Исследование и прогнозирование энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на среднеширотных трассах малой протяженности

Радио, Любовь Петровна

Исследование и прогнозирование энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на среднеширотных трассах малой протяженности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Радио, Любовь Петровна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ростов-на-Дону МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование и прогнозирование энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на среднеширотных трассах малой протяженности»

Автореферат диссертации на тему "Исследование и прогнозирование энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на среднеширотных трассах малой протяженности"

На правах рукописи

□□3482918

РАДИО ЛЮБОВЬ ПЕТРОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОВОЛН ВЧ ДИАПАЗОНА НА СРЕДНЕШИРОТНЫХ ТРАССАХ МАЛОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ

01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 2

Ростов-на-Дону 2009

003482918

Работа выполнена на кафедре радиофизики физического факультета Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор БАРАБАШОВ Борис Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор ДАНИЛКИН Николай Петрович,

Защита состоится «4» декабря 2009г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.10 в Южном федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Р. Зорге, 5, Южный федеральный университет, физический факультет, ауд. 318.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул.

Пушкинская 14Я

доктор физико-математических наук, с. н. с. МАЛЬЦЕВА Ольга Алексеевна

Ведущая организация: ФГУП «РНИИРС», г. Ростов-на-Дону

Автореферат разослан «££.» 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.10 доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность работы.

Во многих странах в последнее время наблюдается рост интереса специалистов к системам ВЧ связи. Ежегодно в мире проводятся 2-3 международные конференции по ионосферной тематике. Активно работают группы исследователей в рамках международных союзов таких, как International Union Of Radio Science (URSI), International Telecommunication Union - Radio (ITU-R), Committee On Space Research (COSPAR), European Cooperation in the field of Scientific and Technical Research (COST).

Сказанное в равной мере относится как к традиционным для ДКМВ расстояниям (1000...10000 км), так и к трассам, длина которых не превышает 500...600 км. Однако следует констатировать, что вопросы распространения ДКМВ на малые расстояния оставались долгое время вне поля зрения радиофизиков. Специфика трасс малой протяженности (низкие рабочие частоты, глубокое проникновение волны в ионизированные слои и, как следствие, значительное поглощение, много большее, чем при пологих траекториях) выдвигает повышенные требования к точности расчета, прежде всего, энергетических характеристик радиолиний.

Вместе с тем до 80-х годов прошлого столетия специального инженерного метода расчета напряженности поля для трасс до 500-600 км не существовало. Что же касается многочисленных известных методов, ориентированных на расстояния более 600-1000 км, то в литературе практически отсутствуют, за редким исключением, результаты экспериментальной проверки эффективности их применения на трассах малой протяженности. Еще меньше данных о другой

важной для прогнозирования качества связи характеристике - возможных вариациях ото дня ко дню значений напряженности поля.

Из сказанного следует, что задача исследования и прогнозирования энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на трассах малой протяженности остается актуальной, имеющей важное научно-прикладное значение. Цели и задачи диссертации.

1. Провести сопоставительный анализ факторов, влияющих на напряженность поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности.

2. Осуществить проверку точности методов прогнозирования напряженности поля на трассах малой протяженности на основе баз данных измерений, охватывающих периоды низкой и высокой солнечной активности.

3. Разработать предложения по повышению точности расчета энергетических характеристик.

Для достижения поставленных целей потребовалось решить следующие задачи:

- Составить обзор инженерных методов расчета (прогнозирования) напряженности поля и оценить степень учета в этих методах специфики трасс малой протяженности.

- На основе имитационного моделирования исследовать суточные, сезонные, гелиоциклические вариации отдельных видов потерь и суммарной напряженности поля. Исследовать роль перемещающихся ионосферных возмущений, потерь при отражении от поверхности земли, поляризационных замираний.

- Осуществить подбор баз данных по измерению напряженности поля, охватывающих большие временные периоды и различные уровни солнечной активности.

- По сопоставлению рассчитанных и экспериментальных баз данных оценить точностные параметры методов расчета напряженности поля.

- По результатам выполненных исследований дать рекомендации по повышению точности расчета различных видов потерь.

Научная новизна результатов исследования.

1. Исследованы особенности суточных, сезонных и гелиоциклических вариаций энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на трассах малой протяженности. Оценено влияние на характеристики полей перемещающихся ионосферных неоднородностей волновой природы. Определен вклад потерь многоскачковых лучей при отражении от разного типа отражающих поверхностей. Описаны отличительные особенности поляризации интерференционного поля. Полученные результаты дополняют известные, опубликованные в литературе.

2. Для тестирования методов расчета энергетических характеристик отобраны и обработаны базы экспериментальных данных, содержащих более 149000 часов измерений напряженности поля на среднеширотных трассах. На их основе проведена статистически обоснованная проверка эффективности применения на трассах малой протяженности трех методов расчета напряженности поля: метода Ростовского государственного университета, метода 1Ти-11 (ЯЕС 533), метода 1СЕРАС. Выборочно оценивалась точность метода Казанцева-Смита. Даны рекомендации по применению этих методов.

На основе экспериментальных данных получены численные значения вариаций напряженности поля ото дня ко дню на трассах протяженностью 396 км и 551 км, которые могут быть использованы для оценки доверительных интервалов при прогнозировании качества радиосвязи.

3. Предложены новые (не описанные в литературе) алгоритмы расчета наименьшей рабочей частоты (НПЧ) и зон уверенного радиоприема с отображением результатов прогноза на карте мира.

Рекомендован алгоритм определения типа отражающей поверхности многоскачковых лучей, позволяющий существенно повысить точность определения потерь при отражении от земной поверхности.

Основные положения и результаты, выносимые па защиту. 1. Сопоставительный анализ факторов, влияющих на напряженность поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. Результаты получены путем

моделирования распространения ВЧ волн в магнитоактивной, пространственно неоднородной ионосфере.

2. Результаты экспериментальной проверки точности методов прогнозирования напряженности поля на трассах малой протяженности на основе баз данных измерений, охватывающих периоды низкой и высокой солнечной активности.

3. Предложения по повышению точности расчета энергетических характеристик: ионосферного поглощения, потерь при отражении от земли, зон покрытия, наименьшей применимой частоты.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертации результатов.

Исследования выполнены с помощью моделей, адекватно описывающих процессы распространения ДКМВ в пространственно неоднородной магнитоактивной ионосфере и находят удовлетворительную физическую интерпретацию, связанную с известными особенностями поведения ионосферных слоев в определенные сезоны, периоды суток и годы. Все экспериментальные результаты статистически обоснованы и достоверны, поскольку они получены на калиброванных трассах протяженностью 15-551 км с инструментальной погрешностью не более 2,0 дБ. Измерения проводились круглосуточно, охватывали периоды минимальной и максимальной солнечной активности. Объем баз данных - 149000 часов измерений.

Практическая значимость и использование результатов работы.

1. Сспсстгп::тел1л:ы;: анализ 1-го раздела к выводы 3-го раздела диссертации позволяют оценить ожидаемую погрешность расчета напряженности поля при выборе метода. Сюда же следует добавить возможность учета статистически обоснованных значений разброса прогнозируемых значений напряженности поля ото дня ко дню.

2. Результаты 2-го раздела могут служить предварительным прогнозом энергетических характеристик при планировании радиосвязи.

3. Базы экспериментальных данных, представленные в разделе 3, могут быть использованы для тестирования разрабатываемых или известных методов прогнозирования энергетических характеристик ДКМВ.

4. Предложенный алгоритм построения карт радиосвязи (зон уверенного приема) и его программная реализация могут применяться для решения задач прогнозирования условий работы сетей различной структуры: радиальных, радиально-кольцевых, кустовых, зонных, мобильных, а также при оценке электромагнитной совместимости радиосредств.

