国家级创新实验计划项目申请书

项目名称 项目来源 申请经费 姓名 张云骥 申请人 团队 ( ) 学号 07096 008 韩路 07096 013 韦尹煜 07094 036 钱大友 07096 004 男 男 男 性别 男 □导师课题 10000 元
基于西安站观测数据的电离层特性研究 √自主选题 □竞赛项目 □其它来源 2013.04 手机 13720770496 qq.com 791420348@ 15091055337 qq.com 418389488@ 15291498069 qq.com 1069807165@ 13474103241 qq.com E-mail 1027429276@
填表说明
一、填写申请书前，请先查阅教务处网站关于国家级大学生创新 创业训练项目管理办法及申请通知。 二、申请书的各项内容，要实事求是，表达要明确、严谨。第一 次出现的缩写词，需注出全称。 三、 《项目申请书》要按顺序逐项填写，空缺项要填“无” 。要求 一律用 A4 纸双面打印，于左侧装订成册。可网上下载、自行复印或 加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。电子版填表字体用小四 号宋体，单倍行距，申请书一式五份交到各学院办公室。 四、 《项目申请书》中栏目“一至九”由学生填写，栏目“十至 十二”由教师填写，栏目“十三、十四”由项目负责人所在学院填写。
研究目标： 1. 建立符合西安站的参数预报模型，对电离层 F2 层寻常波的临界频率 foF2 进行预报； 2. 对西安电波观测站的实验测量数据进行统计建模分析， 反演我国中纬度地区电子浓度剖 面，建立符合西安站上空电子浓度剖面的模型； 3． 根据西安站上空电离层结构的相关参数，模拟电子浓度剖面，进行电波传播特性的仿 真，并开发一套仿真软件系统； 4. 根据西安电波观测站的电离层垂直探测、电离层斜向探测以及电离层闪烁监测数据， 建 立西安地区电离层闪烁模型和 TEC 理论模型； 5. 通过本项目的实施，培养项目成员的创新意识与动手能力，通过项目的研究，使得项目 成员能够独立的完成一项科学研究工作，具备初步的科学研究能力以及团队合作精神。 五、项目创新特色概述 � � � 西安电波观测站的测量数据为西安地区电离层特性研究提供研究基础 通过观测站网研究多种电离层环境下的电波传播特性 建立符合西安站的单站模型，实现单站模型仿真系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、项目研究的目标及主要内容 监测电离层环境是确保无线电信息传输环境安全及在其中工作的各种信息平台安全的十分 重要的工作。西安电波观测站主要进行电离层垂直探测、电离层斜向探测以及电离层闪烁监测。 西安电波站的建成，填补了我国中西部地区电磁环境观测与研究的空白，同时在我国增加多条 斜测传播电路，对我国国防信息化建设发挥重要作用。本项目基于西安观测站这一重要科研实 践平台，通过对西安上空电离层相关参数的测量，从理论与实测数据出发，研究电离层特性。 项目组四名成员均在中国电波观测站（西安站）学习工作一年以上， 对各种实验数据的测量和 采集较为熟练，可以获取项目所需数据。对本项目所涉及到的部分内容和数据进行非涉密处理， 研究的内容均属于基础研究部分，且属于学习研究的自选课题。 研究内容： 1. 研究我国中纬地区西安站上空电离层的结构特性； 2. 利用垂测数据反演西安站上空的电子浓度剖面； 3. 利用斜测数据反演西安及周边地区的电子浓度剖面，研究电波斜程传播特性； 4. 利用电离层闪烁数据来反演电子密度不规则体的漂移速度； 5. 利用 GPS 数据反演电离层总电子含量 TEC（Total Electron Content） ； 6. 基于我国电波观测网的数据分析太阳活动对电离层特性的影响。
