电离层人工激励的ELF/VLF波的传播特性及其对磁层高能电子的散射效应研究
发布时间：2022-02-12 19:00
通过大功率ELF/VLF调幅的高频波对电离层进行加热,形成电离层虚拟天线,可以作为发射ELF/VLF波的一种有效手段。相关的实验和观测显示,这种人工激励的ELF/VLF波可以向上进入磁层区域传播,也可以向下进入地球-电离层波导传播,具有重要的潜在应用价值。本文正是基于以上这些实验和观测结果,从理论分析和数值模拟的角度,研究和探讨电离层人工激励的ELF/VLF波在地球-电离层波导和在磁层中的传播特性,以及在磁层与高能电子的共振相互作用。本文的研究具有两方面的现实意义：首先,通过电离层调制加热激发ELF/VLF波克服了传统的ELF/VLF天线系统占地面积庞大,架设困难等缺点,电离层调制激发的ELF/VLF波进入地球-电离层波导,可以用来实现远距离对潜通信和地下目标探测等实际用途。其次,电离层调制激发的ELF/VLF波向上传播进入磁层,能够与磁层中的高能电子发生波粒相互作用,使得高能电子沉降到大气中,降低其含量,保障卫星等航天设施的安全,延长它们的寿命。本文的主要研究成果如下：1.详细研究和分析了通过电离层调制加热激励的ELF/VLF波在地球空间区域的传播。考虑到传播背景介质的巨大差异,主要...
【文章来源】：武汉大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
冷等离子体扩散平衡模型
需要的头几个点的值用Runge-Kutta方法计算。图2.12给出了从磁讳15°和25°出发的，4个不同频率500Hz, IkHz, 2kHz和4kHz的射线路径。从这幅图我们可以看出，1)从中低炜度出发的人工ELF/VLF波进入磁层后，通过在南北半球来回弹跳向更高的L-shell传播，最后稳定于某一 L-shell附近。这种来回弹跳就是“磁层反射”，是低频段的等离子体波在中低讳度常见的一种传播状态，有关磁层反射的更详细的论述，可以参考Bortnik[2005]和汪讽[2012]等。2) ELF/VLF波的频率对传播路径有巨大的影响，从同一位置出发
/VLF在磁层的传播路径，这些ELF/VLF波对应于赤道电急流的调制加热，例Arecibo加热装置。事实上，当今世界范围内的加热设施多集中在中高讳度，对极区电集流的调制人工激发ELF/VLF波，因此，我们接下来探讨从中高炜发的ELF/VLF波的传播。基于射线追踪技术，图2. 13给出了磁炜45°出发的1 kHz波的射线路经，可以看到，一方面，从45°出发的ELF/VLF波，在到达另外半球时，没有磁层反射而直接进入了电离层和大气层，事实上，从较高讳出发的ELF/VLF常会形成这种传播路径，在进入电离层后，该ELF/VLF波通常在地球-电离波导中形成导管传播。另一方面，我们看到，从较高韩激发的ELF/VLF波尽管生磁层反射，但是仍然进入了磁层，到达了较高的L-shell。2 ? 一 _
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于试验粒子模拟的电离层人工调制激发的极低频和甚低频波对磁层高能电子的散射效应[J]. 常珊珊,倪彬彬,赵正予,汪枫,李金星,赵晶晶,顾旭东,周晨. 物理学报. 2014(06)
[2]电离层人工调制激发的VLF波在磁层的传播特性及应用研究[J]. 常珊珊,赵正予,倪彬彬. 地球物理学报. 2013(12)
[3]低纬电离层人工调制所激发的ELF波射线追踪[J]. 汪枫,赵正予,常珊珊,倪彬彬,顾旭东. 物理学报. 2012(19)
[4]电离层人工调制激发的下行ELF/VLF波辐射[J]. 常珊珊,赵正予,汪枫. 地球物理学报. 2011(10)
[5]地基人工VLF电波对辐射带电子的调制[J]. 王平,王焕玉,马宇蒨,李新乔,卢红,孟祥承,张吉龙,王辉,石峰,徐岩冰,于晓霞,赵小芸,吴峰. 物理学报. 2011(03)
[6]低纬地区电离层电流的人工调制数值模拟[J]. 汪枫,赵正予,张援农. 地球物理学报. 2009(04)
