Моделирование распространения длинных и средних радиоволн над неоднородными трассами

• Автор: Дембелов, Михаил Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 154 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР РАБОТ ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ ДЛИННЫХ И

СРЕДНИХ РАДИОВОЛН ЗЕМНЫМ ЛУЧОМ

§ 1 Л. Методы расчета поля земной волны

1Л Л. Ряд нормальных волн

1 Л.2 Уравнение Хаффорда

1 Л.З. Уравнение Фейнберга

1Л .4. Расчет функции ослабления над однородной сферической землей с

произвольным импедансом
§ 1.2. Анализ экспериментальных результатов по распространению длинных
и средних радиоволн
§ 1.3. Обоснование цели и задач исследования
Глава 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ РАДИОВОЛН
НАД НЕОДНОРОДНЫМИ ИМПЕДАНСНЫМИ ТРАССАМИ ...59 § 2.1. Расчет функции ослабления по методу обобщенного интегрального уравнения Фейнберга с учетом электрических и геометрических
неоднородностей трассы
§ 2.2. Двухмерная модель для неоднородной импедансной трассы
§ 2.3. Расчет функции ослабления над кусочно-однородными
импедансными трассами
Выводы
Глава 3. СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
РЕЗУЛЬТАТОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ДЛИННЫХ И СРЕДНИХ РАДИОВОЛН НАД ИМПЕДАНСНЫМИ РАДИОТРАССАМИ .95 § 3.1. Методика исследования условий распространения радиоволн
3.1.1. Метод радиокомпарирования
3.1.2. Комплекс для измерения поля радиостанции службы единого времени и частоты РТЗ

3.1.3. Импедансметр ИПИ-
3.1.4. Методика и алгоритм расчета поверхностного импеданса слоистой полупроводящей среды
1 3.1.5. Карты параметров геоэлектрических разрезов
§ 3.2. Практические приложения полученных результатов
3.2.1. Расчет функции ослабления на реальных радиотрассах
3.2.2. Расчет функции ослабления при приеме на высоте
3.2.3. Расчет функции ослабления на высоких частотах
3.2.4. Программный комплекс для моделирования условий распространения длинных и средних радиоволн "Земля-З"
3.2.5. Прогнозирование зоны обслуживания ДВ-СВ радиостанции
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. На использовании земных радиоволн, амплитуднофазовая структура которых является достаточно стабильной, основана работа радиотехнических систем радионавигации, связи, радиовещания и единого времени. Эффективность применения таких систем во многом определяется точностью знания закономерностей поведения электромагнитного поля над реальной земной поверхностью. Задача о поле земной волны легла в основу отдельного направления в распространении радиоволн, которое было заложено в трудах А. Зоммерфельда, Г. Ватсона, В.А. Фока и др. Ими была решена задача определения амплитудно-фазовой структуры поля для однородной по глубине и расстоянию земной поверхности. В дальнейшем Е.Л. Фейнберг ввел модель кусочно-однородной трассы, а Г.И. Макаров и Д. Уайт рассмотрели распространение радиоволн над неоднородной по глубине земной поверхностью. Расчеты поля земной волны и эксперименты показали, что существующие модельные представления процессов распространения поля земной волны требуют дальнейшего уточнения и развития. Реальная земная поверхность всегда резко неоднородна, поскольку сложена горными породами, обладающими неоднородными электрическими свойствами, имеет рельеф и может быть покрыта растительностью, слоем сезоннооттаивающей мерзлоты, льдом. Поэтому вопрос о прогнозировании поля земной волны над реальной земной поверхностью с учетом электрических неоднородностей подстилающей среды, рельефа и растительного покрова в настоящее время остается актуальным. Существенными для распространения поля земной волны являются несколько первых зон Френеля в окрестности геодезической линии, соединяющей источник и приемник. Использование модели подстилающей среды в виде слоистой структуры, каждый слой которой характеризуется своей проводимостью и, диэлектрической проницаемостью £[ и толщиной А/, позволяет свести задачу прогнозирования поля к расчету

ts(q)=tos+q/tos-q3/(3tos2)+..., которое с точностью до линейных членов совпадает с разложением (1.60).
Для |с/|>|?1/2| можно воспользоваться тождеством: arthz = arcthz±т/2 (знак + при Im z > 0, знак - при Im z < 0) [81]. Учитывая формулу разложения в ряд по обратным степеням z: arcthz = 1 /z+1 /(3z3) +1 /(5z5)+..., запишем:
t. (я) = *o, + -~t= sgn Im ^ . (1.68)
4los Л, q 3q
Т. к. фаза /0з всегда равна л/3, то второе слагаемое в (1.68) меняет знак при arg q = п/6 (argJ=-7i/3). В этом случае, исходя из выражений (1.65) происходит смена точки «входа» /од на точку «входа» т. е. имеет место эффект
«перекидывания» корней с высшего номера на низший.
Теперь найдем приближенное выражение для вырожденных корней ts*, используя первое уравнение (1.66), т.к. корень t‘ ближе к /од, чем к t0s■ Запишем
dt, _
в виде: '

значения ts= tm:
1 tcos

и проинтегрируем от oo до q с учетом начального
qi = ts(qBs ) = *«, + A-,n 4bs +

Получилось трансцендентное уравнение для корней вырождения, которое можно свести к окончательному виду:
jL= 1п{ко^}. (1.69)
Кроме расчета по формулам (1.60) и (1.61) удобно вычислять нули уравнения (1.57) ts методом последовательных приближений Ньютона [13]:
/Г1 ^ -ДСУ/ХС) (1.70)
Здесь т - номер итерации. В зависимости от q и arg q на первом шаге итерации (ш=0) в формуле (1.70) ts(0> выбирается равным или t0s (нули производной функции Эйри), или (нули самой функции Эйри).