Особенности эффектов частотной дисперсии и магнитоионного расщепления при квазизенитном распространении в ионосфере сложных широкополосных сигналов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

УДК 537.86

на правах рукописи

РЯБОВА Мария Игоревна

ОСОБЕННОСТИ ЭФФЕКТОВ ЧАСТОТНОЙ ДИСПЕРСИИ И МАГНИТОИОННОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ ПРИ КВАЗИЗЕНИТНОМ РАСПРОСТРАНЕНИИ В ИОНОСФЕРЕ СЛОЖНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

Специальность: 01.04.03 - Радиофизика

1 2 МДР 2С12

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА-2012

005011920

005011920

Работа выполнена на кафедре высшей математики Марийского государственного технического университета

Научный руководитель: д-р физ.-мат. наук, доцент

Иванов Дмитрий Владимирович МарГТУ, Йошкар-Ола

Официальные оппоненты: д-р физ.-мат. наук, профессор,

Ведущая организация: Нижегородский государственный

Защита состоится «28» марта 2012 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.156.06 в Московском физико-техническом институте (государственном университете) по адресу: 117393, г. Москва, ул. Профсоюзная, д.84/32, корп. В-2.

Отзывы направлять по адресу: 141700, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский переулок, д. 9, МФТИ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МФТИ.

Автореферат разослан «24» февраля 2012 г.

Ученый секретарь Н.П. Чубинский

Лауреат Государственной премии СССР Крюковский Андрей Сергеевич, РосНОУ, г. Москва

д-р физ.-мат. наук, профессор, Черкашин Юрий Николаевич ИЗМИРАН, г. Троицк

университет им. Н.И. Лобачевского (Национальный исследовательский университет)

диссертационного совета Д 212.156.06, к.т.н., доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Проблема распространения в ионосфере широкополосных сигналов связана с необходимостью учета отличительных особенностей распространения их спектральных компонент и является недостаточно изученной. Развитие систем радиосвязи, радиолокации, зондирования ионосферы требует более детального изучения данной проблемы, поскольку использование широкополосных сигналов с учетом среды распространения дает для таких систем ряд существенных преимуществ.

В различное время в решение данной проблемы большой вклад внесли следующие российские и зарубежные ученые: А.П. Анютин, H.A. Арманд, В.Э. Герм, В.Л. Гинзбург, Л.М. Ерухимов, H.H. Зернов, В.А. Иванов, Д.В. Иванов, A.C. Крюковский, В.Е. Куни-цын, В.И. Куркин, Д.С. Лукин, А.П. Потехин, Н.В. Рябова, Ю.Н. Чер-кашин, J.A. Hoffmeyer, В. Lundborg, S. Salous, L.E. Vogler.

Новый интерес для науки и практики в последнее время стала представлять проблема распространения широкополосных сигналов при больших углах падения их на ионосферу. Этот случай называют квазизенитным распространением (КЗР) или NVIS (Near Vertical Incidence Skywave). Принято считать, что КЗР обеспечивает радиосвязь в диапазоне дальностей 40-400 км. Ее практическая значимость состоит в независимости от неровностей поверхности, низкой стоимости, быстрой развертываемое™ системы. Поэтому такая связь применяется: службами по чрезвычайным ситуациям, службами медицины катастроф и военными. Для повышения эффективности работы этих систем требуется проведение комплексных исследований многомерного радиоканала КЗР, состоящего из упорядоченного множества парциальных каналов, имеющих равные полосы, но отличающихся средней частотой.

Такие исследования важны для развития физики распространения радиосигналов в средах с интерференцией магнитоионных мод и с их частотной дисперсией. Поэтому решение задачи исследования эффектов частотной дисперсии и магнитоионного расщепления при квазизенитном распространении в ионосфере сложных широкополосных сигналов является актуальной радиофизической задачей.

Цель диссертационной работы: развитие модели квазизенитного распространения высокочастотных широкополосных радиосигналов в многомерном ионосферном радиоканале с учетом частотной дисперсии и магнитоионного расщепления, а также радиофизического метода экспериментального исследования харак-

теристик такого радиоканала при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом.

Задачами данной работы являются:

1. Разработка методики синтеза дисперсионных характеристик для случая многослойной среднеширотной ионосферы и квазизенитного распространения радиоволн, а также методики реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограм-мам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки. Исследование дисперсионных характеристик, их суточные, сезонные вариации и на этой основе создание их полиномиальных моделей.

2. Исследование влияния магнитоионного расщепления на частотные характеристики многомерного ионосферного радиоканала в случае квазизенитного распространения. Выделение закономерностей в исследуемых эффектах.

3. Исследование искажений сигналов с расширенным спектром при их квазизенитном распространении. Разработка нового подхода в исследовании дисперсионных искажений сигналов с расширенным спектром на основе введения эквивалентного сигнала.

4. Разработка методики определения зависимости профиля мощности задержки от средней частоты канала. Проведение натурных исследований влияния на дисперсионные характеристики времени суток, сезона, а также полных солнечных затмений.

Методы исследования. Для решения поставленных теоретических задач были использованы методы математического анализа, вариационного исчисления, математической статистики. Комплексные исследования проведены с использованием современного метода вычислительного эксперимента при задании характеристик ионосферы на основе международной модели 1131-2007. Результаты натурных экспериментов получены с использованием современного метода вертикально-наклонного зондирования ионосферы непрерывным сигналом с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и созданного автором нового программного обеспечения. Эти эксперименты проведены на радиолиниях: Йошкар-Ола - Яль-чик; Нижний Новгород - Йошкар-Ола; Йошкар-Ола - Воронеж; Ин-скип (Англия) - Йошкар-Ола; Иркутск - Йошкар-Ола; Кипр - Йошкар-Ола. При обработке экспериментальных данных использовались спектральные методы, статистические методы анализа данных.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работы определяются использованием адекват-

ного математического аппарата, статистически достаточным набором экспериментальных данных и их репрезентативностью, хорошим согласием результатов натурных и вычислительных экспериментов, повторяемостью результатов, а также проверкой на соответствие независимым выводам других авторов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теоретическое обоснование и разработка методик: синтеза дисперсионных и дифференциальных дисперсионных характеристик магнитоионных мод квазизенитного распространения для многослойной квазипараболической сегментации профиля электронной концентрации; реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки; определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионных характеристик магнитоионных мод парциального канала.

2. Обобщенное описание дисперсионных искажений широкополосных сигналов с линейно-частотной модуляцией и программной перестройкой рабочей частоты при квазизенитном распространении в ионосфере на основе введенного эквивалентного сигнала.

3. Аналитические зависимости, позволяющие определять для квазизенитного распространения: поляризационные полосы когерентности в случаях как пересекающихся, так и непересекающихся дисперсионных характеристик магнитоионных мод; дисперсионные искажения профиля мощности задержки компонент многомерного стохастического радиоканала; величину дрожания фазы сигнала при скачках частоты из-за частотной дисперсии среды.

4. Научное обоснование новых радиофизических методик определения и исследования при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом: эффекта поляризационной интерференции; профиля мощности задержки парциальных ВЧ радиоканалов с различной средней частотой.

5. Созданный новый пакет прикладных программ, позволяющий реализовать разработанные радиофизические методики с целью повышения эффективности приемной части аппаратно-программного комплекса ЛЧМ ионозонда в части решения задач исследования особенностей квазизенитного распространения радиоволн.

Научная новизна работы

1. В результате разработки методик: синтеза дисперсионных и дифференциальных дисперсионных характеристик магнитоионных мод квазизенитного распространения для многослойной квазипа-

раболической сегментации профиля электронной концентрации; реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки; определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионных характеристик маг-нитоионных мод парциального канала - впервые получены:

- зависимости параметра дисперсии от высоты, полутолщины и критической частоты квазипараболического слоя ионосферы, а также от относительной частоты канала, времени суток и сезона;

- интервалы частот, в которых справедлива аппроксимация дисперсионных характеристик магнитоионной моды полиномами первой, второй и третьей степеней.

2. Впервые получены выражения, обобщенно описывающие дисперсионные искажения широкополосных сигналов с линейно-частотной модуляцией и программной перестройкой рабочей частоты при квазизенитном распространении в ионосфере.

3. Впервые получены аналитические зависимости, позволяющие определять для квазизенитного распространения: поляризационные полосы когерентности в случаях как пересекающихся, так и непересекающихся дисперсионных характеристик магнитоионных мод; дисперсионные искажения профиля мощности задержки компонент многомерного стохастического радиоканала; величину дрожания фазы сигнала при скачках частоты из-за частотной дисперсии среды.

4. Впервые получены данные о дрожании фазы сигнала при квазизенитном распространении для различных полос радиоканалов (0,1; 0,2; 0,5; 1 МГц) и для различных средних частот парциальных каналов, для дневного и ночного времени суток. Установлено, что величина дрожания фазы увеличивается при переходе от дня к ночи, а также с приближением средней частоты к МПЧ и при увеличении полосы радиоканала.

5. Предложены и научно обоснованы новые радиофизические методики определения и исследования при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом: эффекта поляризационной интерференции; профиля мощности задержки парциальных ВЧ радиоканалов с различной средней частотой.

6. Создан новый пакет прикладных программ, позволяющий реализовать разработанные радиофизические методики для модернизации приемной части аппаратно-программного комплекса ЛЧМ ионозонда, работающего в режиме квазивертикального радиозондирования ионосферы. Это позволило установить особен-

ности параметров частотной дисперсии мод при квазизенитном распространении в различное время суток, при влиянии на распространение радиоволн полного солнечного затмения, в условиях поляризационной интерференции мод.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Основные результаты, полученные автором, существенно расширяют возможности теоретических и экспериментальных исследований новых явлений и процессов, связанных с эффектами частотной дисперсии и магнитоионного расщепления сложных сигналов при их квазизенитном распространении в многомерном ионосферном радиоканале.

2. Полученные экспериментальные результаты имеют важное значение для изучения неоднородной структуры ионосферы и развития физики верхней атмосферы Земли.

3. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями, занимающимися разработками перспективных систем связи и радиолокации. Результаты исследований внесут существенный вклад в развитие научных направлений, связанных с разработкой методов обеспечения помехоустойчивости информационных коммуникаций для целей передачи, хранения и защиты информации, а также с вопросами организации беспроводных телекоммуникационных систем и оценки их эффективности.

4. Результаты, полученные автором, использованы при выполнении НИР в следующих организациях: Институт Солнечно-Земной физики СО РАН (г. Иркутск), ОАО Концерн ПВО «Алмаз-Антей», ОАО Концерн «Созвездие», Марийский государственный технический университет, а также внедрены в учебный процесс в Марийском государственном техническом университете при подготовке бакалавров и магистров по направлениям: 210700 - «Инфокомму-никационные технологии и системы связи»; 210400 - «Телекоммуникации».

