Диагностика, моделирование и прогнозирование характеристик декаметровых радиоволн в естественно возмущенной и искусственно модифицированной ионосфере

• Автор: Вертоградова, Елена Геннадьевна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Методы исследования естественных и искусственных ионосферных неоднородностей

1.1 Вертикальное зондирование ионосферы

1.2 Наклонное ЛЧМ-зондирование ионосферы

1.3 ЛЧМ-ионозонд/пеленгатор в ионосферных исследованиях

1.3.1 Оценка потенциально возможной инструментальной точности ЛЧМ-ионозонда/пеленгатора при изучении пространственно

ограниченных ионосферных неоднородностей

1.4 Однопозиционный широкобазисный многоканальный пеленгатор-дальномер

КВ диапазона как средство измерения частотно-пространственных и энергетических характеристик сигналов, рассеянных ионосферными неоднородностями
1.5 Многочастотный доплеровский КВ радар
1.6 Способ адаптивного имитационного моделирования с учетом
ракурсного рассеяния радиоволн
1.7 Выводы
2 Экспериментальное исследование и имитационное моделирование эффектов влияния искусственных мелкомасштабных ионосферных неоднородностей
на характеристики декаметровых радиоволн
2.1 Изучение искусственной ионосферной турбулентности,
создаваемой нагревным стендом «Сура»
2.1.1 Кластерная структура ионосферной турбулентности
в эксперименте 20-24 сентября 2010 г
2.1.2 Моделирование эксперимента 19-23 сентября 2011 г
2.1.3 Изучение тонкой структуры возмущенной области
в эксперименте 28-31 августа 2012 г
2.1.4 Вариации доплеровского смещения частоты рассеянного на
искусственных неоднородностях сигнала и геомагнитные пульсации
2.2 Анализ характеристик волны нагрева нагревного стенда Е1БСАТ (Тромсе) и рассеяние на мелкомасштабных неоднородностях высокоширотной ионосферы

2.3 Выводы
3 Моделирование и прогнозирование характеристик распространения радиоволн КВ диапазона в условиях естественных среднемасштабных
и крупномасштабных возмущений ионосферы
3.1 Мониторинг среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений
по данным ЛЧМ-зондирования
3.2 Моделирование отклика ионосферы на солнечное затмение 29 марта 2006 года .
3.3 Выводы
4 Эффекты рассеяния декаметровых радиоволн на естественных мелкомасштабных неоднородностях ионосферы: эксперимент и моделирование
4.1 Радарные наблюдения и моделирование F-рассения среднеширотной ионосферы с помощью ЛЧМ-ионозонда/пеленгатора
4.2 Сверхдальнее зондирование ионосферного канала
с помощью ЛЧМ-ионозонда/пеленгатора
4.3 Влияние неоднородной структуры высокоширотной ионосферы
на дальнее распространение декаметровых волн
4.4 Выводы
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования. В современных условиях высоких технологий роль ионосферного распространения радиоволн непрерывно возрастает. При этом ионосферный радиоканал образуется за счет однократного или многократного отражения от ионосферы волн декаметрового диапазона (ДКМВ), а также их рассеяния на естественных и/или искусственных неоднородностях различных масштабов. Распространение ДКМВ в ионосферной плазме позволяет не только организовать связь на большие расстояния практически без ограничения дальности связи, но и, с учетом современных методов обработки и формирования сигналов, обеспечить высокую надежность и достоверность передаваемой информации. Однако указанным практическим аспектом не ограничивается привлекательность использования и изучения ионосферного распространения радиоволн. Исследование характеристик узкополосных и широкополосных сигналов волн различных диапазонов, прошедших сквозь ионосферу, позволяет с помощью современных цифровых методов анализа диагностировать низкотемпературную плазму и процессы, в ней происходящие, в естественных условиях на планетарных масштабах.
В связи с огромной изменчивостью ионосферного радиоканала необходимо решение многопараметрической задачи: определение количества мод распространения, учет вариаций амплитуд и фаз каждой из них, тонкой пространственно-временной структуры поля в зоне приема. В настоящее время достаточно большое количество работ посвящено прогнозированию внутренней ионосферы [1-3] и ионосферному распространению радиоволн [4-7]. Однако в них глубоко проработаны отдельные крупные аспекты, в частности, учет влияния регулярных вариаций ионосферных параметров на характеристики распространения коротких волн (КВ), в основном, решен. В то же время многие вопросы, касающиеся процессов распространения ДКМВ, по-прежнему исследованы недостаточно. Например, влияние естественных неоднородностей ионосферной плазмы различных масштабов на системы связи, пеленгации и навигации требуют детальной как экспериментальной, так и теоретической проработки. Развития требуют и методы диагностики естественно и искусственно возмущенной ионосферы. При этом на современном уровне особую актуальность принимают методы имитационного компьютерного моделирования процессов распространения ДКМВ. Это позволяет существенно обогатить экспериментальные результаты, добыть информацию, которая непосредственно ме-

вые характеристики принимаемых парциальных лучей результирующего сигнала, оцененные методом MUSIC [61], [62]. Видно, что с помощью этого метода определяются характеристики каждого парциального луча, в отличие от используемых ранее классических оценок Бартлетта (рисунок 1.2).

А, град

а,град

Рисунок 1.4 - Изменение от времени измеренных амплитуды, угла места и азимута принятых сигналов при соотношении амплитуд парциальных лучей 5:1. Луч с большей амплитудой соответствует односкачковой моде.
Как следствие, в условиях неразрешения или неполного разрешения многолучевого поля в зоне пеленгования на парциальные лучи погрешности значительно возрастают и могут на порядок превышать потенциальные инструментальные погрешности измерения двухмерных угловых координат источников излучения и их квазимгновенной мощности.
При этом если парциальные лучи с меньшими амплитудами ослаблены не менее