Численное моделирование распространения коротких волн в возмущенной ионосфере земли на трассах наклонного и возвратно-наклонного зондирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

а - ■г а м

1 и ^ ^ ь

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ДуОровсгаШ Константин Михайлович

УДК 517.985;621.396.24;534.26

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОРОТКИХ ВОЛН В ВОЗМУЩЕННОЙ ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ НА ТРАССАХ НАКЛОННОГО И ВОЗВРАТНО-НАКЛОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Специальность: 01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Долгопрудный 1992 г.

Работа выполнена в Московской {изико-техшческоы институте

Научные руководители: доктор физико-математических наук профессор Д.С.Лукин

кандидат физико-математических наук

доцент

Е.А.Палкин

Официальные оппонента: доктор физико-математических наук Л.М.Еруишов

кандидат физико-математических наук С. Г.Спиридонов

Ведущая организация: Институт земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн АН СССР

Защита состоится "¿У" ^г^л-Р 1992 г. "в Л^час. С^ит. на заседании Специализированного совета К 063.91.02 в Московском физико-технической институте по адресу 141700. Московская обл., г.Долгопрудный, МФТИ.

л У /

Автореферат разослан 1Э92 г.

Ученый секретарь Специализированного совете

С.М.Кориунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание высокоэффективных систем связи, пеленгации, навигации, радиолокации в коротковолновом (КВ) и ультракоротковолновом (УКВ) диапазонах невозможно без детального знания механизмов ионосферного распространения радиоволн. Кроме того, эффективность тягах систем и различных радиотехнических комплексов существенным образом мозсет Суть повышена за счет адаптации к постоянно меняющимся условиям распространения рздиоволн. Существуйте в настоящее время многочисленные теоретические н полузмпирические модели ионосферы не могут в полной мере удовлетворить требованиям, предъявляемым к точности задания ионосферной плазмы. Это объясняется, презде всего, болыпш числом факторов, ответственных за образование ионосферы, что в своя очередь, приводит к существенным труднопрогнозируемым флуктуациям плотности электронной концентрации дзге при незначительных случайных изменениях каких-либо внешних параметров. Нег.сторые дополнительные иснпзнрсввгаме образования могут существовать всего липь несколько часов и дахе минут и, конечно, не могут быть точно предсказаны, несмотря на огромный статистический материал, накопленный к настоящему времени.

В последние годы таете не менее вагнш является вопрос определения параметров ионосферы и условий распространения радиоволн при искусствегаял возмущениях ионосферной плазмы посредством нзгревз ее мокрым радиоизлучением, химических ЕыОросов легко ионизирувярися компонент, иткзкцнл

Т,Г»ТГТХГ>ГГГ»Г\ГЮСПЛЛ^Г ТТПГ*РПТЛТ > 1И '' ' IТ ;> ГЧ'Т Г V тг 1Т Г П Т1ТП I *

В этой связи радиозондирование ионосферы с целью своевременного контроля ее параметров и условий распространения КВ (УКВ), а также диагностики источников ионосфер! в л возиущений, шеет большое прикладное значение. Кроме того, радиофизические иетоды широко используются для прогнозирования состояния ионосферной плазиы в исследовательских целях в геофизике, радиоастрономии н других областях.

Необходимо отиетить, что центральное из сто в задачах контроля и анализа распространения радиоволн в ионосфере занинЕЬТ численные иетода. Многие успехи в области ионосферных исследований оказались возыохныии благодаря появлении Сыстродействукцих электронно-вычислительных нашш. Только за счет использования ЭЕУ реальны достигнутые в настоящее Ереия строгость, точность и детальность расчетов.

Это особое положение радиофизических методов, снабженных цосцалх численкьы аппаратом, как в физике ионосферных исследоЕЗ!!ий, так и в задачах распространения радиоволн и определяет актуальность шЗрошгсй теш.

Цель работы. Цели настоящих исследований состоят в следукце^:

2. На основе члененного моделирования провести анализ условий радиосвязи в КВ и УКВ диапазонах для трехмерной неоднородной анизотропной иоглоцакдей ионосферной плазш при налички искуствениых возиущений.

