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第1章 电磁波概述1

1.1 电磁波的应用及其发展1

1.2 电磁场的基本定律——麦克斯韦（Maxwell）方程3

1.2.1 自由空间中的电磁场3

1.2.2 物质中的宏观电磁场6

1.2.3 麦克斯韦方程组与电磁波7

1.2.4 边界条件8

1.2.5 电磁场的位函数9

1.2.6 电磁场的能量和动量9

1.3 电磁波的时－空形态及其特征参量10

1.3.1 电磁波的时－空形态10

1.3.2 简谐平面波函数11

1.3.3 脉冲波与波包函数12

1.4 电磁波的辐射13

1.4.1 辐射原理与电磁力线运动图像13

1.4.2 辐射机制的主要类型14

1.4.3 电磁波谱15

1.4.4 无线电频段的发射天线16

1.5 电磁波的传播18

1.5.1 惠更斯（Huggens）－菲涅尔（Fresnel）原理18

1.5.2 波与媒质的相互作用20

1.5.3 信息搭载21

1.5.4 无线电频段的接收天线22

第2章 日－地空间背景特性23

2.1 引言23

2.2 太阳能量辐射24

2.2.1 组成结构24

2.2.2 能量辐射24

2.2.3 太阳活动性与活动区25

2.2.4 日－地空间的太阳风与磁场27

2.3 地球磁场与磁层27

2.3.1 地球磁场27

2.3.2 磁层的形成28

2.3.3 太阳风能量、动量与质量向磁层的输入及磁层动力学过程28

2.3.4 地磁微脉动与甚低频发射30

2.4 地球中性大气30

2.4.1 流体静力学平衡与扩散分离及大气的分层结构31

2.4.2 大气层的加热过程与热层中的热平衡34

2.4.3 大气动力学过程34

2.5 电离层物理简述36

2.5.1 引言36

2.5.2 电离层中的基本物理过程37

2.5.3 电离层中的电动力效应41

2.5.4 电子浓度的连续性（或平衡）方程43

2.6 电离层结构的平均形态44

2.6.1 时－空变化44

2.6.2 主要电离层区的基本特征46

2.6.3 电离层平均特性的预测48

2.7 等离子体层与辐射带49

2.7.1 等离子体层49

2.7.2 辐射带49

2.8 中、低层大气50

2.8.1 中、低层大气的能量转换50

2.8.2 对流层的气象因素和折射指数51

2.9 地表与地壳的电特性53

2.9.1 地球表层及其等效电特性53

2.9.2 地球的分层特性53

2.9.3 地壳层的电特性与地壳波导53

第3章 日－地空间扰动环境55

3.1 引言55

3.2 太阳活动及其爆发机制55

3.2.1 太阳活动形态与爆发机制55

3.2.2 太阳扰动特征参量56

3.3 太阳爆发的地球物理扰动效应59

3.3.1 太阳爆发的三大攻势59

3.3.2 地球环境的两道屏障59

3.3.3 四大地球物理效应60

3.4 电离层的不规则扰动结构66

3.4.1 Es(Sporadic-E)66

3.4.2 扩展F(Spread-F)66

3.4.3 电离层行扰（TIDs）67

3.5 中、低层大气的扰动效应67

3.5.1 中、低层大气的动力学扰动67

3.5.2 雷暴活动68

3.6 空间环境扰动对人类活动的影响和空间天气预测69

3.6.1 日－地关系与空间天气69

3.6.2 空间环境扰动对人类活动的影响70

3.6.3 空间天气预测71

3.7 背景无线电噪声74

3.7.1 概述74

3.7.2 背景噪声的统计参量75

3.7.3 大气无线电噪声的测量及其统计预测76

3.7.4 人为噪声的测量与预测77

3.7.5 电离层及其以上空间的背景噪声77

第4章 电波传播信道及其作用机制78

4.1 引言78

4.2 媒质信道与传播函数78

4.2.1 传播函数78

4.2.2 媒质信道类型79

4.3 电磁波在均匀各向同性有耗媒质空间的传播80

4.3.1 半导电媒质的传播特性80

4.3.2 几种常见半导电媒质的导电特性和复介电常数82

4.3.3 半导电媒质的频率色散83

4.3.4 半导电媒质在模拟实验中的应用——电磁相似原理83

4.4 非均匀媒质中电磁波传播的基本机制84

4.4.1 二次源等效原理84

4.4.2 折射传播85

4.4.3 反射传播86

4.4.4 波导传播91

4.4.5 绕（衍）射传播91

4.4.6 散射传播92

4.4.7 波场的随机扰动97

4.5 信道与目标的脉冲响应99

4.5.1 引言99

4.5.2 瞬态电磁场的特点与分析方法99

4.5.3 导电媒质的脉冲响应100

4.5.4 目标的脉冲响应101

4.6 各种无线电系统的空间信道及其传播效应102

4.6.1 与系统体制、性能有关的电波传播问题102

4.6.2 各频段传播信道的主要模式与主要的传播效应104

