Исследование излучателей и сигналов ионозонда и георадара для диагностики геофизических сред

• Автор: Гарбацевич, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Введение
Глава I Обзор аппаратуры, сигналов, излучателей ионозондов и георадаров
§1. Вертикальное зондирование ионосферы
1.1 Измерение поглощения радиоволн
§2. Ионозонды
§3. Излучатели ионозондов
§4. Программы расчета антенных характеристик
§5. Радиозондирование подповерхностной среды. Георадары
Глава 2. Радиосигналы ионозондов и измерение поглощения радиоволн
§1. Методика измерения поглощения при радиоимпульсном зондировании
§2 Отражения ионосферой укороченных радиоимпульсов зондирования
§3 Наблюдаемые формы радиосигнала отражения
§4 Исследование переднего фронта отраженного радиосигнала
§5. Обоснование параметров внутриимпульсной модуляции сигналов для
зондирования ионосферы
§6. Аппаратура и результаты измерения действующих высот отражения с
применением внутриимпульсной частотной модуляции
§7. Аппаратные средства измерения поглощения радиоволн
Глава 3. Излучатели для вертикального зондирования ионосферы и
георадаров
§1. Математические основы программ компьютерного моделирования антенн
1.1 Исходные данные и ограничения при вычислении интегральных
уравнений
1.2. Решение интегральных уравнений для проволочных антенн
1.3. Расчёт характеристик антенн
1.4. Учет влияния земли при вычислении параметров антенны
§2. Компьютерное моделирование ромбических антенн ионозонда
2.1. Моделирование ромбических антенн ионозонда ИЗМИРАН
2.2 Методика расчета геометрических параметров ромбической антенны
ионозонда
2.3 Моделирование типовой антенны ионозонда АИС
§3. Компьютерное моделирование дельта антенн
3.1 Моделирование дельта антенна ионозонда
3.2. Судовая дельта антенна
§4. Излучения антенн вблизи земли
4.1. Дипольные антенны вблизи земли
4.2. Ромбические антенны вблизи земли
§5. Магнитные излучатели ионозондов
5.1. Особенности рамочных антенн в режиме излучения
5.2. Синтезированная передающая антенна ионозонда
§6. Антенны георадара
6.1. Радиозондирование поземной среды
6.2. Сигналы гсорадара
6.3. Дипольные антенны георадара
6.4. Ромбическая антенна для георадара
Глава 4. Планетарное распределение поглощения радиоволн в ионосфере
§1. Планетарное распределение поглощения радиоволн
§2. Зональные вариации параметров ионосферы ниже главного максимума электронной концентрации
2.1. Зональные вариации параметров в области £>
2.2. Зональные вариации параметров в области Г
2.3. Широтно-сезонные особенности зональных эффектов
2.4. Широтно-высотные особенности зональных эффектов
2.5. Суточный ход зональных эффектов
2.6. Связь зональных эффектов с солнечной активностью
2.7. Сравнение экспериментальных данных с модельными
2.8. Прямые (ракетные) измерения электронной концентрации и поглощения в ионосфере
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Предметом исследования в диссертации являются излучатели и сигналы, применяемые для вертикального зондирования ионосферы с помощью наземных геофизических комплексов. В диссертации анализируются характеристики антенн ионозондов в ближней зоне и вблизи земной поверхности. С этих позиций также рассмотрена работа антенн георадара с применением видеоимпульсов для зондирования подповерхностных аномалий проводимости и диэлектрической проницаемости. В диссертации эти темы объединены в связи с тем, что излучатели для ионозонда и георадара должны быть: во-первых,
широкополосными с коэффициентом перекрытия по частоте не менее 10, а во-вторых, обе системы работают на границе раздела контрастных радиофизических сред.
Актуальность работы. Целью зондирования ионосферы радиоволнами с помощью ионозондов всех типов является оперативное получение параметров состояния ионосферной плазмы. Достоверные, неискаженные радиотехническими средствами, данные о характеристиках ионизированных слоев важны как для исследований состояния самой ионосферы, так и для практики коротковолновой связи. Расширить информативность ионозонда для получения информации о О области ионосферы позволяют измерения поглощения радиоволн, проводимые на ряде фиксированных частот нижнего участка диапазона зондирования. Зачастую успех таких исследований определяет правильный выбор приемных и передающих антенных систем, а также выбор вида зондирующих сигналов. Поэтому создание широкополосного излучателя (0,5-20 МГц.) с диаграммой направленности в зенит с наименьшим количеством боковых лепестков и равномерным значением коэффициента усиления по диапазону частот считается одной из самых сложных задач в построении измерительных комплексов радиозондирования ионосферы. Снижение мощности передающих устройств ионозондов, диктуемое как техническими, так и экологическими требованиями, выдвигает на первый план актуальность оптимизации параметров антенных систем и использующихся при радиозондировании ионосферы различного вида широкополосных сигналов.
В георадарных излучателях близость земли играет решающую роль в

При использовании сигналов с различным внутри импульсным кодированием спектр сигнала расширяется за счет коротких кодовых импульсов [27-29]. При длительности кодового импульса 10 мке требуемая ширина полосы пропускания составит А/ =— = ЮОкЛц. Ошибка в отсчете будет иметь место как за счет ширины г
полосы пропускания, так и за счет искажения фронта кодового импульса.
Из преимуществ применения сложных широкополосных сигналов в ионозон-дах необходимо отметить: энергетический выигрыш по сравнению с моноимпульс-ным методом за счет расширения полосы пропускания приемника, возможность диагностики ионосферной плазмы по искажениям составляющих спектра сигнала.
Недостатками метода являются: сильная зависимость отсчета IV от градиентов электронной концентрации, неопределенность относительных вариаций IV, сложность реализации метода.
Интересное решение увеличения разрешающей способности кратко описано в работе [30]. В ионозонде использовалась линейная внутриимпульсная частотная модуляция излучаемого сигнала, спектр которого составлял около 30 кГц. Частота отраженного от ионосферы импульса сравнивалась с частотой контрольного генератора, частота которого также изменялась по линейному закону. В качестве контрольного генератора использовался синтезатор частот с дискретным шагом 1 Гц, управление которым велось с помощью ЭВМ. Как отмечается в работе, точность такого метода измерения действующей высоты отражения Ь' составляет ±200м.
К преимуществам метода следует отнести высокую точность измерений по высоте при сравнительно небольшом увеличении спектра сигнала, а к недостаткам: трудность создания высокостабильного контрольного генератора и некоторую зависимость точности отсчета IV от градиента электронной концентрации.
Руководствуясь выводом [2] о применении для диагностики ионосферной плазмы максимально узкополосного сигнала, для повышения точности измерения Ь1 нами [26] предложено использовать внутриимпульсную модуляцию по синусоидальному закону и отсчет IV производить по измерению фазы низкочастотного модулирующего колебания, выделенного из отраженного от ионосферы радиоимпульса. Некоторая трудность реализации этого метода заключается в сложности