Развитие радиофизических методов исследования верхней атмосферы Земли в метровом и декаметровом диапазонах волн

• Автор: Потехин, Александр Павлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 296 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Уравнения дистанционной диагностики ионосферы и атмосферы методом обратного рассеяния радиоволн

1.1. Приближение однократного рассеяния

1.2. Интегральные представления сигнала обратного

рассеяния и асимптотический метод их анализа

1.3. Статистические радиолокационные уравнения

Заключение к Г лаве

Глава 2. Иркутский радар некогерентного рассеяния:

основные технические параметры, методы измерений и

результаты исследований верхней атмосферы

2.1. Структура, основные параметры установки
и ее технические возможности в целях зондирования
верхней атмосф еры
2.2. Радиолокационные уравнения диагностики ионосферы
методом некогерентного рассеяния с учетом эффекта Фарадея
2.3. Программы и методики наблюдений на Иркутском радаре
HP, ряды экспериментальных данных и их верификация
2.4. Результаты экспериментальных исследований ионосферы
на Иркутском радаре HP во время возмущений
Заключение к Г лаве

Глава 3. Методы оперативного анализа поля сигналов и диагностики ионосферных ВЧ радиоканалов,
основанные на волноводном подходе
3.1. Представление поля ВЧ радиосигнала в плавнонерегулярном волноводе Земля-ионосфера
на основе метода нормальных волн
3.2. Метод оперативного расчета поля ВЧ сигнала, основанный
на асимптотическом суммировании ряда НВ
3.3. Интерференционные свойства нормальных волн и крупномасштабная структура ВЧ поля
в волноводе Земля-ионосфера
3.4. Применение разработанных методов для моделирования
характеристик сигналов и диагностики ВЧ каналов
Заключение к Г лаве
Заключение
Литература

Введение
Радиофизические исследования верхней атмосферы Земли имеют почти вековую историю и внесли большой вклад в решение проблем распространения радиоволн, наши знания об ионосфере и верхней атмосфере. Развитие этого направления проводилось на стыке радиофизики и физики космической плазмы, что способствовало достижению значительных успехов в этой области. В настоящее время многие вопросы этого направления являются актуальными и тесно связанными задачами радиофизики и физики околоземного пространства. Ионосферная плазма, являясь неоднородной, диспергирующей и нелинейной средой, оказывает существенное влияние на свойства радиоволн в широком диапазоне частот. Изучение вопросов распространения радиоволн в таких сложных средах составляет одну из важнейших проблем радиофизики. С другой стороны, при распространении в ионосфере и атмосфере наблюдаются различные эффекты взаимодействия радиоволн со средой, что позволяет установить связь между параметрами этой среды и характеристиками радиосигналов. На основе этого разработаны и продолжают развиваться методы дистанционной диагностики ионосферы и атмосферы. Радиофизические методы зондирования дают наибольшую часть экспериментальных данных о структуре и свойствах верхней атмосферы. Поэтому развитие этих методов, расширение их диагностических возможностей, получение рядов данных наблюдений - одно из важнейших направлений радиофизики и физики верхней атмосферы.
Актуальные задачи физики верхней атмосферы и методы их исследований
Верхняя атмосфера Земли является сложной физической системой и одним из
основных элементов общей системы Солнце-Земля [1, 2]. В широком смысле слова
она рассматривается как часть атмосферы, расположенная выше тропопаузы [3], то
есть охватывает и среднюю атмосферу (15-90 км), и ионосферу (>50-60 км).
Исследования верхней атмосферы необходимы для получения новых знаний об этой
области околоземного пространства и решения практических задач, круг которых
непрерывно нарастает в связи с процессом освоения околоземного пространства. Эти

не в общем виде. Поэтому изучение этих интегральных представлений с целью выяснения свойств брэгговского рассеяния представляет большой интерес.
Необходимо отметить, что в настоящей работе рассматривается обратное рассеяние, где основной вклад вносят неоднородности с масштабами ~А0, А0 - длина излучаемой волны. В отличие от этой задачи вопросы теории рассеяния “почти вперед”, где определяющую роль играют неоднородности среды с масштабами » А0, развиваются более интенсивно. Разработан ряд новых методов, учитывающих влияние неоднородностей разных масштабов [76, 78, 239-242]. В этих методах эффективно используются различные интегральные представления для поля отдельных реализаций, с помощью которых далее выводятся и исследуются среднестатистические характеристики поля.
В статистической теории обратного рассеяния радиоволн в ионосфере и атмосфере в общей форме РЛУ получены в приближении малого радиуса корреляции флуктуаций среды [41, 222, 231]. Эти РЛУ дают достаточно простую связь между корреляционными функциями флуктуаций и сигнала. Они широко используются в практике и хорошо зарекомендовали себя в задачах рассеяния на тепловых флуктуациях плазмы (метод НР), турбулентностях нейтральной компоненты атмосферы (метод МСТ). Однако, это приближение неприменимо при рассеянии на протяженных по горизонтали структурах в стратосфере и мезосфере или вытянутых вдоль магнитного поля неоднородностях ионосферы, возникающих в высоких и экваториальных широтах [222]. В [233, 234] приближении малого радиуса не использовалось, но задача решалась для простейших моделей антенны и сигнала излучения, а не в общем виде. Поэтому важной является задача получения статистических РЛУ для любых радиусов корреляции и достаточно общих моделей антенн и сигналов.
В настоящей главе исследования указанных выше вопросов проводятся на основе предложенного автором [243] метода анализа интегральных представлений для рассеянных сигналов, суть которого состоит в следующем. Интегральное