Вероятностные модели и прогноз частотных параметров ионосферного канала распространения радиоволн через спорадический слой Е

• Автор: Моисеев, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 239 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОРОЖДЕНИЯ ФЛУКТУАЦИЙ
МАКСИМАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ, ЧАСТОТЫ ЭКРАНИРОВАНИЯ И ПРЕДЕЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ СЛОЯ Е,
1.1. Механизм образования и вероятностное распределение максимальной электронной
КОНЦЕНТРАЦИИ СЛОЯ Е<;
1.2. Вероятностные законы распределения максимума ионизации слоя Е3 с учетом граничных условий
1.3. определение некоторых интегральных параметров слоя Е3 по наблюдаемым данным
1.4. ФУНКЦИИ распределения частоты экранирования и предельной частоты слоя Е
1.5. граница применимости модели случайного процесса Коши для максимальной" электронной концентрации слоя Е
Выводы
ГЛАВА 2. РАЗЛИЧЕНИЕ ГИПОТЕЗ О ОДНОМЕРНЫХ ЗАКОНАХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ СЛОЯ £,
2.1. Различение гипотез о нормальном или Коши-распределении выборки
2.2. Различение гипотез о функции распределения частоты экранирования слоя Е5 ионосферы без учета аномальных выбросов
2.3. Различение гипотез о логарифмически нормальном или вейбулловском распределении ВЫБОРКИ
2.4. различение гипотез о распределении выборки по закону Лапласа или Коши
2.5. Различение гипотез о нормальном или лапласовском распределении выборки
Выводы
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ СЛОЯ Е$ ПО
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ
3.1. Заполнение пропусков в случайно-цензурированных выборках частоты экранирования и предельной частоты
3.2. Прогноз нелинейных временных рядов через взвешенную сумму одномерных регрессий
3.3 Потенциальные прогностические возможности авторегрессионных моделей
3.4. Время предсказуемости и порядок дифференциального уравнения частоты
экранирования и предельной частоты слоя Е
3.5. Статистические модели частотных параметров слоя Es
3.6. Диапазон полупрозрачности слоя Es и его прогноз
3.7. Прогноз огибающей укв-сигнала, отраженного от слоя Es
Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВЕРОЯТНОСТНОЙ МОДЕЛИ МАКСИМАЛЬНОЙ
ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СЛОЯ Es
4.1. Вероятностная модель линейного марковского симметричного устойчивого процесса
4.2. Моделирование симметричных устойчивых случайных величин и процессов
4.3. О сложности отличить устойчивую случайную величину с бесконечной дисперсией от стандартной гауссовской случайной величины
4.4. Оценки по методу моментов параметров симметричных устойчивых распределений
4.5. Характеристики парной взаимосвязи случайных величин из распределений с тяжелыми
ХВОСТАМИ
4.6. Характеристики частной и множественной связи случайных величин из распределений с тяжелыми хвостами
4.7. Прогноз симметричных устойчивых процессов авторегрессии
4.8. Заполнение пропусков в марковских симметричных устойчивых временных рядах
4.9. Вероятности достижения границ симметричным устойчивым случайным процессом с независимыми приращениями
Выводы
ГЛАВА 5. ВЕРОЯТНОСТИ СУЩЕСТВОВАНИЯ И ПРОГНОЗ ЧАСТОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИОНОСФЕРНОГО КАНАЛА РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН ЧЕРЕЗ СЛОЙ Es
5.1. Точечный и интервальный прогноз частоты экранирования и предельной частоты слоя

5.2. Теоретическое описание вероятностей экранировок и отражений от слоя Es
5.3. Определение частоты экранирования, предельной частоты, максимальной экранирующей частоты и максимальной применимой частоты слоя Es
5.4. Прогноз максимальной экранирующей и максимальной применимой частот слоя Es
5.5. Вероятности существования и отсутствия ионосферных каналов связи через слой Es и вышележащие слои
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
На распространение радиоволн УКВ диапазона через ионосферу большое влияние оказывает спорадический слой Е (слой Е3). В средних широтах он появляется на высотах 100-140 км, занимая площади в тысячи квадратных километров. Основной особенностью слоя Е3 является частое появление аномально больших значений электронной концентрации в его максимуме, иногда в десятки и более раз превышающие значение электронной концентрации регулярного слоя Е. Такие интенсивные слои, как правило очень узкие - шириной несколько километров, в летнее время появляются несколько раз в сутки и существуют десятки минут, а иногда и несколько часов. Это приводит, с одной стороны, к возникновению в нижней ионосфере спорадического канала сверхдальнего распространения УКВ радиоволн, а с другой стороны - к нарушениям радиосвязи через верхнюю ионосферу из-за ее экранировки слоем Е3. Поэтому практическая важность изучения слоя Е3 несомненна. С фундаментальной физической точки зрения изучение слоя Е5 также не вызывает сомнения, так как он является весьма чувствительным индикатором не до конца изученных сложных физических и фотохимических процессов, которые протекают на высотах 90 - 140 км в области турбопаузы.