2. Исследовать прогностические возисгкости числешшх моделей возцуцекной ионосферы. Для этого провести расчеты параметров КВ а УКВ сигналов для моделей ионосферной плазиы

при наличии искусствешшх вознущений и срашмть результата с экспер;шента.льны1ш дашшии.

3. Решить задата определения структуру пространственной фокусировки КВ в ионосфере Зеыли я диагностики крупнснасстабнцх ■ ионосферных неоднородностей по известной структуре аиплитуднцх профилей сигналов возвратно-наклонного зондирования (ЕНЗ).

Для достижения цели исследований ш г. тайне в данной работе Соло уделено треп следукции аспектаы. Во-первых, выбору иоделп зсинсй ионосферу, ¡ше вдену вагное значение для цногих задач (особенно в теоретических исследованиях), еклбчэя расчет лучевых путей радиоволн, фазовых и групповых путей, поляризации, поглощения и аипдитуды радиоволн при распространении электромагнитных волн в ионосферной плазие. Отдельно рассмотрены различные Еознуцешше условия земной

Чк

ионосферу и определены численные алгоритмы для проведения необходимых расчетов. Во вторых, методам расчета лучевых траектория КВ в ионосфере, таг. как в данной работе аппарат математического моделирования строился на формулах гоометрооптического (ГО) приблстения и канонического оператора Маслсьа (КОМ) в областях фокусировки. В-третьих, комплексному использовании чнслеших методов радиозондирования ионосферы, таких как вертикальное (ВЗ), наклоннее (ИЗ), возвратно-наклонное (ЕНЗ) зондирование.

Каздай из перечисленных цетодов зондирования, обладая известными преимуществами, не является универсальным. ВЗ ионосферы - ионное средство, позволяющее получить оперативно основные да1шые о структуре юаней часта ионосферу до высоты ее главного макскиума 11^2. Но диагностика ионосфера с

поимцью этого метода ограшгчена привязкой станции зондирования, поэтоиу - получить информацию о состоянии ионосферной плазмы в некоторой области нежно только с пемодав сети назешшх станций. Часто и этого недостаточно, так как некоторые ионограмиы, особенно в высоких широтах, порой невозмозгно однозначно расшифровать, что связано, главнш образеи с диффузным характером отражений от ионосферу, обусловлешшм ее облачной структурой. Для диагностики внешней ионосферы наземные станции оказываются непригодными, и приходится иметь дело с ионозондаии, установленными на ИСЗ или ракетах.

Расчеты 113 и ВНЗ предполагай1 достаточно точное задаше параметров ионосферной плазмы на трассе зондирования, в то время как многочисленные теоретические модели ионосферы Зеили позволяют получить в основной только качественные результаты и оценки. Эту трудность мохно преодолеть, одновременно используя преимущества всех трех перечисленных методов радаозовдфозакия, что неоднократно применялось в диссертационной работе при получении результатов численного моделирования. Например, обработка монограмм, получешшх с помощью ВЗ, использовалась при зада1ши параметров иотсферы на трассах 113 и ВНЗ, алгоритмы числешюго моделирования 113 ионосферы в большинстве своем нашш применение в математической модели формирования сигнала ВНЗ и т.п.

Таким образом, удачное сочетание численных моделей различных методов радиозондирования ионосфер;, алгоритмизированный математический аппарат (ГО и КОМ), позвол>ааций расчитывать характеристики радиосигналов в сильно неоднородной ионосферной плазме, а такге подходящий

выбор модели, задзпг(ей пзраиетры ионосферы и допусгапг^З простую их корректировку для анализа сложных возмуцеппа* условий, - все это обусловило достижение поставленных деле!? настоящих исследований.

Нзучная новизна и практическая ценность данной работа заключается в сл едущих основных пунктах:

1. На основе численного кодглирсвзгаш выработана практические рекомендации по осуществлению радиосвязи на коротких и среджх трассах КЕ и УКВ диапазонов в слсжшх

У СЛСЖ^ЛХ • 2Н2Л113 Ч1*СЛ5Г

результатов и зксяериментзльшх данных.

2. Получе1ш и проанализированы числегагпе результата о задачах НЗ и Е!!3 с Одновременным учетси нетрадиционно большого количества факторов, определящих ионосферное распростране;п!е радиоволн (трехиерпость, анизотропия, поглощение, исносферше Еозмуцения ц другие).

