Прогнозирование ионосферного распространения радиоволн на основе решения прямой и обратной задач многочастотного наклонного радиозондирования ионосферы

• Автор: Крашенинников, Игорь Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 328 с. : ил.

Список основных сокращений
АГ В - акустико-гравитационная волна
АС - антенная система
АЧХ - амплитудно-частотная характелистика
ВВ - волновое возмущение
ВЗ - вертикальное зондирование
ВО - возмущенная область
ВЧ - высокие частоты
ДН - диаграмма направленности (антенны)
ДЧХ - дистанционно-частотная характеристика ИРИ - источник радиоизлучения
КВ - короткие волны
КНД - коэффициент направленного действия (антенны) КС - канал связи
КУ - коэффициент усиления (антенны)
ЛЧМ - линейная частотная модуляция
МПЧ - максимально применимая частота
МНЧ - максимально наблюдаемая частота
НЗ - наклонное зондирование
ННЧ - наименьшая наблюдаемая частота
НГТЧ - наименьшая применимая частота
ПИВ - перемещающееся ионосферное возмущение
РКС - радиокоммуникационная система
РЛС - радиолокационная станция
РПДУ- радиопередающее устройство
УЧХ - угловая-частотная характеристика

СОДЕРЖАНИЕ
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИОНОСФЕРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН НА ОСНОВЕ РЕШЕНИЯ ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ЗАДАЧ МНОГОЧАСТОТНОГО НАКЛОННОГО РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ
ВВЕДЕНИЕ
I Синтез ионограмм НЗ и задача прогнозирования прохождения радиоволн в ионосфере
1.1 Общая постановка задачи многочастотного наклонного радиозондирования ионосферы
1.2 Ионосферные модели в задаче распространения радиоволн в ионосфере
1.2.1 Ионосферная модель СМИ-88
1.2.2 Ионосферная модель 1М-2001
1.2.3 Спорадический слой Ев
1.3 Особенности дифракционного спадания волнового поля в окрестности максимально-применимой частоты
1.3.1 Математическое моделирование
1.3.2 Экспериментальные исследования
1.4 Синтез ионограмм наклонного радиозондирования ионосферы
1.5 Оценка эффективности определения частотного интервала прохождения радиоволн на основе глобальной модели ионосферы
1.5.1 Долгосрочное прогнозирование
1.5.2 Краткосрочное (оперативное) прогнозирование
1.6 Анализ эффективности эмпирических ионосферных моделей в задаче оценки напряженности поля
1.6.1 Исследования на морской поверхности (дальнее распространение)
1.6.2 Исследования на УАС "Академик Вернадский” (сверхдальнее распространение)
1.7 О формировании комбинированных модов в ионосферном прохождении радиоволн
1.7.1 Экспериментальные исследования (ЛЧМ-зондирование)
1.7.2 Анализ экспериментальных данных
Заключение к гл. I
П Синтез и анализ ионограмм НЗ и ВЗ в условиях локальной неоднородности ионосферы
2.1 Асимптотика лучевых уравнений в окрестности точки отражения
2.2 Модовая структура волнового поля в задаче радиозондирования локализованных инжекционных неоднородностей в нижней ионосфере
2.2.1 Модовая структура волнового поля
2.2.2 Диагностика возмущения по следам сигналов обратного отражения
2.2.3 Диагностика возмущений по следам проходящих сигналов
2.3 Модовая структура поля при многочастотном наклонном
радиозондировании локализованных нагревных неоднородностей
верхней ионосферы
2.3.1 Математическое моделирование
2.3.2 Экспериментальные исследования
2.3.3 Анализ резонаторных модов
2.4 Интерпретация данных вертикального радиозондирования при воздействии на ионосферу мощного наклонного волнового пучка
2.4.1 Первый натурный эксперимент с мощным волновым пучком
2.4.2 Эксперимент 1991 г.(США)
2.4.3 Математическое моделирование дополнительных следов на ^
ионограммах ВЗ
2.5 Интерпретация одного вида перемещающегося возмущения по ^
ионограммам вертикального радиозондирования ионосферы
2.5.1 Результаты наблюдений мощного ПИВ в учащенной съемке
2.5.2 Траекторный синтез и моделирование ионограмм ВЗ со следами ПИВ
2.5.3 Анализ последовательности ионограмм ВЗ со следами ПИВ
Заключение к гл. II
Ш Обратная задача многочастотного наклонного радиозондирования
ионосферы ^
3 .1 Общая постановка обратной задачи НЗ - инверсии ионограммы в
эффективный Ые(И) — профиль
3 .2 О методике пересчета ионограммы наклонного зондирования в
эффективную ионограмму вертикального зондирования ионосферы
3.3 Инверсия ионограмм НЗ в эффективный Ые(И) — профиль в
изотропном приближении в классе непрерывных и непрерывно-
дифференцируемых функций
3.3.1 Обратная задача НЗ в классе непрерывных функций
3 .3.2 Обратная задача НЗ в классе функций с непрерывным высотным
градиентом
3.4 Особенность оценки электронной концентрации Е области в обратной 224 задаче НЗ ионосферы

Глава I.
Синтез ионограмм НЗ и задача прогнозирования прохождения радиоволн в ионосфере
Проблема прогнозирования прохождения радиоволн через ионосферу между двумя точками на земной поверхности включает в себя два основных блока: глобальную модель, описывающую пространственно-временное распределение параметров электронов в ионосферной плазме и адаптированную для расчета волнового поля и механизм переноса энергии излучаемой волны от передающего пункта к приемному. В данной главе последовательно представлены основные этапы решения данной проблемы:
общая постановка и программное решение задачи синтеза ионограмм наклонного радиозондирования в трехмерно-неоднородной среде;
анализ и выбор глобальной ионосферной модели для расчета как долгосрочного, так и краткосрочного (оперативного) прогноза прохождения радиоволн;
оценка эффективности базовой ионосферной модели в задаче описания как среднемесячных усредненных суточных ходов критических частот и максимальноприменимых частот (МПЧ), так динамики дневного хода МПЧ в конкретные дни месяца при различных уровнях солнечной активности;
оценка адекватности описания рассмотренным методом напряженности волнового поля на радиотрассах различной протяженности.
1.1 Общая постановка задачи многочастотного наклонного радиозондирования ионосферы
В настоящее время наиболее развитым и обоснованным, как теоретически, так и экспериментально, методом описания механизма распространения коротких (2-40 МГц) радиоволн в ионосфере Земли является геометрическая оптика - метод приближенного представления волновых полей в плавно-неоднородных средах. В