Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исходная модель среднего состояния ионосферного декаметрового радиоканала 10
1.1 Получение системы лучевых уравнений в рамках геометро-оптического приближения 12
1.2 Оперативный расчёт максимально-применимой частоты (МПЧ) односкачкового и двухскачкового распространения 18
1.3 Задание среднемесячных ионосферных условий для радиоканала 24
1.4 Разработка и реализация компьютерной программы модели радиоканала 30
Глава 2. Уточнение модельных значений критической частоты ионосферы в текущих условиях по наблюдениям за прохождением сигнала на реперных радиолиниях 38
2.1 Фиксация значений МПЧ в моменты радиовосхода и радиозахода 40
2.2 Установка для фиксации МПЧ и оценка точности определения её величины 45
2.3 Разработка способа уточнения критической частоты по наблюдениям за сигналами на односкачковых радиолиниях 54
2.4 Разработка способа уточнения критической частоты по наблюдениям за сигналами на двухскачковых радиолиниях 64
Глава 3. Уточнение модельных значений критической частоты ионосферы в текущих условиях по значениям полного электронного содержания ионосферы (ПЭС) 73
3.1 Развитие полуэмпирической модели ионосферы ИГУ (ПЭМИ) для описания верхнего участка 74
3.2 Разработка способа уточнения критической частоты по значениям ПЭС 80
Глава 4. Адаптация параметров модели радиоканала к текущим условиям в задачах связи и местоопределения 91
4.1 Адаптация параметров модели радиоканала к текущим условиям в задачах связи 91
4.2 Адаптация параметров модели радиоканала к текущим условиям в задачах местоопределения 98
Заключение 102
Список использованных источников 104
- Оперативный расчёт максимально-применимой частоты (МПЧ) односкачкового и двухскачкового распространения
- Установка для фиксации МПЧ и оценка точности определения её величины
- Разработка способа уточнения критической частоты по наблюдениям за сигналами на двухскачковых радиолиниях
- Адаптация параметров модели радиоканала к текущим условиям в задачах местоопределения
Введение к работе
Актуальность темы
Ионосферное распространение декаметровых радиоволн по-прежнему привлекает внимание исследователей. Резервная связь, зондирование удалённых участков земной и морской поверхностей, местоопределение положения передатчиков, исследования ионосферы- эти основные задачи определяют сферу его использования. На такое распространение влияет множество факторов, значение которых в конкретной ситуации определить чрезвычайно трудно. Поэтому важной и актуальной задачей является адаптация, хотя бы частичная, параметров рассматриваемого радиоканала к текущей ситуации.
В настоящее время разработаны некоторые способы частичной адаптации параметров радиоканала за счёт применения определённых технических устройств. Так, для повышения уровня принимаемого сигнала используется ретрансляторы и приём в двух разнесенных по пространству точках [1]. Применяются также устройства, реализующие автоматический выбор частоты из заданного набора частот [2], системы с адаптацией антенных устройств к некоторым особенностям принимаемого сигнала [3]. Развивается и другая группа методов, использующая модель параметров радиоканала. В одном из методов этого направления осуществляется прямой перенос характеристик модели радиоканала, определяемых по измерениям на опорных радиолиниях, на близкорасположенную трассу. Данный метод обладает хорошей точностью в небольшой окрестности опорных линий, т.к. “переносятся” значения непосредственно характеристик сигнала, измеренные в данный момент времени. Однако метод требует развертывания достаточно широкой сети опорных линий с проведением на них сложных специализированных измерений. В России развернута такая сеть станций, оборудованных ЛЧМ зондами, и ведутся работы групп исследователей в Институте солнечной и земной физики СОРАН (ИСЗФ), Марийском государственном университете, Научно-исследовательском радиофизическом институте (НИРФИ), Ростовском государственном университете (РГУ) [4] - [6]. Естественно, развитие и расширение такой сети требует существенных затрат.
В другом, менее затратном методе этого направления адаптации, используется модель радиоканала, входной частью которой является среднемесячная модель ионосферы, а выходной- блок расчёта характеристик сигнала. Так как среднемесячные вариации основных параметров ионосферы описываются в настоящее время достаточно удовлетворительно, то задачей адаптации является, в данном случае, уточнение значений параметров модели на конкретную ситуацию, обеспечивающее повышение точности соответствия рассчитываемых характеристик сигнала измеряемым. Т.к. станции, непосредственно измеряющие параметры ионосферы, имеются лишь в небольшом числе пунктов земной поверхности, то разрабатываются также способы получения оперативной информации об ионосфере на основе приближённых решений обратной задачи распространения радиоволн на наклонных трассах. Здесь можно указать работы, проводимые в Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн (ИЗМИРАН) [7], ИСЗФ [8], Иркутском государственном университете (ИГУ) [9], РГУ [10], [11], Санкт-Петербургском государственном университете (СПБГУ) [12] и работы, выполненные в некоторых зарубежных учреждениях [13], [14]. Точность такого подхода (назовём его модельным) уступает точности метода прямого моделирования, однако адаптация может быть выполнена для более протяженного пространственного региона, примыкающего к опорной трассе, за счёт возможностей уточнённой модели ионосферы.
В то же время трудность широкого применения этого метода связана с тем, что для получения корректирующей информации требуется организация на опорной трассе специализированных измерений некоторых характеристик сигнала при работе передатчика на ряде частот.
В настоящей работе предлагаются способы адаптации, которые не требуют для своего применения организации специализированных измерений, что сделает адаптацию более доступной широкому кругу пользователей. В первом способе используется наличие в декаметровом диапазоне большого числа произвольных радиостанций. Это и вещательные станции, и станции точного времени, и радиолюбительские маяки, и некоторые другие станции. Они работают на определённом наборе частот в режиме непрерывного сигнала и известно их местоположение.
Кроме того, сейчас на земной поверхности развернута большая сеть специализированных приёмников сигналов глобальной спутниковой радионавигационной системы GPS, для которых определяются и размещаются для свободного доступа в сети Internet данные по полному электронному содержанию ионосферы (ПЭС). Во втором способе адаптации рассматривается использование данных по ПЭС для уточнения входных параметров модели радиоканала. Далее, на основе предлагаемых способов показывается возможность адаптации параметров модели радиоканала к текущей ситуации в некоторых задачах связи и местоопределения.
В соответствии с вышеизложенным формулируются цель работы и задачи исследования.
Цель работы и задачи исследования
Целями настоящей работы являются исследование некоторых вопросов адаптации параметров модели ионосферного радиоканала к текущим условиям на основе коррекции входной её части- блока задания среды распространения сигнала и разработка способов её выполнения по оперативной информации, для получения которой не требуется организации специализированных измерений.
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать способ получения корректирующей информации, для получения которой не требовалось бы организации специализированных измерений
-
Разработать способ адаптации параметров модели канала к текущей ситуации с использованием этой корректирующей информации
-
Разработать способ уточнения входных параметров модели радиоканала в текущей ситуации по величине полного электронного содержания ионосферы
-
Выполнить оценку эффективности разработанных способов для различных трасс и условий
-
Предложить способы адаптации входных параметров модели ионосферного радиоканала к текущим условиям в практических задач связи и местоопределения
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан способ адаптации модели ионосферного радиоканала к текущим условиям по значениям МПЧ, определяемым на радиолиниях с постоянной рабочей частотой и известным местоположением передатчика в моменты радиовосхода и радиозахода на них.
-
Предложен способ значительного уточнения модельных значений критической частоты ионосферы в произвольном протяженном пространственном регионе по величине полного электронного содержания ионосферы.
-
Предложены способы адаптации входных параметров модели ионосферного радиоканала к текущим условиям в задачах связи и местоопределения, обеспечивающие повышение энергетического потенциала радиолинии, точности расчёта углов места, модовой структуры и дальности распространения сигнала в канале.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Разработанный способ уточнения входной части модели ионосферного радиоканала по наблюдениям за сигналами реперных радиостанций существенно снижает погрешность задания критической частоты ионосферы в текущих условиях.
-
Предложенный способ коррекции исходных значений критической частоты ионосферы в модели радиоканала по данным о полном электронном содержании ионосферы, позволяет значительно уточнить текущие значения критической частоты ионосферы в определённом пространственном регионе и вдоль протяженных радиолиний.
-
Предлагаемые способы адаптации входных параметров модели ионосферного радиоканала к текущим условиям в задачах связи и местоопределения обеспечивают существенное повышение энергетического потенциала радиолинии, точности расчёта углов места, модовой структуры и дальности распространения сигнала.
Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе обусловлена использованием физических обоснованных методов, проверенных большим объёмом численного моделирования с использованием хорошо апробированной модели радиоканала. Основные результаты работы находятся в количественном и качественном согласии с результатами экспериментальных данных, полученных в ИСЗФ СО РАН и ИГУ, а также ряда исследований, опубликованных в периодической печати.
Практическая ценность работы заключается в том, что применение разработанных способов и полученных результатов может повысить эффективность решения некоторых задач связи и местоопределения. Кроме того, уточняемая модель радиоканала может быть использована также при радиозондировании ионосферы.
Внедрение результатов
Результаты, полученные в диссертации использовались и используются при выполнении следующих тем и программ:
-
Госбюджетная научно-исследовательская тема “Исследование эффектов различных неоднородностей при распространении радиосигнала через многомасштабную неоднородную среду”, выполняемая ФГОУ ВПО “Иркутский государственный университет” в 2008-2011гг.
-
Проект 14.740.11.0078 федеральной целевой программы “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” на 2009-2013гг.
Личный вклад автора
Автором создан программный комплекс, разработана методика и проведён весь объём численного моделирования, представленный в работе, внесён весомый вклад в реализацию установки, организацию и проведение наблюдений на ней. Автор также проводил сравнение данных численного моделирования с экспериментальными данными, определяющим образом участвовал в формулировании результатов и выводов работы.
Апробация работы
Основные результаты и выводы, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на конференциях молодых учёных в рамках Байкальской научной молодежной школы по фундаментальной физике БШФФ-2003, БШФФ-2004, БШФФ-2005, БШФФ-2006, БШФФ-2007, БШФФ-2009, БШФФ-2011, Иркутск; на конференции аспирантов ИГУ, Иркутск; на семинарах кафедры радиофизики ИГУ, Иркутск.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 17 научных работ: 3 - в журнале ”Геомагнетизм и аэрономия”(входит в перечень ВАК), 1 – в электронном журнале ”Исследовано в России”, 13 - в трудах и научных сборниках Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа изложена на 115 листах, включает 32 рисунка и 6 таблиц.
Оперативный расчёт максимально-применимой частоты (МПЧ) односкачкового и двухскачкового распространения
Определение значения МПЧ на двухскачковой трассе имеет дополнительные особенности, связанные с наличием двух областей отражения сигнала от ионосферы и одной области отражения от земной поверхности . Вследствие рассеяния в области отражения (в ионосфере и на земной поверхности) может образоваться конус лучей для отдельной моды. В [33] выдвинуто положение, что косвенный учёт этого обстоятельства при расчётах в регулярной ионосфере может быть произведён выбором МПЧ трассы из условия равенства МПЧ скачков, относящихся к данной моде. Так МПЧ трассы в целом будет соответствовать условию равенства значений МПЧ на первом и втором скачке. Выполненное в [34] теоретическое рассмотрение поведения интенсивности поля на многоскачковых трассах обосновало полезность такого косвенного учёта, показав, что из всего конуса лучей, приходящих в точку приёма, наибольший вклад в суммарную интенсивность поля дают лучи, траектория которых отвечает этому условию.
В соответствии с этим, для расчёта МПЧ двухскачковых трасс с использованием метода характеристик может быть применен следующий способ. Определение исходного стартового значения частоты выполняется на основе применения аналитической формулы для расчёта МПЧ одного скачка [31]. Проведенное численное моделирование показало, что удовлетворительный выбор для исходной дальности первого скачка составляет величину порядка 500км. Тогда дальность второго определяется оставшейся частью трассы. Рассчитав МПЧ скачков такой дальности, проверяем условие их равенства. Далее увеличиваем дальность первого на величину порядка 150км и проделываем новый расчёт. Процедура повторяется, пока при некоторых величинах скачков не произойдет выравнивание для них значений МПЧ.
Полученное значение МПЧ трассы является стартовым для проведения его уточнения посредством решения траекторной задачи по методу характеристик. При этом для дальнейших расчётов уточнённых значений МПЧ на каждом скачке используется оперативный алгоритм, описанный выше. Выполненное численное моделирование для набора различных двухскачковых трасс показало, что при этом достигается существенное уточнение значения МПЧ при дополнительном переборе нескольких значений рабочих частот на каждом скачке. Таким образом, время выполнения расчётов МПЧ двухскачковой трассы, по сравнению с определением МПЧ односкачковой, возрастает примерно в два раза.