3. На основе результатов, полученных для ззд~ч ИЗ, рззработвна методика численных исследований ВНЗ ионосфера. Решен ряд прикладных задач, в той числе диагностика крупнсцасштабккх ионосферных неоднородностей и определение пространственной фокусировки радиоволн на высотах

ттлтл^иотю очтптпплп юитптпошл'гт па г"т*1"»тгт?*ртта о» зтттттгтнт ггтп 1"»

ЧУИЛ Ии||1иЬ им j и«11< * у ¿у шп

профилей сигналов ВНЗ. Численные результата находятся в соответствии с экспериментальтам дппнш."/..

4. Исследована численная модель ионосфера Земли с дополнительный;! источгажаии ионизации. !,?одель является универсальной по отношению к заданий параметров кеЕсзиуценной ионосферы. Получипа оценки относительно

7ТТ»-ОТП/ОГ»'РТГТТО ГЧ/ТГТ Т>г\ПЛ1/Л*гТГГ\П'Т*П\7 ЦОГПГО^

5. Разработан комплекс алгоритмов и программ расчета параметров теоретических к эмпирических моделей ионосфера, радиотрасс К8 и УКВ сигналов ВЗ, НЗ, ВНЗ как в спокойных, так и в слогных Есзмущггамх условиях. На основе расчетов сделаны вывода по: 1) эффективности численного моделирования распространения КВ в различных геофизических условиях для различных радиофизических методов зондирования ионосферы; 2) применении двумершх кубических (С2) сплайнов в задачах распространения радиоволн; 3) оптимизвщы соотношения точности и быстродействия расчетов; 4) использовать комплекса в реальных прикладных задачах прогностического характера.

6. Разработана методика многоцелевого использовшия программы дв умзркых С3 сплайнов в задачах численного моделирования распространения КВ (УКВ) сигналов в ионосфере. Одновременно достигается: универсальность задания параметров ионосферы (табличное, аналитическое, численное, комбинированное и другие); возмогность простого решения трехмерной задачи с учетом анизотропии и поглощения; значительное увеличение (на порядок и более) быстродействия головней программы расчета лучевых траекторий; удобство для работа с комплексом программ.

На заду.ту выносятся:

1. Результата исследования и численные методы прогнозирования условий КВ (УКВ) радиосвязи в трехмерной неоднородной анизотропной поглещзкцей ионосферной плазме при наличии искуственных возмущений.

2. Результата исследования прогностических возможностей

численных иоделей возиущешюЯ ионосферы с учетом зксг.еринентальных данных

3. .Метод диагностики крупноиаситиОних ионосферных неоднородностей по известной структуре амплитудных профилей сигналов ЕНЗ на основе численного расчета структуры пространственной фокусировки КП п ионосфере Земли.

ЛпроОацил результатов. Основные результаты I! выводы, приведенные в диссертации, докладывались и сбсуздались на:

_ М^^ХЕ^^С^О»'!^!»'101» С "ИсМ'СС^^рЛСЭ р2 СПрССТрЯНС —

мне декаыетрсвых радиоволн" (апрель, 1968, Мурааиск);

- XIV Научной конференции ыолодых уче:а:х и специалистов НУГА (апрель, 1989, Долгопрудный);

- VI ВсессЕзноц совеца!п;и "Специальные вопроси физики ионосферы и распространения радиоволн'' (иэй, 1989, Горький);

- 44-я Всесоюзной надшей сессии ШГГСРЭС иц.А.С.Попова, посвященной Днв Радио (пай, 1939, Москва);

- Всесоюзной научном семинаре "Распространение радиоволн в ионосфере (аинь, 1989, Калининград);

- XXXV научной конференции МФТИ (ноябрь, 1990,

ТТп (т/мттмиттл тЛ \

'Г3 / •

Публикации по теые. Основные результаты диссертации опубликованы в 4 работах.

Структура и объеи раОоты. Диссертация состоит из

введения, четырех глав, заключения и трех приложений,

содержи страниц текста, -3<9 рисунков. Список использованной литературы вклвчает 56 наименований.

