Исследование эффектов и определение параметров тонкой структуры ионосферы при наклонном распространении коротких радиоволн

Жженых, Анатолий Александрович

Исследование эффектов и определение параметров тонкой структуры ионосферы при наклонном распространении коротких радиоволн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Жженых, Анатолий Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Иркутск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование эффектов и определение параметров тонкой структуры ионосферы при наклонном распространении коротких радиоволн»

Автореферат диссертации на тему "Исследование эффектов и определение параметров тонкой структуры ионосферы при наклонном распространении коротких радиоволн"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 621.371

ЖЖЕНЫХ Анатолий Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ИОНОСФЕРЫ ПРИ НАКЛОННОМ РАСПРОСТРАНЕНИИ КОРОТКИХ РАДИОВОЛН

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ИРКУТСК- 2004

Работа выполнена в Иркутском государственном университете

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Н.Т. Афанасьев Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Ю.Л. Ломухин кандидат физико-математических наук Н.В. Ильин

Ведущая организация:

Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской Академии Наук (ИЗМИРАН, г. Троицк Московской области)

Защита состоится «Ой» 2004 года

на заседании специализированного совета Д 212.074.04 при Иркутском государственном университете по адресу: 664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина 20

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского государственного университета

Автореферат разослан

2004 года

Ученый секретарь совета кандидат физико-математических наук, доцент

Б. В. Мангазеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Ионосфера Земли на фоне крупномасштабной регулярной неоднородности в форме слоев ионизации D, E, F1 и F2 обладает случайно изменчивой тонкой структурой с масштабами метры-десятки. километров, которая приводит при распространении радиоволн к флуктуациям- параметров радиосигнала и искажениям пространственно-временной структуры волнового поля. Особенно сильное влияние случайные неоднородности ионосферы оказывают на распространении радиоволн коротковолнового и ультракоротковолнового

(УКВ) диапазонов. Развитие ^ средств связи, а также сложных ^ комплексов диагностики ионосферы, требует разработки методов учета влияния случайных ионосферных неоднородностей на характеристики радиосигнала в целях оптимизации работы и повышения точностных возможностей этих устройств. С другой стороны, изменения параметров радиоволн, вызванные случайными неоднородностями, могут быть использованы, при диагностике тонкой неоднородной структуры ионосферы.

Учет случайных неоднородностей ионосферы при распространении радиоволн является достаточно сложной задачей. Ввиду невозможности определения точного решения волнового уравнения со случайной функцией диэлектрической проницаемости, сейчас, в основном, применяются приближенные методы описания распространения радиоволн в случайно-неоднородной среде, которые имеют свои достоинства и недостатки. Численные методы имитационного моделирования обладают достаточной универсальностью, но при этом требуют больших вычислительных ресурсов и не всегда дают возможность сделать предварительную оценку предполагаемых результатов. Асимптотические методы (методы возмущений, борновское приближение, метод интерференционного интеграла, метод параболического уравнения, методы Маслова и Кирхгофа, метод фазового экрана и др.) позволяют получить интегральные выражения для различных характеристик радиоволн с учетом случайных пеоднородностсй среды распространения, но при этом имеют ограничения применимости и могут быть сведены к аналитическому виду только в очень редких случаях (в основном, для простейших моделей среды). Таким образом, представляется перспективной разработка комбинированных, методов расчета характеристик радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере, совмещающих в себе преимущества как численных, так и асимптотических методов.

Исследованиям эффектов, связанных с наклонным распространением коротких радиоволн в ионосфере со случайными неоднородностями, было посвящено много работ. Значительным шагом на пути решения проблемы описания влияния случайных ионосферных неоднородностей на распространение ^ явились теоретические и экспериментальные исследования, проведенные под руководством В.Д. Гусева и Л.М. Ерухимова. Вместе с тем, ввиду большого разнообразия ионосферных неоднородностей и вызываемых ими эффектов, изучение влияния случайно-неоднородной структуры ионосферы на наклонное распространение радиоволн остается актуальным и по сей день. В частности, большой интерес представляет на

НУС НА!

библиотека | з СПстсрб; О» Л»

%т

структуру радиосигнала на наклонных трассах не только в освещенной зоне, где применимо приближение геометрической оптики (ГО), но и на частотах, близких к классической максимально-применимой частоте (МПЧ) и выше, вплоть до максимально-наблюдаемых частот (МНЧ), где использование ГО становится некорректным.

В связи с тем, что случайные неоднородности электронной концентрации ионосферы наибольшее влияние оказывают на распространение ^ и УКВ, применение этих диапазонов при диагностике тонкой структуры ионосферы представляется наиболее эффективным. В настоящее время, в основном, в этих целях используется вертикальное зондирование, например, посредством радаров некогерентного рассеяния и ионозондов. Также имели место эксперименты по диагностике неоднородной структуры ионосферы с использованием трансионосферного, наклонного и возвратно-наклонного зондирования. Однако, большинство применяемых методов диагностики ионосферных неоднородностей, как правило, требует дорогостоящего и сложного оборудования. Таким образом, представляет интерес разработка новых методов диагностики случайно-неоднородной структуры ионосферы на трассах наклонного зондирования с использованием простых радиотехнических средств.

Цель работы.

Разработать численно-асимптотический метод расчета статистических характеристик коротких радиоволн при наклонном распространении в ионосфере со сложной формой регулярного профиля электронной концентрации и случайно-неоднородной тонкой структурой.

Исследовать, с помощью разработанного метода, влияние параметров принятых моделей случайных неоднородностей на статистические характеристики радиоволн на наклонных ионосферных трассах.

На основе численно-асимптотического метода и с учетом выявленных эффектов неоднородностей, разработать методики восстановления радиофизических параметров случайных неоднородностей ионосферы по статистическим характеристикам радиоволн на наклонных трассах.

Научная новизна.

1. Предложен новый численно-асимптотический метод, позволяющий рассчитывать статистические характеристики коротких радиоволн на наклонных ионосферных трассах в широком диапазоне рабочих частот, включая окрестность МПЧ. При этом разработанный метод позволяет задавать сложные профили электронной концентрации ионосферы, а также произвольную ориентацию и локализацию случайных ионосферных неоднородностей в пространстве.

2. Получены простые функциональные зависимости статистических характеристик радиоволн на наклонных трассах от параметров случайных неоднородностей. Выявлены условия, при которых возмущения характеристик радиоволн, наклонно распространяющихся в ионосфере, максимальны.

3. Впервые разработаны методики определения радиофизических параметров неоднородностей по статистическим характеристикам радиоволн в широком диапазоне рабочих частот (на частотах ниже, выше и в окрестности

классической МПЧ) с учетом сложной формы регулярного профиля электронной концентрации.

Научная и практическая ценность работы.

1. Учет влияния случайных неоднородностей ионосферы на характеристики радиосигнала предложенным методом может быть использован для оптимизации работы различных радиотехнических устройств, работающих в ^ и УКВ диапазонах.

2. Информация об обнаруженных областях существенного влияния неоднородностей на параметры радиоволн может быть использована в целях диагностики в экспериментах по искусственной модификации ионосферы.

3. Предложенные методики диагностики радиофизических параметров случайных неоднородностей ионосферы могут быть использованы для определения и прогноза случайной изменчивости ионосферы в радиоастрономических исследованиях, трансионосферных радиофизических экспериментах и в системах спутниковой связи.

4. Методики восстановления параметров корреляционного эллипсоида случайных неоднородностей ионосферы по статистическим характеристикам радиоволн могут быть использованы как при прогнозе ионосферной обстановки по реперной трассе, так и при геофизической диагностике ионосферы.

5. Разработанный метод расчета статистических характеристик радиоволн может быть легко дополнен, в зависимости от решаемых научных и практических задач, соотношениями для определения других статистических характеристик радиоволн, например, таких как дисперсия доплеровского смещения частоты, функции взаимной корреляции параметров радиоволн и т.д.

Защищаемые положения.

1. Разработанный метод расчета статистических характеристик коротких радиоволн на трассах наклонного зондирования, основанный на сопряжении численных и асимптотических методов, а также моделей регулярной ионосферы и флуктуации электронной концентрации, позволяет описать структуру поля коротких радиоволн в максимально приближенных к реальным геофизических условиях.

2. Выполненное моделирование влияния случайных неоднородностей электронной концентрации на характеристики радиоволн на наклонной радиотрассе позволяет выявить основные факторы, связанные с неоднородностями, вызывающие наибольшее искажение волнового поля, такие как увеличение интенсивности неоднородностей и их вытянутости вдоль траектории в плоскости распространения луча, а также локализация неоднородностей в областях с наименьшей плотностью волнового поля.

3. Разработанные методики обращения результатов численно-асимптотического моделирования статистических характеристик коротких радиоволн при наклонном распространении на рабочих частотах, включая максимально-применимые частоты радиотрасс, позволяют восстанавливать радиофизические параметры случайных ионосферных неоднородностей в различных геофизических условиях.

Личный вклад автора.

Основные результаты работы получены, в основном, лично самим автором, либо при его непосредственном участии. Автором было предложено и выполнено сопряжение численных и асимптотических методов, произвольных моделей ионосферы в единый метод расчета статистических характеристик радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере со сложной формой регулярного профиля электронной концентрации, а также выполнена программная реализация разработанных алгоритмов расчета. Автором проведено математическое моделирование статистических характеристик коротких радиоволн, анализ полученных результатов и их сравнение с экспериментальными данными, полученными другими авторами, а также разработаны методики диагностики радиофизических параметров случайных ионосферных неоднородностей.

Апробация работы.

