[发明专利]一种垂测电离图反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及电离层研究及应用领域，尤其涉及一种利用垂测电离图反演电离层参数的方法。

背景技术

利用垂测电离图反演电离层剖面(电离层高度与等离子体频率或电子浓度的对应关系)一直受到人们的广泛重视，目前，垂测电离图反演方法可以归纳为以下两种：①直接计算法，该方法直接利用实测虚高计算对应频率的真实反射高度(简称真高)，主要有分片法、单一多项式法、重叠多项式法等，这些方法中有的是通过建立真高和虚高的联立方程组，直接根据实测虚高求解出真高，如分片法和单一多项式法，有的是从较低的频率到较高的频率，通过计算逐步确定各个频率对应的真高，如分片法和重叠多项式法；②模式法，该方法假设电离层剖面可用某种模型表征，通过寻找使基于该模型合成的垂测描迹与实测描迹在某种意义上最佳吻合的模型参数来确定电离层剖面。其中，相较于前两种方法，模式法对于电离图质量要求不那么苛刻，并且可以得到较好的反演结果，应用较为普遍，国内外学者利用不同的探测数据发展了多种基于模式法的电离层参数反演方法。

基于模式法思想，黄雪钦等公开了一种基于移位切比雪夫多项式模型反演电离层剖面的方法，该方法中，将F层建模为移位切比雪夫多项式，求解满足计算虚高与实测虚高在最小二乘意义上最佳吻合的多项式系数，从而确定电离层剖面。该方法的不足之处是，直接利用选取的用于反演谷层参数的数据一并确定谷层参数和F层剖面多项式系数，这样使得基于反演结果合成的垂测电离图与实测电离图F层较高区域回波描迹偏差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种利用垂测电离图反演电离层参数的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种垂测电离图反演方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立电离层剖面数学模型，所述的模型为包含E层、谷层和F层的三层模型，其中，E层和谷层剖面用抛物模型表示，F层剖面用移位切比雪夫多项式模型表示；

步骤2：各层反射回波虚高的计算，基于建立的电离层模型，推导E层、F层回波虚高的计算公式；

步骤3：利用实测电离图数据，结合E层、F层回波虚高计算结果，进行E层、谷层、F层电离层参数的反演。

进一步的，所述步骤1具体包括：

步骤11：电离层电子浓度剖面具体形式如下式所示：

式中各符号的具体含义如下：

E层：f_NE表示E层等离子体频率；f_CE表示E层临频；h_mE表示E层峰高；y_mE表示E层半厚；h_bE＝h_mE-y_mE表示E层底高；谷层：f_NV表示谷层等离子体频率；f_CV表示谷层最小等离子体频率；h_mV表示谷层等离子体频率为f_CV时对应的电离层高度；y_mV表示谷层半厚；h₂＝h_mE+W，W定义为谷层宽度；F层：T_i(g)为移位切比雪夫多项式，具有下式所示形式：

f_NF表示F层等离子体频率；f_CF表示F层临频；A_i(i＝0～I+1)为移位切比雪夫多项式系数，且：h_mF表示F层峰高，且：h_mF＝A_I+1，

E层和谷层的连接点位于E层峰高h_mE，谷层与F层的连接点位于高度h₂处，并且在高度h₂处的等离子体频率等于E层临频f_CE，谷层包括两个部分：与E层的连接部分和与F层的连接部分，这两部分的连接点位于高度h₁处；

步骤12：为了保证整个剖面连续光滑，则在层与层的连接点处，基于连接点以上及以下电离层模型分别计算的等离子体频率的平方值以及剖面梯度应该相等，根据这一条件，限定 相关参数之间的内在关系。

进一步的，所述步骤(2)具体包括：

步骤21：对于频率小于等于f_CE的电波将在E层反射，进行E层回波虚高计算公式的推导；