5. Результаты исследования поляризации интерференционного поля могут быть использованы при разработке алгоритмов совместной поляризационной пространственно-временной обработки полей ДКМВ.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались (представлялись) на IV и V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» в 2006 и 2007 годах, (г. Ростов-на-Дону); на международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» в 2007 г. (г. Таганрог); на Третьей ежегодной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН в 2007 г. (г. Ростов-на-Дону); на XII Всероссийской конференции по распространению радиоволн в 2008 г. (п. JIoo); на Международном симпозиуме IES2008 в 2008 г. (Александрия, США). Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 2 - в российских рецензируемых журналах, 1 - в трудах зарубежной конференции, 6 - в трудах российских конференций, 2 - в сборниках трудов аспирантов. Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы; изложена на 130 листах, содержит 72 рисунка и 13 таблиц. Список цитируемой литературы включает 108 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются ее цели и задачи, показывается научная новизна и практическая значимость, сообщается об апробации работы, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе описаны инженерные методы расчета напряженности поля пространственных декаметровых волн.

В инженерных методах расчет напряженности поля сводится к прогнозированию "потерь передачи" или, что то же самое, к определению "коэффициента потерь" Ь. Как правило, Ь записывается в виде суммы:

¿ = ¿„+¿„+1,,+£,+!,, дБ. (1)

В такой записи учтены следующие виды потерь энергии волны, отраженной от ионосферы: Ьа - столкновительное поглощение, связанное с переходом электромагнитной энергии поля в тепловую; £</ - пространственное ослабление, а также фокусировка или дефокусировка распространяющегося пучка волн за счет сферичности ионосферы, а также горизонтальных градиентов электронной плотности; Ьр - перераспределение энергии падающей волны между магнито-ионными компонентами и потери на поляризационное рассогласование между волной, вышедшей из ионосферы, и поляризацией приемной антенны; Ц- потери при отражении от земной поверхности при многоскачковом распространении; Ьс - дополнительные потери, связанные как с рассеянием на мелкомасштабных неоднородностях, так и с флуктуациями параметров ионосферы ото дня ко дню. В ряде методов в состав Ь включаются также коэффициенты усиления передающей и приемной антенн.

Точность всякого метода зависит от того, насколько корректно определяется каждый из перечисленных видов потерь. С этих позиций рассматриваются методы, вошедшие в обзор.

Рассмотрены ранние методы прогнозирования (метод Равера, метод Пиг-готта, метод Рао, метод А.Н. Казанцева, метод Национального бюро стандартов) и широко используемые в настоящее время в мировой практике методы

семейства IONCAP, МККР (ITU-R), имеющие программные реализации. Описаны особенности разработанного в 80-х годах в Ростовском государственном университете метода РГУ «Трасса» для коротких трасс.

По результатам обзора для решения задач диссертации были выбраны следующие методы: метод РГУ «Трасса», ITU-R (МККР), ICEPAC.

Во второй главе анализируются факторы, ответственные за энергетику полей ДКМВ, рассмотрены особенности распространения ДКМВ на трассах малой протяженности.

Основным инструментом исследований было математическое моделирование процессов распространения ДКМВ в пространственно неоднородной магнитоактивной ионосфере. Такой подход в настоящее время считается наиболее эффективным. Результаты данного раздела получены с помощью имитационной модели полей ДКМВ, разработанной в Ростовском государственном университете (РГУ), а также с привлечением пакета программ "Трасса". В процессе моделирования рассматривались как предельные, так и средние ситуации в невозмущенной ионосфере.

Получены сезонные, суточные, гелиоциклические вариации энергетических характеристик распространения ДКМВ на трассах малой протяженности. Результаты представлены в данной главе в виде графиков. По ним можно проследить общий характер зависимости энергетических характеристик (суммарной напряженности поля, пространственного ослабления, столкновительного поглощения) от сезона, времени суток, уровня солнечной активности, протяженности трассы. Рассматривались трассы протяженностью 100, 250, 500 км. Приводится сезонный ход МПЧ. Для сопоставления с условиями распространения на более протяженные расстояния приведены соответствующие рассчитанные зависимости для трассы 2000 км.

Рис. 1 иллюстрирует сезонную изменчивость напряженности поля и потерь на частотах, близких к оптимальным (0,8-МПЧ), в полуденные часы для двух значений солнечной активности W= 10 и 150 на трассах протяженностью 100 км. Здесь же приводится сезонный ход МПЧ.

Б = 100 км, Т= 12-00

Е,<Ши

1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Месяцы

а)

58 Пространственное ослабление, дБ

Т—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяцы б)

Т-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяцы

В)

Рис. 1

1 I I I I I I I I I I

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяцы

Г)

По результатам исследования суточных, сезонных и гелиоциклических вариаций энергетических характеристик ДКМВ делаются выводы:

- основным механизмом распространения на частотах, близких к оптимальной, является односкачковое отражение от области Б. В годы минимальной солнечной активности и в ночное время это луч 1РХ, в остальное время - 1Р0. Перечисленные механизмы являются устойчивыми на трассах вплоть до 600 км;

- минимальные величины напряженности поля в дневные часы наблюдаются в летние месяцы. Зимой и в периоды равноденствия напряженность (Е) возрастает по сравнению с летними значениями на 6-10 дБ;

- средние значения напряженности поля в ночные часы практически не зависят от сезона, уровня солнечной активности и протяженности трассы. Колебания лежат в пределах 1-3 дБ;

- максимальные суточные вариации напряженности поля на ОРЧ наблюдаются в летний период, когда перепад между ночными и дневными значениями напряженности поля достигает 12-16 дБ. В это время года суточные колебания Е практически не зависят от солнечной активности;

- пространственное ослабление от сезона к сезону меняется не более чем на 2-3 дБ и практически не зависит от уровня солнечной активности. В то же время изменения поглощения в течение года составляют 7-10 дБ, это позволяет говорить, что сезонные колебания напряженности поля обусловлены главным образом вариациями поглощения.

Сделан практически важный вывод: наиболее трудным периодом времени с точки зрения условий для радиосвязи является лето в годы максимальной солнечной активности, когда наблюдаются самые низкие значения напряженности поля, а также лето для лет минимальной солнечной активности, когда дополнительно опускается МПЧ до минимума. Представленные в разделе данные могут служить ориентировочным прогнозом при оценке ожидаемого качества связи.

Среди причин, приводящих к нерегулярным отклонениям траекторий, а следовательно, к возможным случайным вариациям уровня сигнала, особое место отводится перемещающимся ионосферным возмущениям (ПИВ) волновой природы. И если флуктуации углов прихода лучей, обусловленные действием такого рода возмущений, достаточно хорошо изучены, то влияние ПИВ на энергетические характеристики поля освещены в литературе весьма скудно. Рассматривается обзорно ряд характерных особенностей ПИВ.

Для оценки влияния ПИВ были выполнены расчеты потерь на трассах протяженностью 100, 250, 500 км, 2000 км на частотах 0,75, 0,8, 0,9 от МПЧ. Время наблюдения - полдень, равноденствие; солнечная активность - W=100. Использовалась модель горизонтального продольного возмущения с параметрами ПИВ: амплитуда 5%, 10%, период 20 мин, длина волны Ь=100 км. Графически представлены результаты расчета вариаций вертикальной компоненты напряженности поля Ег обыкновенных и необыкновенных лучей, изменения

пространственного ослабления и поглощения Ьа под воздействием ПИВ на частоте 0,8МПЧ за время, равное периоду ПИВ. В дополнение к энергетическим характеристикам приведены флуктуации углов места а при аналогичных условиях. На рис. 2 приведены примеры таких расчетов для трассы 100 км.

4035302520 1510-

Е, ави

{ = 0,8МПЧ, Б = 100 км, о-волна

—невозм. -- 5% - 10%

т—I—I—I—I—I—I—I—I—1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Т, мин.

а)

Ьа, дБ

Г=0,8МПЧ, 8=100 км, о-волна

-10%

Е, <Ши { = 0,8МПЧ, Б = 100 км, х-волна

—невозм.