Личный творческий вклад автора. В работах [7, 11,16,19, 20,

23, 24, 30, 33, 34] выполнена разработка методик синтеза дисперсионных характеристик для случая многослойной среднеширотной ионосферы и квазизенитного распространения радиоволн, а также методики реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки. Проведены исследования дисперсионных характеристик, их суточных, сезонных вариаций и на этой основе созданы их полиномиальные модели. В работах [3, 17, 21, 22, 29, 35] автором проведены исследования влияния магнитоионного

расщепления на частотные характеристики многомерного ионосферного радиоканала в случае квазизенитного распространения; выделены закономерности в исследуемых эффектах. В работах [2, 12, 26, 27, 31, 32] представлены результаты исследования искажений сигналов с расширенным спектром при их квазизенитном распространении; разработан новый подход в исследовании дисперсионных искажений сигналов с расширенным спектром на основе введения эквивалентного сигнала. В работах [1, 4, 5, 8-10, 13-15, 18, 25, 28] разработаны методики определения зависимости профиля мощности задержки от средней частоты канала; проведены натурные исследования влияния на дисперсионные характеристики времени суток, сезона, а также полных солнечных затмений. Работа [6] выполнена автором самостоятельно. Автором получены все выносимые на защиту положения, сформулированы научные выводы и положения.

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, были представлены на IX, X, XII Международных Байкальских молодежных научных школах по фундаментальной физике (Иркутск, 2006, 2007, 2011), XXII, XXIII Всероссийских научных конференциях «Распространение радиоволн» (Ростов-на-Дону, 2008, Йошкар-Ола, 2011), на LXIII, LXV научных сессиях НТО РЭС им. A.C. Попова (Москва, 2008, 2010); 51, 52, 53 научных конференциях МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Москва-Долгопрудный, 2008, 2009, 2010), Всероссийском научном семинаре «Математическое моделирование волновых процессов», XIII, XIV, XV Всероссийских научных конференциях студентов - радиофизиков (Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011), на XVIII Международной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2010), 16, 17 Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2010, 2011); Международной научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2010); на XVI, XVII международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь - RLNC» (Воронеж, 2010; Воронеж, 2011); Международном научно-техническом семинаре «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания» (Нижний Новгород, 2010, Одесса, 2011); на III Всероссийской научной конференции «Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти H.A. Арманда» (Муром, 2010). Автором полу-

чено 11 дипломов первой степени и 3 золотые медали всероссийских и международных конференций и выставок.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 32 работы, в том числе: 6 в журналах, рекомендованных ВАК, из них 1 работа авторская, 1 монография, 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Она содержит 145 страниц основного текста, 51 иллюстрацию, 13 таблиц, список цитируемой литературы из 137 наименований.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований, приведены краткая характеристика и содержание работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе дается анализ проблемы ионосферного распространения высокочастотных широкополосных радиосигналов. Проведен анализ и классификация моделей характеристик среды распространения, в частности, моделей профиля электронной концентрации ионосферы, что важно для исследования распространения гармонических колебаний. Показано, что для решения задачи распространения в ионосфере широкополосных сигналов с учетом среды распространения в последнее время стали использовать системные характеристики эквивалентных парциальных радиоканалов. Рассмотрен гибридный подход к исследованию характеристик широкополосных радиоканалов, состоящий из физического и системного подходов. Показано, что в основе гибридного подхода лежит тот факт, что распространение гармонического колебания по парциальному лучу приводит к смещению его фазы (набегу) на <Р;(/,Т) и изменению его амплитуды на . Системный под-

ход предполагает замену эффекта распространения ВЧ сигнала по лучам прохождением его в многомерной системе (парциальном радиоканале) с множеством входов (по лучам) и одним выходом. При этом каждый тракт (вход) имеет свою частотную характеристику (ЧХ) Н(Т,/), а их сумма является ЧХ парциального канала. Во временной области радиоканал описывается импульсной характеристикой (ИХ). Изменения во времени среды распространения (перемещения уровня отражения или изменения интегральной вдоль

луча концентрации электронов) приводят к тому, что ЧХ и ИХ являются также функциями (часто стохастическими) времени т , т.е. линейная система (радиоканал) имеет переменные во времени параметры, а пространственная неоднородность среды приводит к тому, что их параметры зависят от средней частоты канала. Рассмотрены известные характеристики ионосферных радиоканалов с различной полосой частот.

Проведенный анализ показал, что для случая квазизенитного распространения сигналов в ионосфере характеристики радиоканалов изучены недостаточно. Этот анализ позволил также сформулировать цель и задачи данного диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена исследованию дисперсионных характеристик высокочастотных радиоканалов для случая квазизенитного распространения радиоволн, в основу которого положен физический подход. Для этого теоретически обоснована 30 модель распределения электронной концентрации на основе многослойного квазипараболического приближения, позволяющая оценить вариации дисперсионных характеристик (ДХ) путем описания изменений профиля электронной концентрации для радиолиний протяженностью до 1000 км.

Дискретные отсчеты профиля ионосферы были получены из международной справочной модели 1И1, позволяющей учитывать вариации электронной концентрации в зависимости от сезона, времени суток, активности Солнца и геомагнитной активности. Для исследования ДХ требовалось аналитическое задание профиля в виде, упрощающем расчет траекторных характеристик распространения (в том числе ДХ). В последнее время для решения такой задачи используется квазипараболическая сегментация для описания профилей различных слоев ионосферы.

Теоретически обоснована методика синтеза дисперсионных характеристик различных трактов квазизенитного распространения на случай многослойной квазипараболической (МКП) сегментации профиля электронной концентрации. Схематично методика представлена на рис. 1. Она также включает определение параметров МКП модели: критических частот {/к) слоев, максимальных значений электронной концентрации (Nem), высоты максимумов (ит), М -фактора (мзооо) для слоев Е, ^ и

Рис. 1. Методика синтеза дисперсионных характеристик

Дисперсионная характеристика обыкновенной моды (1) распространения рассчитывалась по формуле:

с

"1, rJr +). rdr , (1) royjr2-^ cos20o n^A'r2+B'r + C'J

где с - скорость света, р0 - угол излучения, г0 - радиус Земли; г2//2 - r02 cos2 Д, = А' г2 +В'г + С - показатель преломления ионосферы; Л'=1-с//2, B'=-B/f2 , C'=-r02cos2 А,-д//2 ,

, , fki rmi rbi п :^fkirmirbi г _ г 2 _ fkirbi

Ai =±-i-' ' = -2-' ' +-2-'

У mi У mi У mi

Для необыкновенной моды использовалась формула:

T2V) = -hl+\xY)du, (2)

с J 2

где X =Л2//2, Y = fjf , /„ - гирочастота электронов.

Для использования результатов зондирования ионосферы на протяженных трассах в исследованиях влияния на КЗР солнечных затмений была теоретически обоснована методика (рис. 2) рекон-

струкции монограмм квазивертикального зондирования по ионо-граммам наклонного зондирования для контролируемой точки трассы. Данная методика включала получение и очистку экспериментальной ионограммы наклонного зондирования, построение модельной ионограммы наклонного зондирования, сравнение экспериментальной и модельной ионограмм для получения д-

профиля; синтез по профилю ионограмм квазивертикального зондирования.

Рис. 2. Методика реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования

Проведенные исследования позволили получить распределение величины ошибок при сравнении модельной и экспериментальной ионограмм. Установлено, что величина ошибки возрастает при приближении частоты к МПЧ. Кроме того, проанализированы суточные, сезонные вариации дисперсионных характеристик. Установлено, что величина параметра дисперсии практически не зависит от высоты слоя и слабо зависит от его критической частоты, а определяется, в основном, полутолщиной ионосферного слоя: §(Ут)=1>69 ут-58,23, (3)

в(Г*)= -16,43^+300,41. (4)

В результате исследований дисперсионных искажений сигналов с расширенным спектром с линейно-частотной модуляцией, программной перестройкой рабочей частоты, фазо-кодовой модуляцией методом вычислительного эксперимента обоснована возмож-

ность использования для расчетов искажений сигналов с ЛЧМ и ППРЧ с учетом сжатия эквивалентного сигнала.

Таким образом, в результате проведенных во второй главе исследований создана теоретическая база для проведения теоретических исследований различных эффектов, связанных с квазизенитным распространением сигналов с расширенным спектром и проведения натурных экспериментов.

В третьей главе исследовано влияние поляризационной интерференции магнитоионных мод и дисперсии среды на искажения характеристик многомерного канала и сигналов с расширенным спектром. Использован гибридный подход, который позволил разделить в искажениях эффекты, связанные со средой распространения и структурой радиосигнала. При описании системных характеристик в частотной и временной областях введено «быстрое» время, масштаб которого связан с групповым запаздыванием ИХ, и «медленное» время, масштаб которого связан с периодом интерференционных замираний (федингом) ИХ. В результате аналитических исследований получены математические выражения, позволяющие определять поляризационные полосы когерентности в случае непересекающихся и пересекающихся дисперсионных характеристик магнитоионных мод:

2Вк = — и 2Вк= , , 2, , . (5)

2<тг v<W + W)

Для случая пересекающихся ДХ результат является новым.

Для модели стохастических замираний ИХ и дисперсионных искажений в радиоканале получены математические выражения для профиля мощности задержки (ПМЗ или PDP - «power delay profile»):

£ Щ I. Л ^

где

и г1=4ЪгЩт-р0]), С и 5 -'/<>; V Я '/о/

интегралы Френеля, ¡и - стохастический процесс, г)ь и ^-коэффициенты широкополосности и частотной дисперсии канала.

Математический анализ данного выражения показывает, что критическим значением для коэффициента частотной дисперсии является единица, т.е. при щ <1 искажения пренебрежимо малы, а

при 7]0 >1 с ними необходимо считаться. Данные теоретические исследовании стали основой методики определения ПМЗ компонентов многомерного ВЧ радиоканала в натурных экспериментах с применением непрерывного ЛЧМ сигнала.

Далее методом вычислительного эксперимента исследовалась задача дисперсионных искажений при распространении в диспергирующей среде различных сигналов с расширенным спектром (ЛЧМ, ППРЧ, ФКМ), с учетом их сжатия в приемнике. Рассматривались влияние искажений на пиковое значение и длительность сжатых сигналов. Было показано, что только для сигналов с ЛЧМ и ППРЧ эти искажения практически близки между собой. Этот вывод подтверждает то, что корреляционные функции данных сигналов не слишком сильно отличаются друг от друга в их главной части. Поэтому результат, полученный для какого-либо одного конкретного сигнала, обладает свойством некоторой общности и применим для сигнала другого вида. Кроме того, показано, что для этих сигналов можно ввести эквивалентный сигнал и рассматривать только распространение его в ионосфере (без сжатия).

