Исследование пространственной структуры поля декаметровых сигналов на протяженных радиотрассах

• Автор: Пономарчук, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ
РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПОЛЯ КВ-СИГНАЛОВ В ВОЛНОВОДЕ ЗЕМЛЯ-ИОНОСФЕРА
1.1. Схема расчета пространственных распределений характеристик КВ-сигналов на основе метода нормальных волн
1.2. Пространственно-временное распределение амплитуды импульсного сигнала в волноводе
1.3. Исследование высотных распределений поля КВ-сигналов на протяженных радиотрассах
РАЗДЕЛ II. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОПЕРАТИВНАЯ ДИАГНОСТИКА
ДЕКАМЕТРОВОГО РАДИОКАНАЛА
2.1. Программный комплекс прогнозирования условий распространения радиоволн на неоднородных радиотрассах
2.2. Методика оперативной диагностики КВ-радиоканала
2.3. Методика автоматической интерпретации ионограмм наклонного зондирования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ I. АСИМПТОТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПОЛЯ СИГНАЛА
ВБЛИЗИ ГРАНИЦЫ ОСВЕЩЕННОЙ ЗОНЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ II. ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЕКАМЕТРОВОГО
РАДИОКАНАЛА
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на интенсивное развитие спутниковых средств связи, дека-метровый диапазон, по-прежнему, широко используется при создании различных радиотехнических систем для обеспечения условий связи в больших пространственных областях. Методы расчета характеристик сигналов декаметрового диапазона развиты, в основном, для случая, когда приемник расположен вблизи поверхности Земли. Однако для практики радиосвязи с самолетами, для радиолокации ракетных стартов и самолетов, при решении научных задач, связанных с наклонным и возвратнонаклонным зондированием ионосферы (НЗ и ВНЗ), важное значение имеет разработка эффективных вычислительных схем расчета полного набора характеристик сигнала по большим пространственным областям.
Разработанные в начале 70-х годов методы расчета, реализованные, в основном, в рамках геометрооптического приближения, позволяют провести траекторный синтез распределения поля по пространству и оценить амплитуду поля сигналов. Для более полного описания процесса распространения радиоволн с учетом дифракционных эффектов вблизи каустик, в неоднородных средах и средах с крупномасштабными случайными неоднородностями интенсивное развитие в конце 70-х, начале 80-х годов получили методы канонического оператора Маслова [73], параболического уравнения [106], интерференционного интеграла [80]. Для анализа распространения радиосигналов в диспергирующих средах был развит метод пространственно-временной геометрической теории дифракции [13].
В эти же годы получил развитие метод нормальных волн, основанный на разложении поля по собственным функциям радиальной (поперечной) задачи в волноводе Земля-ионосфера [63]. Этот метод, являющийся одним из основных в подводной акустике [92] и диапазоне длинных волн [47], показал себя эффективным и для описания ионосфер-

ного распространения радиоволн [78]. Были реализованы схемы численного и аналитического суммирования ряда, создан алгоритм расчета характеристик радиосигналов (в том числе и огибающей сигнала) для случая приземного расположения излучателя и приемника [8,58].
Дальнейшее совершенствование метода нормальных волн необходимо было провести в направлении расширения области применения для расчета характеристик радиосигналов в широком диапазоне частот и больших пространственных областях с учетом свойств волновода, близких к реальным. На основе созданных алгоритмов расчета пространственно-частотных распределений поля излучения в волноводе развить метод развить метод прямой диагностики условий распространения с использованием текущих экспериментальных данных наклонного и возвратно-наклонного зондирования ионосферы.
Основной целью работы является: развитие схемы расчета пространственно-временных распределений характеристик радиосигналов для прогноза и диагностики условий распространения радиоволн в волноводе Земля-ионосфера. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
1.Обобщить схему расчета характеристик КВ-сигналов по методу нормальных волн на случай приподнятого приемника, включая высоты ионосферы и реализовать высокоэффективные алгоритмы вычисления высотных и дальностных распределений характеристик КВ-сигналов (включая форму огибающей) в неоднородном волноводе.
2.Разработать и реализовать алгоритмы оперативной диагностики декаметрового радиоканала по реальным данным НЗ и ВНЗ ионосферы.
3.Создать исследовательский программный комплекс, включающий модель среды, алгоритмы расчета характеристик сигналов и базу экспериментальных данных.

волноводе усложняется: появляются области отражения и на определенных высотах каустики. Область высот, в которой поле формируется прямой волной, с увеличением дальности сужается и нижняя граница локализации поля поднимается вверх. На дальности 1000 км на высоте 203 км расположена каустика, где/ = п2 . Ниже каустики расположена "мертвая" зона для сигналов, отраженных от ионосферы. В области высот больше 200 км сигналы, соответствующие разным группам волн, сильно перекрываются, поэтому необходимо проводить расчеты полной развертки по формуле (1.17).
На расстоянии 1400 км каустика опустилась на высоту 140 км. Выше точки каустики до высоты -180 км, где расположена область отражения
п — Пу , поле сигнала формируется тремя группами волн, а начиная с
км - группой волн с центральным номером Щ . С увеличением дальности высота расположения области каустики уменьшается и на удалении от излучателя 1920 км (0та) каустика достигает поверхности Земли. На этой дальности находится граница освещенной зоны для приемников, расположенных вблизи земной поверхности.
При 0 > 0 т в зависимости от высоты точки наблюдения могут существовать решения (1.9) как для / =1, так и для /+ = 1. На рис. 1.10 приведены высотные распределения поля сигнала на удалении 2000 км от излучателя. В интервале высот от нуля до 16 км поле сигнала формирует четыре группы волн с различными центральными номерами. На высоте
км п — п2 для /+ = 1, что указывает на наличие здесь области фокусировки сигналов, отраженных от поверхности Земли. Выше поле определяется двумя группами волн с центральными номерами щ и п2 , соответствующих сигналам, распространяющимся по нисходящим траекториям в геометрооптической терминологии. С увеличением дальности область ло-