- 5%

- 10%

I I I I I I I I

4 6 8 10 12 14 16 18 20 Т, мин.

"1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Т, мин.

б)

Ьа.дБ Г=0,8МПЧ, 5=100 км, х-волна

I I

10 12 Т, мин.

-1

18 20

В)

г)

10.8 — 10.710.6 10.5 10.4

Ьа, дБ Г=0,8МПЧ, Б= 100 км, о-волна

-5% -10%

1—I—I—I—I—;—I—1—:—I

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Т, мин.

д)

14.314.2 -14.1 -1413.9

Ьа, дБ

Г=0,8МПЧ, 5=100 км, _5% х-волна

Т—I—I—I—I—I—I—I—I—I

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Т, мин.

е)

а, градус

Г=0,8 МПЧ, 5=100 км.

а, градус Г=0,8 МПЧ, 100 км,

0 2 4

10 12 14 16 18 20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Т, мин.

Т, мин.

Ж)

Рис.2

Анализ изменения энергетических характеристик ДКМВ под влиянием перемещающихся ионосферных неоднородностей показал, что вариации поглощения составляют не более 1 дБ, колебания пространственного ослабления могут достигать 6-7 дБ, а на трассах до 200 км, при наличии внутримодовой многолучевости, эти колебания могут возрастать до 10 дБ. ПИВ являются основной причиной медленных замираний. Период замираний совпадает с периодом ПИВ.

Оценка диссипации энергии волны в области Б показала, что она сопоставима с потерями в нижележащих слоях. Абсолютные значения поглощения на высотах Б-области составляют 2-4 дБ. Таким образом, делается вывод о необходимости учета этой компоненты потерь в расчетах напряженности поля.

Показано, что погрешность прогноза потерь может быть сокращена на 310 дБ, если метод расчета напряженности поля позволяет определить, происходит ли отражение от морской воды или от суши. На рис. 3 а) и б) представлены объединенные результаты расчетов потерь при отражении от различных поверхностей. Рабочая частота 5,0 МГц.

дБ Частота 5,0 МГц

Горизонтальная поляризация^

••Пресная вода —Морская вода

Н•I ' П

50 60 70

Угол места, градусы

М ДБ Частота 5,0 МГц

Вертикальная поляризация

- Сухая почва

- -Влажная почва —Пресная вода —-Морская вода

~Г ' ~ • ' • ~г •

50 60 70

Угол места, градусы

а) б)

Рис.3

В качестве дополнения к имитационной модели разработан алгоритм расчета характеристик полностью поляризационного интерференционного поля крутопадающих волн. Исследованы особенности такого поля.

На трассах малой протяженности траектории магнитоионных компонент заметно отличаются. То же самое можно сказать о высотах отражения и углах прихода. В результате суммарную волну уже нельзя рассматривать, как плоскую. Доплеровский сдвиг составляющих также существенно различный. Что приводит к быстрым вариациям компонент суммарного поля. Этот вид флуктуа-ций в ряде источников называют поляризационными замираниями.

20 N.число пересечений в минуту

^0,8МПЧ

'«-■д^^гц

^0,8МИЧ

-1—

1000 Э, км

Рис.4

1500

2000

На рис. 4 представлена зависимость от расстояния скорости вариаций (скорости фединга), количественно охарактеризованной числом пересечений N скользящего среднего уровня поля в минуту. Для объяснения полученного хода на рис.5 приводится график изменения относительного доплеровского смещения компонент от протяженности трассы. Совпадение зависимостей очевидно, и они имеют достаточно простое объяснение.

На трассах средней протяженности траектории обыкновенной и необыкновенной волн проходят близко друг от друга. В результате их доплеровские смещения отличаются незначительно. Кроме того, к дополнительному снижению относительного смещения приводит то обстоятельство, что пологая траектория пересекает несколько периодов ПИВ. При этом доплеровское смещение на отдельных участках траектории может менять знак, а суммарное смещение сокращается. Иная картина наблюдается на трассах малой протяженности. С уменьшением расстояния траектории компонент существенно расходятся, относительное различие частот растет, многократно возрастает и скорость флуктуа-ций (рис. 4). Однако на трассах, протяженность которых сопоставима с 1/2 длины волны ПИВ, обе компоненты отражаются на близких высотах. В результате их относительное частотное смещение сокращается и, как следствие, уменьшается скорость флуктуации поля.

Показано, что на трассах малой протяженности суммарная волна не является плоской. Как следствие проекция вектора напряженности поля на плоскость распространения имеет эллиптическую поляризацию. Полученные результаты могут быть использованы при разработке алгоритмов совместной поляризационной пространственной частотно-временной обработки полей ДКМВ. На рисунке рис.6 (а)- проекция на плоскость ZOX, б)- проекция на плоскость ZOY) представлена временная последовательность эллипсов поляризации на частоте 0,8 МПЧ для случая, когда суммарное поле - результат суперпозиции 3 лучей: 1Е01Р2о,х (трасса 300 км). Углы места этих лучей 36, 51, 52 градусов соответственно. Шаг по времени 5 минут.

Рис. 6

Третья глава посвящена экспериментальной проверке эффективности использования трех методов прогнозирования среднемесячных значений напряженности поля на среднеширотных трассах малой протяженности.

При проверке точности методов прогнозирования напряженности поля первостепенная задача заключалась в выборе баз экспериментальных данных, которые могли бы обеспечить корректную проверку методов. Наибольшей достоверностью обладают результаты измерений, проведенных на среднеширотных трассах. В результате были отобраны и обработаны пять баз данных результатов измерений напряженности поля (уровня сигнала на клеммах приемной антенны) на среднеширотных калиброванных трассах протяженностью 15551 км с инструментальной погрешностью не более 2,0 дБ. Измерения проводились в дневное и ночное время, охватывали периоды минимальной и максимальной солнечной активности. Объем баз данных - 149000 часов измерений.

Для прогнозирования качества связи необходимо знать не только медианные месячные значения напряженности поля, но и возможные отклонения ото дня ко дню уровня сигнала от месячной часовой медианы. В качестве меры вариаций принято среднеквадратичное отклонение.

Четыре базы данных №1 (15-500 км), №2 (446 км), №3 (551 км), №4 (396 км) использовались для проверки точности прогнозирования методов, по результатам измерений двух баз данных №3 (551 км) и №5 (396 км) оценивался

разброс значений напряжения на входе приемника и напряженности поля ото дня ко дню.

Была принята следующая последовательность обработки результатов измерений. Для каждого месяца на плоскость "время суток - напряженность поля (уровень сигнала)" наносились все измеренные значения. Затем для фиксированных моментов времени находились средние значения напряженности поля. Полученные таким образом точки соединялись кривой, которая рассматривалась как средний за месяц суточный ход напряженности поля (уровня сигнала). Типичные примеры результатов обработки баз данных приведены на рис. 7, 8. Вертикальными линиями нанесены вариации ото дня ко дню напряженности и напряжения.

"Т—1—[—1—1—1—I—1—г

4 8 12 16 20 Т, местное время, час

1 35-

30-

| 255

I 20-

а.

- 15105

Т"

Т, местное время, час

Рис. 7 Рис. 8

Обработанные результаты измерений могут быть использованы для тестирования методов прогнозирования энергетических характеристик ДКМВ.

Проведена проверка точности прогнозирования среднемесячных значений напряженности поля методами Ростовского государственного университета, метода 1Ти-11 (ЛЕС 533), метода 1СЕРАС. Выборочно (база данных №1) оценивалась точность метода Казанцева-Смита.

Результаты проверки - абсолютные (арифметические) погрешности | ДЕ |, усредненные за все время измерений на всех частотах, следующие: метод РГУ:

3,2 дБ; метод 1Ш-К: 4,6 дБ; метод 1СЕРАС: 7,7 дБ; метод Казанцева-Смита: 8,2 дБ.

