Развитие метода спектрально поляризационных измерений декаметрового радиосигнала

• Автор: Латыпов, Руслан Рустемович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ методов радиозондирования
для исследования неоднородной структуры ионосферы
1.1. Введение
1.2. Поляризационные характеристики распространения радиоволн в ионосфере
1.3. Методы исследования структуры ионосферы
1.4. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы
Выводы к главе
Глава 2. Спектрально-поляризационный метод
исследования распространения радиоволн
2.1. Введение
2.2. Моделирование распространения радиоволн для условий проведения
экспериментальных измерении
2.3. Оценка точности классического спектрально-поляризационного метода
2.4. Исследование параметров поляризации падающей радиоволны
2.5. Расчет углов прихода радиолуча с учётом конечных размеров антенной
системы (модифицированный спектрально-поляризационный метод)
2.6. Оценка точности модифицированного
спектрально-поляризационного метода
Выводы к главе
Глава 3. Доплеровский фазоугломерный комплекс «Спектр» с поляризационной антенной системой
3.1. Введение
3.2. Модернизация аппаратной части исследовательского комплекса
3.2.1. Разработка и создание поляризационной антенной системы
3.2.2. Модернизация системы управления радиоприёмными устройствами
3.2.3. Модернизация системы калибровки
3.2.4. Модернизация цифрового приёмника
3.2.5. Плаз а контроля
3.3. Модернизация программой части исследовательского комплекса. Внешнее
управление. Телеметрия
Выводы к главе
Глава 4. Результаты экспериментальных измерений полученные на различных радиотрассах, в том числе и поляризационные
характеристики
4.1.Введение
412. Описание проведенного цикла экспериментальных исследований
4.3. Результаты угловых измерений
4.4. Анализ поляризационных данных полученных в результате эксперимента
4.5. Результаты спектрального анализа угломерных и
поляризационных рядов данных
Выводы к главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность задачи
Исследованию ионосферы, части средней и верхней атмосферы Земли, уделялось с момента её открытия довольно много внимания, однако с развитием новых средств связи, например, спутниковой, интерес к ионосфере начал уменьшаться. В настоящее время вследствие необходимости обеспечения высокого качества связи, актуальность исследования процессов, протекающих в ионосфере как в среде распространения радиоволн, возрастает. Современная исследовательская и связная техника позволяют изучать ионосферу на качественно новом уровне. Объектами исследования при этом выступают не только ионосфера как среда распространения радиоволн, но и собственные процессы, происходящие внутри ионосферной плазмы. Вследствие своего расположения и внутренней структуры ионосфера очень чувствительна к магнитным и электрическим полям, воздействию корпускулярных потоков, например, солнечных, то есть обладает хорошими диагностическими возможностями для наблюдения и мониторинга не только внешних космических воздействий, но и внутренних, имеющих земную природу (включая антропогенное воздействие).
Ионосфера вносит различные искажения в передаваемый радиосигнал. Наиболее эффективно это воздействие проявляется для волн коротковолнового (КВ) диапазона (3-30 МГц). В зависимости от параметров ионосферы коротковолновые радиоволны могут быть переданы на дальние, а иногда и сверхдальние расстояния, включая кругосветное распространение. Но основным недостатком ионосферной связи является многолучевость сигнала, приводящая к замираниям или к полному разрушению канала связи. То есть радиолуч, излученный передатчиком, после прохождения слоистой пространственно неоднородной ионосферы будет создавать на приёмной антенне сложную интерференционную картину, динамически меняющуюся во времени. Несмотря на эти недостатки, коротковолновая связь не теряет свою важность и в настоящее время, являясь порой единственным

широкодоступным каналом дальней радиосвязи. Кроме того, она до сих пор является запасным каналом связи для различных служб. Эффективность современных цифровых систем связи напрямую зависит от качества канала радиосвязи, которое, в свою, очередь неразрывно связанно с состоянием ионосферы.
Основными методами получения информации об ионосфере являются радиофизические методы наблюдения. Использование классических средств диагностики - импульсных вертикальных ионозондов, не всегда возможно, так как необходимо располагать ионозонд непосредственно под точкой наблюдения, что может быть невозможно по различным причинам. Использование комплексов наклонного зондирования решает эту проблему. Ставшие классическими системы пространственно разнесенного приёма позволяют исследовать характеристики коротковолнового радиосигнала, но при этом характерные размеры антенного поля таких радиосистем составляют до нескольких километров. Одним из способов избавиться? от громоздкой антенной системы является использование метода частотно-пространственно разнесённого приёма (ЧПРП). Это позволяет уменьшить количество радиоприёмных каналов до трёх-четырёх, уменьшить габариты приёмной антенной системы до размеров, сравнимых с длиной принимаемой радиоволны, равной единицам десятков метров. При использовании этого метода разделение различных мод радиосигнала происходит в частотной области на основе спектральных параметров. Основным недостатком метода является необходимость длительных измерений для достижения высокого спектрального разрешения, что не всегда возможно из-за постоянного изменения состояния ионосферной плазмы, которое обусловлено различными факторами. Выбор времени наблюдения определяется средним временем стационарности принимаемого радиосигнала, максимальное значение которого для средних широт изменяется от 20 до 300 секунд, то есть наихудшее спектральное разрешение составляет порядка 0,05 Гц. Такое разрешение не всегда удовлетворяет требованиям разделения мод сигнала,

1.4. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы
Важное место среди радиофизических методов зондирования занимают высокочувствительные когерентные (фазовые и интерференционные) методы наклонного зондирования [43, 44, 45, 46]. Эти методы можно использовать для получения информации о тонкой структуре и динамике явлений, происходящих в ионосфере, так как при ионосферном распространении, за исключением специально подобранных условий распространения, сигнал состоит из нескольких когерентных лучей (мод) сигнала. В простейшем случае это две магнитоионные моды одного сигнала. На приёмной антенне наблюдается сложная, изменяющаяся во времени, интерференционная картина. Сутью всех интерференционных методов является непрерывное фиксирование интерференционной картины принимаемого радиосигнала с последующей обработкой и разделением принимаемых мод сигнала. Разделение мод сигнала позволяет в практическом приложении решать задачи создания высокоэффективных систем связи, пеленгации, локации, навигации в широком диапазоне длин волн, а в научном - решать геофизические задачи исследования динамических процессов, происходящих в ионосфере Земли.
При использовании интерференционных методов распространяющийся сигнал считают узкополосным, т.е. Af « /, то есть полоса сигнала меньше его частоты. Узкополосный сигнал можно записать в виде:
E(t) = R(t) cos(2 л-f-t- cp{t)) ( 1.29)
При условии, что полоса сигнала Af много меньше его частоты f>. Сигнал такого вида всегда можно представить в комплексной форме, используя понятия комплексной амплитуды и фазы: