Введение к работе
Актуальность проблеми. Создание высокоэффективных систеи связи, пеленгации, навигации, радиолокации в коротковолновой (KB) и ультракоротковолновом (УКВ) диапазонах невозможно без детального знания механизмов ионосферного распространения радиоволн. Кроме того, эффективность таких систем и различных радиотехнических иомплексов существенным образом монет бить повышена за счет адаптации к постоянно меняющимся условиям распространения рздиоволн. Существугщие в настоящее время многочисленные теоретические и подузнпкряческие модели ионосферы не могут в полной мере удовлетворить требованиям, предъявляемым к точности задания ионосферной плазмы. Это объясняется, презде всего, большим числом факторов, ответствеїшмх за образование ионосферы, что в своя очередь, приводит к существенным трудяопрогнозируемнм флуктуациям плотности злектрсннсЯ концентрацяк даге при незначительных случайных изменениях каких-либо внешних параметров. Некоторые дополнительные ионизированные образования могут существовать всего липь несколько часов и даге минут и, конечно, не могут быть точно предсказаны, несмотря на огромный статистический материал, накопленный к настоящему времени.
В последние годы тают не менее вахпыи кзляется вопрос определения параметров ионосферы и условий распространения радиоволн при искусственных возмущениях ионосферной плазмы посредством нагрева ее ыоппыы радиоизлучением, химических
ЕЫбрССОВ ЛЄГЯО ИОНИЗИруГЯріХСЯ КОМПОЯеНТ, КНЯЄКЦНИ
В этой связи радиозондирование ионосферы с целью своевременного контроля ее параметров и условий распространения KB (УКВ), а также диагностики источников ионосферных возмущений, ішеет большое прикладное значение. Kpovie того, радиофизические иетоды широко используются для прогнозирования состояния ионосферной плазмы в исследовательских целях в геофизике, радиоастрономии н других областях.
Необходимо отметить, что центральное место в задачах контроля и анализа распространения радиоволн в ионосфере закипают численные методы. Многие успехи в области ионосферных исследований оказались возможными благодаря появлению быстродействующих электронно-вычислительных нвшш. Только за счет использования ЭВМ реальны достигнутые в настоящее Бремя строгость, тонкость и детальность расчетов.
Это особое положение радиофизических методов, снабженных цоепощ численным аппаратом, как в физике ионосферных исследований, так и в задачах распространения радиоволн и определяет актуальность выбранной темы.
Цель работы. Цели настоящих исследований состоят в следующем:
2. На основе численного моделирования провести анализ условий радиосвязи в KB и УКВ диапазонах для трехмерной неоднородной анизотропной поглощающей ионосферной плазма при налички искуствешшх возмущений.
2. Исследовать прогностические возможности числешшх моделей возмущенной ионосферы, для атого провести расчеты параметров KB а УКВ сигналов для моделей ионосферной плазма
при наличии искусственных возмущений и сравімть результати с экспериментальными данными.
3. Решить задачі! определения структуры пространственной фокусіфовки KB в ионосфере Земли я диагностики крупнсмасстабных ионосферных неоднородностей по известной структуре амплитудных профилей сигналов возвратно-наклонного зондирования (ЕНЗ).
Для достижения цели исследований внимание в дашюй работе Соло уделено трем следукцки аспектам. Во-первых, виберу модели земной ионосферы, пыепгему вагное значение для цпогах задач (особенно в теоретических исследовашшх), включал расчет лучевых путей радиоволн, фазових и группових путей, поляризации, поглощения ц амплитуды радиоволн при распространении электромагнитных волн в ионосферной плазие. Отдельно рассмотрены различные возиуїдешше условия зешгоЯ ионосфер;; и определены численные алгоритми для проведеїшя необходимых расчетов. Во вторых, методам расчета лучевых траектория KB в ионосфере, таг. как в данной работе аппарат математического моделирования строился на формулах геоиетрооптического (ГО) приблгасения и канонического оператора Маслена (КОМ) в областях фокусировки. В-третьих, комплексному использовании численных методов радиозондирования ионосферы, таких как вертикальное (ВЗ), наклоннее (1J3), возвратно-наклоннее (ЕНЗ) зондирование.
Каздый из перечисленных методов зондирования, обладая известными преимуществами, не является универсальным. ВЗ ионосферы - мощное средство, іюзволякцее получить операттшо основные данные о структуре нихеней часта ионосферы до высоты ее главного максимума II F2. Но диагностика ионосферы с
помощью этого иетодв ограшгчена привязкой станции зондирования, поэтоиу - получить информацию о состоянии ионосферной плазиы в некоторой области нежно только с помощью сети назешшх станций. Часто и этого недостаточно, так как некоторые ионограммы, особенно в высоких шіфотаї, порой невозыозгно однозначно расшифровать, что связано, главниц образеи с диффузный характером отражений от ионосферы, обусловлешшн ее облачной структурой. Для диагностики внешней ионосферы неземные станции оказываются непригодными, и приходится ішеть дело с ионозондаии, установленными на ИСЗ или ракетах.
Расчеты ІІЗ и ВНЭ предполагают достаточно точное задаїше параметров ионосферной плазиы на трассе зондирования, в то вреші как многочисленные теоретические подели ионосферы Земли позволяют получить в основной только качественные результаты и оценки. Эту трудность могло преодолеть, одновременно используя преимущества всех трех перечисленных методов радаозондіфования, что неоднократно применялось в диссертационной работе при получещш результатов числешюго моделирования. Например, обработка монограмм, получешшх с помощью ВЗ, использовалась при задании параметров иотсферы на трассах 113 и ЕНЗ, алгоритмы численного моделирования 113 ионосферы в большинстве своем нашш применение в математической модели формирования сигнала Ш!3 и т.п.