При разработке входной части модели радиоканала, отвечающей за описание вариаций параметров ионосферы, учитывались следующие соображения. В настоящее время можно считать достаточным достигнутый уровень описания средних за временной период порядка месяца вариаций регулярной ионосферы в спокойных геомагнитных условиях. Разработан ряд соответствующих среднемесячных моделей (см. например [36, 90, 56, 35, 95]). В своей работе мы сосредоточились на учете отличий в конкретный день регулярной формы модельного профиля в спокойных геомагнитных условиях от средней за месяц.
Естественно, что наиболее важными для распространения электромагнитных волн являются отличия формы профиля в области максимума ионосферы. Их можно характеризовать через отличия основных параметров: критической частоты, высоты максимума и эффективной полутолщины слоя F2. Таким образом, при уточнении формы профиля электронной концентрации в текущих условиях целесообразнее всего вначале корректировать значения параметров максимума ионосферы.
При выборе среднемесячной модели ионосферы, которая должна быть взята за основу, было рассмотрено две модели. Международным радиосоюзом рекомендуется в качестве стандартной известная модель IRI (International Reference Ionosphere) [35], являющаяся по типу построения профиля моделью, аппроксимирующей эмпирические данные. Привлекает внимание также полуэмпирическая модель (ПЭМИ) [36], разработанная в Иркутском государственном университете под руководством В.М. Полякова. Она разрабатывалась, прежде всего, как среднеширотная модель, хотя имеет развитие и на экваториальную область.
В теоретической части модели решается система уравнений, учитывающая лишь важнейшие процессы, и состоящая из двух уравнений непрерывности: для ионов атомарного кислорода и молекулярных атомов, рассматриваемых в стационарном приближении. Решение, получаемое в теоретической части, корректируется затем по данным о значениях критической частоты слоя Е-foE, слоя F- foF2 и высоты максимума ионосферы- hmF2, получаемым из эмпирической части модели, которая представляет собой статистическую обработку данных сети станций вертикального зондирования (ВЗ) ионосферы за несколько циклов солнечной активности.
После создания ПЭМИ прошла широкую проверку по результатам её применения в расчётах декаметровых радиотрасс, которая показала хорошую эффективность модели. Однако, несомненным достоинством модели IRJ является то, что она постоянно дополняется новыми экспериментальными данными и, в силу этого, уточняется и развивается. Поэтому и была предпринята [81, 85] дополнительная объёмная оценка точности описания моделями среднемесячных вариаций foF2 по данным измерения этого параметра на нескольких среднеширотных станциях вертикального зондирования ионосферы [37].
Установка для фиксации МПЧ и оценка точности определения её величины
Возникающая ошибка ДМПЧ при таком способе фиксации МГТЧ зависит от скорости спада А с ростом частоты в области fp МПЧ и от величины «защитного» интервала Амакс - Апор. Как показали результаты наблюдений, значение Апор, отстоящее на -20 дБ от Амакс, с одной стороны, надёжно отсекает уменьшение сигнала из-за его флуктуации в области fp МПЧ. С другой стороны, при выборе fp значительно ниже максимальных, «дневных» значений МПЧ трассы, когда скорость изменения А со временем при переходе через МПЧ составляет в среднем около 5 дБ/мин, указанное значение Апор даёт ошибку в определении момента равенства fp = МПЧ не превышающую нескольких минут. Величина Амакс определяется за предыдущие дни наблюдений.
Для упрощённого применения разработанной методики фиксации значений МПЧ реперной радиолинии была реализована установка, основными частями которой являются широкополосная антенна, диапазонный приёмник и персональный компьютер.
Установка представляет собой совокупность технических устройств, обеспечивающих принятие сигналов реперных радиостанций и получение некоторых характеристик данных сигналов [79]. Работа установки на практике реализуется с помощью антенны, непосредственно принимающей сигналы, приёмника, регистрирующего их, программного обеспечения, которое интерпретирует получаемые данные и набора согласующих устройств и соединительных кабелей. Блок-схема установки изображена на рисунке 2.4.