Сделан вывод, что из четырех методов расчета (прогнозирования) напряженности поля ДКМВ более высокую точность обеспечивает метод РГУ.

На рис. 9, 10 приведены примеры суточных зависимостей напряженности поля в дБ относительно 1 мкВ/м. Здесь измеренные значения напряженности поля нанесены сплошными кривыми, рассчитанные методом РГУ - пунктиром, методом 1Ти-Я- штрихпунктиром и методом 1СЕРАС - пунктир с "х".

Т, местное время, час Т, местное время, нас

Рис. 9 Рис. 10

Получены статистически обоснованные значения вариаций напряженности поля ото дня ко дню. Для слоя Е усредненные за все время наблюдения в дневные часы эти вариации составили ± 4,0 дБ. В ночные часы и при отражении от области Р вариации возрастали до ± 5,0 дБ.

На рис. 11 и 12 для примера приведены вариации напряжения и напряженности поля ото дня ко дню, усредненные за месяц по результатам обработки баз данных №3 и №5 соответственно.

Для объяснения причин полученных вариаций напряженности поля было проведено имитационное моделирование распространения радиоволн для тех же условий, при которых проводились измерения. Рассчитывались значения напряженности поля с учетом возможных изменений параметров ионосферных слоев и поглощения.

2004

2005

Годы

Рис. 1 1

1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 Годы

Рис. 12

По результатам моделирования сделаны следующие выводы.

1. Дневные вариации ото дня ко дню напряженности поля лучей, отразившихся от слоя Е, полностью объясняются возможными типичными отклонениями параметров ионосферы от средних значений. Причем для частоты 2,5 МГц получены несколько лучшие результаты, чем для частоты 5,0 МГц.

2. Измеренные в ходе эксперимента вариации поля в ночные часы при отражении от области Б значительно превосходят величины, полученные при мо-

делировании. Одна из причин - влияние интерференционных погрешностей, которые возникают в условиях одновременного приема обыкновенного и необыкновенного лучей в ночное время, когда амплитуды их сопоставимы, а относительные доплеровские смещения малы (в пределах 0,05 Гц).

Численные значения вариаций могут быть использованы для оценки доверительных интервалов при прогнозировании качества радиосвязи.

В четвертой главе изложены предложения по повышению точности расчета энергетических характеристик ДКМВ. Описываются способы расчета на основе метода РГУ наименьшей применимой частоты (НПЧ) и построения зон уверенного приема. Предлагается также путь более корректного учета потерь при отражении от Земли при многоскачковом распространении.

НПЧ определяется как частота, на которой напряженность поля сигнала ниже напряженности поля на оптимальной рабочей частоте на заданную величину ЛЕ. При таком подходе величина ЛЕ задается пользователем и должна содержать следующие составляющие: поправку, учитывающую замирания сигнала; прогнозируемые эффективные значения помехи с учетом возможных вариаций; поправку на возможные вариации медианного значения поля сигнала ото дня ко дню и, наконец, поправку, зависящую от технических характеристик каналообразующей аппаратуры: рода работы, вида модуляции, полосы пропускания приемника. Тогда, для определения НПЧ достаточно знать только энергетику канала.

35-1_

3025201510-

23456789 10 Частота, МГц

Рис. 13 Рис. 14

На рис. 13 и 14 приведены примеры дистанционно-частотной и амплитудно-частотной характеристик для полудня трассы №5. Вертикальными ли-

\ 74

Рч

25 с. х 6-о

8 4-

Си

5 34

« I — *

о , £■ 1 _ ра

НПЧ

ОРЧ мпч

I 1 I 1 I 1 I 1 I ' I 1 I 1 I 1 I

3456789 10 11 Частота. МГц

ниями отмечены ОРЧ и НПЧ, рассчитанные по предложенной методике при ЛЕ = 10 дБ. В данной главе описан разработанный на основе метода РГУ алгоритм расчета зон уверенного приема (зон покрытия). Алгоритм предназначен для расчета зон покрытия с отображением результатов расчета на географической карте мира. Границы зоны определяются пороговым значением напряженности поля Е , обеспечивающим необходимое качество связи. При решении

данной задачи требуется найти все траектории, приходящие на Землю из заданной точки передачи, и их энергетические характеристики. Предполагается, что траектории всех лучей лежат в плоскости дуги большого круга, соединяющей пункты передачи и приема. Алгоритм расчета зон уверенного приема использует минимум независимых входных данных: координаты пункта излучения, время суток, дату, тип передающей антенны, мощность на клеммах антенны, пороговое значение напряженности поля Ечисло скачков. Дополнительно может

оговариваться предельное удаление от пункта излучения, после которого расчет прекращается. На рис. 15 приведен пример рассчитанных зон уверенного прие-

Потери при отражении от земли многоскачковых лучей могут составлять значительную часть суммарных потерь на линии связи. Величина потерь находится в прямой зависимости от типа отражающей поверхности. Ошибка определения коэффициента отражения может быть существенно уменьшена, если известны электрические характеристики областей отражения. Предлагается алгоритм определения типа отражающей поверхности многоскачковых лучей. Он базируется на возможностях современных векторных цифровых мировых карт. В работе предлагается использовать векторную GPS карту мира в формате МарХ производства фирмы Maplnfo. Отличительная особенность математического обеспечения данной карты - возможность автоматического определения типа отражающей поверхности по координатам точки отражения. Дальнейший расчет потерь при отражении осуществляется по алгоритму метода РГУ: учитываются частота, угол падения, поляризация падающей волны.

В заключении формулируются основные выводы и результаты, полученные в настоящей работе.

Личный вклад соискателя. Исследования с помощью имитационного моделирования факторов, влияющих на напряженность поля ДКМВ, проведены самостоятельно. Подбор и обработка пяти баз данных результатов измерений напряженности поля на среднеширотных калиброванных трассах малой протяженности, осуществлены самостоятельно. Проверка эффективности использования трех методов прогнозирования среднемесячных значений напряженности поля выполнена самостоятельно. Статистически обоснованные значения вариаций напряженности поля ото дня ко дню получены самостоятельно.

Публикации автора по теме диссертации.

1. Б.Г. Барабашов, Л.П. Радио. Экспериментальная проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естеств. науки, №3, 2007,стр. 1722.

2. Е.В. Бойченко, Л.П. Радио. Вариации ото дня ко дню напряженности поля декаметровых радиоволн. // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естеств. науки, №5,2007, стр. 19-22.

3. B.G. Barabashov, M.M. Anishin, and L.P. Radio. HF Field Strength Prediction for Short and Medium-Range Ionospheric Radiopaths. IES2008, Alexandria VA USA, pp. 341-346.

4. M.M. Анишин, Л.П. Радио. Опыт прогнозирования напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой и средней протяженности. // Труды XII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», п. Лоо, 2008, стр. 113-116.

5. Л.П. Радио. Проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн. // Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн». ИРЭМВ-2007, Таганрог, 2007, стр.157-162.

6. Л.П. Радио. Суточные и сезонные вариации напряженности поля на дека-метровых трассах малой протяженности. // Тезисы докладов Региональной XI конференции по распространению радиоволн. Санкт-Петербург, 2005, стр. 52.

7. Л.П. Радио. Исследование суточных и сезонных вариаций напряженности поля ВЧ радиоволн. /7 Тезисы докладов Двенадцатой Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых. Новосибирск, 2006, стр. 647.

8. Л.П. Радио. Экспериментальная проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн. // Третья ежегодная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Тезисы докладов). Ростов-на-Дону, 2007, стр. 244-245.

9. Л.П. Радио. Исследование суточных и сезонных вариаций напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. // Труды IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» (тезисы докладов). Ростов-на-Дону, 2006, стр. 38-39.

10.Л.П. Радио. Проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. // Труды V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века - будущее Российской науки». Ростов-на-Дону, 2007, стр. 136-137.

И.Л.П. Радио. Исследование вариаций напряженности поля радиоволн ВЧ диапазона. // Труды аспирантов и соискателей Южного федерального университета. Ростов-на-Дону, 2007. сгр.31-33.

