Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы заметно возрос интерес к распространению коротких радиоволн на трассах большой протяженности. Это связано, в первую очередь, с достигнутыми успехами в повышении надежности коротковолновой (KB) связи, благодаря применению средств диагностики ионосферного канала в реальном масштабе времени, использованию скоростных широкополосных систем связи. Важным Фактором развития KB-связи является прогресс, достигнутый в вычислительной технике.
Дальнейшее практическое использование декаметрового диапазона требует всестороннего исследования преобладающих механизмов дальнего и сверхдальнего распространения коротких радиоволн. Это вызвано потребностями разработки принципов построения современных систем КВ-связи, оптимальных алгоритмов их работы, повышения точности прогнозирования условий связи. Многообразие механизмов распространения KB вызывает необходимость изучения влияния изменений геофизических условий, искусственных воздействий на распространение радиоволн. В свою очередь это ставит задачу совершенствования средств и методов исследования дальнего распространения юсо'гкю; радиоволн.
Целью работа является:
разработка методики оценки потенциальной разрешающей способности ЛЧМ-ионозонда и модернизация синтезатора линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала для достижения предельной разрешающей способности:
получение с высокой разрешающей способностью дистанционно-частотных характеристик (ДЧХ) кругосветных сигналов (КС), а также их частотно-временных и энергетических характеристик;
разработка и реализация методики прогнозирования и экстраполяции максимально наблюдаемой частоты (МНЧ) и наименьшей наблюдаемой частоты (ННЧ) KB-канала на основе методов: линейной регрессии и адаптации глобальной модели ионосферы к результатам наклонного зондирования на контрольной радиолинии;
оценка влияния магнитных возмущений на частотный диапазон луча Педерсена при распространении на многоскачковых радиотрассах;
получение частотно-временных характеристик волноводного механизма распространения KB за счет вывода радиоволн на Землю с помощью ракурсного рассеяния ка искусственных ионосферных неодно-родностях, возбуждаемых на высотах канала мощным радиоизлучением;
математическое моделирование ионосферного и магнитосферно-го распространения KB для установления преобладающих механизмов дальнего распространения.
Отличительной особенностью данных исследований является использование широкополосных средств наклонного зондирования ионосферы с помощью непрерывных ЛЧМ-сигналов.
На защиту выносятся:
-
Результаты исследований по прогнозированию и экстраполяции МНЧ и ННЧ ионосферного канала распространения, а также - использования ЛЧМ-ионозонда в адаптивной системе КБ-связи.
-
Результаты исследований волноводного механизма дальнего распространения KB в условиях модификации ионосферы мощным радиоизлучением.
-
Результаты исследований преобладающих механизмов распространения кругосветных сигналов на трассах, проходящих вблизи терминатора.
-
Результаты исследований влияния магнитных возмущений на частотный диапазон сигналов при дальнем распространекик KB лучом Педерсена.
-
Результаты исследований вариаций диапазона прохождения KB на трассе, протяженностью 4Мм в период солнечного затмения с фазой 0.5-0.7.
-
Теоретические и экспериментальные исследования разрешающей способности ЛЧМ-ионозонда.
Научная новизна работа состоит в следующем:
-
Впервые была получена зависимость между потенциальной разрешающей способностью ЛЧМ-ионозонда и полосой когерентности ионосферного KB-канала, а также экспериментальные данные о величине потенциальной разрешающей способности для трасс большой протяженности.
-
Впервые обнаружена критическая частота fK=l6-l7MTn, разделяющая области отрицательной и положительной производной задержки по частоте кругосветных сигналов. Методом математического моделирования показано, что на частотах f
тотах f>fK - рикошетирующими и скачковыми модами.
-
Впервые получены частотно-временные характеристики водно-водных мод распространения КВ. спускаемых на поверхность Земли за счет эффекта ракурсного рассеяния радиоволн на искусственных ионосферных неоднсродностях, возбуждаемых на высотах FE-волновода мощным вертикальным радиоизлучением.
-
Экспериментально показано существенное увеличение частотного диапазона луча Педерсена при дальнем распространении KB в среде со случайными неоднородностями за счет эффектов многократного рассеяния радиоволн во флуктуирующем волноводе.
Практическая значимость работа:
-
Оценена эффективность методов линейной регрессии и коррекции глобальной модели ионосферы для прогнозирования и этетра-лоляции основных параметров распространения на трассы, не обеспеченные аппаратурой ионосферного зондирования.
-
Практически показано, что применение ЛЧМ-ионозонда в частотно-адаптивной системе КВ-связи на радиолинии протяженностью ЗМм приводит к увеличению безошибочного приема сообщений с 46-54% до 84-90%.
-
Разработано новое устройство синтезатора ЛЧМ-сигнала, позволяющее реализовать высокую разрешающую способность ионсзонда по времени группового запаздывания.
Результаты работы использованы в хоздоговорных работах: "Тренд", "Тракай", "Тым" а также в лекциях по курсам: "Радиотехнические системы", "Статистическая радиотехника" и дипломном проектировании студентов радиотехнического факультета МарПИ (получены акты об использовании результатов от НИРФИ и МарШ).
Достоверность результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректностью постановки исследований; высокой разрешающей способностью и широким частотным диапазоном зондирующей аппаратуры; хорошим согласием экспериментальных данных с результатами математического моделирования; повторяемостью результатов.
Личный вклад выразился в следующем: автор принимала непосредственное участие в подготовке и проведении экспериментов [1, 3-14], в обработке и анализе полученных результатов [1-14,16] а также их интерпретации. Разработала алгоритм действия и структурную схему нового прибора синтезатора ЛЧМ-сигнала [153. На основе проведенных теоретических расчетов и экспериментальных данных ею
- б -
получена зависимость между потенциальной разрешающей способностью и параметром ионосферного КВ-канала - полосой когерентности [163. Автором проведено математическое моделирование на ЭВМ наблюдавшихся эффектов [1, 3-14, 16,173, сделан анализ влияния гео/ионос-ферных условий на исследуемые эффекты [1, 3-143. Ей принадлежит идея использования эффекта увеличения частотного диапазона луча Педерсена для определения направления распространения возмущений электронной концентрации [73. Разработана и реализована методика экстраполяции МНЧ С83, а также разработана методика обработки результатов проведенных экспериментов С123 с целью оценки эффективности использования ЛЧМ-ионозонда е составе системы КБ-связи.
Апробация работм. Основные результаты работы докладывались на конференциях: 2-ое Всесоюзное совещание "Математические модели ближнего космоса", Москва, 1990г.; Межведомственный семинар "Распространение радиоволн и проблемы радиосвязи ДКМВ диапазона", Нижний Новгород, 1991г.; Ill Suzdal URSI Symposium on Modification of the Ionosphere by Powerful Radio Waves (ISIM-3) 1991; International Symposium on Antennas and Propagation, Sept., 1992, Sapporo, Japan; 48-зя Научная сессия, посвященная Дню радио РНТО РЯС им. А.С.Попова, Москва, 1993г.; XVII конференция по распространению радиоволя, Ульяновск, 1993г.
Публикация: работы автора опубликованы в журналах: "Радиотехника", Изв.ВУЗов "Радиофизика". "Геомагнетизм и аэрономия", сборнике трудов издательства "Наука", препринтах МарПИ и НИРФИ, тезисах докладов, опубликованных в России и за рубежом. Основное содержание работы отражено в 17 публикациях, а также в научных отчетах МарПИ и НИРФИ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, трех разделов, Заключения. В ней содержится 128 страниц печатного текста, приведено _44_ иллюстрации и 1 таблиц, Библиография включает 149 наименований.