На блок-схеме в квадратных рамках изображены модули, из которых состоит установка. Сплошными линиями со стрелками показаны направления сигналов, пунктирными стрелками изображено направление питающего напряжения от "источника питания" до "устройства сопряжения и усиления". Установку при необходимости можно легко модернизировать. Например, можно использовать несколько приёмников для наблюдения за несколькими радиостанциями одновременно или обеспечить обратную связь от "ПК с программой обработки" к "перестраиваемому по частоте приёмнику". В силу блочной структуры аппаратной части установки, она может быть достаточно легко модернизирована и/или дополнена необходимыми дополнительными блоками.
Сигналы от реперных радиостанций принимаются на антенну, представляющую собой несимметричный заземленный вертикальный вибратор с удлиняющей емкостью, в виде металлического диска диаметром 250мм на верхнем конце (см. рисунок 2.5). Длина вибратора L равняется примерно 1,8м, что много меньше среднего значения длины волны "к для коротковолнового диапазона. Поэтому антенна может рассматриваться как элементарный электрический излучатель, направленные свойства которого не зависят от частоты. В нижней части антенны закреплена система горизонтальных противовесов различной длины. Антенна имеет круговую диаграмму направленности (ДН) в горизонтальной плоскости и двухлепестковую симметричную в вертикальной [45]. Изготовление такой антенны на полигоне с системой металлической земли и измерение ДН показало, что реальная ДН в вертикальной плоскости имеет форму близкую к теоретической и практически неизменную с частотой. Полученная нормированная диаграмма направленности изображена на рисунке 2.6 сплошной линией. Для удобства использования формы ДН во вспомогательных расчётах, выполнена аппроксимация ДН следующим выражением: где угол Р" в радианах определяет направление на точку наблюдения, отсчитываемое от поверхности Земли. На рисунке 2.6 показан пунктиром вид ДН, получаемый из этой аппроксимации.
Данная антенна может быть легко сконструирована из подручных материалов, т.к. её конструкция достаточно проста и не содержит дорогих или редких компонентов. В установке допустимо использовать любую другую антенну, способную принимать радиочастоты КВ-диапазона без изменения направленных свойств с частотой.
Сигнал с антенны поступает на вход "устройства сопряжения и усиления". Данное устройство предназначено для согласования антенны с её соединительным кабелем, а также для усиления принимаемого антенной сигнала. Устройство представляет собой стандартный активный малошумящий усилитель с полосой пропускания 1-ЗОМгц. Согласование осуществляется за счёт последнего каскада усилителя, который имеет сопротивление равное сопротивлению соединительного кабеля- 50Ом. Само устройство представляет собой печатную плату, находящуюся во влагонепроницаем корпусе, внутрь которого помещен гранулированный наполнитель для поглощения случайно попавшей влаги. Длина соединительного кабеля непосредственно от антенны до усилителя составляет не более десяти сантиметров.
Такое решение имеет ряд положительных особенностей: слабый сигнал, принятый антенной, усиливается до входа приёмника, что повышает чувствительность установки; в то же время усилитель не усиливает шумы соединительного кабеля (в силу его небольшой длины), а усиливает только полезный сигнал. Также вероятность усиления различных наводок в кабеле практически равна нулю, поскольку по нему идёт уже усиленный сигнал, а не слабый антенный, и амплитуда случайных наводок значительно меньше амплитуды передаваемого по соединительному кабелю усиленного сигнала. Таким образом повышается помехоустойчивость системы. Однако такое решение имеет и недостаток: необходимо либо иметь источник питания усилителя радом с антенной (как вариант прокидывать дополнительный провод), либо подавать питание на усилитель по тому же самому сигнальному кабелю. В данной установке применён последний вариант, т.к. располагать источник питания рядом с антенной часто затруднительно, а прокладывать дополнительный кабель нецелесообразно.
В установке питание для антенного усилителя подаётся по сигнальному кабелю. Необходимо разделять питающее напряжение усилителя и непосредственно полученный и усиленный сигнал. Для этой цели служит "согласующее устройство", которое расположено на конце соединительного кабеля (в лаборатории) и представляет собой корпус с разъёмами и собранной внутри схемой. Принципиальная схема устройства изображена на рисунке 2.7.
