Введение к работе
Актуальность темы. Дкссертадлонная работа посвящена згсследоьа<-нпю ряда особенностей кпаопкритлческого распространения радно-галн КБ }\.і2.їігаон". я случайно неоднородной ионосфер--;. Термгпі іза-клзфят.ччест.се ргісп^ог'.'раненіїс з данном случае укаоынает, что речь ~,>ет о тсгих zt.oco'j'ix рлспространенял, пр.ч которых наиболее суща-r.'i'r.ci'.v.'z'.i иомен гон лвляется наличие минимумов у диэлектрической проницаемости среды хах фуккшш пространственных коордякат. Дм псиосферкого распространения KB радиоволн профиль дхголектрггчз-сге-л прсплцаемостк инеет минимум на высотах максимума сеоя F электронной концентрации, а также на высотах максимумов слоев Е з Е, (если последний присутствует на тассе распрсстпа-ксння). Следовательно, необходимо рассмотреть такпе способы распространения, при соторьіх наиболее важными облас-чми будут окрестности, прилегающие е иагекмумам слоев.
Наиболее дозестнкм примером кваопхритического расяростраз:е;:к.2 для КЗ радЕозолн в ионосфере являются верхние или Педерсеновсйке лучи. Зти лучн в слоистой среде скольоят вдоль высот маїснмума ео-носферного слоя, при отом дальность распространения таким лучом может быть свыше 5000 хм. Существенной их особенностью является сильная расходимость, которая укалывает на неустойчивость траектории по отношению к малым возмущениям. Этот факт отмечают тем, что говорят об антиволноводном распространении^ при котором пространственная область распространения неограничена, в противоположность волноводному, имеющему для конечных дальностей финитную область распространения.
Другим тоже достаточно известным свойством кваоикритического распространения является оффект просачивания волны череп "потенциальный барьер". Здесь существенным моментом является соотношение между длиной волны падающего получения и полутолщшюи "потенциального барьера". При отом коэффициенты преломления и отражения волны меняются в пределах от 0 до 1, а и;г скорость изменения оавксит от вышеуказанного соотношения. В случае когда длиндавопны
-Ч- .
иного меньше нолутоащииы елся, т.е. когда применимо ГО ирибдж-кенке, то acтoтнaa область, соответствующая изменению коэффициентов преломления и отражения от 0 до 1, очень узкая и поэтому даже небольшие изменения диэлектрической проницаемости в области минимума "потенциального барьера" могут привести к заметному изменению этой частотной полосы полупроарачности.
Исследованию отих способов распространения и детермшшровашш заданной иекоомущенноп среде посвящены шюгочислелные работы. Однако реальные условия предполагают некоторую изменчивость параметров среды распространения, а также конечную во времени процедуру обработки принимаемых сигналов. Все это ведет к тому, что на практике померяют не само поле, а его статистические моменты, качественное и количественное поведение которых довольно сильно отличается от того что предсказывает теория, не учитывающая наличие случайных неоднородностеи. йо сказанного следует, что представляет значительный практический и теоретический интерес оадачн, сзаоан-ные с распространением в иоііосфере со случайными нееднородно-стямж. Особенно ото относится к случаю КБаоикрктнческого распространения, когда небольшие возмущения могут приводить к заметному изменению измеряемых характеристик сигнала.
Для исследования влияния крупномасштабных случайных неоднородностеи на намеряемые характеристики сигналов, одесь прменяются методы интервального представления поля: метод интерференционного интеграла и ж год Гюйгенса-Кирхгофа. Суть обоих методов «за-XI знается в том, что мы раолагаем исходное поле на более элементарные поля, которые опнсызаем оатем в ГО приближенна. Для учета влияния случайных неоднородностеи используется теория возмущений для фаз парциальных волн. Поэтому мы в состоянии описать как регулярные оффекты кваоикритяческого распространения (такие как расходимость парциальной волны, рассчитать коэффициенты отраженна и преломления, каустики исходного поля), так и некоторые оффекты, обусловленные случайными неопнородностями. Выбор в качестве "рабочего инструмента" метода шпчл'ргшьшгх ипсдстлг.иенип
ГЮІІЇІ обусловлен іфО.-ііДУ ЬСИГО ТОМ, Чіі> :! я:.ы .<„ '!Т г.. ;,'. : - ,: г^.Г.'.'.л ;,--
всех существующих методов описания распространения волн е случяв-но-неоднородных средах учесть эффекты фоновой рефракции, которые очень важны для кваоикритического распространения. Другие методы я, в частности, метод параболического уравнения не пооволягот учесть в полной мере фоновую многолучевость (по крайней мере в той форме, в которой они сейчас существуют) , хотя вклад случайных неоднородностей в методе параболического уравнения, по-нашему мнению, учитывается более точно.
