發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 21:46

　　 電離層作為一個(gè)天然等離子體實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)展人工影響電離層研究既有利于人類(lèi)加深對(duì)等離子體特性等方面的認(rèn)識(shí),也可以幫助人們滿(mǎn)足短波通信、超視距雷達(dá)、航空航天等領(lǐng)域的各種需求。本文立足于高頻電波加熱電離層這一人工影響電離層的重要方式,從其研究歷史和研究意義出發(fā),建立電波加熱的物理模型,并進(jìn)行了相關(guān)仿真模擬,主要有以下研究成果:1.基于磁流體力學(xué)的動(dòng)量方程、能量方程和連續(xù)性方程以及電波歐姆加熱的主要機(jī)理,考慮不同高度上電離層主要等離子體參數(shù)及物理過(guò)程的差異,結(jié)合射線(xiàn)追蹤程序,分別構(gòu)建了低電離層欠密加熱模型和高電離層過(guò)密加熱模型。2.基于本文構(gòu)建的低電離層加熱模型并利用IRI-2012和NRLMSISE-00經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┑谋尘皡��?shù)對(duì)幾種不同初始條件下斜向加熱低電離層進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)比了不同加熱條件下電子溫度和電子密度的擾動(dòng)情況。研究結(jié)果表明,電波加熱的效果隨著入射仰角和有效輻射功率的增大而增大;電子溫度和電子密度增幅隨電波頻率增大而減小;相比O波模,X波模造成電子溫度擾動(dòng)幅度和電子密度擾動(dòng)幅度更大,同時(shí)X波模比O波模能更快地使電子溫度和電子密度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);一定范圍內(nèi)較小仰角、較低頻率、較大有效輻射功率的電波能使電子密度更快地達(dá)到穩(wěn)定,后兩者也能加快電子溫度達(dá)到穩(wěn)定的過(guò)程,電子溫度達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間隨入射電波仰角呈單峰變化,仰角為62°時(shí)達(dá)到最大。北半球冬季和高緯地區(qū)電波加熱引起的電子溫度擾動(dòng)幅度更大,而夏季和低緯地區(qū)電波加熱引起的電子密度擾動(dòng)幅度更大。3.基于本文構(gòu)建的高電離層三維加熱模型并利用IRI-2012和NRLMSISE-00經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┑谋尘皡��?shù)首先具體模擬并分析了一次加熱過(guò)程,之后分析對(duì)比了不同參數(shù)入射電波和不同參數(shù)背景電離層條件下加熱效果,結(jié)果表明:電子溫度和電子密度擾動(dòng)三維結(jié)構(gòu)的各經(jīng)向切面上變化趨勢(shì)相同;非均勻背景場(chǎng)中電波軌跡及反射面非對(duì)稱(chēng),故電子溫度及電子密度擾動(dòng)結(jié)構(gòu)也非對(duì)稱(chēng);加熱及冷卻過(guò)程電子溫度均將很快達(dá)到穩(wěn)定,而電子密度擾動(dòng)的發(fā)展將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。電子溫度和電子密度擾動(dòng)區(qū)域尺度和峰值高度隨電波頻率增大而增大,且均不隨電波有效輻射功率和波模發(fā)生變化;電子溫度和電子密度變化率峰值隨電波有效輻射功率的增大而增大,隨電波頻率的增大而減小,隨波模變化程度很小。北半球夏季及高緯度地區(qū)電波加熱引起電子溫度和電子密度擾動(dòng)區(qū)域尺度和峰值高度均大于冬季及低緯度地區(qū);而冬季及低緯度地區(qū)電子溫度和電子密度最大擾動(dòng)率大于夏季及高緯度地區(qū)。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：P352
【部分圖文】：

國(guó)防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文離層加熱模擬二章建立的低電離層加熱模型對(duì)幾次不同初始條件的加熱過(guò)程進(jìn)行果分析了不同參數(shù)電波及背景電離層條件下加熱引起低電離層電子的差異。離層加熱模擬二章建立的高電離層加熱模型結(jié)合射線(xiàn)追蹤程序?qū)�幾次不同初始條值模擬，并根據(jù)結(jié)果分析了不同參數(shù)電波及背景電離層條件下加熱度和電子密度擾動(dòng)的差異。與展望要工作及結(jié)論進(jìn)行闡述，列出了本文的創(chuàng)新點(diǎn)及不足之處，并對(duì)下和重點(diǎn)做出規(guī)劃。圖如下：

(a) (b)圖 3. 1 背景場(chǎng)電子溫度(a)及電子密度(b)高度分布3.1.2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析取入射電波頻率為 9MHz，有效輻射功率為 200MW 的 O 波模，分別以斜向 45°和90°垂直入射電離層，經(jīng)過(guò) 5ms 后電子溫度和數(shù)密度的改變量的對(duì)比如圖 3.2 所示。(a) (b)

國(guó)防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文(a) (b)圖 3. 1 背景場(chǎng)電子溫度(a)及電子密度(b)高度分布3.1.2 數(shù)值模擬及結(jié)果分析取入射電波頻率為 9MHz，有效輻射功率為 200MW 的 O 波模，分別以斜向 45°和90°垂直入射電離層，經(jīng)過(guò) 5ms 后電子溫度和數(shù)密度的改變量的對(duì)比如圖 3.2 所示。
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