论文题目: 电离层对卫星信号传播及其性能影响的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 无线电物理
作者: 许正文
导师: 吴振森,吴健
关键词: 电离层,卫星信号传播,星载无线电系统性能,随机介质波传播,矩方程求解,电离层闪烁,星载成像性能
文献来源: 西安电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以随机介质电波传播理论研究为出发点,围绕电离层对星—地链路卫星信号传播以及星载SAR等无线电系统性能的影响开展相关研究。由相关领域研究现状和存在问题的分析可见,背景电离层对于卫星信号的传播效应比较清楚,而主要问题和困难都集中在随机介质传播和双程传播的理论问题上。所以本文将工作重点放在随机介质波传播理论问题和与之相关的卫星信号传播的电离层效应研究上。由于星载SAR等系统的发展,这些问题成为电离层电波传播和雷达领域的热点问题之一,亟待解决。作为研究工作的基础,本文首先介绍了电离层介质特性和卫星信号电离层传播的基础理论。在此基础上,主要开展了如下工作: 第一、利用时间矩方法和文献中由积分方程迭代方法求得的脉冲传播双频互相干函数,全面和系统地研究了卫星信号穿过电离层随机不规则体层传播的时间特性,包括平均到达时间、脉冲展宽、偏度和峰度(峭度)等。结果表明:①平均到达时间的决定项为载频上的群速传播时间。其它附加时延主要来自背景电离层的高阶色散和不规则体的散射效应,而电子密度不规则体色散引入的附加时延相对较小可以忽略。②脉冲穿过湍动电离层时的展宽效应主要来自电离层背景色散效应和电子密度不规则体的随机散射,而不规则体的色散效应贡献相对较小。③穿过电离层脉冲时间偏度数值为负,表明能量分布偏向上升沿。电子密度不规则体散射和色散效应起决定作用,大于电离层背景效应。④高斯脉冲信号穿过电离层后峰度为负值,即变得比原来平坦。 第二、穿过随机电离层卫星信号二阶统计特性和电离层信道统计特性研究。①数值讨论了平面波脉冲双频、双点互相干函数的有关特性。②利用互相干函数,研究了卫星信号穿过随机电离层信道传播的二阶统计特性,包括相干距离和相干带宽等。结果表明,相干距离和相干带宽随着外尺度和内尺度的增加而增大,而且随着外尺度的变化更快;随着电子密度不规则性起伏的增强而迅速减小。③随后,还讨论了随机电离层信道的功率冲击响应和功率谱函数;引入时间依赖关系,将双频、双点互相干函数推广为双频双点双时互相干函数,用以研究信道的延迟—Doppler散射函数。 第三、建立解析求解随机介质波传播强起伏条件下场的高阶对称矩方程的一般框架和方法。随机介质波传播强起伏理论的发展至今不尽人意,主要困难在于场的矩方程难以求解。本文通过在完全饱和情况高斯解的基础上添加修正项的方法,解析求解了强起伏情况场的(n+n)阶对称矩方程。高斯解部分可以由二阶矩求得;关键是求解非高斯修正项满足的方程,本文提供两种解法:格林函数方法和
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
§1.1 研究背景和意义
§1.2 星—地链路电离层电波传播问题研究现状
1.2.1 背景电离层传播问题
1.2.2 穿过电离层不规则体的随机电波传播问题
1.2.3 双程传播问题
§1.3 电离层对星载无线电系统性能影响的研究概况
1.3.1 对卫星通信和导航系统的影响
1.3.2 对星载SAR的影响
§1.4 论文结构与主要研究成果
1.4.1 论文研究内容和结构安排
1.4.2 主要研究成果
第二章 星—地链路电离层电波传播理论基础
§2.1 电离层介质特性简介
2.1.1 电离层的分层结构
2.1.2 与星—地链路电波传播有关的部分参数
2.1.3 电离层不规则体及其表征方法
§2.2 背景电离层对卫星信号传播的影响
2.2.1 对卫星信号相位的影响—相位超前与色散
2.2.2 对卫星信号极化的影响—Faraday旋转
2.2.3 对卫星信号传播时间的影响—群延迟与色散
2.2.4 对卫星信号频率的影响—Doppler效应
§2.3 连续随机介质电波传播理论
2.3.1 弱起伏理论—Rytov解及其适用范围
2.3.2 强起伏理论—抛物型方程法
第三章 随机介质电磁脉冲传播时间特性
§3.1 引言
§3.2 时间矩
§3.3 平均到达时间
§3.4 脉冲展宽特性
§3.5 脉冲的偏度
§3.6 脉冲的峰度
§3.7 小结
第四章 随机电离层信道电波传播二阶统计特性
§4.1 引言
§4.2 互相干函数解特性的有关讨论
§4.3 相干距离、相干带宽和相干时间
§4.4 功率冲击响应函数
§4.5 信道散射函数
§4.6 小结
第五章 场的高阶对称矩方程的解析解
§5.1 引言
§5.2 求解思路—高阶对称矩的高斯解和非高斯修正项
§5.3 非高斯修正项的格林函数解
§5.4 非高斯修正项的Rytov近似解
§5.5 高阶对称矩的一般解
§5.6 讨论
§5.7 小结
第六章 场的四阶矩解及其应用
§6.1 引言
§6.2 场的四阶矩解析解的一般形式
6.2.1 四阶矩的高斯解
6.2.2 四阶矩非高斯修正项的Rytov解
6.2.3 四阶矩的一般解析解
§6.3 平面波的四阶矩解
6.3.1 高斯解
6.3.2 非高斯修正项
6.3.3 平面波四阶矩解
§6.4 卫星信号幅度的电离层闪烁
6.4.1 闪烁指数
6.4.2 理论与实验结果的比较
§6.5 强度相关函数
§6.6 倾斜入射路径情况
§6.7 小结
第七章 电离层对星载合成孔径雷达影响的研究
§7.1 引言
§7.2 星载SAR成像分辨率及其影响因素
§7.3 电离层对星载SAR影响的理论模型
§7.4 方位向分辨率的影响
§7.5 图像距离向质量的影响
7.5.1 图像偏移和几何畸变
7.5.2 距离向分辨率的影响
§7.6 Faraday旋转效应
§7.7 小结
结束语
附录A 论文部分公式推导过程
参考文献
致谢
攻读博士学位期间的研究成果
发布时间: 2007-01-10
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