РЛЕСЖЫ

Во введешш обоснована .актуальность работы, указаны основные .дели дассцргащщ, йкшаыя и практическая ценность получении^ результатов., кратко изложено содержание глав диссертациошой .работе..

В первой главе дай 1фаткнД анализ некоторых существукдих радиофизических моделей певозиуцешюй ионосферы Земли, описана используемая в работе долуэмпирическая модель Б.К.Чинга и Е.Т.Чву, приведены «ргумеяти в пользу выбора именно этс.1 модели для числедишх расчетов. Распределение плотности электронов в 1шшй ¡ионосфера, расчитывалось с использованием численной подели <с.ссд В. Сравнение параметров ионосферной плазш в различна неделях а пр;: разит гео]1!зическнх условиях осуществлялось с по^ощьо програлал! построения лиж!Л равного уров.чд здеитрошюа концеитрп^ш. Описана реализованная в численшг алгоритмах проскя полу змгшриче екая модель г» и ц-.отсрсЗ параметры

нейтральной атмосферы, а гакте электронная и ионная температуры расчитывались а рамках единой геофизической модели (эмпирическая дпффузиозиая модель &екиа). Дан краткий анализ некоторых известных в настоящее время неоднородностей ионосферы. Проведен обзор по численный иоделяа ¡фуштаевтебнше неоднородаостеа. Описана и реализована и ъаслецных алгоритмах модель ионосферы с дополнительиши источниками вошзации, изложена иетоднка построения, ероаналмзировияа динамика рвьвакля возаущелия с сравнении с кзвоз^уцеиай» случаем нра разяатаа. реляо- а геофазач&скаа редизшах.

Во второй глава описана используемая методика расчета распространения КВ (УКВ) сигналов в ионосфере. Дан анализ лучевого приближения при моделировании ионосферного распространения КВ.

Математический аппарат, применяемый здесь в исследованиях, базируется на следупцих положениях. Волповое поле в регулярно-неоднородной среде описывается системой линейных диффереш£иа.1ышх уравнений:

кЗ.л-'в/б^оф-о, (1)

Здесь Л»! - большой параметр задачи, зависящий от отношения характерного пространственного (или временного) маслтабв неоднородности среды к длине волш; - пространственно-

временные координаты, от которых зависит искомое рекенпе и(ч); £ - линейный дифференциальный матричный оператор, зависящий от Л та кип образом, что при каадой производной 3/вц± имеется малый параметр 1/Л. В общем случае:

- т

Ь= Е »«(Ч)--(2)

I ? I =о (Шд1)'п(Шч2)Р2...(Шчп)1,п

Матричные коэффициенты а-(^)еС"(Пп), $=(р,, Р2,...,РП) -ыультииндекс (целочисленный вектор с неотрицательгева составляющими р , ¡$!=£Р ). В задачах распространения волп оператором Ь является обычно либо оператор Гельмгольца, волновой оператор, либо оператор системы уравнений Максвелла; параметр 1/Л при этой имеет вид: Л/А.в0,

к„„/к, где V,', к - характерный частота, длина воли к волновой вектор исследуемого волнового процесса, а у/,„, Ло,,

к,с - соответствующие величины, отражающие свойства среда, условия излучения (например: модуляция, диаграмма направленности и т.п.).

Замена в (2) операторов дифференцирования в/1АЦу 3=1,2....,п на р^, получим цатрицу-функцию

Н(сЬ?)= (3)

|?|=о

которая называется символом оператора I. Собственные

числа этой матрицы (II,). отвечающие различный типам

распространения волновых иод, определяет систему лучевых уравнений - бихарактеристики сисеии (1):

йЗ/йа=о,5ан/бр

<4>

Ир/й^-О.бзЯ/бс}

В физической литературе в случае, когда задача сведена к скалярной, функция (3) называется также функцией Гамильтона. В ГО приближении решение исходной системы (1) имеет шд:

Щ^)=еА|Л|"1/гехр(1ЛЗ)=2 е.А1|Л|-,/2ехр(Ш), и) 1 1

где Й - вектор поляризации, А - амплитудный множитель, определяемый условиями излучения волны; 3 - якобиан решений Оихарь-теристической системы (4):

Л йег|с)(¿})/3(а,1)|, (6)

Б - фаза волны вдоль луча (эйконал), определяемая следующий выражением:

З^Г(р,с13)=/ 2 р йч (7)

- к-1 ' . • Ч. Ч,

Недостатком лучевой модели является невозможность расчета поля в областях фокусировка (каустик). В этой случае якобиан J стремитсяк нулю, амплитуда поля в ГО приблихеши неограниченно растет и реаенпе теряет физический смисл.

