武汉全天空流星雷达的相位校正问题研究

发布时间：2020-08-03 09:41

【摘要】： 流星雷达探测已经有50多年的历史。最初,流星雷达主要应用于流星雨的观测及流星天文学方面。后来,随着雷达技术以及数据存储和处理技术的发展,流星雷达在MLT区域的大气动力学如大气平均风场、大气潮汐以及大气行星波等领域得到了广泛的应用,已经成为获取流星发生区域大气动力学的重要的空间探测手段。近十年来发展的宽波束全天空流星雷达技术中,采用了各向同性的发射和接收天线,可以同时观测全天空的流星回波,从而获得流星尾迹回波区域的各种参量(如背景风场速度、大气温度和压力等)。2002年初建于武汉的全天空无线电流星雷达是我国引进的第一台流星雷达系统。到目前为止,武汉流星雷达的观测数据已用于MLT区大气动力学特别是大气潮汐、行星波等众多问题的研究,另外在流星天文学、大气不稳定性研究等方面也做了初步的工作。武汉流星雷达为干涉式全天空流星雷达,该雷达利用接收天线得到信号的相位信息来确定目标位置,因而流星雷达系统的相位偏差会影响数据处理的结果。为了提高武汉流星雷达数据处理的精度和可靠性,本文首先尝试利用流星雷达获得的流星回波原始数据对流星雷达系统的相位偏差进行校正。我们以回波信号在各个接收通道之间的相位差,结合干涉式接收天线阵的几何关系建立了相应于各天线相位差测量值与偏差值之间的线性方程组,利用最小二乘法求解方程组得到了流星雷达系统各个接收通道之间的相位差偏差估计值,得到校正后的流星回波的到达角。和已有的流星雷达相位偏差估计和校正的方法相比,这种方法可以通过流星雷达的观测数据来计算雷达系统各个接收天线通道之间的相位偏差量,而不需要增加额外的硬件,实现了对观测数据的事后处理,可以方便的对已有数据进行例行校正。我们以2004年4月-6月的武汉流星雷达观测数据为例,计算了流星雷达系统的偏差估计量,并用校正后的数据来计算流星回波的空间位置。结果表明,校正后流星回波数在各个方向上随高度的分布比校正前更符合统计分布,表明我们提出的相位校正新方法的合理性。我们利用上述方法对2005年1月至2005年12月武汉(30.6oN,114.4oE)流星雷达的观测数据进行校正后,进一步分析了武汉上空80-100km高度范围平均风和潮汐活动的变化特征。平均风的明显特征包括:纬向平均风基本为东向风,夏季在中层顶附近出现很强的纬向风剪切,80km处的风速约6-12m/s,而在85-95公里之间东向风速达到24m/s,冬季在90km以下也有较强东向风。西向风仅在有限的范围出现,3、4月份在86km以下西向风较强,12月在92km以上也出现微弱的西向风。经向风在春、夏季为南向风,在冬季为北向风。周日潮汐的幅度和相位都有明显的季节变化。周日潮的幅度在3、4月最强,在11月份周日潮存在次最大值,冬至点和夏至点处周日潮汐最弱。在各高度周日潮冬季的相位超前于夏季相位,经向分量的相位早于纬向分量。本文提出了一种用于武汉流星雷达相位校正的新方法,并用校正后的数据对武汉地区的流星分布和背景风场的特征进行了统计分析。结果表明,本文提出的流星雷达相位校正的新方法可以较好地消除雷达观测中的误差,大大提高观测参数的精度,对进一步发挥流星雷达的效能具有重要意义。本文的方法可以用于全天空流星雷达的相位校正,也可以推广到类似的干涉式雷达探测系统。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P111
【图文】：

流星体,星体,宇宙,体积

体在进入地球大气的过程中会和地球大气相互作用，产生一系学变化。流星体进入大气层时，其表面的分子和大气分子碰撞 2000K 左右，高温会将流星表面迅速烧蚀并电离化，最终在离子体柱。流星体的烧蚀也是高层大气中金属离子、中性成分来源。地球中高层大气每天会受到数以亿计的流星体碰撞，这究具有重要意义，如可以由此研究太阳系中各个行星的演化，的大气动力学过程（如潮汐、行星波、大气环流等）。的形态和体积千差万别。大至直径数千米的行星际碰撞产生的 0.01mm 的流星微粒。根据 IAU（International Astronomical U，我们把这些统称为流星体。流星体依据其质量和体积可以分下图 1.1。

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达探测流星尾迹的示意图。当天线发射的无线电波碰到电离部分能量会反射到接收天线雷达具有可以昼夜观测的显著优点，而 70-110km 高对较少，而且该区域又是一个动力学活动非常复杂趣。从六十年代起，MLT 区域的动力学研究就引起61）和 Sugar（1964）发展起来了一种利用观测流星低热层的动力学的方法，而得到迅速地发展。他们利频移速度来估算流星尾迹在视线方向的速度，再结合到该流星发生区域的风场速度矢量。目前，流星气动力学探测手段，特别在大气平均风场、潮汐和大非常重要的作用，同时这些领域现在也是流星雷达的

流星体,烧蚀,地球大气,流星

实心流星体以天顶角45o进入地球大气在大气中理论的初始烧蚀高变化的函数。图中两条粗线分别表示流星尾迹的线密度分别为 101和速度（radio magnitudes ~ +15 and +10）。ML线表示的是流星小值（Ceplecha et al., 1998）。 et al.（1966）和Love et al.（1991）发展了一种计算小流星即流星尾迹高度的方法。有关流星体烧蚀过程的模拟研究4kg的流星体，当其表面温度达到 1850K时流星体的质量才一条件得到的流星体的烧蚀高度如图 2.1。

【参考文献】