CN113686456B - 基于rtg的反演电离层电子温度的方法及系统 - Google Patents

基于rtg的反演电离层电子温度的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于RTG的反演电离层电子温度的方法，包括：采用GUISDAP处理非相干散射雷达源数据得到部分电离层电子温度剖面图；采用RTG处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；根据离子谱线求出离子温度；根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度，本发明通过RTG软件将GUISDAP处理非相干散射雷达源数据缺失部分的电子温度补齐，从而与GUISDAP一起配合准确高效的反演出了电子温度。

Description

基于RTG的反演电离层电子温度的方法及系统
技术领域
本发明属于技术领域，尤其涉及一种基于RTG的反演电离层电子温度的方法及系统。
背景技术
地球上层大气(60km～1000km)，由于受到太阳紫外辐射等因素，中性大气会发生部分电离而形成等离子体，虽然电离部分占总气体比例不超过1％，但是它足以改变电波的传播路径，对军用民用通信具有重要影响，这个区域称为电离层。一般来说，电离层在垂直高度上又分为D、E、F层。当大功率高频无线电波注入电离层时，会产生一系列物理现象，如电子温度增强、电子密度扰动，增强等离子体谱线(HFPLs)、增强离子谱线(HFILs)，增强气辉，小尺度场向不均匀体，异常吸收以及受激电磁辐射等等。
针对电离层扰动和电离层加热实验现象有许多有效的探测设备，其中非相干散射雷达是电离层参数探测的重要手段，也是最常用的手段之一，非相干散射雷达是目前唯一能探测整个电离层高度范围内等离子体参数的设备。在探测电离层的过程中，非相干散射雷达能够接收到电离层散射的回波信号，通过该信号的散射谱进行反演计算，可以获得相应的电离层的电子密度Ne、电子温度Te、离子温度Ti、以及离子漂移速度Vi等电离层等离子体参数，能观测到朗缪尔波和离子声波，可以实现对电离层准确全剖面和多参数的探测。
欧洲非相干散射雷达协会(EuropeanIncoherent Scatter ScientificAssociation，EISCAT)公布过一个非相干散射数据分析程序包GUISDAP(全称是GrandUnified IncoherentScatter Design and Analysis Package)，这程序包可以实现非相干散射雷达数据的电离层等离子体参数的反演过程，它是目前处理非相干散射雷达数据最实用的一个程序包，其汇编语言主要为MATLAB语言，它利用非相干散射理论进行编码。这个程序库中包含了一套完整非相干散射模型，包括自相关函数、模糊函数以及电离层经验模式，热层大气经验模式等等。
当我们在使用GUISDAP软件处理数据的过程中，经常会出现数据缺失的情况。如图2，利用GUISDAP软件计算电离层加热后电子温度的分布时，可以观察到第一和第二周期的部分时间段、在大约120km～350km的高度范围内存在明显的数据缺失情况，作为观测试验在这种情况下，数据一般都不可信，尤其是数据缺失部分的实验现象并不能观测出来。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种基于RTG软件输出的离子谱线反演电离层电子温度的方法，能够完整的反演出电离层的电子温度。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
第一方面，提供了一种基于RTG软件输出的离子谱线反演电离层电子温度的方法，包括：
采用GUISDAP处理非相干散射雷达源数据得到部分电离层电子温度剖面图；
采用RTG处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；
根据离子谱线求出离子温度；
根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度。
结合第一方面，进一步的，所述根据离子谱线求出离子温度具体为：
根据离子谱线得到离子谱线带宽，根据离子谱线带宽得到离子温度。
结合第一方面，进一步的，所述根据离子谱线带宽得到离子温度具体为：
根据式(1)通过离子谱线带宽求出离子温度，
其中，Bx为离子谱线带宽，k是玻尔兹曼常数，Ti为离子温度，mi为离子质量，λ为雷达发射波长。
结合第一方面，进一步的，所述根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度具体为：
根据离子谱线的峰谷比得到电子温度和离子温度比，根据电子温度和离子温度比以及离子温度求出电子温度。
第二方面，提供了一种基于RTG输出的离子谱线反演电离层电子温度的系统，包括：
部分电子温度获取模块，用于采用GUISDAP处理非相干散射雷达源数据得到部分电离层电子温度剖面图；