二、项目研究背景 随着科学技术的迅速的发展，以电波通信为基础的信息化建设呈现着前所未有的变化和发 展，无论是现代军事战争，还是人们日常通信，电波以其独特的魅力扮演着越来越重要的角色。 复杂的电波环境对无线电信号的衰减、散射和折射等效应将直接影响通信系统的效能，在当今 信息化作战中，电波环境信息已经成为与天文地理、气象水文等信息一样重要的战场环境信息， 对信息化装备发挥着越来越重要的“天气预报”的作用。而电离层是电子信息系统的重要空间 环境，开展电离层电波传播的观测与研究是无线电信息传输及信息安全的重要工作，对通信测 控、侦查对抗、导航定位等研究工作有重要影响。 目前国防科技工业环境试验与观测已经建成了包 括国内 15 个电波观测站和南北极站等在内的国家电波 环境观测站网，基本实现了对我国境内和部分国家利 益相关区域的覆盖，建立了国家电波数据库，形成了 大量的电波研究成果，并在国防信息化建设中得到广 泛应用。西安电波观测站位于西安电子科技大学南校 区大学生活动中心，于 2010 年 7 月正式建立启动试运 行，是中国电子科技集团第 22 研究所和西安电子科技 大学联合建立的唯一一所位于国内高校中的电波观测 站，目前承担着电离层垂直探测、斜向探测、闪烁、电离层总电子含量（ TEC ）等电波观测、 数据传输及处理等任务。该站的成立，为我们进行电离层结构的反演、短波通信特性的研究提 供了得天独厚的实验平台，为我们填充西安观测站创新应用的空白提供了强有力的数据支持。 本项目正是基于西安观测站这一重要科研实践平台，通过对西安上空电离层相关参数的测量来 进行实际的电离层特性的研究，做到了理论与实践、教学与科研的紧密结合。
挂牌，这是国内高校中首个电波观测站，标志着西安电子科技大学与中国电波传播研究所的长 期战略伙伴关系迈出了坚实的一步。西安电波观测站的建立，显著增强了国防科技工业电波环 境观测站点的观测能力，为国防科技工业和军队信息化建设提供了更好的服务，同时也为西安 电子科技大学电波传播与天线国防紧缺专业的建设提供了有力支撑。西安电波观测站作为全国 观测网第 15 个观测站，已经被纳入国防电波观测网体系。西安电波观测站的建立和运行，必将 对十二五期间我国电波环境探测研究工作起到重要的推动作用。大量的观测数据将不断充实到 数据库，为我国电波传播事业的发展、国防建设和军队信息化建设提供电波环境基础数据保障。 本项目正是基于西安电波观测站近年来所积累的观测数据，从理论和实验两种途径出发， 研究西安地区的电离层特性，包括电离层结构特性、电离层闪烁以及太阳活动对电离层特性的 影响等。
国家级大学生创新创业训练计划 创新训练项目申请书
基于西安站 观测数据的电离层特性研究 张云骥 吴振森、周彩霞、李江挺 理学院物理系
项目名称： 项目负责人： 指导老师： 所在院系：
2012 年 5 月至 2013 年 6 月 研究起止时间： 研究起止时间：2012
西安电子科技大学教务处 二○一二年三月制
实施方案： 电离层探测的机理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效应，通过对接收波的分析来推算出电离层特性参数，其中 等效高度和临界频率是两个最基本的特性参数。该项目是用探测到的电离层特性参数来反演电 离层的相关特性，并进行电波传播特性的研究，总体方案如图所示：
项目完成时间 专业班级 电波传播与天 线 电波传播与天 线 电子信息科学 与技术 电波传播与天 线
身份证号码 3709821989 01296472 1306341990 02273114 6204021990 1108001X 3408811989 08235958