12. Л.П. Радио. Прогнозирование напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. // Труды аспирантов и соискателей Ростовского государственного университета. Ростов-на-Дону. Том XII, 2006, стр. 32-33.

Сдано в набор 22.10.2009 г. Подписано а печать 22.10.2009 г. Формат 60x84 71в. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Оперативная печать. Усл. печ. л 1,0. Уч-иэд..1,0.

Тираж 100 экз. Заказ № 672. Типография Южного федерального университета 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 200/1, тел (883) 247-80-51.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Радио, Любовь Петровна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДЕКАМЕТРОВЫХ ВОЛН.

1.1. Ранние методы расчета.

1.2. Методы семейства IONCAP.

1.3. Метод МККР (ITU-R (R.533-8)).

1.4. Метод РГУ "Трасса".

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование и прогнозирование энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на среднеширотных трассах малой протяженности"

Последние годы характеризуются бурным развитием микроволновых средств дальней связи. Однако традиционный вид связи на большие расстояния - радиосвязь на декаметровых волнах (ДКМВ) через ионосферу по-прежнему играет важную роль как средство внутренней и международной, подвижной и производственно-диспетчерской, а также резервной связи. К преимуществам ДКМ радиосвязи, которую по международным стандартам называют высокочастотной (ВЧ радиосвязь), относят оперативность установления прямой связи на большие расстояния, простоту организации радиосвязи с подвижными объектами, возможность обеспечить связь через труднодоступные пространства (водные и горные районы, лесные массивы, пустыни), низкую стоимость одного канала на километр дальности связи. Особое значение приобретает ВЧ связь в чрезвычайных условиях - при организации и проведении аварийно-спасательных работ в районах стихийных бедствий (землетрясений, наводнений и т.д.).

Примечательно, что во многих странах в последнее время наблюдается рост интереса специалистов к системам ВЧ связи. Ежегодно в мире проводятся 2-3 международные конференции по ионосферной тематике. Активно работают группы исследователей в рамках международных союзов таких, как International Union Of Radio Science (URSI), International Telecommunication Union - Radio (ITU-R), Committee On Space Research (COSPAR), European Cooperation in the field of Scientific and Technical Research (COST).

Для современного этапа развития ВЧ связи характерно совершенствование ее технических средств, направленных на преодоление недостатков, присущих ионосферному распространению радиоволн. Меры по повышению эффективности ВЧ связи известны [1]. Это организация ретрансляции, включая зонную; практическая реализация лавинной связи; применение частотно-пространственного разнесения; практически полный переход к цифровым системам; использование методов многоуровневой адаптации; применение антенн с управляемой диаграммой направленности; внедрение оперативных прогнозов в процесс ведения ВЧ радиосвязи. Еще одним залогом успешного развития ВЧ связи является существенное повышение надежности современной электронной элементной базы приемо-передающей аппаратуры, позволившей реализовать недоступные ранее методы кодирования и оптимальной обработки сигналов. В результате, современная ВЧ радиосвязь становится альтернативой спутниковой связи.

Сказанное в равной мере относится как к традиционным для ДКМВ расстояниям (1000. 10000 км), так и к трассам, длина которых не превышает 500.600 км. ВЧ системы на таких расстояниях обеспечивают работу следующих служб: производственную (низовую) радиосвязь, сеть радиовещания в труднодоступных районах, связь земля-воздух в малой авиации, связь берег-судно и межсудовую связь на флоте, сеть оповещения Гидрометеослужбы, различные подвижные радиослужбы.

Однако следует констатировать, что вопросы распространения ДКМВ на малые расстояния оставались долгое время вне поля зрения радиофизиков. Специфика трасс малой протяженности (низкие рабочие частоты, глубокое проникновение волны в ионизированные слои и, как следствие, значительное поглощение, много большее, чем при пологих траекториях) выдвигает повышенные требования к точности расчета, прежде всего, энергетических характеристик радиолииий. С понижением рабочих частот возрастает уровень атмосферных помех и увеличивается число лучей в точке приема. Это приводит к снижению качества связи. Отметим еще одно важное обстоятельство. Постоянно растущая потребность в числе каналов заставила Международную комиссию по радиочастотам разделить земной шар на 10 зон и 70 подзон.

Причем каждый килогерц диапазона 1,5.30 МГц используется в 20.30 официальных частных присвоениях. Обычно под зоной понимается район земной поверхности с размерами примерно 500x500 км. Понятно, что вопрос обеспечения электромагнитной совместимости для ВЧ связи именно на малые расстояния приобретает особую актуальность и может быть решен только при корректном учете всех видов потерь.

Вместе с тем до 80 годов прошлого столетия специального инженерного метода расчета напряженности поля для трасс до 500-600 км не существовало. Что же касается многочисленных известных методов, ориентированных на расстояния более 600-1000 км, то в литературе практически отсутствуют, за редким исключением, результаты экспериментальной проверки эффективности их применения на трассах малой протяженности. Еще меньше данных о другой важной для прогнозирования качества связи характеристике - о возможных вариациях ото дня ко дню значений напряженности поля.

Цели и задача диссертации.

3. Разработать предложения по повышению точности расчета энергетических характеристик.

Для достижения поставленных целей потребовалось решить следующие задачи:

На основе имитационного моделирования исследовать суточные, сезонные, гелиоциклические вариации отдельных видов потерь и суммарной напряженности поля. Исследовать роль перемещающихся ионосферных возмущений, потерь при отражении от поверхности земли, поляризационных замираний.

-Осуществить подбор баз данных по измерению напряженности поля, охватывающих большие временные периоды и различные уровни солнечной активности.

-По сопоставлению рассчитанных и экспериментальных баз данных оценить точностные параметры методов расчета напряженности поля.

-По результатам выполненных исследований дать рекомендации по повышению точности расчета различных видов потерь. Научная новизна.

2. Для тестирования методов расчета энергетических характеристик отобраны и обработаны базы экспериментальных данных, содержащих более 149000 часов измерений напряженности поля на среднеширотных трассах. На их основе проведена статистически обоснованная проверка эффективности применения на трассах малой протяженности трех методов расчета напряженности поля: метода Ростовского государственного университета, метода ITU-R (REC 533), метода ICEPAC. Выборочно оценивалась точность метода Казанцева-Смита. Даны рекомендации по применению этих методов.

1. Результаты сопоставительного анализа факторов, влияющих на напряженность поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. Результаты получены путем моделирования распространения ВЧ волн в магнито-активной, пространственно неоднородной ионосфере.

2. Результаты проверки точности методов прогнозирования напряженности поля на трассах малой протяженности на основе баз данных измерений, охватывающих периоды низкой и высокой солнечной активности.

3. Предложения по повышению точности расчета энергетических характеристик: потерь при отражении от земли, зон покрытия (зон уверенного приема), наименьшей применимой частоты.

Практическая значимость и использование результатов работы.

Возможная область применения полученных результатов приводится в заключении диссертации. Апробация работы.