Основные результаты и выводы работы докладывались и обсуждались на: Первой международной научно-практической конференции "Информационные технологии и радиосети-96" (Омск, 1996 г.); Международном симпозиуме "Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики" (Томск, 1996 г.); Российской научно-технической конференции по дифракции и распространению радиоволн (Улан-Удэ, 1996 г.); XVHI-XX Всероссийских конференциях по распространению радиоволн (Санкт-Петербург, 1996 г.; Казань, 1999 г.; Н.Новгород, 2002 г.); LII Научной Сессии, посвященной Дню Радио (Москва, 1997 г.); Международном симпозиуме URSI по электромагнитной теории (Салоники, Греция, 1998 г.); XI Всероссийской школе-конференции по дифракции и распространению волн (Москва, 1998 г.); Конференции "Физика ионосферы и атмосферы Земли" (Иркутск, 1998 г.); Научной сессии молодых ученых Тео- и гелиофизические исследования" (Иркутск, 1998 г.); Третьем международном симпозиуме "Сибконверс" (Томск, 1999 г.); VIII международном симпозиуме "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics" (Иркутск, 2001); XXVI, XXVII Генеральных ассамблеях международного радиосоюза URSI (Торонто, Канада, 1999 г.; Маастрихт, Нидерланды, 2002 г.); семинарах кафедры радиофизики Иркутского государственного университета и лаборатории распространения радиоволн НИИПФ ИГУ.

Публикации.

Результаты диссертации опубликованы в 23 научных работах в российских и зарубежных изданиях, в журналах "Геомагнетизм и аэрономия", "Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics", "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца", а также в трудах и сборниках докладов международных и российских научных конференций.

Результаты работы реализованы:

При выполнении госбюджетной тематики лаборатории распространения радиоволн НИИПФ ИГУ; По гранту Минобразования РФ № Е02-3.5-197; По гранту поддержки ведущих научных школ РФ № НШ-272.2003.5; Материалы диссертации используются в учебном процессе ИГУ по специальности "Радиофизика и

электроника" в курсах "Излучение и распространение радиоволн" и "Радиофизический мониторинг".

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего 149 наименований. Общий объем диссертации 159 страниц, включая 35 рисунков и 14 страниц списка литературы.

Краткое содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность исследований, формулируются цели, научная новизна и научно-практическая - ценность работы. Перечислены положения, выносимые на защиту. Приводится краткое содержание работы.

Первая глава посвящена разработке численно-асимптотического метода расчета статистических характеристик коротких радиоволн при наклонном распространении в ионосфере со случайными неоднородностями и сложной формой профиля электронной концентрации.

В п. 1.1 рассмотрено приближение геометрической оптики. Кратко описано решение уравнения' эйконала методом характеристик. Приведены лучевые уравнения в сферической системе координат. Рассмотрены 1раницы применимости геометрооптического приближения.

В п. 1.2 с помощью асимптотических методов выведены выражения для ряда статистических характеристик коротких радиоволн, распространяющихся в ионосфере со случайными неоднородностями. Методом возмущений решены одноточечная и двухточечная траекторные задачи для определения вариаций азимутального и вертикального углов прихода и дальности распространения ионосферных радиоволн. В предположении гауссова вида однородной части корреляционной функции неоднородностей, сделан вывод асимптотических интегральных выражений для дисперсии азимутального и вертикального углов прихода радиоволны в пункте наблюдения для произвольной ориентации случайного поля неоднородностей относительно трассы:

где х, - дальность трассы; ЯЕ - радиус Земли; утл - начальный угол падения радиоволны на ионосферу; х - координата вдоль трассы; 10 - вертикальная

координата невозмущенного луча; £0 - регулярная составляющая диэлектрической проницаемости среды распространения; К, - неоднородная часть функции корреляции неоднородностей; - направляющие косинусы, задающие ориентацию системы координат, связанной с неоднородностями, относительно системы координат, связанной с трассой; 1г, 1у - масштабы (радиусы корреляции) неоднородностей в направлениях осей координат, связанных с неоднородностями; С,, С, 2 - функции, зависящие от масштабов и ориентации неоднородностей; Ж - функция, зависящая от параметров невозмущенной траектории.

Формута (2) для дисперсии вертикального угла прихода имеет особенность

на каустике, в окрестности которой член

ду/,

Чх.)

находящийся в знаменателе

(2), стремится к нулю. Избежать этой особенности удается, используя решение траекторной задачи на вариации вертикального угла прихода в одноточечной постановке. К тому же, одноточечная траекторная задача позволяет получить выражение для- дисперсии дальности распространения радиосигнала, которое может быть полезным при изучении проникновения волнового поля, рассеянного на неоднородностях ионосферы, в глубину зоны тени источника излучения. Итак, при распространении радиоволн на частотах, близких к МПЧ, для дисперсии вертикального угла прихода и дисперсии дальности распространения были получены следующие выражения:

где хт - дальность границы регулярной зоны тени; у/й - текущий угол рефракции в невозмущенной ионосфере.

В результате применения метода возмущений к уравнению эйконала, было получено выражение для дисперсии фазы радиоволны в пункте приема при произвольной ориентации неоднородностей относительно трассы:

(5)

где а - циклическая частота радиоволны, с — скорость света в свободном пространстве. Интегрирование в выражениях (1)-(5) проводится по невозмущенной траектории.

Далее приведен вывод асимптотического выражения для ослабления средней интенсивности волнового поля на частотах выше МПЧ в приближении метода интерференционного интеграла:

(6)

где х - дальность от источника излучения до наблюдателя, находящегося в регулярной зоне тени; дисперсия дальности а\ рассчитывается по формуле (4).

В п. 1.3 предложен метод сопряжения численных и асимптотических методов для расчета статистических характеристик радиоволн на наклонных ионосферных трассах. В расширенную систему лучевых уравнений для расчета невозмущенных траекторных характеристик и их производных по начальному параметру решаемую численным способом, включены асимптотические выражения для статистических характеристик радиоволн, полученные в п. 1.2 и записанные в следующем виде:

(7)

где индекс г указывает на конкретный статистический момент. Таким образом можно получать информацию о дисперсиях траекторных характеристик на всем протяжении траектории распространения радиосигнала, решая уравнения вида (7)

вместе с расширенной системой дифференциальных лучевых уравнений на

Ох

с1х

ск

В расширенную систему лучевых уравнений входит диэлектрическая проницаемость регулярной ионосферы £0(х,г0), а также её частные производные

р. Следовательно, на модели ионосферы, используемые при

решении лучевых уравнений, в области интегрирования накладывается требование непрерывности диэлектрической проницаемости и её первых и вторых производных по координатам.

В качестве можно брать любые аналитические функции. Также данный метод позволяет использовать различные глобальные модели ионосферы, например, такие как 1Ы и ПЭМИ, которые задают электронную концентрацию ионосферы в виде дискретных данных. Чтобы представить дискретные профили электронной концентрации в аналитическом виде, предложено использовать бикубическую сплайн-интерполяцию, которая не только хорошо интерполирует саму функцию, но и дает также непрерывные производные первого и второго порядка.

Согласно современным геофизическим представлениям, неоднородности ионосферы ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Предложенный метод позволяет задавать произвольную ориентацию случайного поля неоднородностей. Как один из вариантов реализации метода, в диссертации предложен алгоритм расчета коэффициентов содержащихся в выражениях для статистических характеристик радиоволн (1)-(5) и задающих ориентацию неоднородностей, в условиях, когда неоднородности вытянуты вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

В п. 1.4 сформулированы основные результаты первой главы.

Вторая глава посвящена исследованию влияния ионосферных неоднородностей на статистические характеристики радиоволн на наклонных трассах с помощью разработанного в первой главе численно-асимптотического метода.

В п.2.1 рассмотрены зависимости статистических траекторных характеристик коротких радиоволн на наклонной трассе от различных параметров трассы и неоднородностей, равномерно распределенных во всей толще ионосферы, т.е. когда неоднородная часть функции корреляции неоднородностей Л1 в формулах (1)-(5) имеет вид:

(8)

где - интенсивность флуктуации электронной концентрации.

V ЛГ )

В п.2.1.1 приведены количественные оценки изменений дисперсий траекторных характеристик в зависимости от интенсивности неоднородностей.

В и.2.1.2 исследуется влияние вытяиутостей неоднородностей в направлениях в системе координат, связанной с неоднородностями, и определяемых как

соответственно, на статистические характеристики радиоволн.

При этом система координат, связанная с неоднородностями, совпадала с системой координат, связанной с трассой. Т.е. в данной ситуации рх И ру можно считать

вытяиутостями в продольном и поперечном к трассе направлениях. На рис.1 приведены полученные зависимости среднеквадратичных отклонений (СКО)

траекторных характеристик <г, <7, Расчеты

проводились с использованием полуэмпирической модели ионосферы ИГУ (ПЭМИ) для трассы Новосибирск-Иркутск около 4:00 ЦТ 23.02.1987 г. Рабочая частота составляла 15.47 МГц. Вертикальный размер неоднородностей полагался 1г - 5 км, флуктуации электронной концентрации - V, = 0.1% (панель а на рис.1), у, = 5% (панели б и г), V, =1.25% (панель в). Видно, что статистические характеристики радиоволн имеют сильную зависимость от вытянутости неоднородностей в различных направлениях. Показано, что значения дисперсий траекторных характеристик растут с увеличением вытянутости неоднородностей вдоль траектории. Это связано с тем, что большее возмущение траекторных параметров под воздействием неоднородностей соответствует большему

Р,=-Г и Ру=-Г>

суммарному пути, пройденному лучом внутри неоднородностей. Также показано, что уменьшение поперечного к трассе размера неоднородностей ведет к большим градиентам в этой плоскости и, как следствие, к большим возмущениям азимутального угла прихода.

