简要说明:国际参考电离层 (IRI) 是由空间研究委员会 (COSPAR) 和国际无线电科学联合会 (URSI) 赞助的一个国际项目。这些组织在 20 世纪 60 年代末成立了一个工作组,根据所有可用的数据源,制定电离层的经验标准模型。该模型的几个稳步改进版本已经发布。IRI 描述了从约 50 公里到约 2000 公里的高度范围内的电子密度、电子温度、离子温度和离子成分。它提供了磁平静条件下非极光电离层的月平均值。主要数据来源是全球电离层网络、强大的非相干散射雷达(Jicamarca、Arecibo、Millstone Hill、Malvern、St. Santin)、ISIS 和 Alouette顶部探测器,以及几颗卫星和火箭上的现场仪器。IRI 每年在特别 IRI 研讨会期间更新(例如,在 COSPAR 大会期间)。计划进行几项扩展,包括离子漂移模型、极光和极地电离层的描述以及对磁暴效应的考虑。
1.行星大气和电离层:大气物理学 - 根据温度和压力对大气进行分类、静水方程、高程方程。大气成分 - 主要和次要成分、臭氧和其他微量成分的作用、大气的演变。温度、密度、电离和压力随海拔高度的变化 - 定义大气区域、不同行星的大气、等离子体形式的电离层、等离子体概念、查普曼层产生理论、电离层的形成、气辉和极光发射、使用地面和空间技术测量离子和电子密度。
与蒙彼利埃大学航天中心(CSUM)合作开发,ENSO(用于太阳 - iRradiance观察的纳米纳斯特)是一个R&D立方体,旨在通过帮助测量太阳能活动及其对地球的影响来帮助电离层表征电离层。
许多无线电频段都受到中性大气或电离层等介质的影响,HF 频段也不例外。对于航空目的而言,重要的频段是 HF、VHF 和 UHF(卫星通信)。虽然 VHF 信号通常不受电离层效应的影响,但它被限制在视距 (LOS) 范围内。相比之下,HF 频段依赖电离层来实现其天波覆盖模式,从而实现 4 000 - 5 000 公里及以上的超视距 (BLOS) 通信范围(在多跳路径上)。SATCOM 电路受到必要的电离层穿透的影响,即地球表面上方 60 - 2 000 公里的区域,但这些影响是有害的,其中一些影响在规定条件下可能很严重(即在太阳黑子高发期间和在特定地理区域内出现闪烁)。 SATCOM 覆盖范围由视距条件决定,这可能会限制某些配置(即地球同步平台)的极地覆盖范围。通过适当的地面站定位可提供极地的 HF 覆盖范围。
m) 电离层闪烁:电离层中电子密度的不均匀性导致无线电波的折射聚焦或散焦,并导致称为闪烁的幅度波动。电离层闪烁在地磁赤道附近最大,在中纬度地区最小。极光区也是闪烁较大的区域。强闪烁的幅度呈瑞利分布;较弱的闪烁几乎呈对数正态分布。这些波动随着频率的增加而减小,并且取决于路径几何形状、位置、季节、太阳活动和当地时间。表 2 根据 ITU-R P.531 建议书中的数据,列出了中纬度地区 VHF 和 UHF 的衰落深度数据。
全局电离层闪烁模型(GISM)可用于预测闪烁对给定链路几何形状的影响。必须使用仔细考虑时间,空间和地磁环境来评估电离层行为的范围,并指出闪烁事件持续30分钟至小时,并在局部电离层日落之后开始。准确的预测对于电信系统的设计仍然具有挑战性。鉴于当前模型准确性的极限,与给定的链路可用性有关的所有纬度和飞机站高程范围都无法精确量化电离层传播损失。在最坏的情况下,在赤道区域,在极端最坏情况下,可能会预期的大量超过10 dB的衰减(如图5所示,报道为1.5 GHz的15 dB)。在每个纵向位置,在春分时期和多年的最大太阳活动中,在日落后的一段时间内观察到最高强度。需要进一步的工作才能适当地考虑航空VHF卫星系统的设计时电离层损失。在此类技术研究方面具有先前经验的州/行政部门,鼓励分享有关弹性对卫星系统效应的数据。在此阶段,建议考虑以下三个参考电离层损失:
旨在研究太空天气对卫星系统的影响的研究揭示了太空天气的几个重要影响。其中一些效果包括:地磁诱导的电流:这些电流可能会破坏卫星系统在低地球轨道上的操作,因为它们靠近地球表面。由于表面充电和电弧引起的辐射效应:来自各种来源的辐射会损坏卫星系统,这就是为什么在卫星设计中需要具有辐射保护的组件。辐射对人类健康的影响。电离层对卫星通信和导航的影响:电离层中的湍流可能会导致电离层等离子体密度的不一致,这可能会折射传入的无线电信号并引起电离层干扰。热圈效应:磁性风暴期间高层大气的膨胀会产生大气阻力,这可能会导致海拔高度或卫星轨道的干扰[10]。
目前,GPS观察允许使用断层扫描衍生4-D大气(对流层或电离层)模型。为此,GPS数据用于估计对流层的倾斜对流层延迟(STD)(例如,Pottiaux,2010年)和电离层的倾斜总电子含量(STEC)(例如Bergeot等,2010)。层析成像方法包括通过体素(代表对流层或电离层)的体素离散数量(体素为3D像素,图1)。这允许在断层网格分辨率下获取有关这些参数的分布变化的信息(Mitchell和Spencer,2003年)。在不久的将来,使用Glonass和Future Galileo系统以及增加地面GNSS网络增加了STD和STEC的观察结果,这将减少对先验信息的依赖,最终导致大气中的层析成像主要基于数据(Bust and Mitchell,Mitchell,2008; Bender and Rababe,2007年)。