Для расчета полей в таких зонах используется метод КМ. Основой для него такхе являются реяег'л системы (4). Алгоритм построения ас1шптотического реиения в виде КОМ сводится к следующим пунктам:

1. По задашюй исходной системе диффсрешшальшх (или лсевдодафференциалышх) уравнений • определяется матрица символа оператора, ее собственные векторы и. собственные числа - гамильтонианы.

2. Для кахдого гамильтетшана с помощью системы ОДУ (4) расчитываются бихарактеристики, т.е. определяются функции р(т,а), ч(т:,а); находятся лучи, проекции бихарактеристик на ко181игурацио1шое пространство и огибап^ие семейства лучей -каустики.

3. Вне окрестности каустик строится'лучгпое решение (5).

4. В окрестности каустик ьыбирается такая система

смешанных координат подпространства IV"', и которой проекции

бихарактеристик не пересекаются и не образуют каустик. Для

того, чтобы провести выбор таких (канонических) координат

достаточно в пространстве Г(}> определить направления, по

которым "схлопывается" лучевая трубка или, что тоже самое,

"к

вырождается матрица Якоби J, и ззмешгть соответствующие компоненты пространственного вектора с} на импульсные.

5. Асимптотические решения задачи строятся в виде:

0(д)=(1Л/21)1/ге1й .

. 1 еЛ|ЛГ,/гехр{1Л<3 + £ р ч »ар ...йр

6. Введением индекса Маслова сшвввтся решения с различной формой записи (с точность!) О(1 /А)).

Тагаш образом, математический аппарат, основашшй на рассмстрешии вше асимптотически! методах позволяет, во-первых, снести описание волнового поля в регулярно-неоднородной среде (изотропной или ыагнитоактивной плазме) к Сихарзктеристической системе (4), и, во-вторых, определить дифракционные поля в зоне каустик.

В третьей главе описаны числешше алгоритмы. Сделан акцент на удобстве задвния необходимых исходных параметров (как для теоретических моделей, так и для экспериментальных данных), универсализации по отношению к комплексным или многоцелевым задачам, на оптимальной взаимосвязи таких факторов, как способы задания ионосферы, точность расчетов, метод расчетов, быстродействие. В этой связи особая роль в задачах распространения радиоволн отводится методу сплайн-аппроксимации, который описан в превон разделе.

Во втором разделе представлены численные алгоритмы для определения величины магнитного поля Земли (Н), влияние которого не распространение КВ учитывается в дипольнса приближении, т.е. используется следующая модель:

!ЬН„ (Нв/Н)3(1+Зз1пгФ)1/г,

О)

Г2Г,э в0- ргх??£ Зенгл., 3 - расстояние от центра; 'Зеили до данной точки, величина .излитного лолл ез теомапштнои

экваторе, Ф - магнитная сирота.,

В третьем разделе -подробно представлена а виде блок-схе^и и численных алгоритлаз -организация прогрс.?".; расчет.? лучевых параметров КВ радаосюталов..

рассмотрена б четвертей разделе третьей главы. Теоретичен:! анализ услои-.-З распространения и рассешшл КВ на трассах 12.':3 позволяет расчленить задачу о численном моде.таровантгч характерист:-: сигнала на следувдие:

а) расчет селгействз лучевых траекторий па звдпшюЗ трассе зонд^рспггмя.;

б) расле? ослабления сигналя на трассе зондирования; п) расчет риссеглия соли поверхностью йешш;

г) расчет параметров приниыаеысго сигнала 1!Ш. Для иощностя принимаемого сигнала в предполохеты, что передавая л гриеиняя антенны совмещены позшрлогаю, а цокосферь сгсисго неоднородная, выводится следующая рабочая фор^гаг

-о Р, ._<*23НГ01)Л0

173000^10 - А^Х

0„ (а, ,а_,1> ) ,фв)——-—^—1 з1ла,й зИПЙ/!^) 110)