Получено выражение для эквивалентного сигнала на выходе радиоканала с дисперсионными искажениями:

«ле/г.Г)

2 т2сн1СЬ)

_6 _4 1 + -*

Р,2

ехр

2яг2(Г-Г;.)2(7с2

16+^Ч4

(7)

Для сигналов с ППРЧ важной является задача исследования эффекта дрожания фазы элементов из-за частотной зависимости фазовой задержки при их распространении в ионосфере. Проведенные исследования показали, что для сигналов, у которых рабочая частота меняется случайным образом, распределяясь в диапазоне Ге [-вс,+вс] дрожание фазы (максимальную фазовую задержку) можно определить по формуле:

Вс

шах {Тр} = ~~~ > (8)

где 5 ^ - параметр дисперсии парциальной магнитоионной моды.

Установлено, что максимальная величина дрожания фазы прямо пропорциональна параметру дисперсии и полосе частот радиоканала.

В четвертой главе представлены структуры передающей и приемной частей аппаратно-программного комплекса ЛЧМ ионо-

зонда МарГТУ, модернизация которого диссертантом заключалась в разработке программного обеспечения, реализующего обработку сигнала разностной частоты для применения методики исследования поляризационной интерференции и определения профилей мощности задержки парциальных радиоканалов при квазизенитном распространении. Натурные эксперименты проводились на трассах г. Йошкар-Ола - о. Яльчик; г. Нижний Новгород - г. Йошкар-Ола; о-в Кипр - г. Йошкар-Ола; г. Инскип (Англия) - г. Йошкар-Ола; г. Иркутск - г. Йошкар-Ола. Три последних протяженных трассы использовались для исследования влияния солнечных затмений на характеристики КЗР в контролируемых точках зондирования.

Предложенная в диссертации методика экспериментального определения профиля мощности задержки различных парциальных ВЧ радиоканалов при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом и проведенные на трассах Йошкар-Ола - Яльчик и Нижний Новгород - Йошкар-Ола эксперименты показали, что в спокойных условиях ионосферы рассеяние по задержке в парциальных каналах увеличивается с уменьшением протяженности трассы и возрастает при переходе от дня к ночи. Для моды 1Гоно больше, чем для моды 1 £

Предложенная в работе новая методика определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионной характеристики парциального канала позволила в экспериментах установить, что при квазизенитном распространении дисперсионная характеристика может быть аппроксимирована полиномами:

- первой степени - для диапазонов частот квазизенитного распространения (0,11-0,15) (//• - критическая частота слоя);

- второй степени - для частот (0,07-0,09) /д.;

- третьей степени - для частот (0,04-0,06) Д..

В натурных исследованиях на коротких трассах получены интервальные оценки параметра дисперсии многомерного ВЧ радиоканала. Установлено, что минимального значения (-82 мкс/МГц) параметр дисперсии достигает днем на относительной частоте -0,6 МПЧ.

Исследования квазизенитного распространения сложных широкополосных сигналов концентрировались на решении задачи определения величины дрожания фазы сигнала с ППРЧ от параметра дисперсии радиоканала. Использовалась полученная в работе формула (8). Впервые получены данные о дрожании фазы сигнала

для различных полос радиоканала (0,1; 0,2; 0,5; 1 МГц), а также для различных средних частот парциальных каналов, для дневного и ночного времени суток (табл. 1).

Таблица 1. Величины дрожания фазы для дневного времени суток, мкс

0,5 0,6 0,7 0,8

0,1 0,1 2,25 5,15 9,3

0,2 0,2 4,5 10,3 18,6

0,5 0,5 11,25 25,75 46,5

1 1 22,5 51,5 93

Данные проведенных экспериментов позволили сделать следующие заключения: величина дрожания фазы увеличивается при переходе от дня к ночи, с приближением средней частоты канала к максимально применимой частоте, а также при увеличении полосы радиоканала.

Проведенные исследования влияния солнечных затмений на величину параметра дисперсии при квазизенитном распространении позволили установить, что в период полного затмения параметр дисперсии увеличивается. Его увеличение тем больше, чем ближе средняя частота парциального канала к максимально применимой частоте и чем короче трасса квазизенитного распространения.

Для исследования поляризационной интерференции была теоретически обоснована новая методика с применением непрерывного ЛЧМ сигнала, реализованная в ионозонде МарГТУ. Проведенные на трассе Нижний Новгород - Йошкар-Ола натурные эксперименты позволили получить зависимости поляризационной полосы когерентности от частоты, представленные в табл. 2.

Таблица 2. Интервальные оценки поляризационной полосы когерентности

МГц № 6,2 6,5 6,7 7 7,2 7,5 7,7 8

1 8±2,4 23±8,6 49±7,4 82±3,7 31 ±7,4 19±3,7 10±2,4 6±2,4

3 34,2±7,4 48,6±6,2 62,5±3,7 34,2±7,4 24,7±8,6 12±3,7 10,5±3,7 6±2,4

5 9±3,7 30±7,4 86 ±3,7 77±4,9 40±8,6 12±3,7 9±3,7 7±2,4

7 12,7±7,4 46,9*9,9 37±7,4 26,4±6,2 21 ±4,9 17±3,7 13±4,9 6±3,7

Установлено, что для трассы протяженностью 280 км поляризационная интерференция достигает максимального значения (-80 кГц) в окрестности точки пересечения ионограмм магнитоион-ных мод.

В результате этих экспериментов изучены суточные вариации частотных интервалов с поляризационной интерференцией, для которой характерны максимальные значения поляризационной по-

лосы когерентности, позволившие установить, что такой эффект наблюдается на интервале относительных частот -0,6-0,8 МПЧ. Он связан с пересечением ионограмм магнитоионных мод. Днем область такой интерференции смещается на 15-17% к МПЧ.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Совокупность результатов выполненной работы можно квалифицировать как новое решение актуальной научной задачи развития радиофизических методов исследования искажений в ионосфере широкополосных ВЧ радиосигналов на основе гибридного подхода и зондирования ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом, а также разработки моделей и оценки характеристик многомерного канала квазизенитного распространения радиоволн.

1. Теоретически обоснованы и разработаны методики: синтеза дисперсионных и дифференциальных дисперсионных характеристик магнитоионных мод квазизенитного распространения для многослойной квазипараболической сегментации профиля электронной концентрации; реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки; определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионных характеристик магнитоионных мод парциального канала, в результате чего впервые получены:

- зависимости параметра дисперсии от высоты, полутолщины и критической частоты квазипараболического слоя ионосферы, а также от относительной частоты канала, времени суток и сезона;

- интервалы частот, в которых справедлива аппроксимация дисперсионных характеристик магнитоионной моды полиномами первой, второй и третьей степеней.

2. Показана возможность использования введенного эквивалентного сигнала для исследования дисперсионных искажений широкополосных сигналов с линейно-частотной модуляцией и программной перестройкой рабочей частоты при квазизенитном распространении в ионосфере. В результате впервые получены выражения, обобщенно описывающие их дисперсионные искажения.

3. Впервые получены формулы, позволяющие определять для КЗР: поляризационные полосы когерентности в случаях как пересекающихся, так и непересекающихся дисперсионных характеристик

магнитоионных мод; дисперсионные искажения профиля мощности задержки компонент многомерного стохастического радиоканала; величину дрожания фазы сигнала при скачках частоты из-за частотной дисперсии среды.

4. Впервые получены данные о дрожании фазы сигнала при КЗР для различных полос радиоканалов (0,1; 0,2; 0,5; 1 МГц) и для различных средних частот парциальных каналов, для дневного и ночного времени суток. Установлено, что величина дрожания фазы увеличивается при переходе от дня к ночи, а также с приближением средней частоты к максимально применимой частоте и при увеличении полосы радиоканала.

5. Предложены и научно обоснованы новые радиофизические методики определения и исследования при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом: эффекта поляризационной интерференции; профиля мощности задержки парциальных высокочастотных радиоканалов с различной средней частотой.

6. Модернизирован аппаратно-программный комплекс приемного пункта ЛЧМ ионозонда путем создания нового пакета прикладных программ, позволяющих реализовать разработанные радиофизические методики. Это позволило установить, что при квазизенитном распространении:

- днем параметр частотной дисперсии мод достигает минимального значения (-82 мкс/МГц) на относительной частоте -0,6 МПЧ;

- в период полного солнечного затмения он увеличивается и тем больше, чем ближе средняя частота парциального канала к максимальной применимой частоте, а также чем короче трасса квазизенитного распространения;

- для трассы протяженностью 280 км поляризационная интерференция достигает максимального значения (~ 80 кГц) в окрестности точки пересечения ионограмм магнитоионных мод;

- точки пересечения дисперсионных характеристик магнитоионных мод наблюдаются в основном на частотах -0,6-0,8 МПЧ. Днем они смещаются на 15-17% к МПЧ и в обратную сторону при увеличении протяженности О трассы.

Основные публикации по теме диссертации

1. Иванов, Д. В. Исследование коррекции дисперсионных искажений, возникающих в ионосферных радиоканалах с полосой 1 МГц / Д.В. Иванов,

B.А. Иванов, А.Р. Лащевский, М.И. Рябова // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2008. - Т. 13. - № 8. - С. 58-66.

2. Иванов, В.А. Искажение сложных декаметровых радиосигналов в дисперсных ионосферных радиоканалах при квазизенитном распространении / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова, H.A. Сорокин // Вестник МарГТУ: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - Йошкар-Ола, 2010. - Т. 8. - № 1. - С. 43-53.

3. Иванов, В.А. Исследование факторов, приводящих к искажению высокочастотных сигналов с расширенным спектром при их квазизенитном распространении в ионосфере / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2011. - Т. 16. - № 8. -

C. 33-39.

4. Иванов, В.А. Определение основных параметров многомерного коротковолнового радиоканала с использованием панорамного ионозонда /

B.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов, М.И. Рябова, АР. Лащевский, A.A. Чернов, P.P. Бельгибаев, АА. Елсуков, В.В. Павлов// Вестник МарГТУ. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - Йошкар-Ола, 2011.-Т. 12.-№ 2.-С. 15-23.

5. Иванов, В.А. Канальные параметры рассеяния для среднеширотной ионосферы / В.А. Иванов, Е.В. Катков, М.И. Рябова, A.A. Чернов // Вестник МарГТУ. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. -Йошкар-Ола, 2011. - Т. 13. - № 3. - С. 93-101.