В п.2.1.3 исследуются эффекты пространственной ориентации корреляционного эллипсоида неоднородностей на статистические характеристики радиоволн на наклонной трассе. При произвольной ориентации неоднородностей относительно трассы зависимости статистических характеристик от вытянутостей рг и ру становятся достаточно сложными. В качестве примера, на рис.2 приведена

зависимость СКО азимутального угла прихода от вытянутостей неоднородиостей при их ориентации вдоль силовых линий магнитного поля Земли при v, = 1.25% и 1г = 5 км. Для расчета зависимости на рис.2 использовалась та же трасса, что и на

2 -2

Рис.2.

рис.1. Анализ зависимостей статистических характеристик радиоволн от угла поворота корреляционного эллипсоида неоднородностей в различных плоскостях вращения относительно трассы показал, что при произвольной ориентации неоднородностей решающую роль в поведении флуктуации углов прихода, фазы и дальности распространения играют параметры эллипса сечения корреляционного эллипсоида в плоскости трассы, а также значение поперечного сечения эллипсоида неоднородностей для флуктуации азимутального угла прихода.

В п.2.1.4 анализ зависимостей статистических характеристик радиоволн от положения наблюдателя в освещенной зоне источника излучения показал, что влияние неоднородностей на параметры радиоволн усиливается, когда траектория глубже проникает в ионосферу.

В п.2.2 рассмотрено влияние на статистические траекторные характеристики коротких радиоволн на наклонной трассе случайных неоднородностей, распределенных в ионосфере в виде локализованного облака, определяемого неоднородной частью функции корреляции неоднородностей следующим образом:

равномерном распределении неоднородностей в ионосфере, а экспоненциальная часть в (9) задает локализацию неоднородностей по трассе в виде гауссова эллипсоида. Х\ У, Z' - координаты, связанные с облаком неоднородностей; Х^уУ'^Х^ - координаты центра локализации облака неоднородностей; Ьх., Ьг и Ьг - пространственные масштабы облака в направлениях X', У' и Z'.

Представлены зависимости статистических характеристик радиоволн от размеров облака и его ориентации относительно трассы. Анализ полученных зависимостей показал, что увеличение отрезка траектории, на котором луч

(9)

где - неоднородная часть функции корреляции при

подвергается воздействию неоднородностей, ведет к росту флуктуации траекторных характеристик,

В п.23 исследованы эффекты, связанные с перемещением облака случайных неоднородностей по траектории, на рассеяние радиоволн. Получены зависимости-глубины "засветки" регулярной зоны тени от положения облака неоднородностей по трассе. Глубину "засветки" зоны тени< характеризует расстояние х10, которое определяется как расстояние от границы зоны тени, на котором ослабление средней интенсивности рассеянного на неоднородностях поля, вычисляемое по формуле (6), составляет 10 дБ. На рис.З(а) представлена зависимость расстояния хю от координаты хь центра локализации облака неоднородностей на траектории. Регулярная ионосфера задавались однослойной экспоненциальной моделью:

(10)

Рис.3.

где / - рабочая частота; - критическая частота слоя F2; гт/? - высота максимума ионизации слоя; у/~ полутолщина ионосферного слоя (расстояние, на котором £0 уменьшается в е раз).

Параметры невозмущешюй трассы с наблюдателем, находящимся на границе зоны тени, при вычислениях были следующими: угол выхода / = 30МГц, /сГ = 8.98МГц, х„=5114км, утГ=Х2км, гтР=Ъ09.5км. Облако неоднородностей было ориентировано вдоль трассы и имело следующие параметры: £,.=80 км, £,.=200 км, гь = 309.5 км; 1х=1г=\0км, АЫ/N = 05%. Хорошо видно, что существуют две области на трассе, в которых положение облака неоднородностей приводит к наибольшей "засветке" теневой зоны. Эффект в этих областях значительно превышает (до 200% и более) эффект в средней точке трассы.

Существование областей значительного влияния неоднородностей на рассеяние радиоволн в зону тени, в первую очередь, связано с неравномерностью распределения плотности регулярного поля в ионосфере. Области, в которых неоднородности оказывают наибольшее воздействие на рассеяние радиоволн, совпадают с участками траектории, где сечение лучевой трубки максимально, т.е.

минимальна плотность поля. Рис.3(6) демонстрирует значения г' = По

траектории. Параметр характеризует степень геометрической

(пространственной) расходимости лучей, определяемой отношением поперечных сечений лучевой трубки на единичном и произвольном расстояниях от точки излучения До/А. Максимальные значения г' соответствуют максимальным

значениям сечения лучевой трубки так как С другой стороны, из

выражения (4) для дисперсии дальности видно, что а\ ~ ^(г')3 . Следовательно,

рассеяние радиоволн на неоднородностях сильнее в тех областях, где плотность регулярного поля меньше, или, другими словами, больше пространственная расходимость лучей. На рис.З(в) показана траектория, приходящая на границу зоны тени. Таким образом, рис.3(а, б) показывают, что области, в которых неоднородности приводят к наибольшему эффекту "засветки" мертвой зоны, соответствуют участкам траектории с наибольшим сечением лучевой трубки.

Моделирование с использованием профиля электронной концентрации ПЭМИ позволило обнаружить области существенного влияния не только для слоя F2, но и для слоев Е и F1.

В п.2.4 рассмотрены некоторые возможности аномального распространения радиоволн под влиянием случайных неоднородностей ионосферы.

В п.2.4.1 исследован механизм приема сигнала на трассах, близких к предельным, за счет рассеяния поля верхних лучей на неоднородностях в регулярную зону тени в условиях, когда нижние лучи экранируются земной поверхностью. Представленные результаты моделирования подтверждают такую возможность распространения радиоволн.

В п.2.4.2 эффект "засветки" регулярной зоны тени полем радиоволн, рассеянным на неоднородностях, исследован- также в качестве одного из объяснений аномально устойчивого приема радиосигналов УКВ диапазона с отражением от спорадического слоя Ее с учетом его тонкой структуры.

Проведенное моделирование показало, что за счет рассеяния радиоволн на случайных неоднородностях слоя Е5 в зону регулярной тени, увеличение зоны приема сигнала может достигать 200 км и более, что может быть достаточно для сохранения устойчивого приема сигнала до "наплывания" в среднюю точку трассы другого облака спорадического слоя Ее. На рис.4 схематично изображен предложенный механизм обеспечения устойчивого приема УКВ с отражением от спорадического слоя Е$ с учетом его тонкой структуры.

В п.2.5 сформулированы основные результаты второй главы.

V - направление движения Е Зона 1 - регулярная зона света с отражением от Е Зона 2 - область тени, "освещенная" рассеянным полем

Рис.4.

Третья глава посвящена разработке методик восстановления параметров случайных неоднородностей ионосферы, распределенных равномерно во всей её толще, по статистическим характеристикам коротких радиоволн на наклонных трассах на основе предложенного в первой главе метода расчета статистических характеристик радиоволн. Восстанавливаемые параметры неоднородностей являются радиофизическими и могут быть полезны в широком классе задач прогноза характеристик радиоканала и диагностики ионосферы. Количество определяемых параметров неоднородностей зависит от количества и полноты измерений параметров радиосигнала.

В п.3.1 представлена методика определения "удельной" интенсивности

случайных неоднородностей (отношения интенсивности неоднородностей

электронной концентрации к их вертикальному масштабу) по экспериментально полученным значениям статистических характеристик радиоволн на наклонной

трассе. Если ввести эффективные параметры неоднородностей: удельную интенсивность ¡л и вытянутости неоднородностей рх И ру как отношение продольного и поперечного к трассе масштабов неоднородностей к вертикальному, то формулы (1)-(4) можно разрешить относительно параметра :

(11)

где fff - дисперсии углов прихода или дальности распространения радиоволны, a Jt - соответствующий интеграл, зависящий от параметров трассы и вытянутостей неоднородностей. Если задать значения р„ И ру типичными для конкретных геофизических условий или равными 1, что соответствует изотропному спектру неоднородностей, то можно, таким образом, по измерению дисперсии траекторного параметра определить "удельную" интенсивность неоднородностей которая характеризует статистическую изменчивость среды распространения радиоволн.

Данную методику можно адаптировать к определению "удельной" интенсивности неоднородностей по превышению МНЧ над МПЧ, проявляющееся в виде т.н. "носа" на ионограммах наклонного зондирования. Если разность в

выражении (6) разложить в ряд Тэйлора по разности частот, то выражение для ослабления средней интенсивности поля можно записать в следующем виде:

здесь bf — fmo—fm,,* /„о - максимально наблюдаемая частота; fm максимально применимая частота, рассчитанная для регулярной модели ионосферы; - зависимость дальности зоны тени от рабочей частоты, также

рассчитанная для регулярной ионосферы; - ослабление интенсивности волнового поля на МНЧ по сравнению с интенсивностью, отвечающей экспериментальному значению МПЧ. Таким образом, имея измеренные значения df и S, с помощью (12) можно рассчитать с\ и, затем, найти ц по формуле (11).

Для апробации методики, были рассчитаны значения "удельной" интенсивности неоднородностей ц по превышению МНЧ над МПЧ по данным НЗ, полученным в 1989 г. на трассах Москва-Иркутск и Магадан-Иркутск. Порядок полученных значений "удельной" интенсивности составляет 10-4-10-2 KM , что соответствует типичным для средних широт флуктуациям электронной концентрации до нескольких процентов от фона и размерам неоднородностей в единицы-десятки километров.

