胡晓彦，郝永强，代国峰，张东和，肖佐

1. 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190

2. 北京大学地球与空间科学学院，北京 100871

引 言

电离层对高频无线电波的传播具有显著的影响，通过高频无线电波在电离层传播过程中的多普勒效应可以研究电离层等离子体密度和结构的扰动。

在地面向电离层发射无线电波，接收被电离层反射的回波，发射信号与接收信号之间的频率差即为电离层多普勒频移。假设信号源发射的无线电波只经历一次电离层反射后被地面接收机接收，则信号源和接收机的位置共同确定了发射路径以及反射点的位置和高度。若s为电波传播的路径，μ为路径上各位置等离子体对电波的散射指数，P为相路径，c为电波速度，t为时间，则频率为f的无线电波的多普勒频移可表示为[1]：

当电离层变化时，通过改变电波路径s，或者路径上的等离子体散射指数μ，都将导致无线电波的多普勒频移发生变化。电离层的变化包括大时间尺度的周期性变化，如日出日落、季节更替等引起的日变化、年变化等；也包括短时间内的空间环境状态突然变化，如日食、磁暴等事件引起的扰动。此外，对于低层大气中的一些能量活动，如地震、火山、台风等，在电离层多普勒观测中也常能发现与这些事件相关的电离层扰动[2-5]。

北京大学于20 世纪80 年代自主设计了DQ-87 型地球物理数据采集和处理系统[6]，并利用该设备进行了长期、持续的电离层高频多普勒观测。2010 年，在子午工程支持下，北京大学设计建成了新一代电离层高频多普勒监测仪。……