[发明专利]一种用斜测电离图反演F2层参数的方法

说明书

本发明提供了一种用斜测电离图反演F2层参数的方法，首先利用等效路径定理和正割定理将斜测电离图寻常波描迹转化为垂测电离图，以垂测电离图的最大频率为初步确定的F2层临界频率，然后从斜测电离图寻常波描迹上获取3组测量数据，高角波数据1组，低角波数据2组，再利用电波射线几何关系，计算出每组测量数据对应的仰角，进而通过测量数据、计算数据与收敛条件的关系，判定解集合中满足收敛条件的方程组的解；本发明解决了临界频率的反演精度高度依赖于高角波数据完整程度的问题，解决了仅使用低角波数据带来的反演结果不稳定的问题，解决了在求解方程组的过程中把仰角也当作待求解未知量的问题，有效提高了反演结果的精度和稳定性。

技术领域

本发明涉及电离层电子浓度剖面反演领域，尤其涉及一种用斜测电离图反演F2层参数的方法。

背景技术

电离层是指离地面60km左右到900km左右处于电离状态的高层大气区域。电离层内存在4个密度不同的区域，分别称为D、E、F1和F2层。F2层离地面约200km以上，是反射无线电信号或影响无线电波传播条件的主要区域。

电离层可以通过斜向探测的方式进行观测，观测方式为将发射机和接收机置于不同的站点，发射机向电离层发射不同频率的高频电波，通过电离层反射后，接收机记录发射脉冲和接收脉冲间的时延。不同时延的回波信噪比随探测频率的变化以图形的方式展示出来，称为斜测电离图。

高频电波(3MHz～30MHz)的折射发生在斜测链路中继点处的电离层，通过反演斜测电离图可以获取斜测链路中继点处的电离层电子浓度剖面。有些地方(比如沙漠、海洋和沼泽等)是无法部署垂测仪的，斜测电离图的反演方法可以被应用来监测这些地方的电离层。另外，由N个斜测发射端和M个斜测接收端构成的斜测网络可以获得N×M个电离层电子浓度剖面。当N和M都比较大时，斜测网络的探测能力就会大于由N+M个垂测仪组成的垂测网络的探测能力。

目前，常用的方法是利用准抛物模型来反演斜测电离图，但是现有方法存在反演结果不稳定的问题，无法应用于实际电离图的反演。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用斜测电离图反演F2层参数的方法，以有效的提高反演结果的精度和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用斜测电离图反演F2层参数的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用等效路径定理和正割定理将斜测电离图寻常波描迹转化为垂测电离图，以垂测电离图的最大频率为初步确定的F2层临界频率f_v；

步骤2：从斜测电离图寻常波描迹上获取3组测量数据(f_i,P_i)，其中高角波数据1组，低角波数据2组，f_i为电波频率，P_i为群距离测量值，i＝1,2,3；

步骤3：利用电波射线几何关系，计算每组测量数据所对应的仰角β_i；

步骤4：设置一个由所有可能的解所构成的集合S＝{x(f_c,h_m,y_m)}，其中，f_c为F2层临界频率，h_m为F2层峰高，y_m为F2层半厚度；

步骤5：在集合S中随机选取一个可能的解x(f_c,h_m,y_m)，根据准抛物模型计算群距离计算值P_xi和大圆距离计算值D_xi；