С помощью данной методики также была рассчитана "удельная" интенсивность неоднородностей в условиях эксперимента, проведенного в марте 2001 г. на наклонной трассе CHU(OrraBa)-Millstone Hill для 2-х частот. Исследовался временной период, когда рабочая частота 7.335 МГц находилась в окрестности МПЧ. Была построена экспериментальная зависимость ослабления

поля в теневой зоне со временем. Используя выражение (6) для ослабления средней интенсивности и подбирая "удельную" интенсивность неоднородностей, было достигнуто наилучшее соответствие экспериментальной и расчетной кривых (см. рис.5). Таким образом, рассчитанное значение Ц составило бх10-6 км-1, что может соответствовать флуктуациям электронной концентрации в 0.5% и масштабу неоднородностей в 5 км.

Л_ ' _I_._' ■ '_I_I_ ■ ■ '

0-1---1--г-^,-,-п-■-! I | 1-1 I |

03:52 04:00 04:08 04:16 04:24 04:32 04:40 04:48 04:56 Время, 11Т

Рис.5.

В п.3.2 разработаны методики определения нескольких эффективных параметров тонкой структуры ионосферы ("удельной" интенсивности и вытянутостей вдоль и поперек трассы) по статистическим характеристикам принимаемого радиосигнала на трассе НЗ. В предложенных методиках могут быть использованы измерения дисперсий. вертикального и/или азимутального углов прихода, а также значения превышения МНЧ над МПЧ, в два последовательных момента времени. Если взять отношение выражений для дисперсии траекторного параметра (11), например, вертикального угла прихода,, в два последовательных момента времени, то в полученном отношении можно исключить

о-,2, = /(^и^оиУм^.^.Р,) (13)

где ст*, И етЦ2 ~ измеренные значения дисперсии траекторного параметра в моменты времени 1 и 2; И J,г - интегралы, соответствующие моментам 1 и 2,

зависящие от параметров трассы и вытянутости рх', 2,^01.2) - коэффициент,

зависящий от параметров траектории в моменты измерений. Таким образом, уравнение (13) можно разрешить относительно рх. Далее, используя измеренное значений дисперсии вертикального угла прихода или дальности распространения, из выражения (11) находится ¡1. Если же имеется еще и измерение дисперсии азимутального угла прихода, то можно найти ру из уравнения (1), записанного в следующем виде:

Для апробации методик, были проведены расчеты "удельной" интенсивности и продольной вытянутости неоднородностей по измерениям значений модуля коэффициента продольной корреляции поля, пересчитываемым в дисперсию вертикального угла прихода, на трассе Новосибирск-Иркутск, полученных в 19861987 гг. в Иркутском государственном университете группой В.Е. Унучкова. Рассчитанные значения эффективных параметров составили: рх~ 6.5,

р=2Лх10'2 км1 и А =9.2, ¿<=1.2x10"2 км"1.

В п.3.3 предложена методика определения параметров корреляционного эллипсоида ионосферных неоднородностей (интенсивности и масштабов в трех направлениях), вытянутых вдоль силовых линий магнитного поля Земли. В качестве входных параметров используются значения компонент вектора магнитного поля Земли в средней точке трассы, получаемые из глобальных моделей, а также измерения дисперсий вертикального, азимутального углов прихода и дисперсии фазы принимаемого сигнала в два последовательных момента времени на трассе НЗ. Кроме того, в методике возможно привлечение данных о превышении МНЧ над МПЧ.

Если записать попарно отношения выражений для дисперсии траекторных параметров, например, вертикального и азимутального углов прихода в два последовательных момента времени, предварительно определив направляющие косинусы согласно ориентации неоднородностей вдоль силовых линий магнитного поля Земли, то получится следующая система уравнений, которая может быть разрешена относительно двух неизвестных если известны

дисперсии траекторных параметров и регулярные ионосферные условия на трассе в моменты измерений:

(14)

(15)

_ Сз(*оз)/з(*оз>Р,.Р,)

Далее, записывая выражение (5) для дисперсии фазы в виде:

и используя одно из выражений для дисперсии траекторного параметра в (15), можно найти интенсивность неоднородностей V,2 и масштаб 1;.

Ру)

Затем из определения вытянутостей определяются масштабы 1Х = р11! и

1у=Ру1,-

С помощью численного эксперимента проведена апробация предложенной методики. Сделан вывод о возможности использования данной методики для определения интенсивности и масштабов трехмерного корреляционного эллипсоида неоднородностей, ориентированного вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

В п.3.4 сформулированы основные результаты третьей главы.

В заключении изложены основные результаты диссертации:

1. Предложен метод сопряжения численного решения лучевых уравнений в регулярной среде и асимптотических формул для определения статистических характеристик радиоволн в одноточечной и двухточечной траекторных задачах, а также моделей регулярной ионосферы и случайного поля неоднородностей электронной концентрации, ориентированного произвольным образом относительно трассы, в том числе, вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

2. Проведенное моделирование наклонного распространения коротких радиоволн на частотах в окрестности и ниже МПЧ в ионосфере со случайными неоднородностями выявило сильную зависимость статистических характеристик радиоволн от интенсивности и вытянутости неоднородностей в различных направлениях. Обнаружено, что определяющую роль в поведении флуктуации углов прихода, фазы и дальности распространения радиоволн играют параметры эллипса сечения корреляционного эллипсоида неоднородностей в плоскости трассы, а также значение поперечного сечения эллипсоида для флуктуации азимутального угла прихода. Связано это с тем, что при вытянутости и ориентации неоднородностей вдоль траектории, луч проходит внутри неоднородностей максимальный путь и, следовательно, подвергается наибольшему воздействию неоднородностей. Уменьшение поперечного трассе размера неоднородностей ведет к большим градиентам в этой плоскости и, как следствие, к большим возмущениям азимутального угла прихода. Исследование влияния облачной структуры неоднородностей и положения наблюдателя по трассе на характеристики радиоволн также указывает на то, что увеличение отрезка траектории, на котором луч подвергается воздействию неоднородностей, ведет к росту флуктуации траекторных характеристик.

3. Выявлены области ионосферы, в которых воздействие случайных неоднородностей на распространение радиоволн на частотах вблизи и выше МПЧ

резко возрастает. В этих областях происходит уширение лучевой трубки, связанное с рефракционными свойствами регулярных ионосферных слоев.

4. Показана возможность приема радиосигнала на трассах, близких к предельным, за счет рассеяние радиоволн на случайных ионосферных неоднородностях в регулярную зону тени. Это же явление предложено в качестве механизма аномально устойчивого приема УКВ радиосигналов с отражением от спорадического слоя Es с учетом наполняющих его случайных неоднородностей электронной концентрации.

5. На основе разработанного численно-асимптотического метода расчета статистических характеристик коротких радиоволн на наклонных трассах в случайно-неоднородной ионосфере со сложной регулярной структурой, предложены методики определения радиофизических параметров тонкой структуры ионосферы по измеряемым на наклонной трассе статистическим характеристикам радиосигнала. В зависимости от сложности и полноты измерений статистических параметров радиоволн, разработанные методики позволяют определять либо "удельную" интенсивность неоднородностей, либо эффективные параметры неоднородностей ("удельную" интенсивность и вытянутости в продольном и поперечном к трассе направлениях), либо полный набор параметров корреляционного эллипсоида (интенсивность и масштабы в трех направлениях в предположении ориентации неоднородностей вдоль силовых линий магнитного поля Земли). Разработанные методики были апробированы с использованием экспериментальных данных на трассах НЗ и численных экспериментов.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А. Диагностика параметров магнито-ориентированных ионосферных неоднородностей на трассе наклонного зондирования. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Н.Новгород, 2002, с. 64.

2. Zhzhenykh A. A., Afanasiev NT., Paznukhov V.V., Tinin M.V., and Reinisch B.W. Determining Parameters of Ionospheric Irregularities from Statistical Characteristics of Radio Waves on an Oblique Sounding Path. Proc. of the XXVIIth General Assembly of URSI, Maastricht, 2002, paper 34.

3. Afanasiev N.T, Zhzhenykh A.A., Sazhin V.I., Tinin M.V., and Ivelskaya M.K. Effects of large-scale clouds of ionospheric irregularities on the propagation of high-frequency radio waves. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 1998. v.60, №17, pp. 1687-1694.

4. Afanasiev, N.T., A.A. Zhzhenykh, M.K. Ivelskaya, V.I. Sazhin, M.V. Tinin, and V.E. Unuchkov. Diagnosing the effective parameters of the ionospheric fine structure from statistical characteristics of radio waves in the vicinity of a regular caustic. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, v.63, No.18, 2001. pp. 1967-1972'.

5. Афанасьев H.T.," Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В.И. Тинин М.В. Области существенного влияния ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн с частотами выше МПЧ. Геомагнетизм и аэрономия. 1998.т.38.№4.с. 150-152.

6. Zhzhcnykh A.A., Afanasiev N.T., Ivelskaya M.K., Sazhin V.I., Tinin M.V., and Unuchkov V.E. Estimating ionospheric fine-structure parameters from radio wave oblique propagation characteristics. Proc. of the XXVIth General Assembly of URSI, Toronto, 1999. p.519.

7. Афанасьев Н.Т., Жженых АА, Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В., Унучков В.Е. Гибридное моделирование распространения радиоволн в ионосфере с учётом её тонкой структуры. Геомагнетизм и аэрономия, т.41, №5,2001.с.341-345.

8. Афанасьев Н.Т., Жженых АА, Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. О влиянии неоднородностей Es на распространение радиоволн метрового диапазона. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1997. Вып. 107. с. 327-332.

9. Афанасьев Н.Т., Жженых АА., Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В., Унучков В.Е. Оценка параметров неоднородностей ионосферы по статистическим характеристикам коротких радиоволн вблизи МПЧ. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнщ, т. 109, ч.И, Москва, 1999. с.9-12.

10. Afanasiev N.T., Zhzhenykh A.A., Ivelskaya M.K., Polyakov V.M., Sazhin V.I., and Tinin M.V. A numerical-analytical method for calculating the propagation of electromagnetic waves in a randomly-inhomogeneous medium. Proc. of The Inter. Symposium on Electromagnetic Theory. Thessaloniki, 1998. v.2. pp. 328-332.

