Введение к работе
Актуальность темы.
Почти все физические эксперимента строятся по следуюыея обаея схеме: исследуемый объект подвергается какому либо воздействий, наблюдается последствия такого воздействия и делаются выводы о свойствах оЗьекта. В ионосферных исследованиях этот путь, был долгие годы закрыт - мз-за отсутствия технических средств искусственного воздействия на ионосферу приходилось яовольстеоватьсрі наблюдениями за естественной "поляииай плазмы в суточном, сезонном и еояев Длительных циклах или усяких солнечных затмениях и еспыекзх'. С появлением технической возможности искусственной модификации ионосферы, и з ионосферной тематике существенную роль стали играть исстздозанкя по общефизической схеме. К чесгоямэму времени но искусственно?! модификации ионосф.ерм опубликованы тысячи ргаот. Золее '20 лет интенсивно исследуется воздействие на ионосферу моаных пучков радиоволн, которое выгодно отличается от взрьг-оов, икзекции в ионосферу ионов, электронов или плазмогасяаих реагентов, меньшими экологическими последствиями и деыезизнои. Важная часть эсех работ по этой тематике связана с изменением з искусственно возмукенной ойласти электронной концентрации. В то время, как теория благополучно развивалась [1], с экспериментальными исследованиями искусственных всзмукения электронной кокиентраши дела обстояли не алестяизе, хотя было построено около 10 спеииальннх нвгревных стендов [2]. Связано это с тем, что изменения электронной концентрации в экспериментах обычно не ээлики, еозиумония зачасту» локализованы по высоте и носят сугубо нестационарный характер. В этих условиях зояь-аикство дистанционных радиофизически» методов окаэиоаются малопригодны из-за недостаточных чувствительности, временного и пространственного разрешение. Ликвидации этого пробела s методах диагностики доляем
способствовать развитый а данной работе мкогочастотный импульсный доплеровский метод диагностики искусственных возмущении электронной концентрации.
Целью работы являлась разработка многочастотного доплеровского метода, применительно к исследованию искусственных возмущения электронной концентрации в ионосфере. Подразумевалось, что будет решена замкнутая задача, включая: а) оценку перспективности и информативности многочастотного варианта доплеровского метода, постановку и решение ооратнои задачи, создание алгоритмов и программ, реализующих это решение; С) создание экспериментального автоматизированного комплекса, реализующего предложенный метод; в) получение (на основе применения разработанных методов, комплексов, алгоритмов и программ) новых экспериментальных данных в исследовании ионосферы, искусственно возмущенной иоыиии радиоизлучением.
Научная новизна работы состоит в следующем:
а) предложена и реализована полная схеиа нового метода измерения характеристик искусственных воэыуцений ионосферы, включая постановку экспериментов, методики измерения, обработки сигналов и данных, решение обратной задачи метода;
О) получены неизвестные ранее экспериментальные результаты в исследованиях взаимодействия мощных пучков радиоволн с ионосферной плазмой.
Научная и практическая ценность работы. Представленные в диссертации новые методы и методики могут быть применены:
- для исследования различных типов ионосферных возмущений (воздействия на ионосферу солнечных вспыиек, внезапных магнитных импульсов, взрывов, прохождения терминатора, инжекции ионообразуюыих или плаэмогаснмих реагентов, пучков электромагнитной энергии);
для построения системы контроля ионосферных дрейфов;
для построения системы контроля состояния ионосфера при поиске ионосферных предвестников землетрясений.
Полученные экспериментальные результаты могут выть использованы :
для уточнения теории физических процессов, происходящих в ионосфере при воздействии мойных радиоволн и определения параметров, определяющих ход этих процессов.
при построении модели области ионосферы, возмущенной мовным радиоизлучением;
при построении модели рефракции и рассеяния декаметрових радио волн на искусственных неоднородностях;
при расчете систем передачи данных через ионосферный канал связи.
Результаты работы могут быть использованы в институтах Российской Академии Наук и Го'~. ком. по гидрометеорологии и контролю природной среды. Имеются 7 актов о знедрении метода, методик, аппаратурных комплексов и программ в НИРФИ, МГУ, ОЭИС, Калмыцком Госуниэерснтете.
Работа выполнена в лаборатории диагностики искусственных оозмуые-ний ионосферы ИЗМИР АН, в рамках зарегистрированных исследовательских тем: "Исследование нестационарных процессов в ионосфере." N гос. per. 81017476, "Нсследопание искусственного зозмумения ионосферной плазмы моыным радиоизлучением." N гос. par. 8'017475, "Исследование искусственных возмущений плазмы методами активного воздействия на ионосферу." N 0083812. Эксперименты проводились в кооперации с НИРФИ. ОЭИС, НИИ Радио, Институтом Нэкса Планка (ФРГ), Университетом г. Тромсе (Норвегия).