4х

ЙН

(9а

сода,(<П /да )6. _ сП а - -1 ггрГ°

Здесь ф0=ф3> ао, а3 - соответственно азимутальные и

ррмеинуя, а^а, - углы прихода ка Зеала м отрякенил от

поверхности Земли, Р„ - мощность источника, D - диаграмма направленности антенны, wQ1, - затухание в пряной и

обратной направлениях, Л^^, - эффективная поверхность приемной антенны, сс - козффнциент рзссея:кя, Р., - радиус Земли, t - групповое вреця распространения, Т0 длительность сигнала.

В первой разделе четвертой главы проводится оценка достоверности расчетов, осуществляемых с '..спользоваюшм численной подели формирования сигнала E!i3, основшшой на формуле (10). Проведенный числишый анализ показывает, что исследуемая математическая модель формирования сигнала ВИЗ находится в соответствии с зкспериыенталышми дашшми и ыгсет быть использована в задачах прогностического характера. Кроме того, с помощью расчетных амплитудных профилей по экспериментальным ионограммаи ВНЗ могло определить некоторые неизвестные характеристики, зная другие известные параметры системы зондирования. К ним относятся диаграмма и угол возвышения приемной (передающей) антешш, потенциал станции, рассеиЕпщие свойства земной поверхности, поглощение в ионосфере.

Во втором разделе исследованы особенности амплитудных профилей сигналов ВНЗ, обусловленных наличием

пространственных фокусировок (каустик) на трассе зондирования, а такзе проведен анализ механизмов формирования сигнала ВНЗ, объяснявших проявление аффектов фокусировки в профиле сигнала в зависимости от изменения таких параметров зондирующей станции, как ыирипа и угол возвышения главного лепестка диаграммы направленности, рабочей частоты. Структура областей фокусировок определяется шюгаш параметрами: пространственным распределением

электронной плотности 1!е(г) и эффективной частоты столкновений электронов рабочей частотой станции ЕНЗ,

диаграммой направленности антегаш, ориентацией трассы относительно магнитного мередиана и т.п. Поэтому возможность регистрации тип а фонус;фовкя радиоволн (а следовательно н определение возмояюго выигрыша в энергетике) на трассе зопддфования непосредствешю по характеру сигнала ЕНЗ не только позволяет оптимизировать выбор частоты зондирования в реалыгых геофизических условиях, но п дзет дополнительную информацию о трассе зондирования.

Проведенное численное исследование показывает, что детальное изучение структуры сигналов В1СЗ позволяет определить тип пространственной фокуифовгм радиоволн не тольг.о у земной поверхности, но н на высотах прохо^дегаш сигналов зондирования. Путем варьирования параметров сташцт ВИЗ на фиксированной частоте могло провести пространстЕешюе сканирование трассы и определить геометрию областей Фокус.фовок. Это дзет доползительцув информации об условиях распространен« КЗ.

Третий раздел посвящен численному исследованию возмояностей определения параметров крупномасштабных локэлкзсвагншлх ионосферных неоднородностей по фор-е сигналов ЕНЗ. Здесь рассмотрен вопрос о восстановлении в рая::31 заданной модели структуры ионосферной неоднородности на трассе ВНЗ по характеристикам проходящего через нее сигнала на основе численного моделирования.

По результатам численного моделирования сделаны следующие выводы:

1 } нлил/чТюптп.?о ол'СИпгптйш/о о ту? та 1лптгпи'«/ол»тглоЛт1У

неоднороднсстеЯ вкостя существенные изменегая в структуру

сигнала ЕНЗ;

2) степень влияния неоднородности на сигнал ВИЗ сильно зависит от частоты, на* которой проводится зондирование;

3) по данным ЕШ мохно определить местоположение, размеры, степень возмущения, если параметр возмущения составляет 30% и более относительно невозмущенной электронной концентрации в области существенной рефракции зондирующего пучка;

4) численное моделирование позволяет осуществить контроль параметров неоднородности как с увеличешюй, так и с уменьшенной электронной концентрацией, ютя в последнем случае- сгптзл ЕЧЗ имеет значительно более слоднуо структуру;

5> экспериментально наблцдземые возмущения профиля сигнала цсгут быть вдектифицирсЕсш лишь при проведетм поллого' коделирования условий распространения радиоволн на трассе зондирования.