6. Рябова, М.И. Синтез и исследование дисперсионных характеристик высокочастотных радиоканалов для случая квазизенитного распространения радиоволн / М.И. Рябова // Вестник МарГТУ. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - Йошкар-Ола, 2011. - Т. 13. - № 3. -

C. 36-45.

7. Иванов, В.А. Синтез, анализ и прогнозирование характеристик ионосферных линий декаметровой радиосвязи: монография / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова, Лыонг Вьет Лок, М.И. Рябова. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011.-178 с.

8. Рябова, М.И. Вариации ионизированной компоненты верхней атмосферы в период солнечного затмения 29 марта 2006 года в Западносибирском и Восточноевропейском регионах Земли / Д.В. Иванов, А.Р. Лащевский, М.П. Лаптев, М.И. Рябова, Н.Е. Тиманов // Сб. статей международной Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике. -Иркутск, 2006 - С. 132-135.

9. Рябова, М.И. Экспериментальное исследование влияния уровня солнечной активности на временные характеристики ионосферных радиоканалов / В.А. Иванов, И.Е. Царев, М.И. Рябова // Сб. статей международ-

ной Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике. - Иркутск, 2007,- С. 127-130.

10. Рябова, М.И. Прогнозирование регулярной компоненты критических частот основных ионосферных слоев по данным однопозиционного вертикального ЛЧМ ионозонда / В.А. Иванов, A.A. Елсуков, М.И. Рябова, A.B. Мальцев, Н.В. Рябова // Сб. статей международной Байкальской молодежной научной школы по фундаментальной физике. - Иркутск, 2007.-С. 121-123.

11. Рябова, М.И. Моделирование распространения электромагнитного поля ионосферной волны в среде LabView. / М.И. Рябова, П.Е. Сарафанни-ков, A.A. Чернов // Сб. статей 51-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». - Москва-Долгопрудный, 2008. - Ч. 8. - С. 64-68.

12. Рябова, М.И. Экспериментальные исследования импульсных характеристик ионосферных радиоканалов. / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей Всероссийской научной сессии, посвященной дню радио. - Москва, 2008. - С. 309-311.

13. Рябова, М.И. Коррекция амплитудно-фазовых дисперсионных искажений в ионосферных радиоканалах с полосой 1 МГц / Д.В. Иванов,

A.Р. Лащевский, М.И. Рябова // Сборник статей Всерос. конф. РРВ XXII. -Ростов-на-Дону, 2008. - Т. 3. - С. 182-186.

14. Рябова, М.И. Влияние дисперсности ионосферы на разрешающую способность ЛЧМ ионозондов / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, А.Р. Лащевский, М.И. Рябова // Вестник МарГТУ. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуни-кационные системы. - Йошкар-Ола, 2008. - № 3,- С. 3-15.

15. Рябова, М.И. Глобальные вариации максимально применимых частот ВЧ радиолиний в период солнечного затмения 29 марта 2006 г. /

B.А. Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова, A.A. Елсуков, А.Р. Лащевский, A.B. Мальцев, М.И. Рябова, И.Е. Царев // Вестник МарГТУ. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - Йошкар-Ола, 2008. - № 3. -С. 21-27.

16. Бабенко, АН. Виртуальный прибор для исследования ионосферы и ионосферного распространения радиоволн [Электронный ресурс] / АН. Бабенко, Н.В. Рябова, М.И. Рябова, П.Е. Сарафанников, АА. Чернов // Электроника и информационные технологии. - 2009. - Вып. 1 (5). - 2009. - Режим доступа: http: /Aetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/ionosphere_and_ionospheric_propagation.pdf.

17. Егошин, А.Б. Информационная система для исследования дисперсности широкополосных декаметровых радиоканалов [Электронный ресурс] / А.Б. Егошин, В.А. Иванов, Д.В. Иванов, АР. Лащевский, Н.В. Рябова, М.И. Рябова // Электроника и информационные технологии. - 2009. - Вып. 1 (5). - 2009. - Режим доступа: http: //fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/dispersion_broadband_radio.pdf.

18. Рябова, М.И. Эффекты ионосферного распространения радиоволн в период солнечных затмений 29 март 2006 года и 1 августа 2008 го-

да / М.И. Рябова II XIII Всероссийская научная конференция студентов -радиофизиков. - Санкт-Петербург, 2009. - С. 85-86.

19. Иванов, Д.В. Дисперсионные характеристики ионосферных линий ВЧ связи для режима NVIS / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей XVI межд. науч.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь». - Воронеж, 2010.-Т. 2.-С. 1057-1064.

20. Иванов, Д.В. Исследование дифференциальных монограмм для линий ВЧ связи, работающих в режиме NVIS / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей Всерос. науч.-техн. сем. «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания». - Нижний Новгород, 2010.-С. 118-120.

21. Иванов, Д.В. Моделирование характеристик ВЧ радиоканалов для работы в режиме NVIS / Д.В. Иванов, М.И. Рябова II Сборник статей LXV научной сессии, посвященной дню радио. - Москва, 2010. - С. 290-292.

22. Иванов, Д.В. Исследование полиномиальных моделей дифференциальных NVIS ионограмм для радиоканалов с полосой частот 1 МГц / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей III Всероссийской научной конференции «Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти H.A. Арманда». - Муром, 2010. - С. 155-159.

23. Иванов, Д.В. Методика выделения нерегулярной составляющей дисперсионной характеристики ионосферного радиоканала / Д.В. Иванов, М.И. Рябова II Сборник тезисов 16-й Межд. науч.-техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». - Москва, 2010. - Т. 1. - С. 104-105.

24. Иванов, Д.В. Разработка методики расчета дифференциальных NVIS ионограмм для систем ВЧ связи / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник материалов международной научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу -творчество молодых». - Йошкар-Ола, 2010. - С. 226-227.

25. Рябова, М.И. Полиноминальные модели дифференциальных NVIS ионограмм / М.И. Рябова // Международная молодежная научная конференция «XVIII Туполевские чтения». - Казань, 2010. - Т. 5. - С. 67-69.

26. Иванов, В.А. Модель широкополосной системы NVIS радиосвязи с расширением спектра методом ПРС / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей XVII межд. науч.-техн. конф. «Радиолокация, навигация, связь». - Воронеж, 2011. - Т. 2. - С. 1126-1134.

27. Иванов, Д.В. Имитационная модель системы радиосвязи с квазизенитным распространением / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей межд. науч.-техн. сем. «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания». - Одесса, 2011. - С. 122-123.

28. Иванов, В .А. Экспериментально-теоретическое исследование влияния полных солнечных затмений на среднеширотную ионосферу и распространение ВЧ-радиоволн / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей 23-й Всерос. науч. конф. «Распространение радиоволн». - Йошкар-Ола, 2011. - Т. 1. - С. 355-359.

29. Иванов, В.А. Особенности квазизенитного распространения сложных ВЧ-радиосигналов с учетом дисперсии в ионосфере Земли / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей 23-й Всерос. науч. конф. «Распространение радиоволн». - Йошкар-Ола, 2011. - Т. 3. - С. 71-75.

30. Иванов, В.А. Численный эксперимент распространения ВЧ радиоволн в период солнечных затмений / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, М.И. Рябова // Сборник тезисов 17-й межд. науч.-техн. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». - Москва, 2011. - Т. 1. - С. 109-110.

31. Иванов, В.А. Механизмы распространения ВЧ радиоволн на коротких трассах и эффекты частотной дисперсии для них / ВА. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник тезисов БШФФ 2011. - Иркутск, 2011. -С. 82.

32. Иванов, В.А. Имитационная модель системы радиосвязи с квазизенитным распространением / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И.Рябова // Сборник тезисов XII межд. науч.-техн. конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». - Казань, 2011. - С. 401-402.

33. Иванов, В.А. HF channel ТС explorer v.1.0 / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, A.B. Мальцев, М.И. Рябова, И.Е. Царев // Свидетельство на программу для ЭВМ № 2009614396 от 20.08.2009. Роспатент. - М., 2009.

34. Иванов, В.А. Виртуальный синтезатор и анализатор NVIS ионо-грамм для о-компоненты «NVIS 1.0» / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Свидетельство на программу для ЭВМ №2010617653 от 19.11.2010. Роспатент. -М., 2010.

35. Иванов, В.А. Виртуальный синтезатор и анализатор ионограмм квазизенитного распространения с учетом магнитоионного расщепления «NVIS - ОХ» / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Свидетельство на программу для ЭВМ № 2011616690 26.08.2011. Роспатент. - М., 2011.

Подписано в печать 13.02.2012. Усл. печ. л. 1,0. Заказ № 4780. Тираж 100 экз.

Редакционно-издательский центр Марийского государственного технического университета 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

ВВЕДЕНИЕ.

1 Анализ проблемы квазизенитного распространения высокочастотных радиосигналов в ионосфере Земли.

1.1 Ионосфера, ее изменчивость, модели профиля электронной концентрации.

1.2 Гибридный подход к исследованию распространения радиосигналов в ионосфере Земли.

1.3 Особенности ионосферных радиоканалов с различной полосой частот

1.4 Задачи квазизенитного распространения сигналов в ионосфере Земли

1.5 Существующее противоречие. Цель и задачи диссертационного исследования.

2 Синтез и исследование дифференциальных дисперсионных характеристик высокочастотных радиоканалов для случая квазизенитного распространения радиоволн.

2.1 ЗD модель распределения электронной концентрации на основе МКП приближения.

2.2 Методика синтеза и анализ дисперсионных характеристик для среднеширотных трасс протяженностью менее 400 км.

2.3 Методика реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования.

2.4 Оценка дисперсионных искажений в ионосфере различных СРС. Обоснование возможности оценки искажений по эквивалентному СРС.

2.5 Выводы.

3 Влияние магнитоионного расщепления и дисперсии среды на искажения характеристик многомерного канала и сигналов с расширенным спектром.

3.1 Влияние поляризационной интерференции на частотные и импульсные характеристики парциального радиоканала.

3.2 Стохастические характеристики парциальных радиоканалов при квазизенитном распространении. Поляризационная полоса когерентности в окрестности точки пересечения ДХ магнитоионных

3.3 Влияние частотной дисперсии среды на искажения профиля мощности задержки парциальных радиоканалов.

3.4 Влияние частотной дисперсии ионосферной плазмы на искажения эквивалентного сигнала с расширенным спектром.

3.5 Выводы.

4 Комплексные исследования поляризационных и дисперсионных характеристик многомерного ВЧ радиоканала квазизенитного распространения в ионосфере.

4.1 Техника натурных экспериментов и объем полученных данных. Исследование профилей мощности задержки парциальных радиоканалов.

4.2 Полиномиальные модели дисперсионных характеристик магнитоионных мод многомерного радиоканала. Дрожание фазы при скачках частоты в парциальных радиоканалах.

