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1、非相干散射雷达调研报告,2016.11.25,1,沐风书苑,研究现状,1958年，Bill Gordon提出利用非相干散射原理实现 对电离层的遥测。 1962年，美国在秘鲁建设了世界第一部非相干散射 雷达Jicamarca Radar。 波多黎各Arecibo、美国Millstone Hill、丹麦格陵兰 岛Sondrestrom（美国修建）。 挪威 Tromso、 挪威Svalbard、乌克兰Kharkov （EISCAT建设）。 俄罗斯Irkutsk、中国的QJISR等 目前，世界上总共建设了约十部非相干散射雷达，正在观测运行的更少！,2,沐风书苑,非相干散射雷达在全球的分布：,参考文献：
2、邢维波. 非相干散射雷达信号处理机设计D. 西安电子科技大学, 2010.,3,沐风书苑,非相干散射原理,非相干散射是当X射线光量子冲击束缚较松的电子或自由电子时，会产生一种反冲电子，这种新的散射现象是由康普顿和我国物理学家吴有训等首先发现的，故称为康普顿散射或坎普顿-吴有训散射。,当每个光子与一个束缚较松的电子发生弹性碰撞时，电子被碰到一边，成为反冲电子，同时在角度下产生一个新光子，由于入射光子一部分能量转化成为电子的动能，因此新光子的能量必然较碰撞前的能量h要小。散射辐射的波长应要比入射光束的波长长，散射相位与入射波相位之间不存在固定关系，故这种散射是不相干的，称之为非相干散射。,4,沐风
3、书苑,非相干散射产生的主要原因,1.原子的能级有一定的宽度 2.原子的热运动和湍动 3.压力效应等。,5,沐风书苑,非相干散射雷达,非相干散射雷达利用电离层中等离子体热起伏的微弱散射信号,遥测高空电离层的物理参数。由于这种热起伏引起的散射信号是非相干的,所以叫做非相干散射雷达。,电离层电子非相干散射雷达截面很小，散射信号很弱。非相干散射雷达的发射机功率、接收机灵敏度、天线增益要求高。,1.概述,6,沐风书苑,非相干散射雷达,2.原理,非相干散射雷达方程,式中Pt是雷达发射脉冲峰值功率,A是天线面积,n是天线效率,C是自由空间光速,是发射脉冲宽度,Ne是电离层电子密度,是电子散射截面,R是散射体
4、到雷达站的距离。,接收机接收的散射功率中包含电子密度、电子温度和离子温度信息。,7,沐风书苑,电子密度表达式,实际应用时,接收机允许的最小输入功率用最小输出信噪比(S0/N0)min来表示,带入上式后有,散射信号是微弱的,往往淹没在噪声中,进行一个脉冲测量是没有意义的,必须进行脉冲积累。采用积累可以降低对信噪比的要求,用积累改善因子I(n)表示积累的允许信噪比降低时倍数,这样,非相干散射雷达,8,沐风书苑,实际测量中,不仅要测量散射信号的功率,而且要测量散射信号的功率谱。自相关函数的测量也是非相干散射雷达信号处理方法的基础,它包含多种电离层参数信息。,非相干散射雷达,9,沐风书苑,3.主要技术
5、特征,1.发射功率高,2.天线有效面积大,3.系统噪声温度低,4.采用相干积累技术,5.专用脉冲编码技术,6.采用更好的数字信号处理技术,非相干散射雷达,10,沐风书苑,Millstone Hill ISR,地理位置：288.5。E,42.5。N 天线系统：两套抛物面天线系统。 垂测（方向固定，直径67m） 斜侧（方向可调，直径46m） 发射频率：440MHz 峰值功率：2.5MW 1963年开始垂直探测、1978开始斜向探测电离层 参量。目前已经积累大量探测数据,发表了一批 关于中纬、亚极光区电离层特性经典文献。,11,沐风书苑,Arecibo ISR,地理位置：293.25。E,18.3。
6、N 天线系统：305m抛物面天线。 发射频率：430MHz 峰值功率：2MW 著名的单站非相干散射雷达,12,沐风书苑,地理位置：19.2。E，69.6。N 天线系统：32m抛物面天线。 发射频率：933MHz 峰值功率：2.6MW 1981年建设,EISCAT ISRs,EISCAT UHF ISR,EISCAT ：European Incoherent Scatter Scientific Association Associated countries:Germany, France, Finland, Japan, Norway, Sweden, UK,13,沐风书苑,地理位置：19.2。E，69.6。N 天线系统：1204m抛物柱面天线。 发射频率：224MHz 峰值功率：3MW 1983年建设,EISCAT ISRs,EISCAT UHF ISR,14,沐风书苑,EISCAT Svalbard Radar（ESR）,地理位置：挪威(16。E，78.1。N) 天线系统：斜侧（32m可转动抛物面天线） 垂测（42m固定） 发射频率：500MHz 峰值功率：1MW 1996年建设,EISCAT ISRs,15,沐风书苑,