地球—電離層波導系統(tǒng)中的電磁特性研究.pdf

1、論文針對地球—電離層波導系統(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)象進行研究。近些年來對舒曼諧振電磁現(xiàn)象的研究表明,它的變化與全球的閃電雷暴活動、電離層D層觀測、太空天氣以及全球氣候變化等相關。論文采用三維時域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)算法結合多邊形網(wǎng)格法建模技術深入研究了地球—電離層波導系統(tǒng)內(nèi)的極低頻/特低頻電磁波的

2、傳播問題和對其影響的相關因素。論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點現(xiàn)歸納如下:
　　一、以多邊形網(wǎng)格法建模技術和時域有限差分算法為理論基礎,建立三維地球—電離層波導系統(tǒng)幾何模型。推導麥克斯韋積分方程對應的FDTD離散迭代方程,分析了其數(shù)值特性,并在不同的仿真實驗條件下驗證了模型的正確性和有效性;
　　二、在波導系統(tǒng)模型中導入真實的全球地質信息參數(shù)和電離層電導率信息參數(shù),形成一個完整的地球—電離層波導系統(tǒng)仿真模型。通過系列仿真實驗并同測

3、試結果的比較表明,本文的模型可以用來研究真實的地球—電離層波導系統(tǒng)中的極低頻/特低頻電磁波的傳播問題;
　　三、引入Prony算法,從大量的極低頻/特低頻電磁波時域數(shù)據(jù)中提取了包括諧振頻率fn和品質因數(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)時的不確定因素;
　　四、通過導入電離層中的電導率的理論解析值,仿真分析了太陽質子事件和X射線爆發(fā)事件對舒曼諧振變化的影響。仿真實驗的結果表明,舒曼諧振的第一諧振頻率f1

4、伴隨著太陽質子事件以及X射線爆發(fā)分別呈現(xiàn)減少和增大的變化趨勢,這一結論與實際的觀測值是保持一致的;
　　五、在真實的地球—電離層波導系統(tǒng)內(nèi),通過建立的仿真模型以及從國際參考電離層信息數(shù)據(jù)得到的非對稱的電導率模型來研究了舒曼諧振隨晝夜和季節(jié)的變化特征,并結合復雜的電離層電導率模型仿真研究了舒曼諧振的變化與太陽黑子數(shù)的周期變化間的關系,同時對未來11年(一個周期)的舒曼諧振電磁參數(shù)的變化進行了預測,為這一領域的研究提供了新的研究思路。