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标题: 乐新安等-NA&JGR：三亚相控阵非相干散射雷达系统介绍及开端效果 [打印本页]

作者: 胜利你大刚哥啊 时间: 2023-1-3 16:40
标题: 乐新安等-NA&JGR：三亚相控阵非相干散射雷达系统介绍及开端效果

电离层是地球上空高度约60-1000公里的高层大气，有大量带电粒子，明显影响无线电波的流传。当电离层中的电子在外加电场的作用下，会产生一个受激辐射-汤姆森散射，非相干散射雷达就是通事后向汤姆森散射谱反演等离子体密度、速率、温度，由于其得到的参量多、范围广、分辨率和精度高，又被称之为地基电离层探测的“核武器”。但是，非相干雷达探测目标是电子，其散射截面比通例探测硬目标低20个量级，探测难度大，技术含量高，造价和运维本钱昂贵，如当代界上只有美国和欧盟拥有通例运行的非相干散射雷达，新一代的相控阵非相干散射雷达仅美国有1套。

非相干雷达强大的探测本领吸引了我国科学家的高度关注，2013年中国科学院地质与地球物理研究所万卫星院士抓住国际上正在开始发展新一代相控阵非相干雷达建设契机，颠末广泛国表里调研，团结中国电科14所和南昌大学，提出在我国海南三亚自主建设一个相控阵非相干散射雷达（SYISR），并得到国家自然科学基金委员会重大科研仪器研制专项资助。SYISR于2015年开始建设，先后经历了室内关键部件的计划和研制、室外小面阵测试、三亚大阵面建设调试三个建设阶段，突破了阵面幅相一致性监测和校准技术、低系统噪声温度技术和情况顺应性技术，其系统噪声温度等关键指标优于国际同类雷达；针对特定探测需求，计划了多种波形编码和探测模式，以提高探测时空分辨率和精度；开发了对应的信号处理和参量反演算法。项目于2021年6月建成并通过基金委验收（图1）。

图1 建设完成的三亚非相干散射雷达外观图

SYISR接纳固定阵面、全相扫的探测方式，其无栅瓣有效信号可覆盖南北偏天顶角±48度、东西偏天顶角±25度的锥形范围，在1000公里高度上，可覆盖面积如图2所示。

图2 三亚雷达有效探测范围

SYISR在国际上首次观测到低纬等离子体线（图3），等离子体线比通例离子线低两个量级，对雷达灵敏度要求极高，国际观测也很少，这个凌驾计划预期。通过计划特殊探测模式，SYISR还首次观测到了等离子体泡中精致的次生结构。此外，SYISR还作为信号源，与中国天眼（FAST）完成了系列收发实行，进行了高高度电离层和月球探测。

图3 SYISR观测的等离子线表现图

项目验收后，中国科学院地质与地球物理研究所乐新安研究员等人接纳不同工作模式对我国低纬电离层开展观测研究，发展了多种数据处理和分析方法，特殊是从2022年开始，SYISR进行长期连续运行，得到了高精度、长时间的电离层剖面监测（图4）。随着SYISR探测数据的积聚，相干的科学研究工作也正在渐渐展开。

图4 三亚非相干散射雷达在一天中观测得到的电离层电子密度、电子离子温度和离子视线速率随高度和时间厘革图

此外，在国家重大科技底子设施-子午工程二期资助下，将进一步建设海南三站式非相干散射探测系统，包罗对三亚主站进行扩充，并在儋州和文昌新建两个吸收站，形成一发三收的三站系统，具备对速率矢量的直接探测本领，探测精度和本领进一步提拔，整套系统预计于2023年建设完成。

三亚相控阵非相干散射雷达系统介绍和开端研究结果，近期分别发表于Nature Astronomy和Journal of Geophysical Research。SYISR的建设和观测研究得到国家自然科学基金委重大科研仪器研制专项（41427901）资助。
1.乐新安*，万卫星，宁百齐，金林. An active phased array radar in China[J]. Nature Astronomy, 2022, 6(5), 619. DOI: 10.1038/s41550-022-01684-1.
2.乐新安*，万卫星，宁百齐，金林，丁锋，赵必强，曾令旗，柯长海，邓晓华，王飘逸，郝红连，张宁，罗俊浩，王永辉，李鸣远，蔡毅徽，刘凡玉. Development of the Sanya incoherent scatter radar and preliminary results[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2022, 127: e2022JA030451. DOI: 10.1029/2022JA030451.

美编：陈菲菲
校对：万鹏

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