Результаты работы докладывались (представлялись) на IV и V Всероссийских научно-практических конференциях аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века - будущее Российской науки» в 2006 и 2007 г.г. (г. Ростов-на-Дону); на Международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» в 2007 г. (г. Таганрог); на Третьей ежегодной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН в 2007 г. (г. Ростов-на-Дону); на XII Всероссийской конференции по распространению радиоволн в 2008 г. (п. JIoo); на Международном симпозиуме IES2008 в 2008 г. (Александрия, США). Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 2- в российских рецензируемых журналах, 1 - в трудах зарубежной конференции, 7в трудах российских конференций, 2 - в сборниках трудов аспирантов. Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех разделов (глав), заключения, списка литературы; изложена на 130 листах; содержит 72 рисунка и 13 таблиц. Список цитируемой литературы включает 108 наименований.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору Барабашову Б.Г. за помощь и постоянное внимание при выполнении работы, а также сотрудникам департамента физики ЮФУ Анишину М.М., Жбанкову Г.А., Мальцевой О.А., Родионовой В.Т. за помощь в проведении исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации проведено исследование энергетических характеристик радиоволн ВЧ диапазона на среднеширотных трассах малой протяженности, рассмотрены вопросы прогнозирования основной характеристики - напряженности поля. Из полученных результатов выделим следующие:

1. На основе имитационного моделирования проведен сопоставительный анализ факторов, влияющих на напряженность поля на частотах, близких к МПЧ. По результатам исследования суточных, сезонных и гелиоцикли-ческих вариаций энергетических характеристик ДКМВ сделан вывод, что средние значения напряженности поля в ночные часы практически не зависят от сезона, уровня солнечной активности и протяженности трассы: колебания лежат в пределах 1-3 дБ. Сезонные изменения напряженности поля в дневные часы обусловлены главным образом вариациями поглощения, которые могут достигать 7-10 дБ. Полуденное поглощение максимально в летние месяцы и слабо зависит от солнечной активности. В то же время колебания пространственного ослабления незначительны: 2-3 дБ и практически не зависят от уровня солнечной активности.

Оценка влияния перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) на энергетику канала показала, что вариации поглощения составляют не более 1 дБ. Колебания пространственного ослабления могут достигать 6-7 дБ, а на трассах до 200 км, при наличии внутримодовой многолучевости, эти колебания могут возрастать до 10 дБ. Таким образом, ПИВ являются основной причиной глубоких медленных замираний. Период замираний совпадает с периодом ПИВ.

Сравнение диссипации энергии волны в области F с потерями в нижележащих слоях показало, что они сопоставимы. Абсолютные значения поглощения на высотах F-области составляют 2-4 дБ. Тем самым подтверждается необходимость учета этой компоненты потерь в расчетах напряженности поля.

На трассах малой протяженности потери многоскачковых лучей при отражении от земли существенно отличаются от аналогичных потерь на трассах с пологой траекторией. Имеется ярко выраженная зависимость потерь от типа отражающей поверхности, от частоты и поляризации падающей волны. Разброс составляет от долей до 10 и более дБ. Показано, что погрешность прогноза этого вида потерь может быть сокращена на 3-10 дБ, если метод построения траекторий, как составная часть метода расчета напряженности поля, будет позволять определять, происходит ли отражение от морской воды или от суши.

Исследованы особенности поляризации интерференционного поля крутопадающих волн. Для этого имитационная модель, используемая в исследованиях, была дополнена блоком расчета характеристик полностью поляризационного интерференционного поля. Показано, что на трассах малой протяженности суммарная волна не является плоской. Как следствие, проекция вектора напряженности поля на плоскость распространения имеет эллиптическую поляризацию.

2. Проведена проверка эффективности применения известных методов и программ, разработанных на их основе, для прогнозирования (расчета) напряженности поля на средиеширотных трассах протяженностью 15-600 км. Для проверки были отобраны и обработаны 5 баз данных, охватывающие круглосуточные измерения в периоды низкой и высокой солнечной активности. Общий объем - 149000 часов измерений.

Для проверки были выбраны: программа «Трасса», созданная в РГУ, программа R.533-8, рекомендованная Международным союзом связи, и программа ICEPAC, получившее широкое распространение в США. Выборочно проверялась программа на основе метода Казанцева-Смита.

Усредненная по всем трассам, частотам и периодам наблюдений абсо- , лютная (арифметическая) погрешность составила для метода РГУ 3,2 дБ, для метода ITU-R - 4,6 дБ, для метода ICEPAC - 7,7 дБ и для метода Казанцева-Смита - 8,2 дБ. Таким образом, подтвердился вывод о высокой эффективности метода РГУ, сделанный по результатам его экспериментальной проверки в 80-е годы.

Получены численные экспериментальные значения вариаций напряженности поля ото дня ко дню на трассах протяженностью 396 км и 551 км. Для слоя Е усредненные за все время наблюдения в дневные часы эти вариации составили ± 4,0 дБ. В ночные часы и при отражении от области F вариации возрастали до ± 5,0 дБ.

3. Вывод о высокой эффективности метода РГУ позволил говорить о целесообразности его использования для расчета более широкого набора важных для практики характеристик.

В работе предложен алгоритм расчета на основе метода РГУ наименьшей применимой частоты (НПЧ). НПЧ в работе определяется как частота, на которой напряженность поля сигнала ниже напряженности поля на оптимальной рабочей частоте (ОРЧ) на заданную величину АЕ. Алгоритм предполагает следующую последовательность расчета: прогнозируется МПЧ, затем ОРЧ. Далее рассчитывается амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) трассы с учетом вклада передающей и приемной антенны. АЧХ аппроксимируется многочленом. После чего НПЧ находится аналитически.

С использованием метода РГУ разработана программа построения зон уверенного приема (зон покрытия). Для работы программы требуется задать минимальное число независимых входных данных: координаты пункта излучения, время суток, дату, тип передающей антенны, мощность на клеммах антенны, пороговое значение напряженности поля Е , число скачков. Результат работы программы - зоны покрытия с отображением на географической карте мира.

С учетом вывода раздела 2.5 предложен алгоритм определения типа отражающей поверхности многоскачковых лучей. В результате потери при отражении от Земли находятся более корректно, чем в известных методах.

Возможная область применення полученных в работе результатов:

1. Сопоставительный анализ 1-го раздела и выводы 3-го раздела диссертации позволяют оценить ожидаемую погрешность расчета напряженности поля при выборе метода. Сюда же следует добавить возможность учета статистически обоснованных значений разброса прогнозируемых значений напряженности поля ото дня ко дню.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Радио, Любовь Петровна, Ростов-на-Дону

1. Комарович В.Ф., Романенко В.Г. KB радиосвязь. Состояние и направления развития. // Л.: ВАС, 1990, с. 3-16.

2. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980.-304с.

3. Rawer К. Calculation of sky-wave field strength. // Wireless Engineers, 1952, v. 29, No. 11, p. 287-301.

4. Piggott W. R. The calculation of the median sky-wave field strength in tropical regions. DSIR Radio Research Special Report. No 27, 1959, HMSO. London, p. 5-24.

5. Rao, M.K. Nomographs for calculation of field strength. //J. Inst. Telecomm. Engrs, 1969, India, 15, p. 729-740.

6. Казанцев A.H. Развитие метода расчета напряженности электрического поля коротких волн. // Труды ИРЭ, 1956, №2, стр. 134-159.

7. NBS Ionospheric Radio Propagation. Circular 462. National Bureau of Standards, Washington.

8. Апарина P.B., Ковальчук B.M., Котович Г.В. Алгоритм расчета характеристик KB сигналов на коротких радиолиниях. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца, Вып. 25, Иркутск: Наука, 1972, с. 87.

9. Reilly M.H., Rhoads F.J., Goodman J.M. Updated climatological model predictions of ionospheric and HF propagation parameters. //Radio Sci. 1991. V.25.N4. 1017-1024.

10. F. G. Stewart. Ionospheric Communications Enhanced Profile Analysis & Circuit (ICEPAC) Prediction Program. Technical Manual.

11. F. G. Stewart. Ionospheric Communications Enhanced Profile Analysis & Circuit (ICEPAC) Prediction Program. User's Manual.

12. Lane, G. Review of the High Frequency Ionospheric Communications Enhanced Profile Analysis & Circuit (ICEPAC) Prediction Program. //EES 2005. P. 202-209.

13. Tascione, T. F., H. W. Kroehl, R. Creiger, J. W. Freeman, Jr., R. A. Wolf, R. W. Spiro, R. V. Hilmer, J. W. Shade and B. A. Hausman. New Ionospheric and Magnetospheric Specification Models. //Radio Science, 33, No. 3,211-222, May-June 1988.

