沿水平方向流动，故称平流层。平流层中水汽与沙尘含量均很少，大气透明度高，很少出现像对流层中的气象现象。对流层中复杂的气象变化对电波传播影响特别大，而平流层对电波传播影响很

4、小。从平流层以上直到1000km的区域称为电离层，是由自由电子、正离子、负离子、中性分子和原子等组成的等离子体。使高空大气电离的主要电离源有：太阳辐射的紫外线、X射线、高能带电微粒流、为数众多的微流星、其它星球辐射的电磁波以及宇宙射线等，其中最主要的电离源是太阳光中的紫外线。该层虽然只占全部大气质量的2％左右，但因存在大量带电粒子，所以对电波传播有极大影响。从电离层至几万千米的高空存在着由带电粒子组成的两个辐射带，称为磁层。磁层顶是地球磁场作用所及的最高处，出了磁层顶就是太阳风横行的空间。在磁层顶以下，地磁场起了主宰的作用，地球的磁场就像

5、一堵墙把太阳风挡住了，磁层是保护人类生存环境的第一道防线。而电离层吸收了太阳辐射的大部分X射线及紫外线，从而成为保护人类生存环境的第二道防线。平流层内含有极少量的臭氧（O3），太阳辐射的电磁波进入平流层时，尚存在不少数量的紫外线，表10―1―1电离层各层的主要参数图10―1―2大气的分层现象图10―1―3长、中、短波从不同高度反射3.2电离层介绍电离层概况电离层是地球高空大气层的一部分，它从60千米一直延伸到大约1000千米的高度。电离区域在这个范围内，主要是太阳的紫外辐射及高能微粒辐射等，使得大气分子部分游离，形成了由电子，正、负离子和

6、中性分子、原子等组成的等离子体结构特点电离层电子浓度的高度分布有几个峰值区域按这些峰值区域划分D、E、F1、F2区图5-6电离层电子浓度的高度分布3.2电离层介绍D层特点：60～90km夜间消失，气体密度大，电子易与其它粒子复合而消失，夜间没有日照而消失在中午时达到最大电子密度对电波损耗较大电子密度随季节有较大的变化。E层：90～150km可反射几兆赫的无线电波在夜间其电子密度可以降低一个量级3.2电离层介绍F层：170～200km为F1层，200km以上称F2层。在晚上，F1与F2合并为一层。F2层的电子密度是各层中最大的，在白可达2×

7、1012个/m3，冬天大，夏天小。F2层空气极其稀薄，电子碰撞频率极低，电子可存在几小时才与其它粒子复合而消失。F2层的变化很不规律，其特性与太阳活动性紧密相关。3.2电离层介绍1电离层的规则变化日夜变化。正午稍后时分达到最大值，到拂晓时各层的电子密度达到最小。D层消失，E层减小，F合并季节变化。夏季的电子密度大于冬季，F2层反常。随太阳黑子11年周期的变化。随地理位置变化。低纬度大于高纬度3.2电离层介绍电离层的不规则变化突发E层；电离层骚扰；电离层暴乱3.2电离层介绍3.2电离层介绍在不考虑电子和其他粒子碰撞在不考虑电子和其他粒子碰撞

8、的情况下，等效介电常数为实数，所以电离层具有理想电介质的特性。电场能量仅使电子发生震荡，并没有任何损耗。3.2电离层介绍考虑电子和其他粒子碰撞3.2电离层介绍3.2电离层介绍考虑地球的地磁场地