4.3 Исследование влияния полных солнечных затмений на параметр дисперсии.

4.4 Методика и результаты исследования характеристик поляризационной интерференции при квазизенитном распространении.

4.5 Выводы.

Актуальность темы. Проблема распространения в ионосфере широкополосных сигналов связана с необходимостью учета отличительных особенностей распространения их спектральных компонент и является недостаточно изученной. Развитие систем радиосвязи, радиолокации, зондирования ионосферы требует более детального изучения данной проблемы, поскольку использование широкополосных сигналов с учетом среды распространения дает для таких систем ряд существенных преимуществ.

В различное время в решение данной проблемы большой вклад внесли следующие российские и зарубежные ученые: А.П. Анютин, H.A. Арманд, В.Э. Герм, В.Л. Гинзбург, JIM. Ерухимов, H.H. Зернов, В.А. Иванов, Д.В. Иванов, A.C. Крюковский, В.Е. Куницын, В.И. Куркин, Д.С. Лукин, А.П. Потехин, Н.В. Рябова, Ю.Н. Черкашин, J.A. Hoffmeyer, В. Lundborg, S. Salous, L.E. Vogler.

Новый интерес для науки и практики в последнее время стала представлять проблема распространения широкополосных сигналов при больших углах падения их на ионосферу. Этот случай называют квазизенитным распространением (КЗР) или NVIS (Near Vertical Incidence Skywave). Принято считать, что КЗР обеспечивает радиосвязь в диапазоне дальностей 40-400 км. Ее практическая значимость состоит в независимости от неровностей поверхности, низкой стоимости, быстрой развертываемости системы. Поэтому такая связь применяется: службами по чрезвычайным ситуациям, службами медицины катастроф и военными. Для повышения эффективности работы этих систем требуется проведение комплексных исследований многомерного радиоканала КЗР, состоящего из упорядоченного множества парциальных каналов, имеющих равные полосы, но отличающихся средней частотой.

Такие исследования важны для развития физики распространения радиосигналов в средах с интерференцией магнитоионных мод и с их частотной дисперсией. Поэтому решение задачи исследования эффектов частотной дисперсии и магнитоионного расщепления при квазизенитном распространении 5 в ионосфере сложных широкополосных сигналов является актуальной радиофизической задачей.

Цель диссертационной работы развитие модели квазизенитного распространения высокочастотных широкополосных радиосигналов в многомерном ионосферном радиоканале с учетом частотной дисперсии и магнитоионного расщепления, а также радиофизического метода экспериментального исследования характеристик такого радиоканала при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом.

Задачами данной работы являются:

1. Разработка методики синтеза дисперсионных характеристик для случая многослойной среднеширотной ионосферы и квазизенитного распространения радиоволн, а также методики реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки. Исследование дисперсионных характеристик, их суточные, сезонные вариации и на этой основе создание их полиномиальных моделей.

2. Исследование влияния магнитоионного расщепления на частотные характеристики многомерного ионосферного радиоканала в случае квазизенитного распространения. Выделение закономерностей в исследуемых эффектах.

3. Исследование искажений сигналов с расширенным спектром при их квазизенитном распространении. Разработка нового подхода в исследовании дисперсионных искажений сигналов с расширенным спектром на основе введения эквивалентного сигнала.

4. Разработка методики определения зависимости профиля мощности задержки от средней частоты канала. Проведение натурных исследований влияния на дисперсионные характеристики времени суток, сезона, а также полных солнечных затмений.

Методы исследования:

Для решения поставленных теоретических задач были использованы методы математического анализа, вариационного исчисления, математической статистики. Комплексные исследования проведены с с использованием современного метода вычислительного эксперимента при задании характеристик ионосферы на основе международной модели 1Ш-2007. Результаты натурных экспериментов получены с использованием современного метода вертикально-наклонного зондирования ионосферы непрерывным сигналом с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и созданного автором нового программного обеспечения. Эти эксперименты проведены на о радиолиниях: Йошкар-Ола - Яльчик; Нижний Новгород - Йошкар-Ола;

О С/ V»

Йошкар-Ола - Воронеж; Инскип (Англия) - Йошкар-Ола; Иркутск - Иошкар-Ола; Кипр-Иошкар-Ола. При обработке экспериментальных данных использовались спектральные методы, статистические методы анализа данных.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертационной работы определяются использованием адекватного математического аппарата, статистически достаточным набором экспериментальных данных, хорошим согласием результатов натурных и вычислительных экспериментов, повторяемостью результатов, а также проверкой на соответствие независимым выводам других авторов.

Положения, выносимые на защиту

1. Теоретическое обоснование и развитие методик: синтеза дисперсионных и дифференциальных дисперсионных характеристик магнитоионных мод квазизенитного распространения для многослойной квазипараболической сегментации профиля электронной концентрации; реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки; определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионных характеристик магнитоионных мод парциального канала.

2. Обобщенное описание дисперсионных искажений широкополосных сигналов с линейно-частотной модуляцией и программной перестройкой рабочей частоты при квазизенитном распространении в ионосфере на основе введенного эквивалентного сигнала.

3. Аналитические зависимости, позволяющие определять для квазизенитного распространения: поляризационной полосы когерентности в случаях как пересекающихся, так и не пресекающихся дисперсионных характеристик магнитоионных мод; дисперсионные искажения профиля мощности задержки компонент многомерного стохастического радиоканала; величину дрожания фазы сигнала при скачках частоты из-за частотной дисперсии среды.

4. Научное обоснование новых радиофизических методик определения и исследования при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом: эффекта поляризационной интерференции; профиля мощности задержки парциальных ВЧ радиоканалов с различной средней частотой.

5. Созданный новый пакет прикладных программ, позволяющий реализовать разработанные радиофизические методики с целью повышения эффективности приемной части аппаратно-программного комплекса ЛЧМ ионозонда в части решения задач исследования особенностей квазизенитного распространения радиоволн.

Научная новизна работы

1. В результате развития методик: синтеза дисперсионных и дифференциальных дисперсионных характеристик магнитоионных мод квазизенитного распространения для многослойной квазипараболической сегментации профиля электронной концентрации; реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки; определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионных характеристик магнитоионных мод парциального канала впервые получены:

- зависимости параметра дисперсии от высоты, полутолщины и критической частоты квазипараболического слоя ионосферы, а также от относительной частоты канала, времени суток и сезона; интервалы частот, в которых справедлива аппроксимация дисперсионных характеристик магнитоионной моды полиномами первой, второй и третьей степени.

2. Впервые получены выражения, обобщенно описывающие дисперсионные искажения широкополосных сигналов с линейно-частотной модуляцией и программной перестройкой рабочей частоты при квазизенитном распространении в ионосфере.

3. Впервые получены аналитические зависимости, позволяющие определять для квазизенитного распространения: поляризационной полосы когерентности в случаях как пересекающихся, так и не пресекающихся дисперсионных характеристик магнитоионных мод; дисперсионные искажения профиля мощности задержки компонент многомерного стохастического радиоканала; величину дрожания фазы сигнала при скачках частоты из-за частотной дисперсии среды.

4. Впервые получены данные о дрожании фазы сигнала при квазизенитном распространении для различных полос радиоканалов (0,1; 0,2; 0,5; 1 МГц) и для различных средних частот парциальных каналов, для дневного и ночного времени суток. Установлено, что величина дрожания фазы увеличивается при переходе от дня к ночи, а также с приближением средней частоты к МПЧ и при увеличении полосы радиоканала.

5. Предложены и научно обоснованы новые радиофизические методики определения и исследования при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом: эффекта поляризационной интерференции; профиля мощности задержки парциальных ВЧ радиоканалов с различной средней частотой.

6. Создан новый пакет прикладных программ, позволяющий реализовать разработанные радиофизические методики для модернизации приемной части аппаратно-программный комплекса ЛЧМ ионозонда, работающего в режиме квазивертикального радиозондирования ионосферы. Это позволило установить особенности параметров частотной дисперсии мод при квазизенитном распространении в различное время суток, при влиянии на распространение радиоволн полного солнечного затмения, в условиях поляризационной интерференции мод.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Основные результаты, полученные автором, существенно расширяют возможности теоретических и экспериментальных исследований новых явлений и процессов, связанных с эффектами частотной дисперсии и магнитоионного расщепления сложных сигналов при их квазизенитном распространении в многомерном ионосферном радиоканале.

2. Полученные экспериментальные результаты имеют важное значение для изучения неоднородной структуры ионосферы и развития физики верхней атмосферы Земли.

3. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями, занимающимися разработками перспективных систем связи и радиолокации. Результаты исследований внесут существенный вклад в развитие научных направлений, связанных с разработкой методов обеспечения помехоустойчивости информационных коммуникаций для целей передачи, хранения и защиты информации, а также вопросами организации беспроводных телекоммуникационных систем и оценки их эффективности.

4. Результаты, полученные автором, использованы при выполнении НИР в следующих организациях: Институт Солнечно-Земной физики СО РАН (г. Иркутск), ОАО Концерн ПВО «Алмаз-Антей», ОАО Концерн «Созвездие»,

Марийский государственный технический университет, а также внедрены в учебный процесс в Марийском государственном техническом университете подготовки бакалавров и магистров по направлениям: 210700 -«Инфокоммуникационные технологии и системы связи»; 210400 «Телекоммуникации».

Личный творческий вклад автора. В работах [7, 11, 16, 19, 20, 23, 24, 30, 33, 34] выполнена разработка методик синтеза дисперсионных характеристик для случая многослойной среднеширотной ионосферы и квазизенитного распространения радиоволн, а также методики реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки. Проведены исследования дисперсионных характеристик, их суточных, сезонных вариаций и на этой основе созданы их полиномиальные модели. В работах [3, 17, 21, 22, 29, 35] автором проведены исследования влияния магнитоионного расщепления на частотные характеристики многомерного ионосферного радиоканала в случае квазизенитного распространения; выделены закономерности в исследуемых эффектах. В работах [2, 12, 26, 27, 31, 32] представлены результаты исследования искажений сигналов с расширенным спектром при их квазизенитном распространении; разработан новый подход в исследовании дисперсионных искажений сигналов с расширенным спектром на основе введения эквивалентного сигнала. В работах [1, 4, 5, 8-10, 13-15, 18, 25, 28] разработаны методики определения зависимости профиля мощности задержки от средней частоты канала; проведены натурные исследования влияния на дисперсионные характеристики времени суток, сезона, а также полных солнечных затмений. Работа [6] выполнена автором самостоятельно. Автором получены все выносимые на защиту положения, сформулированы научные выводы и положения.

