精细尺度极光动态的重建

我们提出了一种高帧率、短基线极光层析成像系统的可行性研究，该系统可用于估计动态极光事件的沉降电子数通量谱中的参数变化。特别令人感兴趣的是极光亚暴，其空间变化约为100米，时间变化约为10毫秒。这些尺度被认为是由近地磁层中的频散阿尔文波产生的。本文所描述的极光层析系统重建极光体积发射率，以利用分布式的精确同步地面相机网络估计峰值电子沉降通量在垂直于地磁场方向上的特征能量和位置。随着观测基线减小，层析逆问题变得高度病态；随着采样率增加，信噪比下降且同步要求变得愈发关键。我们应对这些挑战的方法使用基于物理的极光模型来正则化观测不佳的垂直维度。具体而言，垂直维度在由预期沉降电子通量能量范围内计算的特征剖面组成的低维基中展开，而水平维度保留标准正交像素基。仿真结果表明，在Poker Flat Research Range范围内可实现的3公里基线上，使用通过宽带BG3光学滤光片传递瞬时极光发射的GPS同步电子倍增CCD相机，典型特征能量估计误差小于30%。