Разработка способа уточнения критической частоты по наблюдениям за сигналами на двухскачковых радиолиниях
Расчёт МГТЧ двухскачкового распространения (МПЧ2) затруднён тем, что при отражении сигнала от земли на величину МГТЧ влияет не только состояние ионосферы вдоль трассы, но и рельеф земной поверхности в области отражения. Непосредственный учёт влияния этого фактора достаточно сложен [55], вместе с тем детальное знание земной поверхности в области отражения сигнала для произвольной трассы вряд ли возможно. С учётом эффективного характера коррекции модели, наиболее приемлемым при её проведении представляется косвенный учёт влияния отражающих свойств земной поверхности, который в соответствии с работами [33], [34] заключается во введении при траекторных расчётах принципа равенства между собой МПЧ отдельных скачков и в целом МПЧ2 трассы. При достаточно широком конусе углов отраженных от земли лучей расчёт траекторий в этом случае должен проводиться не при условии равенства угла падения углу отражения, как для гладкой поверхности земли, а по условию равенства МГТЧ на первом и втором скачках. Таким образом моделируется изменение наклона отражающей поверхности и рассеяние радиоволн при отражении от земли, возможные в реальных условиях.
В алгоритме решения прямой задачи при расчёте МГТЧ2, в соответствии с таким подходом, длины первого и второго скачков изменяются с определённым дискретом, при их общей длине, равной длине трассы, пока не находятся такие дальности скачков, при которых их МГТЧ становятся равными (смотри рисунок 2.11, на котором схематично показаны две различные траектории на такой трассе).
Полученное таким образом значение и будет являться рассчитанной МПЧ данной трассы - МПЧ2Р. Для повышения оперативности расчётов нами применён метод, описанный в 1.2, заключающийся в построении зависимости МПЧ от дальности скачка с интерполяцией этой зависимости для определения МПЧ на выбранной дальности. Таким образом, определение областей отражения на каждом из скачков при двухскачковом распространении выполняется на основе решения прямой задачи по расчёту МПЧ двухскачкового распространения (МПЧ2) в исходной модели без коррекции.
Далее их положение фиксируется, т.е. дальности скачков закрепляются, и в этих областях отражения независимо варьируются значения критических частот/0/ и/о2, даваемых ПЭМИ. Вариации /0 проводятся до тех пор, пока в пределах погрешности измерений расчетные значения МПЧр на каждом скачке не станут равными измеренному значению МПЧ2М радиолинии [82].
При этом пренебрегаем возможными изменениями геометрии скачков, а, следовательно, и изменением положения областей отражения сигнала в ионосфере на каждом скачке для скорректированной модели по сравнению с исходной. Степень этих приближений проверялась численным моделированием и в итоге получено, что изменения положения точек отражения от ионосферы вдоль трассы не превышает нескольких десятков километров, изменение высоты точек отражения- нескольких километров, а дальность первого скачка изменяется до 100 километров для двухскачковых трасс протяженностью 3-4 тысячи километров. На рисунках 2.12 и 2.13 показаны схематично примеры изменения траекторий, отвечающих МПЧ, в исходном и скорректированном вариантах модели ионосферы. Как видно из рисунков, относительные изменения высоты отражения (показаны пунктирными линиями на рисунке 2.12) первого и второго скачка вдоль трассы после коррекции сохраняются.
При оценке эффективности разработанной методики для пункта приёма в г. Иркутск выбрана система из двух реперных радиолиний с близкими значениями азимутов, на одной из которых выполняется односкачковое распространение (пункт передачи г. Новосибирск - вышеупомянутый маяк, длина радиолинии 1440 км), а на другой - многоскачковое (пункт передачи г. Москва - станция точного времени, длина радиолинии 4100 км). Для периодов времени, когда по расчётам на трассе Москва - Иркутск выполнялось распространение двумя скачками, проведены практически одновременные (отличия порядка 10 мин.) измерения значений МПЧ на данных трассах. Так как азимуты трасс почти совпадают, то в некоторый утренний период примерная геометрия скачков на них такова (смотри рисунок 2.14), что область отражения сигнала на трассе Новосибирск -Иркутск близко расположена к области отражения сигнала на втором скачке трассы Москва - Иркутск.
Адаптация параметров модели радиоканала к текущим условиям в задачах местоопределения
В одной из таких задач при ионосферном декаметровом распространении радиоволн находится положение радиопередатчика по измерению угла прихода в вертикальной плоскости сигнала от него и дальнейшему расчёту траектории, с использованием модели ионосферы, для определения дальности распространения. С целью более точного местоопределения передатчика нами предлагается адаптация входной части модели радиоканала на текущую ситуацию. В качестве примера эффективности подобной адаптации в таблице 4.2 представлены [69], в сравнении с данными измерений, проведённых В.Е. Унучковым, результаты расчёта углов на трассе Новосибирск-Иркутск в отдельные моменты времени для исходной модели ионосферы и с коррекцией по нашей методике значений foF2.
