地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)中的電磁特性研究.pdf

1、論文針對(duì)地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)極低頻/特低頻電磁波產(chǎn)生的諧振電磁現(xiàn)象,即舒曼諧振(Schumann Resonance,SR)電磁現(xiàn)象進(jìn)行研究。近些年來(lái)對(duì)舒曼諧振電磁現(xiàn)象的研究表明,它的變化與全球的閃電雷暴活動(dòng)、電離層D層觀測(cè)、太空天氣以及全球氣候變化等相關(guān)。論文采用三維時(shí)域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)算法結(jié)合多邊形網(wǎng)格法建模技術(shù)深入研究了地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)的極低頻/特低頻電磁波的

2、傳播問(wèn)題和對(duì)其影響的相關(guān)因素。論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)現(xiàn)歸納如下:
　　一、以多邊形網(wǎng)格法建模技術(shù)和時(shí)域有限差分算法為理論基礎(chǔ),建立三維地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)幾何模型。推導(dǎo)麥克斯韋積分方程對(duì)應(yīng)的FDTD離散迭代方程,分析了其數(shù)值特性,并在不同的仿真實(shí)驗(yàn)條件下驗(yàn)證了模型的正確性和有效性;
　　二、在波導(dǎo)系統(tǒng)模型中導(dǎo)入真實(shí)的全球地質(zhì)信息參數(shù)和電離層電導(dǎo)率信息參數(shù),形成一個(gè)完整的地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)仿真模型。通過(guò)系列仿真實(shí)驗(yàn)并同測(cè)

3、試結(jié)果的比較表明,本文的模型可以用來(lái)研究真實(shí)的地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)中的極低頻/特低頻電磁波的傳播問(wèn)題;
　　三、引入Prony算法,從大量的極低頻/特低頻電磁波時(shí)域數(shù)據(jù)中提取了包括諧振頻率fn和品質(zhì)因數(shù)Qn在內(nèi)的舒曼諧振的電磁參數(shù),解決了獲取舒曼諧振電磁參數(shù)時(shí)的不確定因素;
　　四、通過(guò)導(dǎo)入電離層中的電導(dǎo)率的理論解析值,仿真分析了太陽(yáng)質(zhì)子事件和X射線爆發(fā)事件對(duì)舒曼諧振變化的影響。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,舒曼諧振的第一諧振頻率f1

4、伴隨著太陽(yáng)質(zhì)子事件以及X射線爆發(fā)分別呈現(xiàn)減少和增大的變化趨勢(shì),這一結(jié)論與實(shí)際的觀測(cè)值是保持一致的;
　　五、在真實(shí)的地球—電離層波導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi),通過(guò)建立的仿真模型以及從國(guó)際參考電離層信息數(shù)據(jù)得到的非對(duì)稱(chēng)的電導(dǎo)率模型來(lái)研究了舒曼諧振隨晝夜和季節(jié)的變化特征,并結(jié)合復(fù)雜的電離層電導(dǎo)率模型仿真研究了舒曼諧振的變化與太陽(yáng)黑子數(shù)的周期變化間的關(guān)系,同時(shí)對(duì)未來(lái)11年(一個(gè)周期)的舒曼諧振電磁參數(shù)的變化進(jìn)行了預(yù)測(cè),為這一領(lǐng)域的研究提供了新的研究思路。