基本介紹
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根據信標信號通過電離層的傳播特性來探測電離層特性參量的方法。利用火箭、衛星等飛行器把信標機帶到電離層上空，信標信號通過電離層將產生頻率偏移、電波偏振面旋轉和閃爍等效應。根據這些效應來探測電離層特性的方法主要有：
信標微分都卜勒頻移法 信標信號通過電離層的頻率偏移就是電離層都卜勒效應(見電離層無線電波傳播)。信標信號頻率偏移通常包括運動效應和介質效應，前者比後者大得多，而要分離它們頗費周折。因此，根據運動效應與頻率成正比，而介質效應與頻率的平方成反比的特點，在飛行器上發射兩個不同倍數的倍頻信號，並在地面接收這兩個頻率信號，消去運動效應項，剩下介質效應差分值，這就是微分都卜勒頻移。利用這種方法可以推算沿電波路徑上的總電子含量。微分都卜勒頻移對總電子含量的水平梯度十分敏感，故還可以用來研究電離層大尺度、中尺度的不均勻結構和電離層行進式擾動(TID)等。
法拉第旋轉效應法 電波通過電離層時偏振面旋轉稱為法拉第旋轉效應（見電離層無線電波傳播）。某一點偏振面相對於原始偏振面旋轉的角度與電波路徑上的總電子含量成一定比例，根據這一原理，在地面接收電離層上空的信標機發射信號，測量其電波偏振面的旋轉角或它的時間變化率（稱法拉第頻率），即可推算電波路徑上的總電子含量。為了消除旋轉角的多值性，通常採用的辦法是信標機雙頻工作,即測量相隔一個小量Δf的兩個頻率的旋轉角差 ΔΩ來確定旋轉角Ω。這時，Ω=（2f/Δf）ΔΩ，式中f為信號頻率。因為旋轉角與頻率平方成反比，所以為獲得較大的旋轉角值應採用較低頻率，但為使電波能穿過電離層，採用的頻率又必須大於F層的臨界頻率。對20兆赫電波,穿過整個電離層後的旋轉角大約為10～50轉,而100兆赫電波穿過電離層後的旋轉角則為0.4～2轉。法拉第旋轉測量對總電子含量的水平梯度是十分敏感的，故研究電離層大尺度、中尺度的不均勻結構，電離層行進式擾動等現象是十分有用的。
閃爍效應法 當電波穿過電子密度不均勻的電離層時，就好像光通過光柵那樣，會產生“衍射”。而不均勻體的運動，會使衍射條紋相對地面移動，於是地面接收信號的振幅和相位發生起伏變化。這種現象稱為閃爍現象。接收衛星信標或外空射電星輻射，從高頻波段高端直到幾千兆赫的頻率，都能觀測到這種現象。通常在地面多點接收，分析閃爍現象的信標信號信息，可以研究高層大氣小尺度不均勻結構及其分布和運動。因為這種閃爍現象在極區和赤道地區出現較多，所以常在這些地區進行觀測。
信標微分都卜勒頻移法 信標信號通過電離層的頻率偏移就是電離層都卜勒效應(見電離層無線電波傳播)。信標信號頻率偏移通常包括運動效應和介質效應，前者比後者大得多，而要分離它們頗費周折。因此，根據運動效應與頻率成正比，而介質效應與頻率的平方成反比的特點，在飛行器上發射兩個不同倍數的倍頻信號，並在地面接收這兩個頻率信號，消去運動效應項，剩下介質效應差分值，這就是微分都卜勒頻移。利用這種方法可以推算沿電波路徑上的總電子含量。微分都卜勒頻移對總電子含量的水平梯度十分敏感，故還可以用來研究電離層大尺度、中尺度的不均勻結構和電離層行進式擾動(TID)等。
法拉第旋轉效應法 電波通過電離層時偏振面旋轉稱為法拉第旋轉效應（見電離層無線電波傳播）。某一點偏振面相對於原始偏振面旋轉的角度與電波路徑上的總電子含量成一定比例，根據這一原理，在地面接收電離層上空的信標機發射信號，測量其電波偏振面的旋轉角或它的時間變化率（稱法拉第頻率），即可推算電波路徑上的總電子含量。為了消除旋轉角的多值性，通常採用的辦法是信標機雙頻工作,即測量相隔一個小量Δf的兩個頻率的旋轉角差 ΔΩ來確定旋轉角Ω。這時，Ω=（2f/Δf）ΔΩ，式中f為信號頻率。因為旋轉角與頻率平方成反比，所以為獲得較大的旋轉角值應採用較低頻率，但為使電波能穿過電離層，採用的頻率又必須大於F層的臨界頻率。對20兆赫電波,穿過整個電離層後的旋轉角大約為10～50轉,而100兆赫電波穿過電離層後的旋轉角則為0.4～2轉。法拉第旋轉測量對總電子含量的水平梯度是十分敏感的，故研究電離層大尺度、中尺度的不均勻結構，電離層行進式擾動等現象是十分有用的。
閃爍效應法 當電波穿過電子密度不均勻的電離層時，就好像光通過光柵那樣，會產生“衍射”。而不均勻體的運動，會使衍射條紋相對地面移動，於是地面接收信號的振幅和相位發生起伏變化。這種現象稱為閃爍現象。接收衛星信標或外空射電星輻射，從高頻波段高端直到幾千兆赫的頻率，都能觀測到這種現象。通常在地面多點接收，分析閃爍現象的信標信號信息，可以研究高層大氣小尺度不均勻結構及其分布和運動。因為這種閃爍現象在極區和赤道地區出現較多，所以常在這些地區進行觀測。
