电离层探测

工学领域术语

电离层探测ionospheric sounding，用直接或间接的探测方法，获得电离层物理参量及其变化规律的工作。

简史

1924年 12月Sir E.V.阿普尔顿和巴尼特(M.A.F.Barnett)用连续波法进行了探测电离层高度的实验。1925年布雷特(G.Breit)和图夫(M. A.Tuve)发明的电离层垂直探测装置，是地面探测电离层的最基本手段。约半个世纪以来，以这种装置为主的全球电离层探测站网积累了大量的探测资料，对电离层的研究起了重要的作用。

1949年将朗缪尔探针安装在V－2火箭上，首次开始了电离层直接探测的实验。自1957年人造地球卫星发射成功以来，电离层探测进入了新的时期。在空间飞行器上携带信标机，利用电波传播的色散多普勒、多径时延、法拉第旋转、吸收和相位变化等电磁效应的探测技术，已能有效地探测由飞行器所在高度到地面路径上的总电子含量、电子密度剖面等参量和电离层运动。

1958年戈登(W.E.Gordon)提出了电离层非相干散射探测理论，并预言可以在地面用大功率雷达获得整个电离层的电子密度剖面。同年，鲍尔斯(K.L.Bowles)在秘鲁用49.9兆赫的兆瓦级雷达，获得电子非相干散射回波，证实了戈登的预言。70年代，非相干散射探测已获得一百至数千公里范围的电子密度、电子温度等参量，并发展成为地面探测技术中最精确、获得参量最多的一种探测方法。70年代，还利用电离层加热、人工甚低频发射等技术，开始了人工控制低电离层的实验。

半个世纪以来，人们几乎利用了电波在等离子体中的各种效应，进行电离层探测实验。随着电子技术和计算机技术的发展和应用，脉冲编码、脉冲压缩、调频连续波等技术已在电离层探测中应用，实现了探测技术的高度自动化和数据的数字化，并且向以一次探测获得电离层“全信息”的方向发展，大大提高了探测的效率和精度。

方法

电离层探测分直接探测和间接探测。直接探测是用火箭、卫星等空间飞行器，将探测装置携带到电离层中，探测电离层等离子体或环境对装置的直接作用，以获得电离层特性参量（见电离层直接探测）；间接探测是依据天然辐射或人工发射机发射的电磁波通过电离层传播时与等离子体相互作用所产生的电磁效应或传播特征，推算出电离层特性参量。间接探测主要有电离层垂直探测、电离层高频斜向探测、非相干散射探测以及电磁波电离层吸收测量等。

信号

探测电离层的电磁波信号可以是脉冲波，也可以是连续波。所用工作频率已由初期的高频段向极低频和光频两端扩展。采用较低频段进行探测时，收发两端都必须在电离层反射高度的同一侧。采用可以穿透电离层的较高频段时，通常将发端（或收端）由飞行器带到电离层的上空，而另一端在地面上，因此，探测基地有的在地面有的在空中。传播方式有垂直投射的，也有斜投射的；有收发在一起的雷达方式，也有收发分开的点对点方式。探测电离层底部的中性分子成分和分布用光频的激光雷达。

探测对象

电离层探测对象是电离层特性参量及其变化。主要特性参量包括组成成分、总电子含量、电子密度、电子温度、离子密度、离子温度、电场强度、磁场强度、不均匀结构的尺度、高度分布和漂移运动等。对这些探测结果的进一步分析研究，可得到有关电离层形成过程，结构、形态变化，电离输运，能量耦合，电流体系等各方面的知识。这些知识是日－地空间物理学中的重要环节，也利于电波传播理论的研究，并为无线电工程系统的设计提供实验依据。

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