基于化学物质释放的五点傅里叶变换求解泊松方程的方法

在电离层化学物质释放数值模拟中,傅里叶变换是一种有效的求解泊松方程的方法,但其仿真精度有待进一步提高.文章提出一种改进的傅里叶变换求解泊松方程的方法,对泊松方程的五点差分形式做傅里叶变换,并引入误差修正项,弥补二阶差分带来的误差,模型中给出了详细推导过程,并与常用方法进行了对比分析.研究结果表明,改进方法求得电势的均方误差（Mean Square Error,MSE）相对Birdsall方法和电势求导方法小6个量级,电势空间分布更加接近解析结果.文中所提方法满足化学物质释放数值仿真的要求,为等离子体粒子模拟中泊松方程的求解提供了一种新的方法.     

尘埃等离子体的谐振问题研究

基于尘埃等离子体的色散关系,在不考虑高/低频近似的情况下,推导了尘埃等离子体谐振频率和增长率的表达式,讨论了尘埃质量、尘埃密度和载波频率对谐振过程的影响,给出了尘埃等离子体谐振过程的基本物理规律.典型火箭喷焰等离子体参数条件下,考察了高速尘埃粒子组分的引入对谐振过程的影响.仿真结果表明,尘埃速度在1 km/s的条件下即可激发谐振过程,谐振频率约为3 kHz.尘埃等离子体谐振机理模型和高速组分影响机制的得出对深入理解尘埃等离子体的物理过程和火箭喷焰的异常衰减机制具有重要意义.     

挪威地区甚高频雷达观测极区夏季中层回波

于2010年7月13日至16日正午前后在挪威Troms地区(69.6°N)使用224MHz甚高频非相干散射雷达对极区夏季中层回波(PMSE)进行了观测.雷达几乎每天都捕捉到了PMSE现象,且其时常具有双层结构.为专门研究PMSE方向敏感性,采用了转动雷达发射波束指向的观测模式.对于13日的高PMSE层,回波功率随波束天顶角的增大而衰减,回波半宽角为8.9°.然而,对于13日的低PMSE层和14—15日的PMSE层,回波功率与波束指向基本无关,这与国际上早期使用约50MHz甚高频雷达观测的结果不一致.     

尘埃等离子体混合模型中电荷-电势问题的迭代法求解

针对尘埃等离子体领域的工程实际问题,研究了混合模型中电荷电势问题的迭代法求解.具体情形为电子密度服从波尔兹曼分布,而电势由泊松方程决定.研究结果表明,简单情况下牛顿迭代法具有非常好的适用性,但对于复杂的工程实际情况,标准的牛顿迭代法不再适用.研究验证,平行弦法对此复杂情况能够具有较好的适用性:当下山因子取值在一定范围内时,迭代过程收敛且稳定;同时,收敛速度随下山因子增大而加快.     

青岛地区电离层Es特征统计分析

利用青岛电波环境观测站电离层测高仪2001年至2011年共11年的观测数据,对Es层的季节变化和日变化特征进行了统计分析.统计结果表明:Es层发生概率与临频的季节变化和日变化为单峰结构,夏季和中午是Es发生最频繁和最强的时间;虚高的季节变化和日变化为双峰结构,季节上以4月份和9月份为主次峰,日变化上以7点和17点为主次峰;Es类型的发生次数从高到低依次为平型、低型、高型和尖型.     

高纬极区电离层离子声波谱线增强事件的研究

通过对子午扫描光度计以及欧洲斯瓦尔巴特群岛非相干散射雷达2004年1月22日的数据分析,发现非相干散射谱中出现的离子声波谱线增强发生在红色极光散射的区域内或附近,光学数据表明红色极光散射强度范围为4～32 kR,而在发生离子声波谱线的自然增强现象时红色极光散射强度水平高于15 kR.因此,极光粒子沉降与离子声波谱线增强具有一定的相关性.基于场向电流不稳定性模型,对发生离子声波谱线增强的雷达数据进行了分析,反演得到的场向电流量级达到了mAm-2量级.进一步采用修正的场向电流不稳定解释离子声波谱线时,由于场向热流的引入,反演得到的场向电流会变的更大.     

拉萨地区电离层长期变化特性研究

电离层环境变化对电子信息系统有重要影响,因此电离层变化特性研究具有重要意义.文中根据拉萨电波环境观测站30余年数据,研究了拉萨地区电离层F层临界频率f_oF₂、F层底高h'F、Es层临界频率f_oEs的日变化、季节变化和长期变化情况,得到一些有意义结论:电离层f_oF₂全年均值介于3~11 MHz,日变化显著,季节变化明显,随太阳活动变化幅度较大;电离层h'F全年均值介于200~420 km,日变化显著,随季节变化不明显,与太阳周期变化呈正相关关系;电离层f_oEs全年均值介于1~7 MHz,日变化显著,季节变化显著（夏季明显高于其他季节）,太阳周期变化不明显.研究电离层环境的长期变化特性,获取电离层参数长期变化规律,对通信导航、航天器等装备的设计和运行维护具有重要意义.     

亲电子尘埃在等离子体中带电的PIC方法研究

为了考察亲电子效应（包含斥电子效应）对等离子体中尘埃带电的影响,建立了基于粒子网格（particle in cell,PIC）技术的尘埃带电计算方法. 在物理上使用表面附加电荷来表征亲电子效应,并在计算方法中增加了相应的数学描述. 基于该方法,开展了多个场景例的计算,结果表明:亲电子效应越强,尘埃平衡电荷量就越大,且其平衡电荷量增幅与表面附加电荷面密度有着近似的正比关系;类似地,斥电子尘埃同样具有这种正比关系,但与亲电子尘埃不同的特点是,斥电子尘埃达到平衡电荷量的用时更长;此外,尘埃的粒径越大,亲电子效应所带来的平衡电荷量提升效果就越显著. 该方法实现了对等离子体中亲电子尘埃带电的计算能力. 通过该方法的计算表明,亲电子材质对等离子体中尘埃带电可以造成影响,且当亲电子效应足够强时,影响效果将不可忽视.     

无线传感器网络中移动节点的后验信号滤波定位法

无线传感器网络中移动节点定位面临着高精度和实时性的要求,针对蒙特卡洛定位算法MCL的不足,提出了一种信号滤波改进算法:后验信号滤波法PSFM.通过跟踪未知节点,有效利用最新观测信号,PSFM提取前后时刻共能感知的锚节点的信号范围,并筛除仅前一时刻的锚节点信号范围的样本点,重新设置并优化滤波区域,提高了定位算法的精度.新算法还提出了运用最大似然估计法对样本信息处理,推导移动节点的位置坐标.理论分析和仿真表明新算法和传统MCL算法相比,对节点的部署密度和移动速度有较低的敏感度,表现出良好的算法稳定性.在不同的锚节点密度下定位误差减少了46％～ 65％,运行时间减少了26％～45％.     

电子耗空对喷焰尘埃等离子体离子波不稳定性的影响

在离子波不稳定性增长率的计算过程中增加对自洽尘埃电荷数的考虑, 以考察电子耗空效应对尘埃等离子体离子波不稳定性增长率的影响.通过比对多个算例的计算结果发现:随着尘埃数密度的增大, 电子耗空的加剧可以导致不稳定性增长率减小; 喷焰释放早期的离子波不稳定性增长率可以更低; 无论是尘埃数密度还是中性分子数密度单独增大, 均可以导致离子波不稳定性增长率的减小.这表明现有理论方法中隐含的假设不是恒成立.