[发明专利]基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法

权利要求书

1.一种基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过非相干散射雷达观测数据，提取电离层加热实验引起的强扰动区域具有零频峰三峰结构的异常非相干散射离子线谱；

(2)使用非麦克斯韦速度分布对传统平衡态的非相干散射理论进行修正；

(3)使用步骤(2)中修正的非相干散射理论对步骤(1)中提取的异常谱进行反演，获取电离层参量x1和拟合残差R1；

(4)对步骤(1)中提取的异常谱进行修正并使用步骤(2)中修正的非相干散射理论对修正谱进行反演，获取最佳修正谱、反演参量x2以及拟合残差R2；

(5)比较步骤3)和步骤4)获取的拟合残差，若R2<R1，则最佳修正谱所反演的电离层参量x2为最佳结果；反之，则表示修正效果不理想，无需对实测谱进行修正，电离层参量x1为最佳结果。

2.根据权利要求1所述的基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法，其特征在于，所述的步骤(1)的具体方法是：

根据振荡双流不稳定性激发所需要的电场阈值判断本次实验是否激发了振荡双流不稳定性；电场阈值的计算公式为：

|EOTSI|＝(2memi/e2)1/2Cs(ω0νeh)1/2/cosθ

其中，me和mi分别为电子和离子的质量，e为电子电量，Cs＝[(Te+3Ti)/mi]1/2为离子声速，Te和Ti分别为电子温度和离子温度，ω0为加热频率，veh为电子有效碰撞频率，θ为加热波的传播倾角；

通过上述判断，确定带有零频峰三峰结构非相干散射离子线谱是由振荡双 流不稳定性引起的。

3.根据权利要求1所述的基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法，其特征在于，所述的步骤(2)的具体方法是：

使用电离层加热引起的非麦克斯韦分布对电子和离子的速率分布进行描述，分别为fe和fi；

则有多种离子组分条件下的非相干散射功率谱方程：

其中，Z为离子电荷数，ε为介电常数：

其中χe和χi分别为电子和离子的极化率；

。

4.根据权利要求1所述的基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法，其特征在于，所述的步骤(3)的具体方法是：电离层模型中获取未加热状态的电离层参量，包括离子温度、漂移速度、中性离子浓度、电子温度和电子密度，作为反演的初始值；在一定的步数内不断改变并迭代这些电离层参量，直至拟合出来的理论谱和实测异常谱最吻合；度量吻合程度的方法为计算理论谱和实测谱之间的拟合残差R1，最小的R1对应该情况下最吻合的理论谱，保存此时的拟合残差R1及电离层参量集合x1。

5.根据权利要求1所述的基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法，其特征在于，所述的步骤(4)的具体方法是：从步骤(1)中提取的实测异常谱中减去不同幅度和宽度的高斯峰，得到不同的修正谱；使用步骤(2)中修正的非相干散射理论拟合每一个修正谱，获取对应的不同组合的电离层参量以及拟合残差；找到最小的拟合残差R2，其所对应的修正谱为最佳修正谱；保存此时的拟合残差R2及电离层参量集合x2。

6.根据权利要求4或5所述的基于离子线谱三峰结构反演强扰动电离层参量的方法，其特征在于，所述的步骤(5)的具体方法是：比较步骤(3)和步骤(4)获取的拟合残差，若R2<R1，则最佳修正谱所反演的电离层参量x2为最佳结果；反之，则表示修正效果不理想，无需对实测谱进行修正，电离层参量x1为最佳结果。