高频地波雷达电离层杂波物理机理研究

Due to the highly time-varying characteristics of ionospheric clutter, the irregular expansion of distance and Doppler domains, and the irregularity of spatial domain, the current ionospheric clutter suppression technologies based on radar signal processing are not ideal. This project intends to start from the origin of ionospheric clutter, and explore the physical mechanism of the interaction between radar beam and ionosphere, and establish a mathematical model of the ionospheric clutter of high-frequency surface wave radar. We further study the characteristics of ionospheric clutter caused by acoustic gravity waves in the ionosphere triggered by extreme natural weather such as earthquakes, thunderstorms, typhoons, tsunamis and so on, and explore the intrinsic scientific laws between geophysical phenomena. The results of the project are expected to provide a new theoretical basis for the technology of ionospheric clutter suppression of HF surface wave radar, improve the detection performance of over-the-horizon targets and the accuracy of ocean remote sensing, and deepen understanding of the intrinsic scientific laws of geophysical phenomena. The project has important practical significance and research value of natural science research.

由于电离层杂波的高度时变特性、距离域与多普勒域的不规则扩展，以及空域的无规律性等，使得当前基于雷达信号处理的电离层杂波抑制技术实际效果并不理想。本项目拟从电离层杂波产生的根源入手，深入探索入射雷达波束与电离层之间相互作用的物理机理过程，建立高频地波雷达电离层杂波的数学模型；并进一步研究由地震、雷暴、台风、海啸等极端自然天气所激发的声重力波在电离层中传播时所引起的电离层杂波特性，探究地球物理现象之间的内在科学规律。项目预期成果有望对高频地波雷达电离层杂波抑制技术提供新的理论支撑，提升雷达超视距目标探测性能和海态遥感精度，并加深对地球物理现象内在科学规律的认识，具有重要实际工程意义和自然科学研究价值。

针对当前高频地波雷达（HFSWR）电离层杂波机理这一难题，本项目将电离层回波作为有用信源，深入探索电离层回波产生的物理机制过程，建立电离层回波与等离子不规则体、行进式电离层扰动(Traveling ionospheric disturbances, TIDs)之间的数学模型，进而估计电离层特征参数，验证电离层回波的混沌特性，并对我国东海和渤海台风期间电离层扰动响应开展探索性研究。.本项目主要研究内容包括：电离层离子反应扩散过程分析、HFSWR联合垂测仪观测分析电离层回波特性、建立基于不规则体物理机制的HFSWR电离层广义距离方程、完善FMCW/FMPCW体制后向散射传播路径的HFSWR电离层回波数学模型、开展电离层回波统计特性研究、验证HFSWR电离层回波混沌特性以及分析台风期间实测电离层回波的分布特征。.本项目研究成果共计16项，其中发表学术论文13篇（SCI检索6篇、EI检索6篇，核心1篇），出版学术专著1本，申请国家发明专利2件。协助导师培养博士生1名，硕士生3名。已完成项目申请书的预期研究成果要求。.本项目研究成果有望加深对HFSWR电离层回波机理的科学认识，量化电离层不规则体与TIDs对HFSWR的影响，为电离层杂波抑制技术及最优工作频率选取提供新的关键理论支撑，并拓宽加深对地球物理现象内在关联科学规律的理解，促进HFSWR海洋-电离层复杂系统动力学特征的研究，具有重要实际工程意义和较高的自然科学研究价值。