Исследование влияния среднемасштабных возмущений на характеристики распространения коротких радиоволн в трехмерно неоднородной ионосфере

• Автор: Балаганский, Борис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Чита
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Раздел 1. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАС-
ПРОСТРАНЕНИЯ КОРОТКИХ РАДИОВОЛН В ТРЕХМЕРНО-НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЕ
1.1. Основные уравнения геометрической оптики
1.2. Система лучевых уравнений
1.3. Вычисление расходимости
1.4. Тестирование расчетов траекторий и расходимости
1.5. Комбинированный метод решение двухточечной задачи в
двухмерно-неоднородной ионосфере
1.6. Методика решения двухточечной задачи в трехмернонеоднородной ионосфере
1.7. Тестирование расчетов доплеровского смещения частоты
1.8. Методика учета поперечных градиентов и нестационарное
ионосферы при дискретном задании вертикальных профилей электронной концентрации
1.9. Уточнение методики расчета геометрической расходимости
при полиномиальной аппроксимации среды распространения
Раздел 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СРЕДНЕМАСШТАБНЫХ
ВОЗМУЩЕНИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОРОТКИХ РАДИОВОЛН НА ФИКСИРОВАННОЙ ЧАСТОТЕ
2.1. Перемещающиеся ионосферные возмущения и их классификация
2.2. Возможные проявления среднемасштабных ПИВ волнового
типа в основных характеристиках ДКВ в зависимости от времени и направления их перемещения

2.2.1. Зависимости от времени углов прихода, доплеровского смещения частоты и геометрической расходимости, обусловленных среднемасштабными ПИВ
2.2.2. Возможные вариации углов прихода и доплеровского смещения частоты в зависимости от направления перемещения возмущения
2.3. Суточные вариации доплеровского смещения частоты для различных пространственно-временных представлений ионосферных параметров
2.3.1. Влияние на доплеровское смещение частоты изменяющихся
с течением времени параметров ионосферного слоя
2.3.2. Сравнение суточных вариаций доплеровского смещения частоты, полученных для различного представления пространственно-временной зависимости электронной концентрации
2.4. Влияние среднемасштабных ПИВ искусственного происхождения на доплеровское смещение частоты
Раздел 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОТКЛИКА КОРОТКОВОЛНОВОГО СИГНАЛА, ОБУСЛОВЛЕННОГО ПИВ И ПОЛУЧЕННОГО В РЕЖИМЕ МНОГОЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
3.1. Моделирование эффекта влияния на ДЧХ ПИВ облачного

3.2. Моделирование эффекта влияния на ДЧХ волнообразных

3.2.1. Влияние на ДЧХ поперечных среднемасштабных ПИВ
3.2.2. Моделирование распространения коротких радиоволн на трассе Магадан-Иркутск при наличии ПИВ
3.3 Влияние среднемасштабных ПИВ искусственного происхождения на ДЧХ и геометрическую расходимость
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Внимание к проблемам распространения декаметровых радиоволн (ДКМВ) определяется необходимостью решения практических задач связи, вещания, радиопеленгации, а также в связи с возможностью получения сведений о характеристиках среды распространения - ионосферы.
В практике ионосферных исследований ключевое место занимает проблема неоднородной структуры ионосферы. Регулярные неоднородности достаточно хорошо описывают известные в настоящее время теоретические, эмпирические и гибридные модели ионосферы. Они учитывают зависимость от магнитной возму-щенности, солнечной активности, а также средние широтные, долготные, суточные и сезонные вариации. В интересах пользователей модели представляются аналитически или в табличном виде. Эти модели имеют большую практическую ценность. Они позволяют, например, выбрать оптимальные условия радиосвязи, -рассчитать конкретные радиотрассы и т.д. Однако в некоторых текущих ситуациях они недос таточно удовлетворяют потребности пользователей. Значения электронной концентрации, даваемые этими моделями, отличаются от реальных величин на десятки процентов. Для уточнения на текущую ситуацию основных параметров регулярного профиля электронной концентрации разработаны соответствующие методы [I]. Следующим шагом в данном случае представляется учет локализованных на регулярном фоне неоднородностей типа перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) волнового и одиночного вида.
Разнообразие форм проявления ПИВ при наклонном распространении радиоволн метрового и декаметрового диапазонов является уже установленным фактом. В качестве основного признака, позволяющего связать наблюдаемые эффекты с ПИВ, как правило, использовалось численное совпадение периода временных вариаций углов прихода, доплеровского смещения частоты или какой-либо другой характеристики сигнала с известным диапазоном периодов, характерных для ПИВ. Тем не менее, ограниченность и несистематичность экспериментальных сведений, а также их усложнение вследствие многолучевого распространения не дает еще достаточных оснований для получения полной картины влияния ПИВ на наклонное распространение ДКМВ.

нием якобиана (1.3.5), свидетельствуют о том, что его элементы из системы (1.3.4), в которые входят производные дп/дг и <Э2и/&2, рассчитываются верно. При наличии горизонтальных градиентов поступим так же, как и при тестировании лучевых уравнений (1.2.13). В модели неоднородного и симметричного относительно оси г слоя (1.4.1) положим коэффициент к отличным от нуля. Для фиксированного вертикального угла выхода и для различных азимутальных углов выхода проведем расчеты фактора фокусировки. В качестве примера значения, полученные для некоторых параметров в (1.4.1), представлены в табл. 1.4.2. Из таблицы видно, что разброс Я не превышает 0,001 Дб, который обусловлен ошибками при вычислении элементов якобиана на последнем шаге интегрирования. Расчеты по приведенной схеме для других значений параметров в (1.4.1) показали, что независимо от азимутального угла выхода абсолютные изменения фактора фокусировки не превышают 0,001 Дб, несмотря на присутствие значительных горизонтальных градиентов, которые приводят к существенной асимметрии траекторий (табл. 1.4.2. Разница вертикального угла выхода и прихода более 15°). Также проведем сравнение фактора фокусировки, полученного с помощью строгого расчета якобиана и с применением приближенной формулы (1.3.9) для сле-
дующей модели неоднородного слоя:
/':ж- г (1 + /с5т(яу/£)^
) (! .4.3)
пг =1-ур-ехр
J рею

в которой: критическая частота /0=ЮМГц; рабочая частота /1юд =20 МГг высота максимума г,,, = 300км; полутолщина уш =100кл/; амплитуда возмущения £ = ОД; пространственный масштаб возмущения Т = 100км. Траектории лучей, отраженные от такого слоя, представляют собой пространственные кривые. Для демонстрации на рис. 1.4.2 представлены значения фактора фокусировки, полученные для различных вертикальных углов выхода и ази-