Коррекция проводилась для тех моментов времени, когда расчётные значения углов заметно отличались от измеренных. В таблице также приведены полученные данные по ошибкам расчёта в указанных условиях времени распространения сигнала и определения дальности. Величины этих ошибок определялись при дополнительном моделировании распространения радиоволн на данной трассе в обратном направлении при углах выхода лучей, равных измеряемым значениям углов прихода для пункта г.Иркутск.
Вначале расчёты для трассы Новосибирск-Иркутск были проделаны в рамках исходной модели с нацеливанием траектории в точку приёма и были определены таким образом значения углов места для всех моментов времени, в которых проводились наблюдения - (Зим. При этом также находились значения времени распространения сигнала на трассе - trow. Затем была проведена коррекция модели по нашей методике (смотри параграф 2.3) на основе использования значений foF2 в средней точке трассы и выполнены такие же расчёты с получением значений характеристик сигнала для скорректированной входной части модели радиоканала - соответственно
Далее трасса была рассмотрена в обратном направлении, ионосферные условия на ней были инвертированы и заданы на определенное расстояние за п. Новосибирск. Для исходной модели проводились расчёты траектории с углом выхода из п. Иркутск (Звых, равным значению измеренного угла места сигнала при приёме в п. Иркутск - pV
Полученное значение дальности Дим использовалось при нахождении соответствующей ошибки для исходной модели - А Дим по формуле: где через Дни обозначено расстояние между пунктами Новосибирск и Иркутск. Аналогично для расчёта времени распространения определялись ошибки АЫм = t-им - Ґни, где значение Ґни соответствует времени распространения сигнала на трассе Новосибирск-Иркутск, полученное при расчёте в исходной модели. Выполнение расчётов для рассматриваемой модели позволило определить для неё величины ошибок определения и времени распространения AtKM = tm - tKHH. В последнем выражении через tK обозначено значение времени распространения сигнала на трассе Новосибирск-Иркутск, полученное для скорректированной модели.
Анализируя представленные в таблице результаты по величинам ошибок в определении дальности, можно видеть, что адаптация входной части модели радиоканала к текущим условиям приводит, в данной ситуации, к существенному уточнению выходного параметра- дальности положения передатчика, заключающемуся в снижении ошибки до двух раз, в абсолютном выражении составляющему величину до 85 км. Вместе с тем, обращает на себя внимание тот результат, что после коррекции модели по foF2 величины ошибок в определении дальности ещё остаются значительными для моментов времени 05UT и 06UT. При этом расхождения в значениях измеренных и расчётных углов места перекрывают точность измерений углов в 0,5 [74]. Этот результат, по-видимому, говорит о важности, в данном случае, проведения еще и дополнительной коррекции значений высоты максимума в области отражения сигнала на трассе.
Полученные нами результаты по снижению величины ошибок в расчётах времени распространения могут быть использованы для оценки возможного повышения эффективности решения задачи местоопределения отражённого объекта при загоризонтной ионосферной радиолокации, которое проводится на основе измерения времени распространения принимаемого сигнала.
Можно видеть, что адаптация модели канала по критической частоте ионосферы повышает значительно и точность расчёта времени распространения. Кроме того, коррекция модели ионосферы при этом позволит, как видно из параграфа 4.1, точнее определить модовую структуру сигнала. В таком случае может быть выполнено подавление при приёме антенной второго "мешающего" мода [3], что также приведёт к повышению точности определения положения объекта. Кроме того, адаптация антенной системы при приёме на угол прихода основного по энергетике мода позволит значительно повысить энергетический потенциал станции и, таким образом, увеличить её разрешающую способность.
Суммируя изложенные в данной главе результаты можно, на наш взгляд, сделать вывод о том, что предлагаемые способы адаптации входных параметров модели ионосферного радиоканала к текущим условиям в задачах связи и местоопределения обеспечивают существенное повышение энергетического потенциала радиолинии, точности расчёта углов места, модовой структуры и дальности распространения сигнала. Это утверждение и составляет третье защищаемое положение диссертации.