4.6.3 各种无线电系统传播信道参数的预测与传播误差修正105

4.6.4 电磁兼容106

第5章 地面电波传播107

5.1 引言107

5.2 地面和表层对电波辐射、接收及传播的影响107

5.2.1 地波路径上各部分地表层介质的作用107

5.2.2 地层对天线特性的影响108

5.2.3 地面对雷达最大作用距离的影响108

5.2.4 接收点地面的波场结构110

5.3 均匀光滑地（海）面的地波传播111

5.3.1 平地面地波的激发与传播111

5.3.2 球地面的地波绕射传播112

5.3.3 地下分层特性对与大气折射指数随高度变化对地波传播的影响113

5.4 分段均匀路径的地波传播114

5.4.1 Millington经验公式114

5.4.2 海岸折射效应115

5.5 任意不均匀不规则地面的地波传播116

5.5.1 积分方程法116

5.5.2 山峰影响与障碍增益116

5.6 地波传播在导航与雷达系统的应用117

5.6.1 低频（LF）地波导航与授时117

5.6.2 海态高频（HF）地波超视距雷达119

5.7 地面移动通信的电波传播120

5.7.1 引言120

5.7.2 移动信道的传播效应120

5.7.3 接收信号的统计特性121

5.7.4 与电波传播有关的通信系统性能指标123

5.7.5 大区移动通信网接收场强的统计预测124

5.7.6 其他几种移动信道的传播特性125

第6章 对流层电磁波传播130

6.1 引言130

6.2 对流层折射130

6.2.1 概述130

6.2.2 球面分层大气的折射效应与雷达误差公式131

6.2.3 球面分层大气折射效应的预测修正136

6.2.4 对流层折射指数异常结构与大气波导传播140

6.2.5 折射误差修正的残差144

6.3 超短波、微波视距传播144

6.3.1 引言144

6.3.2 无线电视距与障碍余隙144

6.3.3 直射波与地面反射波的干涉145

6.3.4 信号的衰落特性146

6.3.5 去极化效应146

6.4 超短波、微波超视距传播148

6.4.1 平均接收功率与散射截面148

6.4.2 对流层折射指数的不均匀特性150

6.4.3 超视距传播信号的主要特性151

6.5 毫米波大气传播152

6.5.1 大气分子的吸收衰减152

6.5.2 大气沉降物的衰减154

6.5.3 去极化效应157

6.6 光波大气传播157

6.6.1 地球物理光学理论158

6.6.2 大气分子吸收159

6.6.3 大气粒子散射160

6.6.4 大气折射161

6.6.5 大气湍流所致的特性起伏162

第7章 电离层电磁波传播164

7.1 引言164

7.2 磁活性等离子体中的电磁波164

7.2.1 场与媒质相互作用的结构关系式164

7.2.2 平面电磁波的极化与复折射指数165

7.2.3 寻常波（O波）与非寻常波（X波）的主要特性167

7.2.4 等离子体的谐振168

7.3 电离层折射与传播模式168

7.3.1 缓变分层媒质中平面波传播的WKB解168

7.3.2 电离层折射传播模式169

7.3.3 传播模式随电波初始仰角的θ0变化171

7.4 短波甚远距离（VLD）与环球（RTW）传播172

7.4.1 概述172

7.4.2 VLD与RTW传播HF信号的实测特性173

7.4.3 HF甚远距离传播机制与模式的定性分析175

7.5 短波多跳反射传播176

7.5.1 最高与最低可用频率及其预测176

7.5.2 吸收系数178

7.5.3 短波场强计算179

7.5.4 短波信号变化与衰落特性179

7.6 短波天波超视距返回散射传播180

7.6.1 概述180

7.6.2 射线路径与距离－频率特性181

7.6.3 寻常波与非寻常波182

7.6.4 地面返回散射183

7.6.5 返回散射回波形态与传播模式识别183

7.7 中波天波传播184

7.7.1 中波天波的传播特点184

7.7.2 中波天波传播的变化特性186

7.7.3 中波天波场强的计算和预测186

7.7.4 天、地波干涉187

7.8 超短波电离层散射传播188

7.8.1 主要的电离层不均匀结构188

7.8.2 D区电子密度不均匀体散射及其通信应用189

7.8.3 流星尾迹散射及其通信应用190

7.9 磁层传播191

7.9.1 电磁波沿地磁场线的引导传播191

7.9.2 甚低频哨声模传播192

7.9.3 HF磁层波导传播194

第8章 地－低电离层波导传播195

8.1 概述195

8.2 波跳传播与低频天波特性196

8.2.1 波跳理论的几何光学级数表达式196

8.2.2 场强、相位变化特性与天波应用197

8.3 波导模传播与甚低频（VLF）波场特性198

8.3.1 波导模场表达式198