14. A. D. Spaulding, F.G. Stewart. An Updated Noise Model for Use in ION-CAP. NTIA Report 87-212. 1987.16. www.voacap.com

15. R. J. Barton, T.W. Bullet, L. F. McNamara. Collection and Analysis of HF Signal Power Observations on Two North American Circuits- Paper 1: Data Collection. //IES 2005. P. 210-217.

16. L. F. McNamara and T.W. Bullet. Collection and Analysis of HF Signal Power Observations on Two North American Circuits Paper 2: Data Analysis. //IES 2005. P. 218-217.

17. A. J. Stocker, E.M. Warrington, and D.R Siddle. Comparison between the measured and predicted parameters of HF radio signal propagating along the mid latitude and within the polar cap. (http://www.engg.le.ac.uk/Research Groups/).

18. A.J. Stocker, M. Muriuki, E. M. Warrington. Comparison of oblique sounding measurements and VOACAP Predictions on a mid-latitude path. //IRST 2009, p. 65-68.

19. Vivianne Jodalen. FFI/PUBLICATION-96/01107: A study of observed and ■ predicted HF propagation characteristics at high latitudes. Norwegian Defence Research Establishment.

20. Vivianne Jodalen, Torgier Bergsvik. FFI/PUBLICATION-98/05322.

21. ReportRTC)-TR-IST-50. (http://ftp.rta.nato.int/public/)

22. Recommendation ITU-R P.533. HF Propagation prediction method. 200526. http://elbert.its.bldrdoc.gov/hf.html

23. CCIR. Supplement to report 252-2. Second CCIR computer-based interim method for estimating sky-wave field strength and transmission loss at frequencies between 2 and 30 MHz. 1980.

24. George, P. L. The global morphology of the quantity JNvdh in the D- and

25. E- region ofthe ionosphere. //J. Atmos. Terr. Phys., 33, 1893-1906, 1971.

26. George, P. L. and Bradley, P. A. Relationship between HF absorption at vertical and oblique incidence. 1973. Proc. EE, 120 (11), 1355-1361.

27. George, P. L. and Bradley, P. A. A new method of predicting the ionospheric absorption of high frequency waves at oblique incidence. 1974. Telecommunication Journal, 41 (5), 307-312.

28. Rush, С. M., Elkins, T. J. An assessment of the magnitude of the F-region absorption on HF radio waves using realistic electron density and collision frequency models. 1975. //Telecommunication Journal, 42 (8), 476-488.

29. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г., Калядип Б.Г., Кулешов Г.И. Особенности распространения декаметровых радиоволн на малые расстояния. Сообщение II. // Известия Северо-Кавказского научного центра высшей школы. Естественные науки. 1983. №2, с. 45-49.

30. Moorat, A. J. G. Wave polarisation and its influence on the power available from a radio signal propagated through the ionosphere. //Proc. IEE, 1968, 115 (6), 771-776.

31. Барабашов Г.Г., Анишин M.M. // Прогнозирование характеристик декаметровых каналов связи. Труды НИИР. 2002. С. 99-103.

32. В.G. Barabashov, M.M. Anishin, and O.Y. Pelevin (2009), High-frequency field strength prediction for ionospheric propagation at short- and medium-range radio paths, Radio Sci., 44, RS0A18, doi:10.1029/2008RS004038.

33. Bilitza D.(ed.) International Reference Ionosphere 1990. NSSDC90-22, Greenbelt, Maryland, 1990. 158p.

34. Bilitza D. International Reference Ionosphere. // Radio Sci. — 2001. v.36. -N2.-p. 261-275.

35. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г. Обобщение теоремы эквивалентности по поглощению декаметровых радиоволн на случай сферической магпитоактивной ионосферы.// Труды НИИР. 1989. №2, с. 50-54.

36. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г. Расчет максимальных применимых частот KB линий связи с учетом магнитного поля Земли. // Радиотехника, 1981, т.36, №12. с.35-37.

37. К. Дэвис. Радиоволны в ионосфере. Москва. Мир. 1973. 503 с.

38. Барабашов Б.Г., Вертоградов Г.Г., Кулешов Г.И. Экспериментальная проверка методов расчета напряженности поля декаметровых волн на трассах малой протяженности. // Труды НИИР, 1997, с. 98-103.

39. Барабашов Б.Г., Анишин М.М., Жбанков, Г.А. Математическая модель пространственного поля декаметровых радиоволн. // Труды НИИР, 2004, с. 172-177.

40. В.G. Barabashov, M.M. Anishin, and O.Y. Pelevin (2006), Mathematical space-time model of a sky wave radio field, Radio Sci., 41, RS5S42, doi: 10.1029/2005RS003332.

41. Huang X., Reinisch B.W. Vertical electron density profiles from digisonde ionograms. The average representative profile-ARP. Proc. of COST238/PRIME Workshop. El Arenosillo. Spain, Sept. 1994. 1995. p. 73-86.

42. Stewart F.G., Leftin M. Relationship between Ottawa 10.7cm solar radio noise flux and Zurich sunspot number. // Telecomm. J. 1972. - v. 39. - p. 159-169.

43. Curtis A.R. A Two-dimensional ray-tracing program. U.K. Atom. Energy AWRE Report No.34/72. 1972.

44. CCIR. Supplement to report 252-2. Second CCIR computer based interim method for estimating sky-wave field strength and transmission loss at frequencies between 2 and 30 MHz. Geneva. - 1982. - 32p.

45. Recommendation of ITU P.533-7(02/2001). HF propagation prediction method.

46. Samuel J.C., Bradley P.A. A new form of representation of the diurnal and solar-cycle variations of ionospheric absorption. // J. Atm. Terr. Phys. — 1975.-v.37.-p.131-141.

47. Robertson, A.G., Elford M.T., Crompton R.W., Morrison M.A., Sun W., Trail W.K. Rotational and vibrational excitation of Nitrogen by electron impact. // Australian J. of Physics. 1997. - v.50. - p. 441-472.

48. Vuthaluru R., Vincent R.A., Holdsworth D.A., Reid I.M. Collision frequencies in the D-region. // J. Atmos. Solar Terr. Phys. 2002. - v.64. - p.2043-2054.

49. Денисенко П.Ф., Водолазкин B.A., Фаер Ю.Н., Болтикова JI.H., Аномальное поглощение радиоволн и эффективная частота в F-слое ионосфере. // Геомагн. и аэрономия. 1987. - т.27. - №3. - с.504-506.

50. М. Н. Фаткуллин, Т. И. Зеленова, В. К. Козлов, А. Д. Легенька, Т.Н. Соболева. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы. Москва. Наука. 1981.

51. С. S. G. К. Setty. Electronic Collision in Ionospheric Layers. // Indian Journal of Pure and Applied Physics. Vol. 1, 1971, pp. 38-51.

52. Денисенко П.Ф. Энергетические потери декаметровых радиоволн в среднеширотной ионосфере. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Ростов-на-Дону, РГУ. 1989.277с.

53. Е. V. Thrane, W. R. Piggott. The collision frequency in the E- and D-regions of the ionosphere. // J. Atmos. Terr. Phys. 1966. V. 28, N.8, p. 721-737.

54. Альперт Я. Л., Распространение радиоволн и ионосфера. // М.: 1972г.

55. Т. Ю. Лещинская, Б. Е. Лянной. Распространение декаметровых радиоволн. М. 1975г.

56. Lee Н. S., Ferrare A. J. Winter D-region electron concentration and collision frequency features obtained with height-power interaction measurements. //J. Geophys. Res. 1969. V. 74. N 5. p. 1184-1194.

57. W. J. G. Beynon, E. S. O. Jones. Some medium latitude radio wave absorption studies. //J. Atmos. Terr. Phys. 1969. V. 27, N.6, p. 761-773.

58. J. B. Gregory and A. H. Manson. Seasonal variation of electron densities below 100 km at mid-latitudes. //Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1969.