Апробация работы. Основные рс;э<улы..<та докладывались на Всесоювном совеиании "Метеорное распространение радиоволн и ионосферные неоднородности ",( 1 9 8 2 г.). на Суздальском В.^союзном симпозиуме "Эффекты
- 4 -искусственного Бездействии мои.чим радиоизлучением на ионосферу Земли", (1983 г.). на 4-й Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излучении с плазмой", (1985 г.), на 1-ом Суздальском Международном симпозиума "Модификация ионосферы моыныы радиоизлучением",(1986 г.), на совмести-.-^, семинаре ПГИ - ИЭМИР АН (1988 г.). на 2-ом Международном Суздаль ом симпозиуме УРСИ "Модификация ионосферы мойными радиоволнами", П988 г.), на Всесоюзном симпозиуме "Ионосфера и взаимодействий декаметрових радиоволн с ионосферной плазмой", (1969 г.), на 16-й всесоюзной конференции по распространению радиоволн И95Я г.), на з-ем Суздальском международном симпозиуме УРСИ "Модификация ионосферы мощными радиоволнами",(1991г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 раеот. С темой диссертации связаны 2 полученных авторских свидетельства. Основное содержание диссертации опубликовано в 17 работах.
Структура и ояьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех ігяав, заключения и списка литературных ссылок и пключает в себя 157 страниц текста, 66 страниц рисунксв, 24 страниц списка литературы (181 название).
OCHdrSHUE ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
На замиту выносятся:
1. Разработка метода многочастотного импульсного доплероиского зондировании искусственных возмущений электронной концентрации.
.2. Численно-анапитический метод приближенного решения обратной задачи многочастотнесо доплеровокого зондирование искусственных возмущений электронной концентрации.
3. Разработка и создание дв/х аэгоматизииоианных аппаратурно-пр'їграмних диагностических комплексов: а) для реализации метола много-частотного домлеровского зондирования; б) для измерения характерне-
- 5 -тик мелкомасытабной ионосферной турбулентности.
-
Результаты экспериментального исследовании угловых спектров пробных радиоволн и мелкомасштабной ионосферной турбулентности при воздействии на ионосферу мойного декаметрового излучения.
-
Результаты экспериментального исследования ионизаиионно-реко;чбинационных процессов при воздействии на ионосферу мошного радиоизлучения.
6. Экспериментальное обнаружение и исследование эффекта
вытеснения плазмы из области верхнегибридного резонанса (ВГР) мошной
радиоволны и из области отражения моыной волны.
7. Экспериментальное обнаружение и исследование эффекта дополни
тельной ионизации ионосферы надтепловыми электронами,ускоренными н по
ле плазменных волн в окрестностях плазменных резонансов волны накачки.
Личный вклад. Автор :
-
Разработал численно-аналитический метод приближенного рекенин обратной задачи и провел численное моделирование.
-
Разработал и реализовал многочастотный вариант доплеровского метода диагностики возмущений электронной концентрации, создав пакет алгоритмов и программ обработки экспериментальных данных,
-
Раз:,а(этал и создал аппаратурно-програмний комплекс для измерения характеристик мелкомасштабной ионосферной турбулентности и комплекс для реализации метода многочастотного доплеровского зондирования.
-
Провел обработку .экспериментальных материалов, включенных в диссертацию.
-
Внес основной, вклад в: а) пр< ведение экспериментзльнмх исследований ионизаиионно-рекомбинаиионних процессов в Е и F слоях, экспериментальное обнаружение ^фф^кта роста рлектреннои концентрации В Е -слое при воздеистпии мойного раді -онjлучения : б) проведение экспери-
ментальных исследований угловых спектров пробных радиоволн и мелкомасштабной ИОНОСферНОИ ТУрбулеНТНОСТИ ПРИ ВОЗДейСТВИИ на ИОКОСферу мойного радиоизлучения > в) экспериментальное обнаружение и исследование эффекта вытеснения плазмы из области верхнегибридного резонанса (ВГР) мошной волны и из области отражения мощной волны; г) экспериментальное обнаружение и исследование эффекта дополнительной ионизации ионосферы надтепловыми электронами, ускоренными в поле плазменных волн в окрестностях плазменных резонансов волны накачки.