11. Afanasiev N.T., Zhzhenykh A.A., Ivelskaya M.K., Polyakov V.M., Sazhin V.I., and Tinin M.V. The scattering of electromagnetic waves in medium with strong regular refraction. Proc. of The Inter. Symposium on Electromagnetic Theory. Thessaloniki, 1998. v.l.pp. 799-801.

12. Афанасьев Н.Т., Жженых АА, Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. Мониторинг тонкой структуры ионосферы с помощью характеристик радиоволн на частотах выше максимально применимой. В кн. «Международный симпозиум: Мониторинг окружающей среды и проблемы солнечно-земной физики», Томск, 1996. с. 6-7.

13. Афанасьев Н.Т., Жженых АА, Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. Модель аномального распространения УКВ с учетом тонкой структуры Es. Материалы Российской научно-технической конференции по дифракции и распространению волн. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 1996. с. 122-124.

14. Афанасьев Н.Т., Жженых АА., Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. Эффекты случайных неоднородностей на трассах с дальностью скачка, близкой к предельной. Тез. докл. XVIII Всероссийской конференции по распространению радиоволн, СПб., т.2,1996. с. 392-393.

15. Афанасьев Н.Т., Жженых АА, Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. Гибридное моделирование распространения радиоволн с учётом тонкой структуры ионосферы. Тезисы докладов LII Научной Сессии, посвященной Дню Радио. М., т.1,1997. с. 213-214.

16. Афанасьев Н.Т., Жженых АА, Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. Рассеяние радиоволн облаком случайных неоднородностей в 3OTy каустической тени. Труды XI Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн. М., 1998. с. 184.

17. Афанасьев Н.Т., Жженых А.Л., Сажин В.И., Тинии М.В., Унучков В.Е., Ивельская М.К. Определение регулярных и случайных параметров неоднородной ионосферы по статистическим характеристикам коротких радиоволн вблизи МПЧ. Труды Международной конференции «Физика ионосферы и атмосферы Земли». Иркутск, 1998. с. 9-10.

18. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В .И., Тинин М.В., Унучков В.Е. Определение параметров случайных ионосферных неоднородностей по измерениям МНЧ радиотрассы. Тез. докл. XIX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Казань, 1999. т.2, с. 271-272.

19. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В., Унучков В.Е. Учёт тонкой структуры ионосферы в гибридном моделировании распространения радиоволн. Тез. докл. XIX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Казань, 1999. т.2, с. 435-436.

20. Afanasiev N.T., Zhzhenykh A.A., Ivanov V.B., Ivelskaya M.K., Kolesnik S.N., Kulizhsky A.V., Sazhin V.I., Tinin M.V., Unuchkov V.E. The analysis of ray and power characteristics of radio waves for problems of monitoring and diagnosing ionospheric disturbances. The third international symposium "Application of the conversion research results for international cooperation". Symposium Proceedings, Tomsk, 1999. pp.3 83-3 84.

21. Afanasiev N.T., Zhzhenykh A.A., Ivelskaya M.K., Sazhin V.I., Tinin M.V., and Unuchkov V.E. Use of oblique-incidence ionospheric sounding data to determine its line structure, Abstracts of VIII Joint Int. Symposium "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics", Irkutsk, Russia, June 2001. pp.230-231.

Подписано в печать 7.07.2004 Формат бумаги 60x84 1/16. Объем 1,5 пл. Заказ №11. Тираж 110 экз.

Отпечатано на Ш80 в ОКИС ЦНИТ ИГУ 664003, Иркутск, б.Гагарина, 20

»13159

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Жженых, Анатолий Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЧИСЛЕННО-АСИМПТОТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОРОТКИХ РАДИОВОЛН ПРИ НАКЛОННОМ РАСПРОСТРАНЕНИИ В СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНОЙ ИОНОСФЕРЕ СО СЛОЖНОЙ ФОРМОЙ РЕГУЛЯРНОГО ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ.

1.1. Математический аппарат геометрической оптики в задачах ионосферного распространения коротких радиоволн.

1.2. Применение приближенных методов для определения траекторных и энергетических характеристик коротких радиоволн в присутствии случайных неоднородностей диэлектрической проницаемости.

1.3. Сопряжение численных и асимптотических методов для расчета статистических характеристик радиоволн.

1.4. Резюме.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИОНОСФЕРНЫХ НЕОДНОЮДНОСГЕЙ

НА СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОВОЛН.

2.1. Флуктуации радиоволн на наклонной трассе в присутствии неоднородностей, равномерно распределенных во всей толще ионосферы.

2.1.1. Зависимость статистических характеристик радиоволн от интенсивности неоднородностей.

2.1.2. Влияние вытянутости неоднородностей на статистические характеристики радиоволн.

2.1.3. Эффекты пространственной ориентации случайных неоднородностей при наклонном распространении радиоволн.

2.1.4. Зависимость статистических характеристик радиоволн от положения наблюдателя в зоне света.

2.2. Проявления облачной структуры неоднородностей электронной концентрации в статистических характеристиках радиоволн.

2.3. Влияние положения облака неоднородностей на траектории на рассеяние радиоволн.

2.4. Возможности аномального распространения радиоволн под влиянием случайных неоднородностей ионосферы.

2.4.1. Засветка зоны тени верхними лучами на трассах, близких к предельным.

2.4.2. Устойчивый прием УКВ с отражением от Es и учетом его тонкой структуры.

2.5. Резюме.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛУЧАЙНЫХ ИОНОСФЕРНЫХ

НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПО СТАТИСТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

РАДИОВОЛН ПРИ НАКЛОННОМ РАСПРОСТРАНЕНИИ.

3.1. Определение удельной интенсивности неоднородностей ионосферы по статистическим характеристикам принимаемого радиосигнала.

3.2. Определение эффективных параметров тонкой структуры ионосферы по статистическим характеристикам принимаемого радиосигнала.

3.3. Восстановление параметров корреляционного эллипсоида ионосферных неоднородностей, вытянутых вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

3.4. Резюме.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование эффектов и определение параметров тонкой структуры ионосферы при наклонном распространении коротких радиоволн"

Ионосфера Земли на фоне крупномасштабной регулярной неоднородности в форме слоев ионизации D, Е, Fl, F2 [1,2] обладает случайно изменчивой тонкой структурой с масштабами метры-десятки километров [3,4], которая приводит при распространении радиоволн к флуктуациям параметров радиосигнала и искажениям пространственно-временной структуры волнового поля [5-7]. Особенно сильное влияние случайные неоднородности ионосферы оказывают на распространении радиоволн коротковолнового (KB) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазонов [8,9]. Развитие KB средств связи, а также сложных KB комплексов диагностики ионосферы, требует разработки методов учета влияния случайных ионосферных неоднородностей на характеристики радиосигнала в целях оптимизации работы и повышения точностных возможностей этих устройств. С другой стороны, изменения параметров радиоволн, вызванные случайными неоднородностями, могут быть использованы при диагностике тонкой неоднородной структуры ионосферы.

Учет случайных неоднородностей ионосферы при распространении радиоволн является достаточно сложной задачей. Ввиду невозможности определения точного решения волнового уравнения со случайной функцией диэлектрической проницаемости, сейчас, в основном, применяются приближенные методы описания распространения радиоволн в случайно-неоднородной среде, которые имеют свои достоинства и недостатки. Численные методы имитационного моделирования [10-12] обладают достаточной универсальностью, но при этом требуют больших вычислительных ресурсов и не всегда дают возможность сделать предварительную оценку предполагаемых результатов. Асимптотические методы (методы возмущений [13], борновское приближение [14], метод интерференционного интеграла [15-17], метод параболического уравнения [18], методы Маслова [19] и Кирхгофа [20], метод фазового экрана [21-25] и др.) позволяют получить интегральные выражения для различных характеристик радиоволн с учетом случайных неоднородностей среды распространения, но при этом имеют ограничения применимости и могут быть сведены к аналитическому виду только в очень редких случаях (в основном, для простейших моделей среды). Таким образом, представляется перспективной разработка комбинированных методов расчета характеристик радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере, совмещающих в себе преимущества как численных, так и асимптотических методов.

Как отмечалось выше, очень важно учитывать влияние случайных ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн для повышения эффективности KB средств связи, радиолокационных систем и других радиотехнических устройств, работающих с наклонно отраженными от ионосферы KB радиосигналами. Исследованиям эффектов, связанных с наклонным распространением коротких радиоволн в ионосфере со случайными неоднородностями, было посвящено много работ (см., например, [14,26-28]). Значительным шагом на пути решения проблемы описания влияния случайных ионосферных неоднородностей на распространение KB явились теоретические и экспериментальные исследования, проведенные под руководством В.Д. Гусева и JI.M. Ерухимова. Вместе с тем, ввиду большого разнообразия ионосферных неоднородностей и вызываемых ими эффектов, изучение влияния случайно-неоднородной структуры ионосферы на наклонное распространение радиоволн остается актуальным и по сей день. В частности, большой интерес представляет исследование эффектов неоднородностей на структуру радиосигнала на наклонных трассах не только в освещенной зоне, где применимо приближение геометрической оптики (ГО) [6,26,29-31], но и на частотах, близких к классической максимально-применимой частоте (МПЧ) и выше, вплоть до максимально-наблюдаемых частот (МНЧ), где использование ГО становится некорректным.

