地球上空高度约60-1000公里的部分电离的高层大气叫做电离层，我们日常的通讯、广播、导航、定位都离不开这个区域。电离层“天生不安分”，存在着大量自由带电粒子，有时还会突然出现扰动，使地面的无线电通讯等受到严重影响。

非相干散射雷达是最为强大的电离层探测仪器。一定频率的电磁波入射到电离层后，会使得电离层中的等离子体产生汤姆孙散射。该散射信号中包含等离子体温度、密度、集体漂移速度等信息。非相干散射雷达通过向电离层发射大功率无线电磁波并接收和处理回波，来对电离层的各种参量进行测量。但是，电离层散射信号非常微弱。通过雷达去探测几百到上千公里外的电离层中微小电子的“一举一动”，就好比是要用肉眼去观察几百公里外的一盏蜡烛，难度可想而知，对雷达的技术性能指标和数据处理有较高要求。因此，非相干散射雷达探测代表了一个国家在地球空间地基科学探测研究水平和综合技术的能力。世界上目前只有少数几个国家和地区，如美国、欧洲和中国，拥有非相干散射雷达。

进入21世纪以来，随着技术的进步和空间科学需求的日新月异，以大功率集中功放为标志的第一代非相干散射雷达技术发生了革命性的变化，以美国发展的分布式相控阵为标志的第二代非相干散射雷达探测技术取得突破，其技术和方法不断完善和发展。在这种形势下，中国科学院地质与地球物理研究所在国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）支持下，从2015年到2020年，经过六年时间建立起中国第一部现代相控阵体制的三亚非相干散射雷达；在子午工程二期支持下，以三亚非相干散射雷达为基础，经过扩展和新建接收站，于2023年建成三亚非相干散射雷达三站式系统，实现对我国低纬地区全天空扫描探测和空间环境矢量观测，为我国低纬电离层科学研究和电离层空间环境应用提供强有力的探测手段。

三亚非相干散射雷达三站式系统由三亚收发站、儋州接收站和文昌接收站组成。其中，三亚收发站的雷达阵面包含8320个天线及相应的收发组件，最大峰值发射功率超过4兆瓦，噪声温度小于120K；儋州和文昌接收站的雷达阵面各包含4096个天线及接收组件。雷达系统运行时，由三亚站向电离层发射信号，三亚站、儋州站和文昌站同时接收电离层的散射回波。通过处理回波数据，得到海南上空100-2000公里高度的电子密度、电子和离子温度、离子漂移速度等重要的电离层状态参量。

三亚非相干散射雷达三站式系统航拍图以及探测模式示意图

三亚非相干散射雷达自2021年雷达一期建立以来，本着边建设边运行、非必要不停机的原则，平均开机率达到80%。在此期间，积累了大量宝贵的观测数据,开展了多种科学和应用目标的科学实验。研究所通过数据网站向空间物理学界开放共享观测数据。同时，联合国内FAST等大科学装置组织了多次联测，并跟国际非相干散射雷达组织等开展了广泛的科研合作。在此基础上，在非相干散射雷达数据反演技术、超级电离层暴期间动力学研究、电离层E层等传统探测盲区新现象和新机制研究等方面做出了优秀成果。此外，使用三亚非相干散射雷达，在月球探测、空间碎片研究、火箭等空间目标的电离层效应研究等方面进行了扩展，取得一定成果。从2021年到2024年，依靠三亚非相干散射雷达发表论文40余篇，相关专利和软著10项，并获得中国地球物理学会科技进步一等奖，以及2022年度研究所优秀科技成果奖。

未来研究工作中，研究团队将充分利用三亚非相干散射雷达探测分辨率高、谱诊断能力强的优势，在低纬度地区电离层动力学过程、电离层暴时机制以及电离层中小尺度扰动三个科学问题上开展进行研究。同时，在人工改变电离层、空间碎片、月球探测等方面进行扩展，充分利用非相干散射雷达的观测优势，可以预期有较多原创科研产出。