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, были представлены на IX, X, XII Международных Байкальских молодежных научных школах по фундаментальной физике (Иркутск, 2006, 2007, 2011), XXII, XXIII Всероссийских научных конференциях «Распространение радиоволн» (Ростов-на-Дону, 2008, Йошкар-Ола, 2011), на LXIII, LXV научных сессиях НТО РЭС им. A.C. Попова (Москва, 2008, 2010); 51, 52, 53 научных конференциях МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Москва-Долгопрудный, 2008, 2009, 2010), XIII, XIV, XV всероссийских научных конференциях студентов -радиофизиков (Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011), на XVIII Международной научной конференции «Туполевские чтения» (г. Казань, 2010), 16, 17 Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, 2010, 2011); Международной научной студенческой конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (Йошкар-Ола, 2010); на XVI, XVII международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь - RLNC» (Воронеж, 2010; Воронеж, 2011); Международном научно-техническом семинаре «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания» (Нижний Новгород, 2010, Одесса, 2011); на III Всероссийской научной конференции «Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти H.A. Арманда» (Муром, 2010). Автором получено И дипломов первой степени и 3 золотые медали всероссийских и международных конференций и выставок.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе: 6 в журналах, рекомендованных ВАК, из них 1 работа авторская, 1 монография. Автором получено 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Она содержит 145 страниц основного текста, 51 иллюстрацию, 13 таблиц, список цитируемой литературы из 137 наименований.

4.5 Выводы

1. Модернизирована приемная часть аппаратно-программного комплекса ЛЧМ ионозонда: создан новый пакет прикладных программ для анализа характеристик многомерного канала, позволивший реализовать методики исследования поляризационной интерференции и расчета профилей мощности задержки парциальных радиоканалов при квазизенитном распространении.

2. Предложена и реализована методика экспериментального определения профиля мощности задержки различных парциальных ВЧ радиоканалов в режиме квазивертикального зондирования ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом.

3. Показано, что в спокойных условиях ионосферы рассеяние по задержке в парциальных каналах увеличивается с уменьшением протяженности трассы квазизенитного распространения и возрастает при переходе от дня к ночи. Для моды 1Б оно больше, чем для моды 1Е.

4. Предложена новая методика определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионной характеристики парциального канала. Установлено, что при квазизенитном распространении дисперсионная характеристика может быть аппроксимирована полиномами: первой степени для диапазонов частот квазизенитного распространения (0,11-0,15) /к (/к - критическая частота слоя);

- второй степени - для частот (0,07-0,09) ;

- третьей степени - для частот (0,04-0,06) /\ .

5. В натурных экспериментах получены интервальные оценки параметра дисперсии многомерного ВЧ радиоканала. Установлено, что минимального значения -82 мкс/МГц параметр дисперсии достигает днем на относительной частоте -0,6 МПЧ.

6. Впервые получены данные о дрожании фазы сигнала при квазизенитном распространении для различных полос радиоканала

126

0,1; 0,2; 0,5; 1МГц), а также для различных средних частот парциальных каналов, для дневного и ночного времени суток. Установлено, что величина дрожания фазы увеличивается при переходе от дня к ночи, с приближением средней частоты канала к максимально применимой частоте, а также при увеличении полосы радиоканала.

7. Установлено, что в период полного солнечного затмения параметр дисперсии увеличивается. Увеличение параметра тем больше, чем ближе средняя частота парциального канала к максимально применимой частоте и чем короче трасса квазизенитного распространения. 8. Впервые исследованы суточные вариации частотных интервалов с сильной поляризационной интерференцией. Установлено, что на интервале относительных частот ~0,6-0,8 МПЧ наблюдается сильная поляризационная интерференция. Днем границы интервала смещаются на 15-17% к МПЧ. Интервалы смещаются в обратную сторону при увеличении протяженности Б трассы (примерно на ~ 2% , когда Б увеличивается в 4 раза - от ~ 70км до ~ 280км).

9. Научно обоснована и реализована методика экспериментального исследования эффекта поляризационной интерференции с применением для радиозондирования непрерывного ЛЧМ сигнала.

10. В натурных экспериментах установлено, что для трассы протяженностью 280км поляризационная интерференция достигает максимального значения 80кГц) в окрестности точки пересечения ионограмм магнитоионных мод.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Теоретически обоснованы и развиты методики: синтеза дисперсионных и дифференциальных дисперсионных характеристик магнитоионных мод квазизенитного распространения для многослойной квазипараболической сегментации профиля электронной концентрации; реконструкции ионограмм квазивертикального зондирования по ионограммам наклонного зондирования в окрестности контролируемой точки; определения минимальной степени полинома для аналитической аппроксимации дисперсионных характеристик магнитоионных мод парциального канала. В результате чего впервые получены:

- зависимости параметра дисперсии от высоты, полутолщины и критической частоты квазипараболического слоя ионосферы, а также от относительной частоты канала, времени суток и сезона;

- интервалы частот, в которых справедлива аппроксимация дисперсионной характеристики магнитоионной моды полиномами первой, второй и третьей степени.

2. Показана возможность использования введенного эквивалентного сигнала для исследования дисперсионных искажений широкополосных сигналов с ЛЧМ и ППРЧ при квазизенитном распространении в ионосфере. В результате чего впервые получены выражения, обобщенно описывающие их дисперсионные искажения.

3. Впервые получены формулы, позволяющие определять для квазизенитного распространения: поляризационной полосы когерентности в случаях, как пересекающихся, так и не пресекающихся дисперсионных характеристик магнитоионных мод; дисперсионные искажения профиля мощности задержки компонент многомерного стохастического радиоканала; величину дрожания фазы сигнала при скачках частоты из-за частотной дисперсии среды.

4. Впервые получены данные о дрожании фазы сигнала при квазизенитном распространении для различных полос радиоканалов (0,1; 0,2; 0,5; 1 МГц) и для различных средних частот парциальных каналов, для дневного и ночного времени суток. Установлено, что величина дрожания фазы увеличивается при переходе от дня к ночи, а также с приближением средней частоты к МПЧ и при увеличении полосы радиоканала.

5. Предложены и научно обоснованы новые радиофизические методики определения и исследования при квазивертикальном зондировании ионосферы непрерывным ЛЧМ сигналом: эффекта поляризационной интерференции; профиля мощности задержки парциальных ВЧ радиоканалов с различной средней частотой.

6. Модернизирован аппаратно-программный комплекс приемного пункта ЛЧМ ионозонда путем создания нового пакета прикладных программ, позволяющих реализовать разработанные радиофизические методики. Это позволило установить, что при квазизенитном распространении:

- днем параметр частотной дисперсии мод достигает минимального значения ~82 мкс/МГц на относительной частоте ~0,6 МПЧ;

- в период полного солнечного затмения он увеличивается и тем больше, чем ближе средняя частота парциального канала к МПЧ, а также -чем короче трасса квазизенитного распространения;

- для трассы протяженностью 280км поляризационная интерференция достигает максимального значения (~ 80кГц) в окрестности точки пересечения ионограмм магнитоионных мод;

- точки пересечения ДХ магнитоионных мод наблюдаются в основном на частотах ~0,6-0,8 МПЧ. Днем они смещается на 15-17% к МПЧ и смещается в обратную сторону при увеличении протяженности Б трассы.

1. Дэвис, К. Радиоволны в ионосфере / К. Дэвис. М.: Мир, 1973. - 5021. С.

2. Гинзбург, B.JI. Распространение электромагнитных волн в плазме / B.JI. Гинзбург. -М.: Наука, 1967.

3. Иванов, В. А. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона / В. А. Иванов, Н. В. Рябова, В. В. Шумаев. Йошкар-Ола, 1998. - 204 с.

4. Альперт, Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера / Я.Л. Альперт. М.: Наука, 1972. - 563 С.

5. Николе, М. Аэрономия / Под ред. М. Пол основа. М.:Мир, 1973.

6. Гершман, Б.Н. Волновые явления в ионосфере и космической плазме / Б.Н. Гершман, Л.М. Ерухимов, Ю.Я. Яшин. М.: Наука, 1967.

7. Rishbeth, Н. Solar eclipses and ionospheric theory / H. Rishbeth // Space Sci. -1968. -Rev 8. -P. 543-544.

8. Bamford, R. A. The Effect of the August 11th Total Solar Eclipse on radio propagation at 1440 kHz / R. A. Bamford, L. Far // The Radio Science Bulletin, International Union of Radio Science.- 2000. -№ 293. P. 28-31.

9. Gerasopoulos, E. The total solar eclipse of March 2006: overview / E. Gerasopoulos, et al. //Atmos. Chem. Phys. -2008. -V.8. № 17. -P. 5205-5220.

10. Bilitza, D. International Reference Ionosphere 2000 / D. Bilitza // Radio Sci.- 2001. -V.36, -№2. -P. 264-275.

11. Huang, X. Multiple quasi-parabolic presentation of the IRI progfile / X. Huang, B.W.Reinisch//Adv. Space Res. 2000.-V. 25.-№ l.-P. 129-132.

12. Иванов, В.А. Синтез, анализ и прогнозирование характеристик ионосферных линий декаметровой радиосвязи / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова, Лыонг Вьет Лок, М.И. Рябова. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. 178 с.

13. Chen, J. Automatic fitting of quasi-parabolic segments to ionosphericprofiles with application to ground range estimation for single-station location / J.130

14. Chen, J. A. Bennett, P. L. Dyson I I J. Atm Terr. Phys. 1990. - V. 52. -№ 4. p. 277-288.

15. Norman, R. J. Analytic ray parameters for the quasi-cubic segment model of the ionosphere / R. J. Norman, P. L. Dyson, J. A. Bennett // Radio Sei. -1997. -V. 32. -№ 3. P. 567-577.

16. Арманд, H.A. Распространение широкополосных сигналов в дисперсионных средах / H.A. Арманд // Радиотехника и электроника. 2003.-Т.48. - №9. - С. 1045-1057.

17. Арманд, H.A. Современное состояние сверхширокополосной подповерхностной радиолокации / H.A. Арманд, Д.С. Лукин, Н.П. Чубинский //Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. -Н. Новгород, 2002. С. 26-30.

18. Кук, Ч. Радиолокационные сигналы / Ч. Кук, М. Бернфельд М.: Сов. Радио, 1971,568с.

19. Иванов, В.А. Зондирование ионосферы и декаметровых каналов связи сложными радиосигналами. / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, Н.В. Рябова // Вестник МарГТУ: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. -2010.-Т. 8.-№ 1.-С. 3-37.

20. Hall, М.Р. Propagation of Radiowaves / M.P. Hall, et al.// IEE Conf. -2003. P. 460-466.

21. Крюковский, A.C. Структура радиоимпульса в ионосферной плазме / A.C. Крюковский, И.В. Зайчиков // Вестник Российского нового университета. 2007. - В. 2. -С. 17-27.