В связи с тем, что случайные неоднородности электронной концентрации ионосферы наибольшее влияние оказывают на распространение KB и УКВ, применение этих диапазонов при диагностике тонкой структуры ионосферы представляется наиболее эффективным. В настоящее время, в основном, в этих целях используется вертикальное зондирование (ВЗ), например посредством радаров некогерентного рассеяния [32-34] и ионозондов [35-37]. Также имели место эксперименты по диагностике неоднородной структуры ионосферы с использованием трансионосферного (ТИЗ) [38-40], наклонного (НЗ) [41-42] и возвратно-наклонного (ВНЗ) [43-45] зондирования. Однако большинство применяемых методов диагностики ионосферных неоднородностей, как правило, требует дорогостоящего и сложного оборудования. Таким образом, представляет интерес разработка новых методов диагностики случайно-неоднородной структуры ионосферы на трассах наклонного зондирования с использованием простых радиотехнических средств.

Цель работы.

Научная новизна.

Научная и практическая ценность работы.

Защищаемые положения.

1. Разработанный метод расчета статистических характеристик коротких радиоволн на трассах наклонного зондирования, основанный на сопряжении численных и асимптотических методов, а также моделей регулярной ионосферы и флуктуаций электронной концентрации, позволяет описать структуру поля коротких радиоволн в максимально приближенных к реальным геофизических условиях.

Личный вклад автора.

Апробация работы.

Российской научно-технической конференции по дифракции и распространению радиоволн (Улан-Удэ, 1996 г.);

XVIII-XX Всероссийских конференциях по распространению радиоволн (Санкт-Петербург, 1996 г.; Казань, 1999 г.; Н.Новгород, 2002 г.); LII Научной Сессии, посвященной Дню Радио (Москва, 1997 г.); Международном симпозиуме URSI по электромагнитной теории (Салоники, Греция, 1998 г.);

XI Всероссийской школе-конференции по дифракции и распространению волн (Москва, 1998 г.);

Конференции "Физика ионосферы и атмосферы Земли" (Иркутск, 1998 г.); Научной сессии молодых ученых "Гео- и гелиофизические исследования" (Иркутск, 1998 г.);

Третьем международном симпозиуме "Сибконверс" (Томск, 1999 г.);

VIII международном симпозиуме "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics" (Иркутск, 2001);

XXVI, XXVII Генеральных ассамблеях международного радиосоюза URSI (Торонто, Канада, 1999 г.; Маастрихт, Нидерланды, 2002 г.); семинарах кафедры радиофизики Иркутского государственного университета и лаборатории распространения радиоволн НИИПФ ИГУ.

Публикации.

Результаты диссертации опубликованы в 23 научных работах в российских и зарубежных изданиях, в журналах "Геомагнетизм и аэрономия", "Journal of

Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics", "Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца", а также в трудах и сборниках докладов международных и российских научных конференций.

Результаты работы реализованы:

При выполнении госбюджетной тематики лаборатории распространения радиоволн НИИПФ ИГУ;

По гранту Минобразования РФ № Е02-3.5-197;

По гранту поддержки ведущих научных школ РФ № НШ-272.2003.5;

Материалы диссертации используются в учебном процессе ИГУ по специальности "Радиофизика и электроника" в курсах "Излучение и распространение радиоволн" и "Радиофизический мониторинг".

Структура и объем диссертации.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Основные результаты выполненной работы можно сформулировать следующим образом:

2. Проведенное моделирование наклонного распространения коротких радиоволн на частотах в окрестности и ниже МПЧ в ионосфере со случайными неоднородностями выявило сильную зависимость статистических характеристик радиоволн от интенсивности и вытянутости неоднородностей в различных направлениях. Обнаружено, что определяющую роль в поведении флуктуаций углов прихода, фазы и дальности распространения радиоволн играют параметры эллипса сечения корреляционного эллипсоида неоднородностей в плоскости трассы, а также значение поперечного сечения эллипсоида для флуктуаций азимутального угла прихода. Связано это с тем, что при вытянутости и ориентации неоднородностей вдоль траектории, луч проходит внутри неоднородностей максимальный путь и, следовательно, подвергается наибольшему воздействию неоднородностей. Уменьшение поперечного трассе размера неоднородностей ведет к большим градиентам в этой плоскости и, как следствие, к большим возмущениям азимутального угла прихода. Исследование влияния облачной структуры неоднородностей и положения наблюдателя по трассе на характеристики радиоволн также указывает на то, что увеличение отрезка траектории, на котором луч подвергается воздействию неоднородностей, ведет к росту флуктуаций траекторных характеристик.

3. Выявлены области ионосферы, в которых воздействие случайных неоднородностей на распространение радиоволн на частотах вблизи и выше МПЧ резко возрастает. В этих областях происходит уширение лучевой трубки, связанное с рефракционными свойствами регулярных ионосферных слоев.

В заключение автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю профессору Афанасьеву Н.Т. за внимание к работе и ценные советы при ее написании.

Автор искренне благодарен Сажину В.И. и Унучкову В.Е. (Иркутский Госуниверситет), а также Пазнухову В.В. (Центр атмосферных исследований, Лоуэлл, США) за предоставленный экспериментальный материал. Особую благодарность автор выражает Ивельской М.К. за возможность использовать полуэмпирическую модель ионосферы ИГУ.

В завершение, хотелось бы поблагодарить коллективы кафедры радиофизики ИГУ и лаборатории распространения радиоволн НИИПФ ИГУ за полезные замечания, высказанные при обсуждении настоящей работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основе разработанного численно-асимптотического метода расчета статистических характеристик коротких радиоволн на наклонных трассах в ионосфере со сложной регулярной и случайно-неоднородной структурой, проведено моделирование влияния случайных неоднородностей ионосферы на статистические характеристики радиоволн, а также предложены новые методики для определения параметров тонкой структуры ионосферы по измеряемым на наклонной трассе статистическим параметрам радиосигнала.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Жженых, Анатолий Александрович, Иркутск

1. Kelley М.С. The Earth's 1.nosphere: Plasma Physics and Electrodynamics. International Geophysics Series, v. 43. San Diego: Academic Press, 1989.

2. Ratcliffe J.A. An Introduction to the Ionosphere and Magnetosphere. Cambridge University Press, 1972.

3. Balsley B.B. Irregularities in the Ionosphere. Review of Radio Science, 1972-1974. S. Bowhill, ed. URSI, 1975. pp. 50-52.

4. Ерухимов Л.М., Макснменко О.И., Мясников E.H. О неоднородной структуре верхней ионосферы. Ионосферные исследования. М.: Советское радио, 1980, № 30, с. 27-48.

5. Альперт Я. Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972. 564 с.

6. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. 4.2. М.: Мир, 1981. 320 с.

7. Bowles K.L. Radio waves scattering in the ionosphere. Advances in Electronics and Electron Physics. Academic Press, v.19, 1964, pp.55-176.

8. Гершман Б.Н., Ерухимов JI.M., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука, 1984. 392 с.

9. Калинин Ю.К., Черкашин Ю.Н., Чернов Ю.А., Шустов Э.И. Неоднородности ионосферы и их роль в аномальных явлениях распространения коротких радиоволн. XVII Конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов, секция 9. Ульяновск, 1993. с. 3-8.

10. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы. М.: Наука, 1971.

11. Колесник С.Н., Тинин М.В., Афанасьев Н.Т. Имитационное моделирование распространения радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика, 2002, т.45, №9.

12. Калиткин Н.И. Численные методы. М.: Наука, 1978. 432с.

13. Найфэ А.Х. Методы возмущений. М.: Мир, 1976.456 с.

14. Барабаненков Ю.Н., Кравцов Ю.А., Рытов С.М., Татарский В.И. Состояние теории распространения волн в случайно-неоднородной среде. УФН. 1970. т. 102,№ I.e. 3-42.

15. Авдеев В.Б., Демин А.В., Кравцов Ю.А. и др. Метод интерференционных интегралов (Обзор). Изв. вузов. Радиофизика, 1988. т.31. №11. с. 1279-1294.

16. Орлов Ю.И. Асимптотический метод для определения поля в произвольной плавно-неоднородной среде. Труды МЭИ, 1972. Вып. 119. с. 82-91.

17. Орлов Ю.И. Равномерное асимптотическое интегральное представление полей в неоднородных средах. Изв. вузов. Радиофизика, 1974. т.17. №7. с. 1035-1041.

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

19. Маслов В.П. Операторные методы. М.: Наука, 1973. 543 с.

20. Денисов Н.Г. Вопросы статистической теории распространения и дифракции волн: Дисс. докт. физ.-мат. наук. Горький: ГГУ, 1964. 276 с.

21. Тамойкин В.В., Фрайман А.А. О флуктуациях интенсивности волны за хаотическим фазовым экраном. Изв. вузов. Радиофизика, 1971. т. 14. №.9. с. 1427-1431.

22. Альбер Я.И., Ерухимов J1.M., Рыжов В.А., Урядов В.П. О статистических свойствах флуктуаций интенсивности волны за хаотическим фазовым экраном. Изв. вузов. Радиофизика, 1968. т.11. №.9. с. 1371-1376.

23. Шишов В.И. Дифракция волн на сильно преломляющем случайном фазовом экране. Изв. вузов. Радиофизика, 1971. т. 14. №1. с. 85-92.

24. Якушкин И.Г. Флуктуации интенсивности поля плоской волны за хаотическим фазовым экраном. Изв. вузов. Радиофизика, 1974. т.17. №9. с. 1350-1355.

25. Kiang Y.W., and Liu С.Н. Multiple phase screen simulation of HF wave propagation in the turbulent stratified ionosphere. Radio Science, v.20, 1985. pp.652-668.

26. Гусев В.Д. Влияние неоднородностей ионосферы на распространение радиоволн: Дисс. докт. физ.-мат. наук. М.: МГУ, 1976. 307 с.