Таким образом, удачное сочетание численных моделей различных методов радиозондирования ионосфери, алгоритмизированный математический аппарат (ГО и КОМ), позволяющий расчитывать характеристики радиосигналов в сильно неоднородной ионосферной плазме, а такге подходящий
выбор йодоли, задзщей пзрэиетри ионосферы и допускайся іфостув их корректировку для анализа сложных возмуцеппйї условий, - все это обусловило достижение поставленных целеЗ настоящих исследовании.
Нзучная новизна и практическая цепкость данной работа заключается в ел едущих основных пунктах:
1. На основе численного кодглиревзгаш выработана
практические рекомендации по осуществлении радиосвязи ни
коротких и ередімх трассах КЕ и УКВ диапазонов в слежал:
prvrnnrTTTomjt<]f упJirvDTrtTT ТТіітт отлоп (гт^т-Р іігттД mmjrrtry t^'C Tjor ny*
результатов и экспериментальных данных.
-
Получеїш и проанализированы числеїліие результати в задачах !!3 и ЕІ!3 с одновременным учетси нетрадиционно большого количества факторов, определящих ионосферное распрострзнеіше радиоволн (трехиерпость, аішзотропия, поглсщеіше, ионосферные возмущения ц другие).
-
На основе результатов, полученных для ззд~ч ИЗ, разработана методика численных исследований ВНЗ ионосфера. Реиен ряд прикладных задач, в тон числе диагностика крупномасштабных ионосферных неоднородностей и определение прострзнстЕенксй фокусировки радиоволн нз высотах
rmrwOVTTCMrtt О ("МГТТТО ПГ\р 10tITT?mr«r>QirT»rT Т?0 OTT^TTTfTTmO тзтттгтпттттпі'*
профилей сигналов ВНЗ. Численные результаты находятся в соответствии с экспериментальными данными.
4. Исследована численная модель ионосфера Земли с
дополнительными источниками ионизации. Модель является
универсальной по отношению к задания параметров
кевезмуцешюй ионосфера. Получены оценки относительно
-
Разработан комплекс алгоритмов и програші расчета параметров теоретических к эмпирических моделей ионосферы, радиотрасс KB к УКВ сигналов ВЗ, НЗ, ВНЗ как в спокойных, так и в слепых Есзуущегамх условиях. Кз основе расчетов сделаны выводы по: 1) эффективности численного моделирования распространения KB в различных геофизических условиях для различных радиофизических цетодов зондирования ионосферы; 2) применении двумершх кубических (С2) сплайнов в задачах распространения радиоволн; 3) оптимизации соотношении точности и быстродействия расчетов; 4) использоваїшю комплекса в реальних прикладних задачах прогностического характера.
-
Разработана методика многоцелевого использоваїил
иоделирсіізігхя рйспрострзнешїя KB (УКВ) сигналов e ионосфере.
ио.чосферц (табличное, аналитическое, численное, ксцбиннроаакное її другие); еозііогность простого репання трехиерной задачи с учетси анизотропии и поглощения; значительное увеличение (из порядок и более) быстродействия головкой програти расчета лучешх траєкторій; удобство для работы с коьатлексои прогрет:.
1. Результаты исследования и чпелекше ыетоди
гт'^Т'и'^'этгглгчопггп tr тгг» пглогг/і Tf П /VT^TJ \ r%n тгтп-ч/чогтотг p ірпоумалігл'* иагмтт/ґлтл/лпії'^Л оілгчптпАПіігіА пптчтіппгли тї/"мтгюЛопїто*І пппоно ГР"*1**
iiL> vyji^t.i'ui yj \Jtiiti.iysM* uiuiuui Mv/iuiuii (i\/i tfiwufUJ>>tifwJi «v/iluv/i^uunvu ilinuumu lit'fi
Tit» тттгтттгтж тхгчлтгг»ттаігтл.іу т)пгзіппг!оіргЛ
2 *їоЗтгДЬТ2>'т*тт т*пСЛЄЛ0ЕоЧПЯ ПТ"*0Г"'",СТ1ЇЧЄСКИХ ЕОЗЇ-ЇО^ЛЇОСТСЙ
численных моделей возмущенной ионосферы с учетом экспериментальных данных
3. .Метод диагностики крушгоыаситаОних ионосферных неоднородностеп по известной структуре амплитудных профилей сигналов ЕНЗ на основе численного расчета структурі пространственной фокусировки ІШ п ионосфере Земли.
-
XIV Научной конференции молодых ученых и специалистов НУГА (апрель, 1939, Долгопрудный);
VI ЕсессЕзнок совещании "Специальные вопроси фнзнкн ионосферы и распространения радиоволн" (иай, 1S89, Горький);
44-я Всесоюзной научней сессии ШГГСРЭС мі.Л.С.Попова, посвященной Дшз Радио (пай, 1939, Москва);
Всесоюзном научном семинаре "Распространение радиоволн в ионосфере (аинь, 1S89, Калининград);
- XXXV научной конференции МФТИ (ноябрь, 1990,
Публикации по теме. Основные результаты диссертации опубликованы в 4 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из
Похожие диссертации на Численное моделирование распространения коротких волн в возмущенной ионосфере земли на трассах наклонного и возвратно-наклонного зондирования