59. С. S. G. К. Setty, О. P. Nagpal, V. К. Dhawan. Variation of electronic collision frequency in the F region. //Indian Journal of Pure and Applied Physics, Vol. 9, 1971, p. 519-521.

60. Фесенко Е.Г., Данилкин Н.П., Денисенко П.Ф. Исследование профилей концентрации частоты соударений электронов в ионосфере наземными и ракетными радиометрами. 1976.

61. J. D. Whitehead. // J. Atmos. Terr. Phys. 1969.

62. А. В. Гуревич, А. Б. Шварцбург. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. Москва. Наука. 1973.

63. В. JI. Гинзбург. Распространение электромагнитных волн в плазме. Москва. Наука. 1967.

64. Б. Н. Гершман, JI. М. Ерухимов, Ю. Я. Яшин. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. Москва. Наука. 1984.

65. Распространение декаметровых радиоволн. Москва. Измиран СССР. 1982.

66. Ю. К. Часовитин, С.Е. Иванова, В. В. Максимова, Т. Н. Сыкилинда. Современные эмпирические модели ионосферы и пути их усовершенствования. //Ионосферные исследования № 42, Москва, 1987.

67. Hedin, А.Е., Extension of the MSIS Thermosphere Model into the Middle and Lower Atmosphere, //J. Geophys. Res. V.96, p.l 159, 1996.

68. Анишин M.M., Мальцева O.A. Определение КВ-поглощения в ионосферных каналах на основе баз данных IRI, MSIS90, L(ITU). // Региональная IX конференция по распространению радиоволн. Санкт-Петербург, 2003, с. 38.

69. Hines С.О. An interpretation of certain ionospheric motions in terms of atmospheric gravity waves. // J. Geophys. Res., 1959, v.64, 2210-2211.

70. Волновые возмущения в ионосфере/ под. Ред. Омарова Т. Б.- Алма-Ата, 1975.179с.

71. Троицкий Б.В. Перемещающиеся волновые возмущения в ионосфере. // Ионосферные исследования. 1990. №30. с 57-61

72. Троицкий Б.В. Отклик сигнала радиозондирования на ионосферные неоднородности. -Алма-Ата: НаукаКаз. ССР, 1983. 163с.

73. Georges Т.М. HF Doppler studies of traveling ionospheric disturbances. // J. Atm. Terr. Phys., 1968, v.30, 735-745.

74. Kersle L., Hughes J.A. On the distinction between large scale and medium scale atmospheric gravity waves. // Ann. Geophysical, 1989, v.7, 459-462.

75. Афраймович Э.Л. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы. М.: Наука, 1982, 200с.

76. Васильев К.Н., Дробжев В.И., Гордиенко Г.И., Пеленицын Г.М., Хачи-кян B.C., Яковец А.Ф. Измерение объемных характеристик среднемас-штабных волновых возмущений в ионосфере. Ионосфера и солнечно-земные связи. Алма-Ата: Наука, 1977, 3-14.

77. Характеристики антенн для радиосвязи. Ред. Муравьев Ю.К. ВКАС. Л.: 1967г. 130с.

78. Moorat A.J.G., Bradley P.A. Wave polarization and its influence on the power available from a radio signal propagated through the ionosphere. // Parti,2. Electronics Record. Reprinted from Proceed. IEEE.-1968.- v.115. №5/6. p.771-781.

79. Phillips G.J., Knight P. Effects of polarization on a medium-frequency sky-wave service, including the case of multihop paths.// Proc. IEEE.-1965,-v.l 12.-№1, p.31-39.

80. Позняк С.И., Мелитицкий B.A. Введение в статистическую теорию поляризации радиоволн. М.,"Сов. Радио", 1974, 480с.

81. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Пер. с англ. Под ред. Г.П. Мотуле-вич. М., "Наука", 1970.

82. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. М., "Связь", 1965. 400с.

83. Островский Г.И. Экспертная оценка точности определения параметров максимума F2 области ионосферы. // Геомагнетизм и аэрономия, т.32, N6, 1992, 78-83.

84. Proc. Of COST238/PRIME Workshop, El Arenosillo, Spain, Sept. 1994, 1995,45-55.

85. Чернышев О.В., Васильева Т.Н. Прогноз МПЧ // М.: Наука, 1973. 256с.

86. Ануфриева Т.А., Шапиро Б.С. Геометрические параметры слоя F2 // М.: Наука, 1976, 91с.

87. Иванов-Холодный Г.С., Нусинов А.А. Образование и динамика сред-неширотного слоя Е ионосферы. // Труды ИПГ, вып. 37. М.: МО Гид-рометеоиздат. 1979. С. 130.

88. Rishbeth Н., Mendillo М. Patterns of F2-layer variability. // J. Atmos. Solar- Terr. Phys., 2001, v.63 (15).

89. Scotto C. The probability of occurence of F1 layer and L condition estimated by formulas and by tables. // 3rd COST251 Workshop Proc., El Arenosillo, Spain, COST251TD(99)003.

90. Muggleton L.M. A describing function of the diurnal variation of Nm(E) for solar zenith angels from 0 to 90. //J. Atm. Terr. Phys., 1972, v.34.

91. Ducharme E.D., Petrie L.E., Eyfrig R. A method for predicting the Fl-layer critical frequency.//Radio Sci., 1971, v.6.

92. Беликович В.В и др. Каталог профилей электронной концентрации Д области ионосферы средних широт. Разработка принципов построения эмпирической модели.//Горысий, НИРФИ, 1983, 52 е.,(препринт №171).

93. Friedrich М. and Torkar R.M. F1RIR: A Semi-Empirical Model of the Lower Ionosphere.// J. Geophys. Res., 2001, 106, A10, pp. 21409-21418.

94. Danilov A., Rodevich A. and Smirnova N. Problems with Incorporating a New D-Region Model into the IRI. // Adv. Space Res., 15,2, pp.165-169.

95. Bradley P.A. PRIME (Prediction and Retrospective Ionospheric Modelling over Europe), COST Active 238 Final Report, Advance Issue, October 1995, Commission of the European Communities, Brussels.

96. Б.Г. Барабашов, Л.П. Радио. Экспериментальная проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естеств. науки, №3, 2007,с. 17-22.

97. Е.В. Бойченко, Л.П. Радио. Вариации ото дня ко дню напряженности поля декаметровых радиоволн. // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. ■ Естеств. науки, №5, 2007, с. 19-22.

98. B.G. Barabashov, М.М. Anishin, and L.P. Radio. HF Field Strength Prediction for Short and Medium-Range Ionospheric Radiopaths. IES2008, Alexandria VA US A, pp. 341-346.

99. М.М. Анишин, Л.П. Радио. Опыт прогнозирования напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой и средней протяженности. // Труды XII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн», п. Лоо, 2008, с. 113-116.

100. Л.П. Радио. Проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн. // Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных волн». ИРЭМВ-2007, Таганрог, 2007, с. 157-162.

101. JI.П. Радио. Суточные и сезонные вариации напряженности поля на дека-метровых трассах малой протяженности. // Тезисы докладов Региональной XI конференции по распространению радиоволн. Санкт-Петербург, 2005, с. 52.

102. Л.П. Радио. Исследование суточных и сезонных вариаций напряженности поля ВЧ радиоволн. // Тезисы докладов Двенадцатой Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых. Новосибирск,2006, с. 647.

103. Л.П. Радио. Экспериментальная проверка методов расчета напряженности поля ВЧ радиоволн. // Третья ежегодная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Тезисы докладов). Ростов-на-Дону, 2007, с. 244-245.

104. Л.П. Радио. Исследование вариаций напряженности поля радиоволн ВЧ диапазона. // Труды аспирантов и соискателей Южного федерального университета. Ростов-на-Дону, 2007. с.31-33.

105. Л.П. Радио. Прогнозирование напряженности поля ВЧ радиоволн на трассах малой протяженности. // Труды аспирантов и соискателей Ростовского государственного университета. Ростов-на-Дону. Том XII, 2006, с. 32-33.