Введение к работе
Диссертационная работа посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию закономерностей распространения радиоволн при радиопросвечивании атмосферы Земли с помощью двух спутников. Радиопросвечивание'атмосферы с помощью двух спутников^осуществляется следующим образом: с одного из спутников излучаются монохроматические радиоволны, а на другом они принимаются. При заходе одного спутника в зону радиотени Земли относительно другого (или при выходе из нее) осуществляется вертикальный "разрез" атмосферы. При этом частота, амплитуда'и фаза зондирующего сигнала претерпевают изменения, обусловленные влиянием атмосферы. Наиболее сильное воздействие на параметры радиоволн оказывает область атмосферы вблизи точки минимального расстояния лучевой линии от поверхности, что позволяет локализовать район просвечивания.
В диссертации рассматривается диапазон длин волн зондирующего сигнала в пределах от миллиметров до метров.
Актуальность работы. Развиваемые в последние десятилетия методы исследования атмосферы Земли позволили более полно изучить ее свойства и состав. Дополнительные возможности появились с началом регулярных запусков искусственных спутников Земли, оснащенных соответствующей аппаратурой. Однако, по-прежнему остается актуальным развитие новых методов изучения атмосферы Земли, контроля ее метеопараметров и состава в различных районах земного шара.
Для контроля состояния атмосферы представляется перспективным использование метода радиопросвечивания, который оказался весьма эффективным при изучении атмосфер других планет. С его помощью были получены высотные профили температуры, давления, характеристики турбулентности в атмосферах Марса, Венеры, Юпитера, Сатурна. Именно эти параметры необходимы для описания состояния земной атмосферы. Изучено было также распределение с высотой электронной концентрации в ионосферах этих планет. Измеряемыми параметрами в этих экспериментах были изменения частоты и амплитуды, обусловленные влиянием атмосфер планет.
В настоящее время отсутствуют экспериментальные данные о закономерностях изменения параметров радиоволн при радиопросвечивании атмосферы Земли с помощью источника и приемника радиоволн, находящихся вне атмосферы, поэтому для развития этого метода требуется постановка и проведение специальных экспериментов. Необходимо также продолжить теоретический анализ возможностей метода радиопросвечивания для изучения земной атмосферы. Кроме того, изучение распространения радиоволн в схеме радиопросвечивания является дальнейшим развитием классической задачи исследования распространения радиоволн вблизи границы радиотени, но для случая, когда приемник и передатчик расположены вне атмосферы.
Цель исследования. Целью диссертационной работы является:
-
Теоретический анализ радиофизических эффектов, возникающих при радиопросвечивании атмосферы Земли с помощью двух спутников радиоволнами в диапазоне от миллиметров до метров.
-
Проведение экспериментальных исследований, получение и анализ фактических данных об изменении амплитуды и частоты радиоволн при просвечивании реальной атмосферы.
5 Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Получены новые экспериментальные результаты об изменениях амплитуды радиоволн дециметрового диапазона при радиопросвечивании атмосферы Земли с помощью двух спутников. Анализ показал; в целом эти изменения соответствует теории. Слоистые неоднородности и тропопауза вызывают локальные вариации уровня сигнала.
-
Получены новые экспериментальные данные об изменении частоты радиоволн. Эти данные позволили определить зависимость угла рефракции от минимальной высоты лучевой линии.
-
Решена обратная задача радиопросвечивания для экспериментальных данных об изменении частоты - восстановлены высотные профили коэффициента преломления атмосферы в просвечиваемых районах.
-
Проведен анализ возможностей использования радиоволн миллиметрового диапазона при просвечивании атмосферы и радиоволн метрового диапазона при просвечивании ионосферы.
Достоверность результатов подтверждается:
соответствием экспериментальных данных об изменении амплитуды, частоты и угла рефракции результатам теоретического анализа;
результатами восстановления профилей коэффициента преломления по экспериментальным данным об изменении частоты, которые соответствуют имеющимся сведениям о зависимостях показателя преломления атмосферы от высоты.
Научная и практическая ценность.
В научном плане представляет интерес исследование закономерностей распространения радиоволн на трассе спутник-спутник вблизи границы радиотени, что имеет место при радиопросвечивании атмосферы Земли с помощью двух спутников. Теоретические результаты такого исследования весьма ограничены, а экспериментальные - во-эбще отсутствуют. В практическом плане полученные результаты мо-
гут быть использованы для дальнейшего развития метода радиопросвечивания атмосферы с помощью двух спутников как способа контроля за ее состоянием.
Работа представляет часть исследований, проведенных по планам ИРЭ АН СССР, и ее результаты могут быть использованы в организациях 'Го екомгидромета
Защищаются следующие положения и результаты:
-
Совокупность полученных в экспериментах закономерностей распространения дециметровых радиоволн вблизи границы области радиотени между корреспондирующими пунктами, расположенными много выше характерной толщины атмосферы.
-
Совокупность результатов теоретического анализа задачи распространения радиоволн при просвечивании атмосферы Земли с помощью двух спутников.
-
Радиофизическое обоснование метода радиопросвечивания как способа контроля атмосферы Земли.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертацш докладывались на трех Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн: на ХІУ (Ленинград, 1984 г.), ХУ (Алма-Ата, 1987 г.) и ХУІ (Харьков, 1990 г.), и на II Всесоюзной школе-симпозиуме по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере (Фрунзе, I98ff г.).
По результатам диссертации опубликовано 7 работ, список которых приведен в автореферате.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Диссертация содержит 120 страниц печатного текста, 72 рисунка, 7 таблиц и библиографию из 126 наименований .