27. Yeh К.С. and Liu С.-Н. Radio Wave Scintillations in the Ionosphere. Proc. IEEE, 1982, v. 70, no. 4, p. 324.

28. Носке К. and Igarashi К. Wave-optical simulation of the oblique HF radio field. Radio Science, 2003, v. 38, no.4, pp.1039-1051.

29. Рытов C.M., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. 4.2. Случайные поля. М.: Наука, 1978.464 с.

30. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1979. 304 с.

31. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М., 1972. 503 с.

32. Dougherty J.P., and D.T. Farley, Jr. A theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma, 3. Scattering in a partly ionized gas. J. Geophys. Res., v.68, no. 19, 1963. pp.5473-5486.

33. Жеребцов Г.А., Заворин A.B., Медведев A.B., Носов В.Е., Потехин А.П., Шпынев Б.Г. Иркутский радар некогерентного рассеяния. Радиотехника и электроника, 2002. т.47. №11. с. 1339-1346.

34. Woodman R.F. Equatorial ionospheric irregularities as observed by the Jicamarca radar. Proc. COSPAR Colloq. on Low-Latitude Ionos. Phys., Taipei, Taiwan, 9-12 Nov. 1993, F.-S. Kuo (ed.), Pergamon Press, 1994.

35. Wright J.W. Development of systems for remote sensing of ionospheric structure and dynamics: Functional characteristics and applications of the 'Dynasonde1. NOAA ERL SEL Preprint No. 206, Space Environment Laboratory, Boulder, July 1975.

36. Reinisch B.W., Haines D.M., and Kuklinski W.S. The New Portable Digisonde for Vertical and Oblique Sounding. AGARD Proceedings, No. 502, 11-1 to 11-11, 1992.

37. Zabotin N. A. and Wright J. W. Ionospheric Irregularity Diagnostics from the Phase Structure Functions of MF/HF Radio Echoes. Radio Science, 2001, v.36, No.4, pp.757-772.

38. Комраков Г.П., Скребкова JI.A. Исследование параметров ионосферных неоднородностей на спутнике "Интеркосмос-Коперник-500". Ионосферные исследования. М.: Советское радио, 1980. № 30. с. 49-52.

39. Montbriand L. Direction of arrival and amplitude fluctuations of HF transionospheric signals through field-aligned irregularities. Radio Science, v.28, No.l, 1993. pp.77-96.

40. Филипп Н.Д., Блаунштейн Н.Ш., Ерухимов JI.M. и др. Современные методы исследования динамических процессов в ионосфере. Кишинев: Штиинца, 1991.288 с.

41. Galushko V., and Yampolski Y. Ionospheric diagnostics using wave field diffraction near the caustic. Radio Science, v.31, No.5, 1996. pp. 1109-1118.

42. Чернов Ю.А. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. М.: Связь, 1971. 204 с.

43. Ерофеев Н.М., Котович Г.В., Куркин В.И. и др. Экспериментальные исследования распространения декаметровых радиоволн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1986. Вып 76. с. 227232.

44. Алтынцева В.И., Брынько И.Г., Галкин И.А. и др. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы сигналом с линейной частотной модуляцией. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1990. Вып. 92. с. 106-116.

45. Сажин В.И., Жжёных А.А., Ивельская М.К. Прогноз параметров коротковолновых каналов для организации радиосетей. Тез. докладов Первой международной научно-практической конференции «Информационные технологии и радиосети-96»,Омск, 1996. с.61.

46. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. Гибридное моделирование распространения радиоволн с учётом тонкой структуры ионосферы. Тезисы докладов LII Научной Сессии, посвященной Дню Радио. М., т. 1, 1997. с. 213-214.

47. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В. О влиянии неоднородностей Es на распространение радиоволн метрового диапазона. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1997. Вып. 107. с. 327-332.

48. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В.И. Тинин М.В. Области существенного влияния ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн с частотами выше МПЧ. Геомагнетизм и аэрономия. 1998. т.38. №4. с. 150-152.

49. Афанасьев H.T., Жженых A.A., Ивельская M.K., Сажин В.И., Тинин М.В. Рассеяние радиоволн облаком случайных неоднородностей в зону каустической тени. Труды XI Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн. М., 1998. с. 184.

50. Жженых А.А., Сажин В.И. Учёт тонкой структуры ионосферы при распространении декаметровых радиоволн. Тезисы докладов Научной сессии молодых ученых «Гео- и гелиофизические исследования». Иркутск, 1998, с. 17-18.

51. Афанасьев H.T., Жженых A.A., Ивельская M.K., Сажин В.И., Тинин М.В., Унучков В.Е. Оценка параметров неоднородностей ионосферы по статистическим характеристикам коротких радиоволн вблизи МПЧ.

52. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца, т. 109, ч.И, Москва, 1999. с.9-12.

53. Афанасьев Н.Т., Жженых А.А., Ивельская М.К., Сажин В.И., Тинин М.В., Унучков В.Е. Гибридное моделирование распространения радиоволн в ионосфере с учётом её тонкой структуры. Геомагнетизм и аэрономия, т.41, №5, 2001. с.341-345.

54. Афанасьев H.T., Жженых A.A. Диагностика параметров магнито-ориентированных ионосферных неоднородностей на трассе наклонного зондирования. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Н.Новгород, 2002, с. 64.

55. Курант Р., Уравнения с частными производными. М., 1964. 298 с.

56. Wangsness, R. Electromagnetic Fields, 2nd ed. New York: Wiley, 1986.

57. Тинин M.B. Применение метода возмущений для решения двухточечной траекторной задачи в сферической системе координат. Тез. докл. VII

58. Всесоюзного симпозиума по дифракции и распространению волн, докладов. М.: Изд-во АН СССР, 1977. с. 58-61.

59. Буслов В.А., Яковлев C.JI. Численные методы II. Решение уравнений. СПб.: СпбГУ, 2001.

60. Афанасьев Н.Т. Влияние ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн в условиях сильной регулярной рефракции. Дисс. докт. физ.-мат. наук. Иркутск: ИГУ, 1999.

61. Баранов В.А., Кравцов Ю.А. Метод возмущений для лучей в неоднородной среде. Изв. вузов. Радиофизика, 1975. т. 18. №1. с. 52-62.

62. Кравцов Ю.А., Фейзулин З.И. О решении лучевых уравнений методом возмущений. Радиотехника и электроника, 1971. т.14. № 10. с. 1777-1787.

63. Гусев В.Д., Хури А. Решение лучевого уравнения для неоднородностей рассеивающей сферически слоистой среды методом возмущений. Вестник МГУ, 1975. т. 16. № 3. с. 289-293.

64. Гусев В.Д., Махмутов Н.А., Хури А. Решение лучевого уравнения для неоднородной рассеивающей среды методом возмущений. Радиотехника и электроника, 1974. т.19. № 9. с. 1809-1816.

65. Кляцкин В.И., Татарский В.И. О сильных флуктуациях плоской световой волны, распространяющейся в среде со слабыми случайными неоднородностями. ЖЭТФ, 1968. т.55. № 2. с. 662-678.

66. Гусев В.Д., Лан Н.Б. Некоторые вопросы рассеяния радиоволн при наклонном распространении. Радиотехника и электроника, 1973. т. 18. №10. с. 2015-2021.

67. Гусев В.Д., Махмутов Н.А. Фазовые и угловые флуктуации при рассеянии радиоволн в ионосферном слое. Вестник МГУ, 1979. т.20. №1. с. 32-37.

68. Баранов В.А., Попов А.В. Метод возмущений для лучей в почти слоистой среде. Распространение декаметровых радиоволн. М.: ИЗМИРАН, 1975. с. 14-20.

69. Гайлит Т.А., Гусев В.Д., Приходько Л.И. Флуктуации направления распространения отраженного от ионосферы многомодового сигнала. Радиотехника и электроника, 1976. т.21. №12. с. 2486-2490.

70. Гусев В.Д., Юхматов Б.В. Рассеяние пучка квазикритических лучей в сферически-слоистой среде с эллипсоидными неоднородностями.

71. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1983. Вып. 63. с. 220-225.

72. Тинин М.В. О вариациях углов прихода ионосферных радиоволн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1977. с. 40-45.

73. Тинин М.В. О применении метода возмущений для расчета траектории луча в горизонтальном ионосферном слое. Изв. вузов. Радиофизика, 1980. т.23. № 4. с. 498-499.

74. Моисеев Н.Н. Асимптотические методы нелинейной механики. М.: Наука, 1981.400 с.

75. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1957. 608 с.

76. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.

77. Basu Su., and Kelley M.C. Review of equatorial scintillations phenomena in light of recent developments in the theory and measurement of equatorial irregularities. J. Atmos. Terr. Phys., 1977. v. 39, pp. 1229-1242.

78. Basu S., and Kelley M.C. A review of recent observations of equatorial scintillations and their relationship to current theories of F region irregularity generation. Radio Science, 1979. v. 14, pp. 471-485.

79. Ерухимов JI.M., Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д. Об эмпирическом моделировании неоднородной структуры ионосферы. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1977. Вып.41. с. 3-6.

80. Афанасьев Н.Т., Грозов В.П., Носов В.Е., Тинин М.В. О влиянии формы спектра неоднородной плазмы на статистические характеристики декаметровых радиоволн. Препринт СибИЗМИР СО АН СССР №13-85. Иркутск, 1985. 12 с.

81. Грозов В.П. Влияние ионосферных неоднородностей на структуру сигнала в окрестности максимально применимой частоты. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Иркутск: ИГУ, 1987.

82. Копсон Э.Т. Асимптотические разложения. М.: Мир, 1966. 159 с.

83. Тин™ М.В. Распространение волн в среде с крупномасштабными случайными неоднородностями. Изв. вузов. Радиофизика, 1983. т.26. №1. с. 36-43.