Одной из особенностей слоя Ев является его полупрозрачность. В отличие от регулярных слоев ионосферы, характеризуемых одной критической частотой, слой Е3 из-за существенно не порогового поведения коэффициента отражения в зависимости от частоты, характеризуется двумя частотами: частотой экранирования и предельной частотой. При расчете ионосферных каналов распространения радиоволн влияние слоя Е3 часто учитывают через максимальные применимые частоты: если несущая частота полезного сигнала превышает максимальную применимую частоту, то говорят о существовании канала связи через верхнюю ионосферу, если нет - говорят о нарушения канала связи через верхнюю ионосферу из-за ее экранировки слоем Е5 и возникновении канала связи через нижнюю ионосферу. Максимально применимая частота слоя Ев функционально связана с его частотными параметрами - частотой экранирования и предельной частотой. Поэтому для прогноза распространения радиоволн через ионосферу с учетом влияния слоя Е3 необходимо построить вероятностные модели и получить прогноз его частотных параметров.
ния, что физически невозможно для электронной концентрации. Поэтому для реальных значений Л7(т) необходимо учитывать следующие ограничения (рассмотренные в параграфе 1.2)
МЕ<М(1)<Мт, (1.4.2)
где МЕ - фоновое значение электронной концентрации, совпадающее с электронной концентрацией регулярного слоя Е на высоте образования слоя £$, Ыт - предельно допустимая в данных ионосферных условиях величина электронной концентрации. Как отмечается в ряде работ [23, 131], частота экранирования среднеширотного слоя Ея с высокой степенью точности соответствует максимальной плазменной частоте слоя. Этот факт неоднократно подтверждался экспериментально. Следовательно, между частотой экранирования /ь и максимальной электронной концентрацией N слоя существует соотношение следующего вида
Л = 80.8Л" . (1.4.3)
где fb имеет размерность [кГц], а N - [см'3]. Используя однозначную (при 7V>0) функциональную связь (1.4.3) между случайными величинами fb и N получаем из (1.4.1) функцию распределения fb Е$
, , 1 1 (х2 -а)
F0(x) = - + -arctg^——J , х > 0 , (1.4.4)
допускающую произвольные значения fb> 0. Для реальных значений /4 Es необходимо учесть ограничения (1.4.2), которые преобразуются к виду
fЕ ~ fЬ ~ fт , (1-4.5)
где fр - плазменная частота регулярного слоя Е на высоте образования слоя Es, f„ - предельно допустимая величина fb Es в сложившихся ионосферных условиях.
Учесть ограничения (1.4.5) можно с помощью разных механизмов, Например, в работе [84] при подгонке распределения Релея к предельной частоте слоя Es был использован механизм смещения функции распределения. Каждый из механизмов по своему видоизменяет исходную функцию распределения (1.4.4). К наиболее простым выражениям приводит механизм обрезания функции распределения. Функция распределения частоты экранирования слоя Es, полученная обрезанием слева в точке fE функции (1.4.4), имеет вид