22. Крюковский, A.C. Особенности распространения радиоимпульсов в средах с дисперсией / A.C. Крюковский, И.В. Зайчиков // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. - Т. 13. - № 8. - С.36-41.

23. Крюковский, A.C. Особенности структуры радиоимпульса в плазме / A.C. Крюковский, И.В. Зайчиков // Труды XXII Всерос. научной конф. -2008.-Т. 3.-С. 149-152.

24. Гуревич, A.B. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере / A.B. Гуревич, А.Б. Шварцбург М.: Наука, 1973.

25. Арманд, H.A. Распространение радиоволн при космической связи / H.A. Арманд, М.А. Колосов, О.И. Яковлев М.: Связь, 1969. 155с.

26. Иванов, Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекции их дисперсионных искажений / Д.В. Иванов Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. -266 с.

27. Иванов, В.А. Диагностика ионосферы сигналами с линейной частотной модуляцией Дис. . д-ра. физ.-мат. наук: 01.04.03. Москва, 1987. -402с.

28. Орлов, Ю.И. О геометрической теории дисперсионных искажений сигналов с ограниченным спектром / Ю.И. Орлов // Радиофизика.-1982.-Т.25. -№6.-С. 676-683.

29. Арманд, H.A. Коррекция дисперсионных искажений широкополосных сигналов / H.A. Арманд, В.А. Иванов // Tp.XXI Всерос. науч. конф. «Распространение радиоволн». Йошкар-Ола, 2005, т. 1, С. 10-18.

30. JI4M ионозонд и его применение в ионосферных исследованиях: обзор / В.А. Иванов, В.И. Куркин, В.Е. Носов и др. // Радиофизика. 2003. -Т. 34. -№11. - С. 919-952.

31. Barry, G.H. Extraterrestrial and Ionospheric Sounding with Synthesised Friquency Sweep / G.H. Barry, R.B. Fenwick // Hewlett Packard J. 1965, V. 16, No. 11, P.8-12.

32. Barry, G.H. A Low Power Incidence Ionosonde / G.H. Barry // IEEE Trans. Geosci. Electron.-1971. GE-9(2). P. 86-89.

33. Poole, A.W.V. Advanced sounding. The FM-CW alternative / A.W.V. Poole //Radio Sei. v. 20, №6,1985, p. 1609-1616.

34. Крюковский, A.C. Теория пространственной фокусировки видеоимпульсов в диспергирующих средах / A.C. Крюковский, Д.С. Лукин,

35. Д.В. Растягаев // Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. -Т.12. - № 8. - С.15-25.

36. Аллин, И.В. Особенности распространения видеоимпульсов в плазме в окрестности светового конуса. / И.В. Аллин, А.С. Крюковский // Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. - Т.12. - № 8. -С.26-40.

37. Аллин, И.В. Классификация пространственной фокусировки видеоимпульсов в плазме на основе теории катастроф / И.В. Аллин, А.С. Крюковский, Д.С. Лукин, Д.В. Растягаев //Нелинейный мир. 2009. - Т.7. - № 10.-С. 727-739.

38. ITU-R Rec. F.1487. Testing of HF Modems with Bandwidths of Up to about 12 kHz Using Ionospheric Channel Simulators, (available from International Telecommunications Union, Geneva, Switzerland). 2000.

39. Le Roux, Y. M. HF channel modeling and simulation / Y. M. Le Roux, M. Niberon, R. Fleuiy, J. Menard, J. P. Jolivet // IEE Radio Receivers and Associated Systems 5th conf. 1990. -P. 72-76.

40. Царев, И.Е. Диагностика функции рассеяния декаметровых узкополосных стохастических радиоканалов / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев // Радиотехника и электроника. Том 55, № 3, Москва: Академиздатцентр «Наука», 2009. -С. 1-7.

41. Казанцев, А.Н. Метод исследования распространения радиоволн в неоднородной магнитоактивной ионосфере / А.Н. Казанцев, Д.С. Лукин, Ю.Г. Спиридонов // Космические исследования. 1967. - Т. 5. - Вып. 4. - С. 593-600.

42. Лукин, Д.С. Применение метода характеристик для численного решения задач распространения радиоволн в неоднородной и нелинейной среде / Д.С. Лукин, Ю.Г. Спиридонов // Радиотехника и электроника. 1969. -Т. 14.-№9.-С. 1673-1677.

43. Крюковский, А.С. Исследование особенностей распространениякоротких радиоволн в неоднородной анизотропной ионосфере / А.С.133

44. Крюковский, Д.С. Лукин, Д.В. Растягаев // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. - Т. 14. - № 8. - С. 17-26.

45. Анютин, А.П. Об особенностях искажений радиосигналов в неоднородном линейном слое плазмы / А.П. Анютин, Ю.И. Орлов //Изв. вузов. Радиофизика, 1976, T. XIX, № 4, С. 495-504.

46. Черкашин, Ю.Н. Вычисление волновых полей в плавно-неоднородных средах методом параболического уравнения теории дифракции / Ю.Н. Черкашин // Распространение декаметровых радиоволн. -М.: ИЗМИРАН, 1980, С. 5-18.

47. Иванов, Д.В Энергетические потери при распространении сложных сигналов в средах с дисперсией / Д.В Иванов, В.А. Иванов // Вестник КГТУ им. Туполева.-2006.-№1, С.26-29.

48. Subekti, A. A Study of NVIS For Communication in Emergency and Disaster Medicine / A. A. Subekti, K. Usman, F. Ohyama, H. Juzoji, I. Nakajima // Proc. APAMI &CJKMI-KOSMI Conférence. 2003. - P. 259-262.

49. Грозов, В.П. Сравнение основных параметров ионосферы на слабонаклонной трассе с данными вертикального зондирования / В.П. Грозов, В.Е. Носов, Г.В. Котович и др.// Геомагнетизм и аэрономия. 2004. -Т. 44. -№3.- С. 372-377.

50. Fiedler, D. Near Vertical Incidence Skywave Communication / D. Fiedler, E. Farmer. Worldradio. 1996.

51. Иванов, В.A. Искажение сложных декаметровых радиосигналов в дисперсных ионосферных радиоканалах при квазизенитном распространении / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова, Н.А. Сорокин // Вестник МарГТУ:

52. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. -2010. -№ 1. -С. 43 -53.

53. Maslin, N.M. HF communications: a systems approach / N.M. Maslin. -London.: Pitman Publishing, 1987. P.89.

54. Cannon, P.S DAMSON HF channel characterization a review / P.S. Cannon, M.J. Angling, N.C. Davies, T. Willink, V. Jodalen, B. Jacobsen, B. Lundborg, M. Broms // Proc. MILCOM. - 2000. - V. 1.- P. 59-64.

55. Le Roux, Y. M. SCIPION, a new flexible ionospheric sounder in Senegal / Y. M. Le Roux, J. Menard, J. P. Jolivet, P. J. Davy // Ann. Geophysicae. -1998.-V. 16. P. 738-742.

56. Le Roux, Y.M. Use of the SCIPION ionospheric sounder for different kinds of applications. HF Radio Systems and Techniques / Y.M. Le Roux, J. Menard, J.P. Jolivet, A. Bourdillon // IEE Conf. Publ. -2000. -№ 474. P. 81 - 85.

57. Намазов, C.A. О дисперсионных искажениях сигналов с ограниченным спектром при отражении от ионосферы / С.А. Намазов // Радиотехника и электроника.-1984.-№7.-С.1280-1283.

58. Блиох, П.В. Сжатие импульса излучения в диспергирующей среде со случайными неоднородностями / П.В. Блиох // Радиофизика.-1964.-Т.7, №3.-С.460-470.

59. Иванов, В.А. Виртуальный синтезатор и анализатор NVIS ионограмм для о-компоненты «NVIS 1.0» / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Свидетельство на программу для ЭВМ № 2010617653

60. Иванов, Д.В. Моделирование характеристик ВЧ радиоканалов для работы в режиме NVIS / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей LXV научной сессия, посвященной дню радио. 2010. - С. 290 - 292

61. Иванов, Д.В. Исследования особенностей дисперсионных характеристик радиоканалов с помощью ЛЧМ ионозонда радиоканалов / Д.В. Иванов, В.А. Иванов, A.A. Колчев //Изв. вузов. Радиофизика. - 2001. -Т. XLIV, № 3. - С. 241-253.

62. Рябова, М.И. Синтез и исследование дисперсионных характеристик высокочастотных радиоканалов для случая квазизенитного распространения радиоволн / М.И. Рябова // Вестник МарГТУ. Йошкар-Ола. - 2011. - Т. 13 -№3. - С. 36-45.

63. Иванов, Д.В. Дисперсионные характеристики ионосферных линий ВЧ связи для режима NVIS / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей XVI межд. н-тех. конф. «Радиолокация, навигация, связь». 2010. -Т.2, - С. 10571064

64. Куницын, В.Е. Амплитудно- и фазочастотные характеристики вертикального радиозондирования магнитоактивной ионосферы / В.Е. Куницын, А.Б. Усачев //Радиотехника. 1991. - № 1. - С. 8-10.

65. Куницын, В.Е. О методической точности измерения задержек сигналов радиозондирования ионосферы / Ю.К. Калинин, В.Е. Куницын, JI.JI. Рождественская //Изв. вузов. Радиофизика. 1990. - Т. 33, № 2. - С. 150-154.

66. Giovanni, D.I. An Analytical Model of the Electron Density Profile in the Ionosphere / D.I. Giovanni, S. R. Radicella // Advances in Space Research. -1990. -V. 10. -№11. -P. 27-30.

67. Ларюнин, O.A. Численный синтез ионограмм в условиях возмущенной ионосферы / O.A. Ларюнин, В.И. Куркин // Труды науч. конф. «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой». -2010.-С. 237-243.

68. Иванов, В.А. Имитационная модель системы радиосвязи с квазизенитным распространением / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник тезисов XII межд. н-тех. конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». 2011. - С. 401-402.

69. Иванов Д.В. Виртуальный синтезатор и анализатор ионограмм квазизенитного распространения с учетом магнитоионного расщепления «NVIS ОХ» / Д.В. Иванов, В.А. Иванов, М.И. Рябова // Свидетельство на программу для ЭВМ № 2011616690.

70. Засенко, В.Е. Искажения сигналов при вертикальном зондировании ионосферы / В.Е. Засенко, Н.В. Ильин, И.И. Орлов // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1991. - № 96. - С. 128-136.

