银川电离层雷达回波数据处理

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:mengyan902
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短临地震前经常伴随空间电离层异常现象,表明地震前兆与空间电离层之间存在着复杂的关联特征。中国于2018年成功发射“张衡一号”卫星,“张衡一号”卫星是我国首颗电磁监测卫星,用于监测空间电磁场参数与电离层扰动,开展空间物理与地震前兆相关性研究,对中国及中国周边区域展开电离层监测与地震前兆跟踪。利用垂测仪对电离层垂直探测是电离层研究中历史最悠久,至今仍非常重要的一种地基探测手段,常用垂测仪型号主要有美国的DPS-4D、加拿大的CADI、中科院研制的DAS-DIS以及武汉大学的WMI系列等,并且已在国内相关台站投入使用,由于受到强环境干扰,为获取更高信噪比的电离层回波数据,上述垂测仪往往需在每一个探测频点上发射若干脉冲进行相干累加,导致垂测仪系统观测速度较为缓慢,以DPS-4D为例,其以步进频率25k Hz进行1~20MHz的扫频探测,需在每一个频点进行16次相干累加,完成一次探测约需8分钟。并且上述垂测仪系统发射天线尺寸以及占地面积都较大。因此,为深入探究空间电离层异常变化与地震前兆之间的关系,实现空天地电离层星地协同比对观测,中科院空间中心在宁夏银川地震监测试验场研制了一台低功耗、可变接收时长、脉冲编码的电离层垂测仪;该垂测仪具有探测速度快、距离分辨率高等优点,开展全天候实时电离层观测,可实现1~30MHz全波段探测。本文通过对2021年8月19日全天试验数据的初步处理,绘制出银川地区全天的时变频高图,并对比分析频高图日变化与太阳高度角日变化之间的相关性。提出一种基于图像处理技术完成O/X波的自动分离算法,由O/X波临界频率的差值计算出磁旋频率。初步试验结果表明:在使用低发射功率、新型Delta天线、脉冲编码条件下,该垂测仪探测效率与观测数据质量等探测能力均得到保证;F2层临界频率日变化与银川地区太阳高度角日变化趋势高度相似,存在正相关性;对原始频高图采用图像处理技术实现频高图O/X波自动分离,获得两极化波临界频率之差约为0.7MHz,与银川当地0.5倍磁旋频率0.7MHz基本一致。结果表明该电离层垂测仪系统运行正常,试验数据稳定有效;本文所采用的回波数据处理方法可靠,所采用的O/X极化波分离方法适用于多种形态的频高图描迹处理,提取描迹更加准确、完整。本文所做的工作对后续星地联合多维度数据深入处理具有一定的算法参考和数据积累意义。
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