84. Федорюк М.В. Метод перевала. М.: Наука, 1977. 368 с.

85. Афанасьев Н.Т., Тинин М.В. Применение метода интерференционного интеграла для расчета корреляционных характеристик ионосферных радиоволн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1982. Вып. 61. с. 236-241.

86. Abramowitz М., Stegun I.A. (Editors). Handbook of Mathematical Functions. NBS Applied Mathematics Series, Vol.55, New York: NBS, 1964.

87. Сажин В.И., Тинин М.В. Расчет на ЭВМ траекторий и расходимости лучей, близких к критическому для двумерно-неоднородной изотропной ионосферы. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1975. Вып. 35. с. 82-84.

88. Chapman S. and Cowling T.G. The Mathematical Theoiy Of Non-uniform Gases, third ed. Cambridge University Press, Cambridge, 1990.

89. Колесник А.Г. Согласованная модель ионосферы. Автореферат дисс. доктора физ.-мат. наук. М.: ИЗМИРАН, 1972. 121с.

90. Иванов-Холодный Г.С., Михайлов А.В. Прогнозирование состояния ионосферы. М.: Гидрометеоиздат, 1980. 192с.

91. Намгаладзе А.А., Латышев К.С. Динамическая модель невозмущенной ионосферы. Препринт №7. М.:ИЗМИРАН, 1982. 98с.

92. Гуревич А.В., Израитель А.Г., Соболева Т.С. и др. Глобальная аналитическая равноденственная модель электронной концентрации ионосферы (РМИ-81). Препринт №49. М.: ИЗМИРАН, 1981.47с.

93. Кринберг И.А., Выборов В.И., Кошелев В.В., Попов В.В., Сутырин Н.А. Адаптивная модель ионосферы. М.: Наука, 1986. 132с.

94. Поляков В.М., Суходольская В.Е., Ивельская М.К., Сутырина Г.Е., Дубовская Г.В., Бузунова М.Ю. Полуэмпирическая модель ионосферы для широкого диапазона геофизических условий. М.:МЦД-Б, 1986. 136 с.

95. Bilitza D. International Reference Ionosphere 2000. Radio Science, v.36, №2, 2001. pp. 261-275.

96. Rawer K., Lincoln J. V., and Conkright R. O. International Reference Ionosphere-IRI 79. World Data Center A for Solar-Terrestrial Physics, Report UAG-82, Boulder, Colorado, 1981. 245 p.

97. Bilitza D. (editor). International Reference Ionosphere 1990. NSSDC 90-22, Greenbelt, Maryland, 1990.

98. Bilitza D. International Reference Ionosphere Status 1995/96. Adv. Space Res. v.20, №9, 1997. pp. 1751-1754.

99. Bilitza D., Papitashvili N. International Reference Ionosphere IRI-2001. NSSDC MODEL Web, 2004. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/space/model/models/iri.html.

100. Стечкин С.Б., Субботин Ю.Н. Сплайны в вычислительной математике. М.: Наука, 1976.

101. Завьялов Ю.С. Интерполирование функций одной и двух переменных кусочно-полиномиальными функциями. Сб. "Математические проблемы геофизики", вып. 1, Новосибирск: Наука, 1969.

102. Михалевич Ю.И., Омельченко O.K. Процедуры кусочно-полиномиальной интерполяции функций одной и двух переменных. Новосибирск: Изд-во ВЦ СО АН СССР, 1970.45с.

103. Сажин В.И. Использование гибридной ионосферной модели в программе расчёта характеристик распространения радиоволн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1977. вып.41, с. 117121.

104. Токарь В.Г., Никитин М.А. Численные расчёты распространения радиоволн в глобальной ионосфере. Тезисы докладов XII Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Томск, 1978, ч.1, с.237-238.

105. Кияновский М.П., Сажин В.И. К аналитическому представлению ионосферных данных при расчетах декаметровых радиоволн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1980. вып.57, с.41-49.

106. Агарышев А.И., Сажин В.И., Тинин М.В. Развитие методов расчета траекторных характеристик коротких радиоволн. Тезисы докладов XXIII, научно-технической Конференции посвященной Дню радио. Новосибирск, 1980. с. 121-122.

107. Коноплин В.Н., Орлов А.И. Приближение данных локальными сплайнами второй степени. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1981. вып.57, с.101-104.

108. Лопаткин С.В., Сажин В.И. К использованию физических моделей ионосферы при расчете глобальных трасс. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, М.: Наука, 1981. вып. 55, с.148-153.

109. Сажин В.И. Моделирование на ЭВМ распространения радиоволн в регулярной ионосфере. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1993,40 с.

110. Farley D. Т., Jr. A plasma instability resulting in field-aligned irregularities in the ionosphere. J. Geophys. Res., v.68,1963. pp. 6083-6097.

111. Buneman O. Excitation of field-aligned sound waves by electron streams, Phys. Rev. Lett., v. 10, 1963. pp. 285-287.

112. Fukao S., McClure J., Ito A., Sato Т., Kimura I., Tsuda Т., and Kato S. First VHF Radar Observation of Midlatitude F-Region Field-Aligned Irregularities. Geophys. Res. Lett., v.15, No.8, 1988. pp. 768-771.

113. Kudeki E., and Stiriicu F. Radar interferometric imaging of field-aligned plasma irregularities in the equatorial electrojet. Geophys. Res. Lett., v. 18, No.l, 1991. pp. 41-44.

114. Цыганенко H.A., Усманов A.B., Папиташвили B.O., Папиташвили Н.Е., Попов В.А. Програмное обеспечение для вычисления геомагнитного поля и связанных координатных систем. Геофизический комитет СССР, Специальный отчет. Москва, 1987, с. 58.

115. Tsyganenko N.A. Global Quantitative Models of the Geomagnetic Field in the Cislunar Magnetosphere for Different Disturbance Levels, Planet. Space Sci., v.35, 1987. pp. 1347-1358.

116. Tsyganenko N.A. A Magnetospheric Magnetic Field Model with a Warped Tail Current Sheet. Planet. Space Sci. v.37, 1989. pp. 5-20.

117. Tsyganenko N.A. Modeling the Earth's Magnetospheric Magnetic Field Confined Within a Realistic Magnetopause. J.Geophys.Res., v.100, 1995. pp. 5599-5612.

118. Tsyganenko N.A. and Stern D.P. Modeling the Global Magnetic Field of the Large-Scale Birkeland Current Systems. J. Geophys.Res., v. 101, No. A12, 1996. pp. 27187-27198.

119. Tsyganenko N.A., Papitashvili N.E. External (T96) and Internal Geomagnetic Field Model Parameters. NSSDC MODEL Web. http://nssdc.gsfc.nasa.gov/space/cgm/l96.html.

120. Агарышев А.И., Сажин В.И., Тинин M.B. Применение табличных ионосферных данных для расчёта траекторных характеристик коротких радиоволн. Вопросы распространения радиоволн в высоких и средних широтах. М.: ИЗМИРАН, 1979. с.82-89.

121. Агафонников Ю.М., Пахотин В.А. Экспериментальное исследование угловых характеристик выделенных во времени мод сигнала. Вопросы распространения радиоволн в высоких и средних широтах. М.: ИЗМИРАН, 1979. с.41-49.

122. Болотов Ю.М., Цыбиков А.Е., Чимитдоржиев Н.Б. Экспериментальная оценка коэффициента деполяризации УКВ при отражении от спорадических слоев Es ионосферы. Тезисы докладов XVII Конференции по распространению радиоволн. Ульяновск, 1993, секция 1а, с. 55.

123. Грудинская Г.П. Распространение коротких и ультракоротких радиоволн. М.: Радио и связь, 1981. 80 с.

124. Гершман Б.Н., Казимировский Э.С., Кокоуров В.Д., Чернобровкина Н.А. Явление F-рассеяния в ионосфере. М.: Наука, 1984. 141 с.

125. Гершман Б.Н., Игнатьев Ю.А., Каменецкая Г.Х. Механизмы образования ионосферного спорадического слоя Es на различных широтах. М.: Наука, 1976. 108 с.

126. Chu Y.-H., Wang C.-Y. Three-dimensional spatial structures of midlatitude type 1 Es irregularities. J. Geophys.Res., v. 107, N0.A8,2002. pp. 1182-1192.

127. Ерухимов JI.M., Савина O.H. О роли мелкомасштабных неоднородностей в формировании радиоотражений от среднеширотного спорадического слоя Es-Ионосферные исследования. М.: Советское радио, 1980, № 30, с. 80-86.

128. Bowman G.G. Quasi-periodic scintillations at midlatitudes and their possible association with ionospheric sporadic-E structures. Ann. Geophys., v.7, 1989. p.259.

129. Куницын B.E., Терещенко Е.Д. Томография ионосферы. М.: Наука, 1981.176 с.

130. Гусев В.Д. Объемная структура неоднородностей ионосферы. Ионосферные исследования. М.: Советское радио, 1980, № 30, с. 53-56.

131. Карякин В.И., Литвинцев О.Г., Сажин В.И. База данных радиозондирования ионосферы. Радиофизика и электроника: проблемы науки и обучения./ Под ред. В.М. Полякова. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1995. с. 178.

132. Galushko V.G., Beley V.S., Koloskov A.V., Yampolski Y.M., Paznukhov V.V., Reinisch B.W., Foster J.C., and Erickson P. Frequency-and-angular HF sounding and ISR diagnostics of TIDs, Radio Sci., v38, N0.6,2003. pp.1102-1110.

133. Millstone Hill Digital Portable Sounder (DPS-4). http://digisonde.haystack.edu/

134. Антошкин Б.И, Солопанов Е.Ю., Унучков B.E. Установка для исследования угловой и пространственной структуры поля коротких радиоволн. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1987. вып. 77. с. 77.