71. Информационно- аналитическая система для исследования ионосферы и каналов декаметровой радиосвязи: Монография. / Д.В. Иванов, А.Б. Егошин, В.А. Иванов, Н.В. Рябова; под ред. В.А. Иванова. -Йошкар-Ола: МарГТУ. - 2006.- 256 с.

72. Иванов, В. А. Особенности распространения коротковолновых JT4M радиосигналов в регулярной ионосфере / В. А. Иванов //Марийск. политехи. ин-т.-Йошкар-Ола,.- ВИНИТИ, №3064-85. 1985.-41 с

73. Huang, X. Mid-point electron density profiles from oblique ionograms / X. Huang, B.W. Reinish, W.S. Kuklinski // Annali di geofísica. 1996. - V. XXXIX. P. 757-761.

74. Данилкин, Н.П. Новые виды диагностики ионосферных параметров методом наземного и внешнего радиозондирования / Н.П. Данилкин, H.A. Заботина // Радиотехника.- 1994.- № 3. С. 63-74.

75. Афраймович, Э.Л. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы / Э.Л. Афраймович М.: Наука, 1982.

76. Иванов, Д.В. Исследование коррекции дисперсионных искажений,возникающих в ионосферных радиоканалах с полосой 1 МГц / Д.В. Иванов,138

77. В.А. Иванов, А.Р. Лащевский, М.И. Рябова // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. - Т. 13. - №8. - С. 58-66.

78. Рябова, М.И. Влияние дисперсности ионосферы на разрешающую способность ЛЧМ ионозондов / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, А.Р. Лащевский, М.И. Рябова // Вестник МарГТУ. Йошкар-Ола. - 2008. - №3. - С. 3-15.

79. Иванов, В.А. Механизмы распространения ВЧ радиоволн на коротких трассах и эффекты частотной дисперсии для них / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник тезисов БШФФ 2011. 2011. - С. 82.

80. Иванов, Д.В. Оптимальные полосы частот сложных сигналов для декаметровых радиолиний / Д.В. Иванов // Радиотехника и электроника.-2006.-Т.51. №4. - С.389-396.

81. Гершман, Б.Н. О расплывании электромагнитных сигналов в ионизированном газе / Б.Н. Гершман //ЖЭТФ. 1952. - Т.22. № 1. - С. 101104.

82. Стейн, С. Принципы современной теории связи и их применение к передаче дискретных сообщений / С. Стейн, Дж. Джонс. М.: Связь, 1971. — 374 С.

83. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский. М.: Радио и связь, 1986. - 512 С.

84. Варакин, JT.Т. Теория сложных сигналов / Л.Т. Варакин. М.: Сов. радио, 1970. - 376 С.

85. Варакин, Л.Т. Теория систем сигналов / Л.Т. Варакин. М.: Сов. радио, 1978.-304 С.

86. Иванов, Д.В. Математические модели ЛЧМ ионозонда / Д.В. Иванов, В.А. Иванов, Н.В. Рябова //Сб. докл. IX Междунар. конф. «Радиолокация, навигация, связь»: ВНИИС, Воронеж, 2003, т.2, С.916-927.

87. Иванов, Д.В. Искажения в ионосфере декаметровых сигналов с псевдослучайной рабочей частотой / Д.В. Иванов // Радиотехника и электроника.-2006.-Т.51, №7, С.807-815.

88. Lundborg, В. Pulse propagation a plane stratified ionosphere / В. Lundborg // J. Atmos. Terr. Phys. 1990. - V.52, №9. - P. 759-770.

89. Данилкин, Н.П. Ионосферные радиоволны / Н.П. Данилкин, О.А. Мальцева. Ростов-на-Дону: РГУ, 1977. - 176 с.

90. Иванов, Д.В. Имитационная модель системы радиосвязи с квазизенитным распространением / Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей Межд. н-тех. сем. «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания». 2011. - С. 122-123.

91. Иванов, В.А. Модель широкополосной системы NVIS радиосвязи с расширением спектра методом ПРС / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей XVII межд. н-тех. конф. «Радиолокация, навигация, связь». -2011.-Т.2,-С. 1126-1134.

92. Gherm, V.E. Multipath Effects in Wideband Fluctuating HF Channels / V.E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways // Acta Geofizika e Geod. Geoph., Hungary. 2002. - V. 37(2-3). - P. 253-259.

93. Watterson, C.C. HF channel simulator measurement on the KY-879/P FSK burst - communication modem-Set 1 / C.C. Watterson // NTIA Cont. Report 81-13.-1981.

94. Vogler, L.E. A new approach to HF channel modeling and simulation / L.E. Vogler, J.A. Hoffmeyer // NTIA Report 93-284. 1992. 29 p.

95. Корн, Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука, 1970.

96. Долуханов, М.П. Распространение радиоволн / М.П. Долуханов. -М.: Связь, 1972. 386с.

97. Gherm, Y.E. Scattering function of the fluctuating ionosphere in the HP band / V.E.Gherm, N.N.Zernov // Radio Science. -1998. V. 33. -P. 1019-1033.

98. Иванов, В.А. Канальные параметры рассеяния для среднеширотной ионосферы / В.А. Иванов, Е.В. Катков, М.И. Рябова, А.А. Чернов // Вестник МарГТУ. Йошкар-Ола. - 2011. - Т. 13 - №3. - С. 93-101.

99. Иванов, В.А. HF channel ТС explorer v. 1.0 / В.А. Иванов, Н.В. Рябова, И.Е. Царев, А.В. Мальцев, М.И. Рябова // Свидетельство на программу для ЭВМ № 2009614396

100. Рябова, М.И. Полиноминальные модели дифференциальных NVIS ионограмм / М.И. Рябова // Международная молодежная научная конференция «XVIII Туполевские чтения». Казань - 2010. Т.5. - С. 67-69.

101. Revision of part 15 of commission's rules regarding ultra-wideband transmission systems. First report and order/ FCC 02-48 Federal Communications, 2002.

102. Иванов, Д.В. Исследование частотной дисперсии широкополосных KB радиоканалов с использованием JI4M ионозонда: Дис. . канд. физ.-мат. наук: 01.04.03 : защищена 16.05.2002. - Казань, 2002. - 168с.

103. Salous, S. Dispersion of chirp pulses by the ionosphere / S. Salous // J. Atmos. Terr. Phys. 1994, - V. 56. - № 8. - P. 979-994.

104. Salous, S. Weighted spectral width of ionospherically dispersed chirp pulses / S. Salous //HF radio systems and techniques. IEE. 1994. - №.392. - P. 114-117.

105. Иванов, Д.В. Цифровой JI4M ионозонд нового поколения / Д.В. Иванов, В.А. Иванов, А.Г. Чернов и др. //Сб. докл. IX Междунар. конф. «Радиолокация, навигация, связь». 2003. - Т.2. - С.928-939.

106. Иванов, В.А. Разработка и испытание однопозиционного вертикального JI4M ионозонда с минимальной мощностью передатчика / В. А. Иванов, A.A. Ел су ков // Вестник МарГТУ: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2011.- Т. 11.- №1. - С 75-81.

107. Иванов, В.А. Исследование направленности КВ-антенн для зондирования ионосферы по всем азимутальным направлениям в условиях размещения над реальной поверхностью Земли / В.А. Иванов, Н.В. Рябова,

108. B.В. Павлов // Вестник МарГТУ: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2010.- №2, С 36 -52.

109. Медведев, A.B. Об использовании сложных сигналов для диагностики искажений в радиоканале при вертикальном зондировании ионосферы / A.B. Медведев, К.Г. Ратовский //Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1996. - Вып. 105.

110. Куркин, В.И. Автоматизированный комплекс средств прогнозирования условий распространения декаметровых радиоволн на базе ионозонда с линейной частотной модуляцией и мини-ЭВМ / В.И. Куркин,

111. C.М. Матюшонок, В.Е. Носов и др. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. -1990. Вып. 92. - С.141-152.

112. Иванов, Д.В. Исследование перемещающихся ионосферных возмущений на основе эффекта коррекции частотной дисперсии / Д.В. Иванов //Георесурсы. Науч.техн.журнал. 2006. - №4(21), С. 6-9.

113. Рябова, М.И. Экспериментальные исследования импульсных характеристик ионосферных радиоканалов. / В.А. Иванов, Д.В. Иванов, М.И. Рябова // Сборник статей всероссийской научной сессии, посвященной дню радио. -Москва 2008. - С. 309-311.

114. Рябова, М.И. Эффекты ионосферного распространения радиоволн в период солнечных затмений 29 март 2006 года и 1 августа 2008 года / М.И. Рябова// XIII всероссийская научная конференция студентов радиофизиков. - Санкт-Петербург - 2009. - С. 85-86.

115. Рябова, М.И. Методика выделения нерегулярной составляющей дисперсионной характеристики ионосферного радиоканала // Сборник тезисов 16й Межд н-тех. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». -2010.-Т. 1. С. 104-105.

116. Иванов, В.А. Численный эксперимент распространения ВЧ радиоволн в период солнечных затмений / В.А. Иванов, М.И. Рябова, Н.В. Рябова // Сборник тезисов 17й Межд н-тех. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». 2011.- Т. 1. - С. 109-110.

117. Чубинский, Н.П. Научные и технические проблемы подповерхностной радиолокации / Н.П. Чубинский //Тр. XII Всерос. школы -конф. по дифракции и распространению волн. М., 2001. - Т. 1. - С. 270-288.

118. Salous, S. Switching sequences for monostatic pulse compression ionospheric sounders / S. Salous, O. Nattour //4th Bangor Communicatios Symposium. 1992. - P. 346-349.

119. Salous, S. Modelling of wideband HF radio channels / S. Salous, L. Bertel //International Conference on Antennas and Propagation, P0958, Davos. -2000. P. 0958/1-4.

120. Salous, S. FMCW channel sounder with digital processing for measuring the coherence of wideband HF radio links / S. Salous // IEE PROCEEDINGS. 1986.- V.133. - Pt. F. - № 5. - P. 456-462.

121. Барабашев, Б.Г. Оценка полосы когерентности ионосферного радиоканала / Б.Г. Барабашев, Г.Г. Вертоградов //Изв. Сев.- Кавк. науч. центр, высш. шк. Естественные науки. 1994. - № 3. - С. 33-42.

122. Рябова, М.И. Коррекция амплитудно-фазовых дисперсионных искажений в ионосферных радиоканалах с полосой 1 МГц. / Д.В. Иванов, А.Р. Лащевский, М.И. Рябова // Сборник статей всерос. конф. РРВ XXII. -Ростов-на-Дону 2008. Т.З - С. 182-186.

123. Дробжев, В.И. Волновые возмущения в ионосфере / В.И. Дробжев, Г.М. Куделин, В.И. Нургожин. Алма-Ата: Наука. - 1975. - 178 С.