电离层高频斜向探测技术选频应用论文

电离层高频斜向探测技术与选频应用电离层探测是研究电离层特性和进行短波选频的重要手段之一，随着科学技术发不断发展，人类发明了各种各样的电离层探测方法，而电离层高频斜向探测，就是这众多探测方法中重要的一种。介绍了电离层斜向探测的基本原理、斜测电离图及应用，同时也对这种探测方法的优点和局限性进行了评述。

高频斜向探测斜测电离图选频优点和局限

电离层对电波传播的影响与人类活动密切相关，如无线电通信、广播、无线电导航、雷达定位等。因此，从18世纪末无线电科学兴起、马可尼实现世界第一次无线电报传输后，人类对电离层的研究就得到了蓬勃发展，研究出了各种各样对电离层探测的方法和手段，从目前情况来看，主要包括电离层高频垂直探测、电离层高频斜向探测、电离层高频斜向返回探测、非相干和相干散射雷达探测、电磁波电离层吸收测量和利用空间飞行器辅助或直接测量等。这些方法和手段各自有着其优点和缺点，互为补充，为电离层的研究起着重要的作用。这其中，电离层高频斜测是高频通信选频所依赖的主要技术。

一、电离层斜向探测工作方式

电离层斜向探测系统在工作时，在某一固定地面（a）向上斜投射高频无线电波信号，并在一定距离外的另一地面（b）接收电离层反射信号。这种探测的关键技术，是使相距很远的接收机和发机同步变频工作。这通常是用双方接收时间信号对时或使用高稳定度

频率源等方法实现同步工作，其工作方式主要有两种。

（一）扫频探测

短时间内发射多个频率上的探测脉冲进行电离层探测，以获得电离层各层反射电波信号射线距离随频率变化的描记曲线以及各层的最大可观频率。其描记曲线的形状和最大可观测频率随时间的变化反映了电离层结构参数随时间变化的关系。如果探测是连续进行的，还可以给出最大可观测频率以及每一个传播模式在各频率点上的射线距离随时间变化的关系。

（二）定频探测

在某一确定的频率点上连续发射若干个探测脉冲信号进行电离层探测，可以得到连续的各模式信号数据。参照扫频探测信息，利用该数据可以获取电离层不同模式信号频域变化特性、信号幅度随时间的变化特性和射线距离随时间的变化特性。也可以获取各探测脉冲上不同模式信号的幅度、相对相位和射线距离的变化规律。

二、斜向探测电离图的选频应用

通过发射端发射无线电波后，在接收端主要记录信号在传播过程中的时延、多普勒频移与探测频率的关系。这种记录称为斜测电离图，如图所示就是利用电离层斜向探测系统实测武汉至海南万宁通信线路所得的斜测电离图。它主要用于研究不同频率传播路径的传播模式和传输信道的特性，也可以用于估算传播路径中点的电子密度分布。这种技术原理，现已应用到重要的通信干线的实时选频上。利用由探测系统提供的电离图直接确定通信线路的最佳频段，

是最直观和最方便的方法。由上图可知，有了完整的电离图，就可以从图中清楚地看到传播的各种模式以及最可用频率（muf），在图中找出单模式传播的区域并利用最高可用频率就可以进行短波通信线路的选频。

三、电离层斜向探测的优点及局限性

（一）电离层斜向探测的优点

一是探测的范围大，相对于电离层垂测来说，斜向探测的范围远大得多，垂测所测的范围仅为探测系统所在位置的垂直方向，而斜向探测只要改变发射天线的水平方位角和仰角就可以对360度全方位和不同距离内的电离层进行探测。二是实用性强，现代军事短波通信在战争中占有重要地位，通信频率的选择是保证通信质量的关键因素之一，而电离层斜向探测就能为短波通信的选频提供重要的技术支持。

（二）电离层斜向探测的局限

一是时间同步要求较高，如果没有精确的时间同步，则所测的数据将会产生较大的误差。二是设备较为复杂，天线架设困难。三是探测区域有限，d层探测不到，f2层以上也探测不到，只能测量e层（含白天e层）以上f2层以下的电离层区域。四是当存在强的电离层不规则结构时，频高图上没有清晰的反射回波，只有的扩展f散射回波，无法探测到fmax等参数。

参考文献：

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