[7]地基高频加热激励ELF/VLF波对辐射带高能电子的准线性散射[J]. 顾旭东,赵正予,倪彬彬,王翔,邓峰. 物理学报. 2008(10)
[8]非均匀电离层中VLF辐射源在海面上产生的场[J]. 李凯,潘威炎,苗永瑞. 电波科学学报. 1998(03)
[9]星载的VLF发射环天线在海面上产生的场[J]. 李凯,潘威炎,苗永瑞. 电波科学学报. 1998(01)
[10]甚低纬多跳哨声的非导管传播[J]. 田茂,徐继生. 地球物理学报. 1992(05)
本文编号：3622259
【文章来源】：武汉大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
冷等离子体扩散平衡模型
需要的头几个点的值用Runge-Kutta方法计算。图2.12给出了从磁讳15°和25°出发的，4个不同频率500Hz, IkHz, 2kHz和4kHz的射线路径。从这幅图我们可以看出，1)从中低炜度出发的人工ELF/VLF波进入磁层后，通过在南北半球来回弹跳向更高的L-shell传播，最后稳定于某一 L-shell附近。这种来回弹跳就是“磁层反射”，是低频段的等离子体波在中低讳度常见的一种传播状态，有关磁层反射的更详细的论述，可以参考Bortnik[2005]和汪讽[2012]等。2) ELF/VLF波的频率对传播路径有巨大的影响，从同一位置出发
/VLF在磁层的传播路径，这些ELF/VLF波对应于赤道电急流的调制加热，例Arecibo加热装置。事实上，当今世界范围内的加热设施多集中在中高讳度，对极区电集流的调制人工激发ELF/VLF波，因此，我们接下来探讨从中高炜发的ELF/VLF波的传播。基于射线追踪技术，图2. 13给出了磁炜45°出发的1 kHz波的射线路经，可以看到，一方面，从45°出发的ELF/VLF波，在到达另外半球时，没有磁层反射而直接进入了电离层和大气层，事实上，从较高讳出发的ELF/VLF常会形成这种传播路径，在进入电离层后，该ELF/VLF波通常在地球-电离波导中形成导管传播。另一方面，我们看到，从较高韩激发的ELF/VLF波尽管生磁层反射，但是仍然进入了磁层，到达了较高的L-shell。2 ? 一 _
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于试验粒子模拟的电离层人工调制激发的极低频和甚低频波对磁层高能电子的散射效应[J]. 常珊珊,倪彬彬,赵正予,汪枫,李金星,赵晶晶,顾旭东,周晨. 物理学报. 2014(06)
[2]电离层人工调制激发的VLF波在磁层的传播特性及应用研究[J]. 常珊珊,赵正予,倪彬彬. 地球物理学报. 2013(12)
[3]低纬电离层人工调制所激发的ELF波射线追踪[J]. 汪枫,赵正予,常珊珊,倪彬彬,顾旭东. 物理学报. 2012(19)
[4]电离层人工调制激发的下行ELF/VLF波辐射[J]. 常珊珊,赵正予,汪枫. 地球物理学报. 2011(10)
[5]地基人工VLF电波对辐射带电子的调制[J]. 王平,王焕玉,马宇蒨,李新乔,卢红,孟祥承,张吉龙,王辉,石峰,徐岩冰,于晓霞,赵小芸,吴峰. 物理学报. 2011(03)
[6]低纬地区电离层电流的人工调制数值模拟[J]. 汪枫,赵正予,张援农. 地球物理学报. 2009(04)
[7]地基高频加热激励ELF/VLF波对辐射带高能电子的准线性散射[J]. 顾旭东,赵正予,倪彬彬,王翔,邓峰. 物理学报. 2008(10)
[8]非均匀电离层中VLF辐射源在海面上产生的场[J]. 李凯,潘威炎,苗永瑞. 电波科学学报. 1998(03)
[9]星载的VLF发射环天线在海面上产生的场[J]. 李凯,潘威炎,苗永瑞. 电波科学学报. 1998(01)
[10]甚低纬多跳哨声的非导管传播[J]. 田茂,徐继生. 地球物理学报. 1992(05)
本文编号：3622259
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