缺失电子温度获取模块，用于采用RTG处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；
根据离子谱线求出离子温度；
根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度。
结合第二方面，进一步的，所述缺失电子温度获取模块包括：
离子温度获取模块，用于根据离子谱线得到离子谱线带宽，根据离子谱线带宽得到离子温度。
本发明有益效果：本发明通过RTG软件处理非相干散射雷达源数据将GUISDAP处理非相干散射雷达源数据缺失部分的电子温度补齐，与GUISDAP一起配合准确高效的反演出了电子温度。
附图说明
图1是本发明中基于RTG的反演电离层电子温度的方法的流程图；
图2是本发明中GUISDAP软件处理数据的过程中，电子温度数据缺失的示意图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
实施例1
本发明所提出的一种基于RTG的反演电离层电子温度的方法，如图1-2所示，包括以下步骤：
首先，我们采用欧洲非相干散射雷达协会(EISCAT)公布过的一个数据分析程序包GUISDAP软件处理非相干散射雷达源数据，可以得到部分电离层电子温度剖面图，由于GUISDAP软件本身存在的问题，导致此时的电子温度剖面图中的电子温度数据并不是完整的，缺失了一部分。
为了补全缺失部分的数据，我们采用RTG(Real Time Graphs)软件处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；由于离子谱线的峰谷比与电子温度比上离子温度的比值成正比例关系，即：
其中，apeak为离子谱线的峰值，avalley为离子谱线的谷值，Te为电子温度，Ti为离子温度，k为比例系数，为已知量。
根据缺失部分的离子谱线，我们可以得到离子温度，具体为过程如下：
首先，根据离子谱线可以很容易得到离子谱线带宽，根据离子谱线带宽得到离子温度，然后根据式(1)通过离子谱线带宽求出离子温度，
其中，Bx为离子谱线带宽，k是玻尔兹曼常数，Ti为离子温度，mi为离子质量，λ为雷达发射波长，mi和λ都是已知量，mi为本领域公知量，在国际上有公开数据。
接下来，由于离子温度已知，通过式(2)可以很容易得到电子温度，即缺失部分的电子温度，将该部分与前述GUISDAP软件处理非相干散射雷达源数据获得的部分电子温度合并即可得到完整的电子温度。
实施例2
本发明还提供了一种基于RTG的反演电离层电子温度的系统，包括：
部分电子温度获取模块，用于采用GUISDAP软件处理非相干散射雷达源数据得到部分电离层电子温度剖面图；
缺失电子温度获取模块，用于采用RTG软件处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；
根据离子谱线求出离子温度；
根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度。
所述缺失电子温度获取模块包括：
离子温度获取模块，用于根据离子谱线得到离子谱线带宽，根据离子谱线带宽得到离子温度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于RTG的反演电离层电子温度的方法，其特征在于，包括：
采用GUISDAP处理非相干散射雷达源数据得到部分电离层电子温度剖面图；
采用RTG处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；
根据离子谱线求出离子温度，具体为：根据离子谱线得到离子谱线带宽，根据式（1）通过离子谱线带宽求出离子温度，
（1）
其中，Bx为离子谱线带宽，k是玻尔兹曼常数，Ti为离子温度，mi为离子质量，λ为雷达发射波长；
根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于RTG的反演电离层电子温度的方法，其特征在于，所述根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度具体为：
根据离子谱线的峰谷比得到电子温度和离子温度比，根据电子温度和离子温度比以及离子温度求出电子温度。
3.一种基于RTG的反演电离层电子温度的系统，其特征在于，包括：
部分电子温度获取模块，用于采用GUISDAP处理非相干散射雷达源数据得到部分电离层电子温度剖面图；
缺失电子温度获取模块，用于采用RTG处理非相干散射雷达源数据得到数据缺失部分的离子谱线，通过离子谱线得到其峰谷比；
所述缺失电子温度获取模块包括：
离子温度获取模块，用于根据离子谱线得到离子谱线带宽，根据离子谱线带宽得到离子温度；
根据离子谱线求出离子温度，具体为：根据离子谱线得到离子谱线带宽，根据式（1）通过离子谱线带宽求出离子温度，
（1）
其中，Bx为离子谱线带宽，k是玻尔兹曼常数，Ti为离子温度，mi为离子质量，λ为雷达发射波长；
根据离子温度和离子谱线的峰谷比得到电子温度。
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