ЕЬследования вариаций характеристик - 1СВ радиосигналов при изменении параметров возмущенной ионосферы проведены в четвертей разделе. Сделаны оценки дисперсии параметров КБ сигналов на задашюй трассе для различных механизмов ионосферного распространения радиоволн.

В пятом разделе результаты численного моделирования БЗ возмущенной ионосферы сравнивались с эксперимента льшми данными. Для этого численно исследован суточный ход величины электронной концентрации на высотах отражения сигнала для фиксированной частоты в слое Е над станцией ВЗ вблизи Красчерчэ (Австралия) до и после высотного взрыва над о.Дяонстон, расположенном на расстоянии около 6000 км от ионосферной станции. Эксперимент проведен в 1962 году. Отмечено качественное соответствие суточных вариаций

экспериментальных а расчетных значений плотности электронной концентрации. После возыучения ионосферы наблюдается резкое снижение высота отражения радиосигнала на 8 ки. Затеи, в течение нескольких суток значения алектрогаюй концентрации выравниваются до величин, соответствующих невозцущешюцу случав и их вариации, Еызвашше взривои, ужа не превышают нескольких процентов. Кроне того, в ходе расчетов по известной из эксперимента суточной зависимости отражения радиосигнала (фиксированной частоты от слоя Е возмуцешюй ионосферы, проведена корректировка числа Вол14>а для рассматриваемых геофизических условий.

Шестой раздел посвящен численному исследованию условий радиосвязи в KS и УКВ диапазонах в возмущенной ионосфере Зеили. Дан анализ численных результатов в сравнении с экспериментальными исследованиями на нлклошюй трассе Гонолулу-Токио (около 6 тис.ки.). На основе расчетоз Еыработвны практические рекомендации по осуществлению радиосвязи на коротких и средних трассах в сложных возмущеших условиях.

В заключении сформулированы результаты диссертационной работа:

1. Выполнен комплекс исследований характеристик линий IIB (У1{В) радиосвязи в условиях крупномасштабных ионосферных возмущений. Получены параметры зон приема КБ сигналов заданного . уровня на наклонных трассах в различных геофи-шческнх условиях и взаиморасположениях источников возмущений относительно трассы связи. Проведены отдельные

naouron.ll II U «imOPPDY WJ PQ тг Ш1г-1 кпаг Г>П0ПП0Ш10 !ШРВОШЯ1Т

t""' ' ^ 1 .. AJiuVjOUA 1Ч—I р 1Л1 u t.Uf ^.U« UJ'UUHblUUl 1.IU Jll.lilLIlb

результатов с имеющимися экспериментальными дагапши.

- ад .2. Исследована интерференционная и дифракционная структура поля на сложных (возмущенных) ионосферных трассах.

3. Реализованы численные иодели глобально возмущенной земной ионосферы, учитывающие как регулярные геофизические факторы, так и влияние различных источников возмущений естественного и искусственного происхождения.

4. Проведен комплекс исследований влияния локализованных неоднородностей ионосферы на сигналы ВИЗ. Численно определен возможности метода ВИЗ для диагностики неоднородностей. Получены вариации откликов ВИЗ на неоднородности различных типов в зависимости от их расположения относительно станции зондирования. Показана адекватность математической иодели физике процессов, определяющих структуру сигнала ВИЗ.

5. Исследовано влияние пространственной фокусировки радиоволн на структуру амплитудных профилей сигналов ВИЗ. Численно решена обратная задача определения структуры каустик по известным ВНЗ-профнлям.

6. Создан пакет прикладных програка для решения прогностических и диагностических задач распространения КВ в ионосфере на трассах ИЗ, ВЗ и ВИЗ.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Дубровский K.M., Платов Е.Б., Палкин Е.А. Анализ возможностей исследования ионосферных неоднородностей методом ВИЗ. (Тез. докладов, Москва, 1989 г.). М.: Радио и связь, 1989.

2. Дубровский K.M., Платов Е.Б., Пелкин Е.А., Школьников В.А. Исследовошш влияния крупномасштабных-неоднородно-