8.3.2 多模于涉200

8.3.3 场强、相位的时－空变化与传播预测修正204

8.4 超低频／极低频传播及空腔谐振205

8.4.1 波场表达式205

8.4.2 电离层结构特性的影响206

8.4.3 空腔谐振207

8.4.4 ELF通信应用中与电波有关的关键问题209

8.5 雷电脉冲与雷暴定位210

8.5.1 雷电辐射211

8.5.2 闪电定位213

8.6 核爆电磁脉冲214

8.6.1 核爆电磁脉冲的基本特性及其与雷电脉冲的比较215

8.6.2 远区核爆侦察与核弹攻击效果检测215

8.6.3 国土防御的核爆检测定位216

第9章 宇宙空间电波传播217

9.1 引言217

9.2 地－空传播的大气效应217

9.2.1 大气折射效应218

9.2.2 电离层中的极化旋转与色散效应221

9.2.3 衰减222

9.2.4 闪烁223

9.3 卫星通信、导航的电波传播225

9.3.1 卫星轨道及其在地球上的可视区225

9.3.2 地－空之间的通信226

9.3.3 导航星全球定位系统227

9.4 甚长基线干涉仪（VLBI）测量及其大气效应修正228

9.4.1 VLBI的测量原理228

9.4.2 VLBI的应用229

9.4.3 VLBI测量的大气效应修正230

9.5 飞行体跟踪定位231

9.5.1 Doppler测速定位231

9.5.2 深空飞船导航232

9.6 行星大气的双站雷达掩星法探测233

9.6.1 探测原理234

9.6.2 进行中性大气探测时电离层效应的消除235

9.6.3 误差因素与探测精度236

第10章 人为大气变态效应及其应用237

10.1 概述237

10.2 射频加热电离层变态238

10.2.1 电离层的非线性特性238

10.2.2 交变电场中的电子碰撞加热239

10.2.3 电离层等离子体不稳定性的激发243

10.2.4 主要的电离层变态效应244

10.3 化学物质施放电离层变态248

10.3.1 两种主要机制248

10.3.2 变态效应实例249

10.4 核爆炸的电离层变态效应250

10.4.1 核爆炸的电离辐射及其电离层变态效应250

10.4.2 核爆电离效应对无线电系统的影响252

10.5 强微波脉冲的大气电离与击穿效应252

10.5.1 强电波大气电离与击穿——中性大气的人为电离区252

10.5.2 太阳能卫星大功率微波传输的大气效应253

10.6 人为大气变态效应的应用前景253

10.6.1 人为电离层变态HF/VHF/UHF散射通信253

10.6.2 借助于人为电离层变态散射的HF电离层波导超远程通信254

10.6.3 利用HF电波电离层变态非线性检波效应的ULF/SLF对潜通信255

10.6.4 强微波人造电离区对通信的应用256

10.6.5 大气变态在空间对抗方面的应用257

第11章 近地空间环境遥感探测259

11.1 遥感与反演259

11.1.1 正问题与逆问题259

11.1.2 反演方法260

11.1.3 遥感技术261

11.2 地面与植被遥感262

11.2.1 地面散射特性测量262

11.2.2 地面辐射特性测量264

11.2.3 卫星微波遥感264

11.3 对流层遥感265

11.3.1 大气辐射与被动式遥感265

11.3.2 湍流与风场的MST雷达探测267

11.3.3 声波和无线电声波（RASS）大气遥感268

11.4 电离层无线电探测270

11.4.1 电离层电子浓度随高度分布剖面探测270

11.4.2 卫星信标TEC和闪烁测量274

11.4.3 非相干散射雷达（ISR）探测274

11.4.4 HF相干散射雷达探测277

11.4.5 HF多普勒测量277

11.4.6 低电离层探测与吸收测量278

11.4.7 磁层观测279

第12章 地（海）下电磁波传播281

12.1 引言281

12.2 地面波向下渗透传播及其通信与探测应用281

12.2.1 地面电波激发的地下场281

12.2.2 对潜通信与导航的海下电波传播282

12.2.3 VLF/ELF电磁波探测282

12.2.4 地面上本地源激发场的地下探测286

12.3 地下源激励的侧面波与波导传播288

12.3.1 地下源激励的侧面波（Lateralwaves）288

12.3.2 地下分层结构中的波导传播292

12.4 矿（油）井随钻测量信息的电磁传输293

12.4.1 概述293

12.4.2 钻柱激励及其等效传输线模型294

12.4.3 信道计算公式及理论与实测的比较296

12.5 地震前的电磁效应297

12.5.1 孕震区机电转换过程激发的地下电流场298

12.5.2 孕震活动中地面与电离层的电磁效应及其检测299

12.6 激光海水传播300

参考文献303