非相干散射探測
非相干散射探測介紹
電波在電離層中由於受到準平衡電子密度隨機熱起伏影響而引起散射，接收這種能量從而獲取電離層物理參數的電離層探測方法，稱為非相干散射探測。非相干散射探測能獲取多種電離層參數，是一種在地面上探測電離層的最有效的手段，可以獲得作為時間和空間函式的電離層形態的幾乎完整的結構。但是，由於散射信號十分微弱，且類似於某種有色噪聲，必須具有兆瓦量級的脈衝功率發射設備、低噪聲接收設備和複雜的信息處理技術和設備，才能將它們從探測系統內外的噪聲背景中提取出來，實現電離層參數的精確測量。
美國W.E.戈登在1958年最先提出用當時的大功率雷達可能探測到電離層的後向散射回波信號。他認為這種散射是相互獨立的電子所產生的湯姆遜散射，也就是說，雷達電波照射到電離層的有限體積上，其中每個電子都會散射電波。由於電子處於隨機的熱運動狀態，在空間變化小於電波波長的條件下，各個電子的散射信號是非相干的。在雷達接收機輸入端，散射信號是功率相加的，其大小與散射區的電子密度成正比，功率譜呈高斯曲線形狀,譜寬度與散射區的電子熱運動溫度有關。後來,美國K.L.波利斯通過實驗證實了戈登關於電離層中有電子存在，可以觀測到散射回波的構想。但是，觀測到的散射現象比預想的複雜得多，特別明顯的是散射信號的功率譜寬比預想的窄得多。後來，許多學者對理論進行了修正，他們認為，電離層的電子浸在離子云之中，粒子之間存在庫侖力，在庫侖力起顯著作用的範圍內的電子受正離子的束縛較強，它們並不完全獨立，散射信號是部分相干的。他們用不同的理論模型進行研究，獲得幾乎完全一致的結果。
原理
非相干散射回波信號的功率、能譜(或自相關函式)和極化都是可測的，它們是電離層電漿下述參數的函式：①電子密度；②電子溫度和離子溫度；③離子組成（主要成分）；④電子-中性粒子碰撞頻率;⑤光電子速度分布；⑥電漿平均漂移速度；⑦電子相對離子的漂移速度(電流強度)等。可以通過各種測量方法測出一定高度範圍內相應的主要參數。測量電子密度的方法主要有兩種：一種是確定後向散射輻射中等離子線的位置，稱為等離子線法；另一種是基於接收到的後向散射能量總和與電子密度成比例的關係以推算電子密度等參數的功率法。一般探測F層的電子密度,電子溫度和離子溫度的誤差典型值為5％～10％,中性成分誤差約為10％，漂移速度精度為1～10米/秒，獲得一個剖面圖所需的測量時間約為 5～10分鐘。非相干散射探測有單站型和多站型兩種布站方式。單站型適合於預測參數的垂直分布，最著名的站是美國建在波多黎各的阿雷西博站，其天線反射器直徑達300米，頻率430兆赫,峰值發射功率2兆瓦。多站型適於預測運動，最典型的是歐洲六國在北歐建立的非相干散射雷達系統。
配圖
相關連線
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非相干散射雷達系統設計考慮--http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-KJTC199811001078.htm
