基于Lomb—Scargle算法的中山站高頻雷達目標回波的周期性特征研究

沈博 劉二小 黃成 段加能

摘要：本文利用Lomb-scargle周期圖算法對中山站高頻雷達探測的極區中層目標回波信號的時間序列進行了周期性分析和研究。結果表明，在不同年份探測的極區中層目標回波中，均出現了顯著的半日周期分量，且其置信度均大于99%。本文的工作為中山站高頻雷達探測極區中層目標回波的運行模式提供一定的參考。

關鍵詞：中山站高頻雷達；極區中層目標回波；Lomb-Scargle算法

中圖分類號：P941.61 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）05-0137-03

Lomb-Scargle算法是在均勻采樣時間序列信號的周期圖方法基礎上充分考慮了非均勻采樣對幅度相位的影響后經過適當變化得來的算法，它是目前使用最為廣泛的非均勻時間序列周期估計算法。該算法基礎是離散傅里葉變換（DFT），將時間序列分解為線性函數的組合。1976年，Lomb對非均勻天文觀測數據做了最小二乘法頻率分析[1]之后，Scargle對Lomb的非均勻時間序列算法進行了完善，發展成為后來常用的Lomb-Scargle（LS）周期圖[2]。該算法已經廣泛應用于具有非均勻采樣數據的周期分析中，并取得了重要的研究成果[3]。

國際超級雙子極光雷達網（SuperDARN）是全球探測電離層的國際合作網絡，通過探測電離層中不規則體的布拉格散射回波，對信號的自相關函數進行分析從而獲得譜寬等。我國南極中山站高頻雷達是SuperDARN雷達網中重要的一員，其探測的極區中層目標回波與人類活動對中層大氣的影響有密切的關系[4]，因此對其周期性變化的研究是非常重要的。

本文采用Lomb-Scargle算法對基于SuperDARN雷達網中的南極中山站高頻雷達探測的目標回波數據進行了研究，分析了回波出現率的周期性變化特征，初步討論了這些周期分量的時變特征及產生機制。……