Введение к работе
Диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию рассеяния плоских радиоволн на неоднородно-стях поносферы и обратной модельной задачи определения функции корреляции неоднородностей поносферы. В качестве модели регулярной поносферы использованы линейный и параболический слои. Неоднородности среды представляются случайным процессом статистически однородным в пространстве. Сеченпе функции корреляции неоднородностей поносферы аппрокспровано эллипсоидом вращения. Обратная модельная задача состоит в определении параметров сеченпя корреляционной функции неоднородностей по результатам анализа пндикатрпсы рассеяния, определяемой вторыми моментами рассеянного поля.
В целях упрощения решения прямой задачп попользован переход от реальной гпротропной неоднородной поносферы к локально изотропной среде, что является обоснованным прп достаточно высоких частотах зондирования по сравнению с гиромагнитной частотой.
Актуальность темы. Изучение неоднородностей
поносферы составляет одну из фундаментальных проблем геофизики. Исследования неоднородностей поносферы с помощью классического метода зонднрованпя поносферы позволили получпть большое количество сведений о геометрии и кинематике дифракционной структуры поля. Вместе с тем осталось еще много нерешенных вопросов экспериментального п теоретического характера. Главным образом это касается проблемы определения объемных свойств рассеивающих неоднородностей.
Многочисленные экспериментальные исследования позволяют сделать вывод, что ионосферный слой - это неоднородная среда из ионизированных образований - неоднородностеп различного масштаба. На основе результатов радиозондирования выработаны представления о пространственно-временной изменчивости диэлектрической проницаемости и электронной концентрации ионосферной плазмы. Обратная задача состоит в определении параметров сечения неоднооодностей поносферы по результатам измерения пространственно-временных флуктуации какого-либо элемента радиосигнала на поверхности Земли. Для решения обратной задачи необходимо знать функциональную связь между флуктуацпоннымп характеристиками рассеянного поля и параметрами корреляционного эллипсоида неоднородностеп поносферы. Такая связь может быть получена только на основании решения прямой задачи рассеяния радиоволн в неоднородной ионосфере.
Решение прямой задачи рассеяния радиоволн в неоднородной ионосфере не только необходимо для решения обратной задачи определения неоднородностей поносферы, но и актуальна п важна для улучшения работы систем связи п навигации, повышения точности геодезических измерений при помошп ИСЗ и т.д.
В связи со сложностью п изменчивостью структуры поносферы основную роль в ее исследовании играют методы дпстаппонного зондирования, позволяющие получить информацию в реальном времени. Особое место среди этих методов занимают методы радпозондпрованпя.пмеюшпе достаточно развитую техническую базу, хорошо разработанную метотпку измерений и давшие за свою более чем
шестпдесятплетную псторто основную долю информации о строении ионосферы. Развитие спутниковых систем радиозондирования открыло новые возможности и перспективы исследования ионосферной плазмы и происходящих в ней процессов. С этой точки зрения актуальность разработки алгоритма определения параметров корреляционной функции неоднородностей ионосферы по рассеянному излучению, не вызывает сомнений.
Таким образом, целью диссертации является разработка методов определения параметров сеченпя корреляционной функппи неоднородностей на основе результатов решения прямой задачи рассеяния радповолн на неоднород-ностях ионосферы.
В связи с этим основными задачами работы являются следующие:
1. Исследование рассеяния радповолн для типичных мо
делей ионосферы: плоскослопстой рассеивающей среды с
полным отражением и плоскослопстой рассеивающей сре
ды с просачиванием.
-
Уточнение условий прпменпмостп основного метода теории рассеяния волн - метода геометрической оптпкп для решения прямой задачи.
-
Разработка методов определения параметров корреляционного эллипсоида неоднородностеп ионосферы по гш-дпкатрпсе углового рассеянпя.которая определяется характеристиками рассеянного поля на выходе пз неоднородноп поносферы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Решена задача рассеяния радиоволн в параболиче
ском слое при Еалпчпп случайных неоднородностей в слу
чае, когда частота волны равна критической чатоте слоя
для нормального зондирования, пли частота волны равна
максимально применимой частоте слоя для наклонного зон
дирования.
2. Предложен метод определения параметров коррелядп-
онного эллипсоида неоднородностеп ионосферы по характе
ристикам ф.туктуашш углов прихода рассеянного излуче
ния.
3. Получены параметры корреляционного эллипсоида
неоднородностеп ионосферы по результатам эксперимен
тальных наблюдений.
4. Предложены критерии справедливости метода геоме
трической оптики, определяющие возможность его исполь
зования при распространении п рассеянии плоских радио
волн в среде со случайными неоднородностямл в виде слу
чайного, однородного в пространстве процесса.
Практическая ценность. Полученные результаты оказывается существенными прп решении обратных задач восстановленпя свойств неодноролноп среды методом дпстагшонного зондирования. Учет эффекта анпзотрошш рассеяния в среде с анпзомернымн неоднородностямп, позволяет устранить погрешности модельного восстановленпя информации о структуре неоднородной ионосферы по статистическим характеристикам принятого излучения.
С другой сороны, результаты проведенного анализа распространения и рассеяния волн в неоднородной среде дают возможность учета влпянпя случайных неоднородностеп
среды на характеристики распространяющихся сигналов, что сушественнно при создании систем, направленных на повышение надежности передачи пнформацпп и точности проводимых измерений.
Апробация диссертации. Материалы дпссертадпп докладывались на научных семинарах кафедры атмосферы физического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова, и на международной конференции по распространению радиоволн 1993-го года (г.Пекпн).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в двух научных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация со-