一、项目组成员情况介绍（包括自身具备的知识条件，有何特长、兴趣，参加哪些科技事件创 新活动等） 张云骥：学习成绩优秀，理论基础扎实，系统掌握了电磁场与电磁波，电离层传播，电路 和信号处理等方面的知识，连续两次荣获国家奖学金和一次特等奖学金，获得学院学科知识竞 赛物理一等奖；熟练掌握 Fortran、Matlab 等编程语言，具备较强的编程能力，参加了大学生 数学建模竞赛，并获校级奖励；在中国电波观测站（西安站）工作实习一年以上，沟通协调能 力强，有很强的组织领导能力和良好的团队合作精神。 韩路：理学院电波传播与天线专业 09 级本科生在读。C 语言编程有一定的基础，熟练掌握 了 Fortran 等高级编程语言；系统学习并熟练掌握了电磁场理论，微波技术和电离层波传播理 论等知识；一次性通过英语四、六级考试，并通过口语考试，可以熟练的阅读英文资料；在西 安站实习至今，对科技创新有很大兴趣。 韦尹煜：已较为全面地掌握了大学物理基础知识及相关的物理问题的数值方法，并系统学 习了电磁波、电路和信号处理等关知识，同时学习了 C 和 Fortran 语言。曾两次获得校一等奖 学金及“杰恩”社会奖学金，参加过星火杯竞赛及数模竞赛，在中国电波观测站（西安站）工作 学习一年。沟通协调能力强，吃苦耐劳，有很好的团队合作精神。 钱大友：认真学习并掌握了学校所设课程，对电离层波传播方面有一定基础，在中电 22 所 西安电波观测站实习一年。大学期间两次获得二等奖学金，荣获陕西省第八届高等数学竞赛一 等奖；熟悉 C、C++等编程语言，并通过了计算机二级 C++语言考试，对计算机编程有浓厚兴趣。
六、项目实施方案及实施计划 实施计划： 1．基于已有知识并查阅相关文献，主要是关于电离层环境及传播特性、电子浓度剖面模型及 方法、利用特性参数反演电离层相关特征的方法以及软件仿真等方面的知识，并对此做深入 学习研究； 2. 项目负责人整体统调，把项目中的不同部分结合起来，并监督项目进度； 3. 各成员据自己的分工情况初步完成自己的任务（详见后续成员分工情况） ； 4. 在项目执行过程中遇到的问题及时与指导教师讨论解决， 及时撰写论文报告等以记录项目 进展成果。
三、国内外的研究现状及研究意义 从上世纪二十年代，阿普顿和巴涅特利用天波与地波的干涉法证明电离层的存在开始，电 离层的研究逐步发展并日瑧成熟，特别是近几十年来，随着计算机软硬件技术和网络通信技术 的迅速发展， 电离层的相关研究更是获得了长足深 远的进步。在理论研究方面， 各种电离层模型不断 改进和完善，包括有经验、半经验，全球、局部地 区的电子密度剖面模型； 在电离层的短期预报方面 也形成了人工神经网络法、 电离层三维时变分析技 术、电离层同化技术等，特别是 GPS 探测接收技 术的广泛应用， 给全球电离层的观测和建模预报带 来了革命性的变化，除了传统的 GPS 单、双频观 测技术，近年又发展起来增强型广域差分系统 （即 WASS）探测技术，GPS 无线电掩星反演技术等；电离层状态与太阳活动、流星体密切相关， 这 使得电离层的研究从宁静状态向暴时状态发展， 推 动了流星余迹通信、极光科学等相关科学的发展。 由于欧美国家科学技术上的优势， 在电离层研究方 面，一直走在前列，上世纪六十年代，美国陆海空 三军联合研制了新一代空间卫星导航定位系统 （即 GPS 全球定位系统） ，俄罗斯在七十年代就启动了 GLONASS 系统，我国现阶段正在建设“北斗” 卫 星导航系统。 美国于 1995 年 4 月发射了 Miscrolab-1 低轨道卫星， 开始运用无线电掩星技术， 美国开发 了电离层同化模型 AIM 和电离层测量数据全球同化 GAIM 模型， 并建立了覆盖全球的电离层闪 烁地基探测网 SCINDA；欧洲国家在欧盟科学和技术研究领域组织了 COS251 和 COS238 两个 合作计划，深化发展了逐时预报电离层和顶部电离层。 我国电离层与电波传播领域的研究开始于上世纪三十年代，在老一辈专家学者如桂质廷， 梁百先，吕保维等的努力下，我国的电离层物理研究取得了长足的进步。近年来有关学者用散 射机制下的四阶矩方程来研究电离层闪烁问题，同时，通过 Space-receiver 方法测量不规则体的 漂移速度。在中电集团 22 所（中国电波传播研究所）成立后，我国关于电离层的研究和应用获 得了重大发展，建立了覆盖全国的电波环境观测站网，经过长期大量的数据和资料分析，修正 了国际参考电离层（IRI） ，建立了“中国参考电离层（CRI） ” ，并发展了利用电离层预报地震等 自然灾害的研究。 2011 年 4 月 22 日，国防科技工业环境试验与观测网--西安电波观测站在西安电子科技大学