Атмосферные флуктуации амплитуды и фазы сантиметровых и дециметровых радиоволн в затменных экспериментах на трассах спутник-спутник

• Автор: Ануфриев, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с. : ил

Оглавление

Введение
Г лава 1. Развитие радиозатменного метода мониторинга атмосферы Земли
Глава 2. Метод экспериментальных исследований атмосферных флуктуаций
амплитуды и фазы радиоволн на трассах спутник-спутник
2.1. Условия проведения и методика радиозатменпых экспериментов.
2.2. Предварительная обработка экспериментальных данных.
Глава 3. Дисперсия флуктуаций амплитуды сантиметровых
и дециметровых радиоволн
3.1. Дисперсия флуктуаций амплитуды сантиметровых радиоволн.
3.2. Дисперсия флуктуаций амплитуды дециметровых радиоволн.
Глава 4. Спектры флуктуаций амплитуды сантиметровых
и дециметровых радиоволн
4.1.Спектры флуктуаций амплитуды сантиметровых радиоволн.
4.2. Спектры флуктуаций амплитуды дециметровых радиоволн.
Глава 5. Дисперсия и спектры флуктуаций фазы дециметровых радиоволн
Глава 6. Закономерности атмосферных флуктуаций амплитуды и фазы и
возможности радиозатменного мониторинга неоднородностей атмосферы
6.1. Сопоставление экспериментальных данных с теорией и определение параметров неоднородностей коэффициента преломления атмосферы
6.2. О возможности мониторинга статистической неоднородности атмосферы радиозатменным методом
Заключение
Приложение. Таблицы сеансов радиопросвечивания атмосферы
на трассах спутник-спутник
Литература

Введение
Изучение флуктуаций амплитуды и фазы является составной частью задачи распространения радиоволн, поэтому исследования флуктуаций проводились одновременно с исследованиями распространения радиоволн различных диапазонов. Ранее измерения флуктуаций осуществлялись для определения их влияния на качество радиосвязи. В монографиях [1,2,3] приводятся теория и результаты экспериментов по распространению метровых, дециметровых и сантиметровых радиоволн на приземных трассах в нижних слоях тропосферы. В этих работах флуктуации амплитуды и фазы рассматриваются с точки зрения практических задач связи, как мешающие факторы, создающие дополнительные помехи при распространении сигналов в приземном слое тропосферы. В последующих работах закономерности флуктуаций амплитуды и фазы па приземных трассах стали анализировать с применением теории распространения радиоволн в неоднородных средах. Такое исследование представлено в [4], где проводится анализ флуктуаций амплитуды и фазы радиоволн по данным измерений распространения сантиметровых радиоволн на приземной трассе. В теоретических работах [6,7] задача флуктуаций амплитуды и фазы при распространении радиоволн в статистически-неоднородной среде рассматривается для идеализированной модели.
С началом освоения космического пространства появилась возможность использовать искусственные спутники для исследования закономерностей распространения радиоволн на трассах спутник- Земля, чему посвящена первая глава монографии [5]. На такой трассе связи принятый сигнал содержит информацию о суммарном воздействии атмосферы на всем пути распространения, причем при использовании волн короче метровых основной вклад вносит нижняя тропосфера. Запуск межпланетных космических аппаратов позволил осуществить эксперименты радиопросвечивания атмосфер Марса и Венеры с использованием трасс распространения волн спутник- атмосфера- Земля [5], когда с космического аппарата в

направлении Земли излучались радиоволны, которые проходили через атмосферу планеты и принимались на наземном пункте.
Запуски искусственных спутников Земли обеспечили возможность исследования атмосферы во всем высотном диапазоне методом радиопросвечивания с использованием трасс спутник-спутник. В таких экспериментах один из спутников излучает радиоволны в направлении другого, принимающего эти радиоволны. При заходе одного спутника относительно другого в зону радиотени Земли происходит радиопросвечивание атмосферы, т.е. радиоволны проходят сквозь атмосферу, при этом минимальная высота лучевой линии над поверхностью планеты уменьшается. Амплитуда и фаза сигнала изменяются под воздействием атмосферы, причем основной вклад вносит область атмосферы в районе наименьшего расстояния от лучевой линии до поверхности Земли, т.е. минимальной высоты лучевой линии. Изменения амплитуды и фазы радиоволн при просвечивании имеют регулярную составляющую, обусловленную средним высотным профилем коэффициента преломления, и флуктуационную, обусловленную неоднородностями атмосферы, т.е. флуктуациями коэффициента преломления. Анализ изменений амплитуды и фазы позволяет исследовать вариации атмосферных параметров. Преимуществами радиозатменного метода являются возможность изучения атмосферы от поверхности до высоты ~40 км и возможность проведения измерений над всей поверхностью Земли. Экспериментальные работы по радиопросвечиванию атмосферы Земли на трассах спутник-спутник позволили доказать эффективность применения радиозатменного метода для изучения и контроля атмосферы Земли. До последнего времени большая часть исследований была посвящена совершенствованию метода радиопросвечивания в целях обеспечения достаточной точности определения высотных зависимостей температуры и влажности.
Для развития метода радиопросвечивания атмосферы Земли необходимо исследование флуктуаций амплитуды и фазы радиоволн как эффектов, влияющих на

Глава 2. Метод экспериментальных исследований атмосферных флуктуаций амплитуды и фазы радиоволн на трассах спутник-
спутник
2.1. Условия проведения и методика радиозатменных экспериментов
В этом параграфе описаны условия проведения наших и американских экспериментов по радиопросвечиванию атмосферы Земли, приведены первичные данные, которые диссертант с коллегами использовал для дальнейшей обработки и исследований флуктуаций амплитуды и фазы. Мы проводили эксперименты с использованием трасс орбитальная станция “Мир”- геостационарные спутники в сантиметровом диапазоне радиоволн, а при просвечивании на трассах спутники глобальной навигационной системы (GPS)- исследовательский спутник “MICROLAB” использовался дециметровый диапазон.
Опишем систему, используя которую мы проводили радиозатменное просвечивание атмосферы Земли. Схема экспериментов показана на рис. 2.1. Точка А соответствует станции “Мир”, которая излучала монохроматические радиоволны сантиметрового диапазона (Л=2 см) через направленную антенну, ориентированную по касательной к земной поверхности в направлении геостационарного спутника-ретранслятора, которому соответствует точка В. Геостационарный спутник принимал этот сигнал на антенну с большим коэффициентом усиления, ориентированную в направлении станции “Мир”. Принятый сигнал усиливался и ретранслировался без искажения фазы на наземный измерительный комплекс, обозначенный точкой F. Полуокружность на рис. 2.1 обозначает поверхность Земли, а точка О- ее центр. Эксперименты проводились во время захода станции “Мир” в зону радиотени по отношению к геостационарному спутнику-ретранслятору. При этом, на наземном комплексе осуществлялся прием, преобразование и регистрация сигнала. Использование направленных антенн на спутниках обеспечивало большое соотношение