Теоретический интерес к оадачам хваоихрптического распростра
нении а ионосфере го случайными крупномасштабными неоднородно-
стямя обусловлен теми аномальными эффектами, которые наблюда
ются в експериментах и не находят должного объяснения с использо
ванием чисто детерминированные подходов. К таким" экспериментам
можно отнести регистрацию верхних лучей на протяженных трассах
пра значительной отстройке рабочей частоты от максимально приме
нимой частоты (частота, при которой смыкаются верхний и нижнай
лучя). Все расчеты, выполненные для гладкой ионосферы свидетель-
, твуют о том, что при наблюдаемых отстройках верхний луч сильно
затухает и не должен появляться на ионограммах наклонного зонди
рование ионосферы. Также на ионограммах ВЗ а НЗ наблюдаются Е,
стой, обладающие полутолшдной в несколько километров, но имею
щие диапалон частот полупроорачности порядка 1 МГц. Такой аффект
тоже трудно объяснить без учета случайных неоднородностей. Знания,
о флуктуациях интенсивности (индексе мерцаний) очень важны для
установления надежности радиоканала,'а также для выбора оптималь
ной скорости передачи информации, поскольку именно эта характери
стика является мерой неопределенности параметров принимаемого си
гнала. Исследования, в которых одновременно учитываются действие
неоднородностей и рефракционные свойства фона, на данный момент
находятся в начальной стадии, поэтому любое продвижение в данном
направлении представляло бы не только практический, но и научно-
теоретичеекпй интерес. ,
Помимо методов интегрального представления поля в диссертационной работе широко испслыэз"ются асимптотические оценки получаю-
щехсі интегралов, т.л. ол, кчь правили, содержат большая лирлиігтр блегодард тону что т.: ьсеїда иредполоіаеи, что характерные раа-
UCpU ПСОДНОродіІОСТсіІ Ь'І.'ОГО ООЛІ.иіС ДЛИНЫ «ОГгНЫ ^іі'.ДЬУІЦегО получения. В реоуличче по;іу;ал)'ісі: формули удобные !^к. га'іесттоішого JU и»іячестЕа;шого г.сс:и,.',л'і,и-1,ї-;<;і'
Цель данной роботи coctohv- д ііс.сиедош.їіїш сродного иначения и дисперсии интенсивноіГі;> ноля LCi.wu, раслрастралкзощсйсл вдаингрц-тачесїіш способом с іюпосферл со случайными крупношісштабиніш цеоднородіїостйми на основе:
t. і'спольооцаішг методоь интегрального аредстгоілечиї: пола, дополненных теории воішущешш дна фай парциальных ь.»,лг,
е. обобщения и pam^ri'siu асимптотических методов оцлші поручающихся интеїралоь;
о разработке алгоритмом ц программ расчета по полученным формулам средней интенсивности и ьндскеа мерцаний;
сравнения ретуньтатов расчетов с ішєющимисоі оксперимеиталышин данными.
Научная новвоиа работы состоит в следующее:
1. На осново представления подученного пола т. вадо суперноошіїш
шюсіих воші впервые получены выражения для средней интенсивно
сти сигналов, отраженных п нрелоы'-шшх слоем с неоднородностама,
вертикальные ра-меры которых сраишшн с паяутоящшюн данного
слоя.
-
На основе численних расчетов иокаоало, что дна характерных параметров неоднородиостеа теоретический диапазон частот пояунро-орачностн совпадает по порядку величины с ькснеркиентальньш.
-
Получено выражение диа средней интенсивности ноля верхних лучей к с помощью численного моделирования покапана боомсікн.сть сущестнешшго увеличения интенсивности полі (до !и дБ) оа счет рассеяния па случайных крушюмаепп'абшн. неодийрі.мч.'ііЛііч
"ілііі'о пяо;;;город і о if :.Уіоа[н:рч, 'і<'п>:-.с.п::Уі-г р.тд оксиергшептз.'гіліо на-бітлаемих оаїоно"'.'.-рнлст';ії, а тяч:хг могут окапаться полезными прл просгтирсланяп спяоных я передающих устройств.
Ртоульгаты работы ислоль&овались в иаучно-исслопрватсльских работах j'.о гранту Министерства науки, высшей школы п технической политики Росспи п проекту Российского фон-а фундаментальных исследований, а такіхс н отчетах по г/б _;че.
Личный .".клад anTojia заключался в развитии и обобщении асимптотических методов исследования интегральных представлений для моментов поля, п проведении численных расчетов и физической антер-
-8"
арстйдии полученных реоультйіпй. На оащиту выносдтся:
1. Реоультаты и методы исследования распространения сигнала че-
рео полупроорачный слой Е, со случайными крупномасштабными не
однородное! яыи.
-
Реоультаты исследования средней интенсивности поля верхних дучей в ионосфере со случайными крупномасштабными неоднородно-стями.
-
Полученные формулы для индекса мерцаний в освещенной ооне и в области каустической тени, рассчитанные оависимостя индекса мерцаний от частоты для раоличных условий распространения.
Апробация работы. Материалы диссертации представлялись на Всесоюоиом симпозиуме но дифракции и распространению волн (Вв-ница-90), на Научно-Техническом семинаре "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" (Смоленск-92), Международном симиооиуме по мерцаниям (Сиэтл-92), на 17 конференции по распространению радиоволн (Уяьяновск-93); а также обсуждались на семинарах отдела распространения радиоволн ПЙИПФ при ИГУ -і лаборатории распространения радиоволн ИЗМИРАН (Москва).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит ио евєдє-иия, трех глав, оаключенЕя, двух приложений и списка литературы. Она содержит 102 страницы машинописного текста, 15 рисунков на 16 страницах. Список литературы состоит ио 83 наименований работ советских и оарубеж..пах авторов. Общий объем диссертации составяяеч 23 страницы.
