什么是闪烁?

[拼音]：shanshuo

[外文]：scintillation

无线电波穿过大气层传播时，由较小尺度的介质不规则性引起的电波振幅与相位快速随机起伏现象。闪烁原指可见光的忽明忽暗和光源视在位置的不规则抖动，如穿过地球大气层传播的星光闪忽不定。由于无线电波与光波只是在电磁波谱中的频域不同，闪烁一词也被沿用于无线电波。1946年，英国天文学家在研究米波段宇宙射电噪声时最先发现电离层闪烁现象。70年代初，又发现了卫星通信常用的吉赫电波也有强烈的闪烁现象。

超短波和微波穿过对流层湍流和电离层电子密度不规则结构传播时，好像透过一个折射率随位置和时间随机分布的薄屏。它使波前受到随机调制，即发生相位起伏；电波离开薄屏继续传播时，畸变的波前引起衍射，到达较远的面上时电波振幅的空间分布呈菲涅耳衍射图样，并随时间无规则起伏。这是较弱不规则性引起闪烁过程的简化物理图像。电离层不规则结构中非常陡的电子密度梯度有可能引起折射散射，从而使超高频电波发生强烈闪烁。

吉赫电波闪烁会引起卫星通信和导航信号深度衰落与畸变，造成通信障碍和误码。闪烁特性的研究可为改进通信系统的设计提供有用信息。利用闪烁效应，还可以研究大气湍流和电离层不规则性的结构及其形成、发展的地球物理过程。

研究闪烁的实验手段，主要是在地面上对卫星信标信号进行无线电遥测。闪烁信号的特征用闪烁指数和功率谱等统计学量描述。闪烁指数表征闪烁的强度，用接收信号功率的方差量度。对流层主要引起10吉赫以上微波闪烁。其强度随电波频率的升高而增大；电离层主要引起高频至超高频电波闪烁，闪烁强度随频率的升高而依幂律下降。闪烁指数还与传播路径仰角和接收天线口径有关。电离层闪烁的强度在夜间磁赤道附近最高，其次是南北极光带和极区。功率谱描述闪烁信号随空间起伏的波长特征或随时间起伏的周期特征。其中空间－波数谱用Φ(K)表示，波数 K可表征不规则性的尺度，其变化范围（谱域）相当于空间波长由几厘米至几百米（对流层）或由几米至几十公里（电离层）。对于电离层以远的地-空超短波和微波传播，Φ(K)是引起闪烁的湍流与电离层不规则性的折射率起伏谱（实验证明它们都具有幂律形式）被菲涅耳滤波函数加权的结果。若 L是地面观测点至不规则结构的距离，λ是电波波长，那么，地面上振幅闪烁谱集中在


处，即尺度为


（第一个菲涅耳带半径）的不规则性元对地面上振幅起伏的作用最大。时间－频谱可描述闪烁信号衰落速率的分布。电离层引起的振幅衰落速率较相位衰落快，甚高频电波振幅最小衰落周期约十几秒。电波频率越高，闪烁速率越快。

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