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科技日報記者 李禾
近日，中國科學院近代物理研究所與國內外多家單位合作，利用天問一號火星能量粒子分析儀獲得了首個科學成果，研究討論了基于該載荷在地火轉移軌道中觀測到的一個太陽高能粒子事件。
火星的地下和電離層數據是認知、探索火星并研究其地質演化進程的關鍵信息。火星軌道飛行器裝載了多波段低頻合成孔徑雷達（SAR），可以發射低頻無線電波，這類無線電波能夠穿透火星表面并向地下傳播。然而，當探測雷達的高頻脈沖信號通過火星電離層時，電離層的色散效應會引起信號衰減和時間延遲，并導致相位提前，使得回波無法被匹配和濾波。在期刊《空間科學與技術》（《Space: Science & Technology》）新發表的論文中，南京航空航天大學航天學院副院長盛慶紅教授團隊提出了一種高頻波段模型來研究電離層中信號傳播路徑的變化，并仿真分析了不同條件下，電離層色散效應對單個SAR信號和成像的影響。
論文介紹了電離層的色散效應和電離層中的信號路徑變化。電離層是一種具有各向異性特性的特殊色散介質。對于頻譜較寬的無線電信號，信號的不同頻率分量在電離層中以不同的相速度傳播，不同頻率分量的相位不同。由此，信號會失真，脈沖也會在時間和空間上變寬，這就是電離層的色散現象。色散效應會引起信號幅值衰減、相位提前和信號脈沖展寬，直接影響距離脈沖壓縮和校正等回波處理的效果，干擾有效信號提取。盛慶紅教授團隊應用數學統計模型，量化了電離層色散效應對回波脈沖壓縮和范圍分辨率的影響。還模擬了信號傳輸路徑，并基于火星真實電離層數據構建了火星電離層模型。采用了路徑跟蹤方法來獲取色散效應對雷達信號的影響，通過泰勒級數展開并保留高階項來計算信號的累積附加相位。針對信號帶寬、載波頻率、電離層離子濃度以及路徑入射角這四類影響因素，分析了這些因素對火星電離層色散效應帶來的相位誤差的影響程度。結果表明，在暫時不考慮磁場、太陽異常活動影響等其他因素的情況下，團隊所提出模型可以有效模擬火星電離層。
（文中圖片由《空間科學與技術》期刊編輯部提供）
