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甚低频(VLF)电磁波在地-电离层波导中传播具有衰减小、稳定性高、传播距离远等优点。研究VLF电磁波在电离层中的传播机理与仿真计算,对进一步开展VLF通信、VLF监测电离层有重要的理论价值和实际意义。针对VLF电磁波从地面到卫星高度的传播,特别是电离层扰动对VLF传播特性的影响,本课题进行了如下仿真研究。首先基于麦克斯韦方程推导了全波分析法下的VLF传播模型。通过对色散方程解得的虚部为负的折射系数取反,解决了数值不稳定问题。并将辐射源看做由电流密度表示的能量薄层,使得传播计算能够引入任意形式的辐射源。进行傅里叶变换,将计算引入到波矢量k域,得到全向辐射传播模型。同时,结合电离层底部参数的解析模型与IRI模型、NRLMSISE-00大气模型计算引入电离层参数,利用IGRF模型引入地磁场参数,建立了从地面到卫星高度的VLF传播全波分析模型。其次,在单向辐射模式下,针对辐射源参数、地磁场参数、电离层参数以及纬度对VLF电磁波传输特性的影响进行了系统的仿真分析。仿真计算发现,在地-电离层波导当中能量几乎不衰减,在大约60-100km范围能量衰减迅速,电磁波进入E、F层后能量衰减缓慢。夜间传播衰减明显低于白天。随着频率的升高,反射吸收层上的传播衰减增大,反射高度升高。传播衰减并不随地磁倾角线性变化,VLF电磁波的上行传播在南半球衰减小于北半球,赤道附近衰减最大。然后,在全向辐射模式下,同样针对辐射源参数、地磁场参数、电离层参数及纬度进行了全面的仿真计算和分析。并将全波法计算结果和DEMETER卫星观测数据对比,验证了全向辐射模型的正确性。仿真结果发现,在地-电离层波导当中电磁波以波跳形式传播,能量呈现南北对称分布。电磁波到达电离层底部的反射吸收层上时,大部分被反射、吸收,只有较少的部分穿透底部电离层,因此底部电离层上的传播衰减最显著。穿透底部电离层的电磁波将顺着磁力线方向在电离层中传播,传播衰减很小,且受地磁场影响能量呈现南北不对称分布。最后,考虑到多种空间天气事件都会对电离层电子密度、中性粒子密度、电子温度造成扰动,创新性地将这三种电离层扰动分别引入传播计算,分析了VLF传输特性的变化。仿真结果发现,这三种扰动主要影响VLF在穿透反射吸收层时的衰减,加强性扰动使得衰减增大。