高纬地区电离层加热激励elfvlf传播特性

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1、高纬地区电离层加热激励ELF/VLF传播特性作者姓名李斐导师姓名、职称吴振森教授一级学科物理学二级学科无线电物理申请学位类别理学硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1207122491分类TN82号TN011密级公开西安电子科技大学硕士学位论文高纬地区电离层加热激励ELF/VLF传播特性作者姓名：李斐一级学科：物理学二级学科：无线电物理学位类别：理学硕士指导教师姓名、职称：吴振森教授提交日期：2014年12月AStudyonELF/VLFWavePropagationEstimatedinHighAlti

2、tudeAreaIonosphericHeatingExperimentsAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinPhysicsByLIFeiSupervisor:Prof.WUZhensenDec.2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加

3、以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部

4、分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要随着雷达硬件设施、机理研究和数据分析技术的改进提高，许多电离层加热效应被相继发现。调制加热低电离层激励的极低频/甚低频波（ELF/VLF）辐射，体积小，机动灵活，可以实现远距离通信，并对深海潜艇通讯等方面有重要应用。本文从电离层加热的基本理论出发，系统地研究了高纬度地区电离层加热激励出的ELF/VLF波在地-电离层波导

5、中的传播理论。主要研究结果如下：1.给出了地磁场影响下的电离层电导率张量形式，研究了随高度变化的电子浓度、碰撞频率以及电导率张量的各分量分布情况。阐述了低电离层加热中起到主要作用的欧姆加热理论。在此基础上，重点研究了2011年11月我国在挪威Tromsø进行的电离层加热实验中非相干散射雷达观测到的数据，研究了不同加热模式下不同高度电离层的电子温度、电子密度等的变化效应。计算了加热时电离层电导率张量的具体变化。研究发现，加热期间电子温度和电子密度在一定高度范围内都产生了明显的增加；对于低电离层采用X波加热效果好。2.从电子能量方

6、程出发，建立低电离层调制加热模型，给出了加热时能量的吸收和损耗经验公式，研究了高纬度地区电离层加热时的能量吸收率和损失率的高度分布。介绍了ELF/VLF辐射源的产生机理，并从理论上分析ELF/VLF天线计算方式。模拟了加热时电子温度的时间演化特性以及电离层的电导率张量各分量，以及电导率扰动量的高度时间分布。计算了激励出来的振荡电流的大小。分析发现，电导率产生了周期性扰动，加热对Pedersen电导率和Hall电导率的作用相反。调制频率对Pedersen电导率的影响比对Hall电导率的大。随着调制频率增大，Pedersen电导率

7、呈减小趋势，而Hall电导率变化不大。3.将高纬度地区低电离层加热激励的源进行等效，从麦克斯韦方程组出发，利用傅里叶变换和反变换，采用准纵近似方法，结合边界条件，计算了电离层中的等效偶极子源接近垂直方向向下传播的波分量在海面附近的场。海面上接收到-7的辐射强度为10A/m量级。研究了不同调制频率下的波传播效应。频率较低，效果较好。当下行波已经进入空气后，波在两个界面之间多次反射，将有若干个最大、最小点。4.采用抛物方程方法（PE）研究不同频率的电离层加热激励的ELF/VLF源在地-电离层波导中传播的单程传输损耗、以及场强的分布

8、等。地-电离层波导高度较高，折射指数采用分段处理的方式。重点介绍了边界条件及初始场的情况，以及折射指数的分段处理，用后向差分离散混合傅里叶变换方法计算了不同频率下的单程传输损耗。结果发现，在向远处传播过程中，在地面附近和电离层下边界附I西安电子科技大学硕士学位论文近时损耗较大