Экспериментальная модель искусственных ионосферных неоднородностей и рассеянных на них радиосигналов

• Автор: Коровин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 155 c. : ил

ГЛАВА I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОПЕРЕЧНИКОВ РАССЕЯНИЯ

§ I. Методика и условия измерения интегральных поперечников рассеяния

§ 2. О ракурсном характере рассеяния

§ 3. Влияние состояния ионосферы на величину поперечников рассеяния

ГЛАВА 2. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГИБАЮЩЕЙ РАССЕЯННОГО СИГНАЛА

§ 4. Характеристики замираний рассеянного сигнала

§ 5. Пространственная и частотная корреляции рассеянного сигнала

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЛАСТИ РАКУРСНОГО РАССЕЯНИЯ

§ 6. Геометрические параметры рассеивающей области

§ 7. Спектр флуктуаций электронной концентрации в

возмущенной ионосфере

§ 8. О продольных размерах мелкомасштабных искус
ственных неоднородностей
§ 9. Об особенностях развития и релаксации искус
ственных неоднородностей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ. Оценка величины объема, обеспечивающего рассеяние И£ -неоднородностями
на радиолинии Москва - Казань
ЛИТЕРАТУРА

Впервые возможность изменения свойств ионосферы под действием мощного излучения наземных радиостанций была обнаружена в 30-е годы. Она проявилась в переносе модуляции мощного радиоизлучения на сигналы слабой радиостанции. Это явление получило название кроссмодуляции, или люксембург-горьковского эффекта / 64 /.
Позднее, в 60-е годы НИИ Радио (г. Москва) была создана мощная станция специально для изучения воздействия радиоволнами на ионосферу. Систематические исследования в этом направлении начались в 70-е годы, когда были построены стенды в Платтвилле, Аресибо (США) и в Горьком (СССР). В последние годы созданы наг-ревные стенды в Северной Норвегии, вблизи Горького (стенд "Сура") и другие.
Эксперименты показали, что наиболее сильно с ионосферой взаимодействуют волны обыкновенной поляризации, направление распространения которых близко к направлению магнитного поля Земли. Если мощность волны накачки превышает критическое значение, наблюдается резкое уменьшение интенсивности отраженного сигнала: энергия волны накачки переходит к плазменным волнам. В результате этого в ионосфере образуется возмущенная область (ВО). В ней изменяются средние значения температуры и концентрации заряженных частиц, генерируются быстрые электроны. Наблюдается свечение ВО в оптической части спектра и стимулированное радиоизлучение, а также ряд других эффектов. В возмущенной области образуются вытянутые вдоль геомагнитного поля неоднородности с различными размерами.
Крупномасштабные искусственные неоднородности (с поперечными относительно геомагнитного поля размерами , где

- длина волны накачки) занимают значительную толщу верхней ионосферы / 67 /. Они проявляются в виде диффузных отражений от ионосферы (искусственный ГЗргелсб ) / 85,110 / и приводят к мерцаниям радиоизлучения дискретных космических источников / 9, 108 / и бортовых радиопередатчиков ИСЗ / 23,67,89 /.
За счет трансформации радиоизлучения на искусственных мелкомасштабных неоднородностях (4х< чАЛ) в плазменные волны происходит поглощение волны накачки и усиление генерации искусственного возмущения / 24,85,91 /. Эти неоднородности вызывают ракурсное рассеяние пробных радиоволн в широком диапазоне частот (десятки - сотни мегагерц) / 5,7,22,93 /, что является замечательным свойством искусственных неоднородностей.
Исследование эффектов искусственного воздействия на ионосферу представляет интерес как с точки зрения изучения нелинейных процессов в плазме вообще и в ионосферной плазме в частности, так и для понимания физики естественных явлений в ионосфере и стимулирования их с помощью искусственного воздействия / 26 /. Актуальным в проблеме воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу является изучение характеристик мелкомасштабного расслоения ионосферной плазмы. Оно представляет интерес для изучения механизмов генерации естественных ионосферных неоднородностей, а также построения модели ВО с учетом влияния состояния ионосферы на степень ее возмущения и на характеристики рассеянного на искусственных неоднородностях радиосигнала.
Большой вклад в исследование искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферную плазму внесла горьковская школа радиофизиков. В НИРШ созданы и действуют два негревных стенда, разработана и успешно осуществляется программа исследования воздействия мощной радиоволной на ионосферную плазму.

поперечника рассеяния определяется только площадью рассеивающей области «У (и, разумеется, интенсивностью флуктуаций Х7 ).
Для условий эксперимента при изменении высоты рассеяния от 260 км до 300 км масштаб слоя X. возрастает от 50 км до — 100 км, а расчетная величина ^ - от 7.5° до 10°, что могло привести к увеличению 5 и б' на~2.5дБ. Однако, по результатам измерения, интегральный поперечник рассеяния при этих условиях возрастает на - б дБ. Это показывает, что вариации 6 с изменением состояния ионосферы не могут быть полностью объяснены изменением геометрических размеров рассеивающей области. После исключения их влияния на 6 получено, что &ЛГ возрастает в рассматриваемом случае на ~ 3.5 дБ. Это может быть обязано изменениям д'ХУ как с высотой ВО, так и с масштабом слоя X, ^ . Согласно, например, измерениям аномального ослабления пробных волн
при их отражении от возмущенной ионосферы, коэффициент аномального ослабления возрастает с ростом /,м как Кр^Х.^ / 10,79 /. Если изменения объяснять флуктуациями д'АГ , то в нашем
случае это может привести к увеличению д'Л/' на ~ 1.2 дБ.
При выполнении экспериментальных исследований было обнаружено , что иногда рассеянный сигнал существует в паузах между циклами включения мощного передатчика / 53 /. Примеры изменения со временем уровня этого сигнала (вместе с уровнем сигнала от искусственных неоднородностей и изменением критической частоты слоя ионосферы) приведены на рис. 10 и II. Сигнал в отсутствии нагрева по времени появления и длительности существования (0

час) не коррелирует'"искусственным воздействием на ионосферу. Брене
мя развития этого сигнала при рассеянии на^однородностях с поперечными масштабами 3 м составляет — I мин, что на порядок
превышает обычное время развития искусственных неоднородностей