Поляризационно-согласованное зондирование ионосферы в декаметровом диапазоне радиоволн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ХАРК1ВСЫШЙ ДЕРЖАВШИ УН1ВЕРСИТЕТ

г ё?

J w/

Кал1н1ченко Микопа Миколайович

УДК 621.3S6.67

ПОЛЯРИЗАЦ1ЙН0-УЗГ0ДЖЕНЕ ЗОНДУВАННЯ ЮНОСФЕРИ В ДЕКАМЕТРОВОМУ Д1АПА30Н1 РАДЮХВИЛЬ

01.04.03 - рад!сф1зика

АВТОРЕФЕРАТ дисертац, 1Г на здобуття наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

XapKlB - 1998

ДисертаШею е рукопис

Робота виконана в Рад юастрожшчному ¡нституп HAH Укра1ни.

Науковий кер!вник: доктор ф1зико-математичних наук, старший науковий сп1вроб1тник фалькович Irop Савел1йович,

—-Рад 1 оастроном 1 чний 1 нститут

пров!дний науковий cniBpodiTinoc.

0ф!цШн1 опоненти: доктор техн1чних наук, професор, ШифрШ Яков Соломонович, Харк1вський техн1чний ун!верситет рад!о-електрон1ки, професор-консультант; кандидат ф1зюсо-математичних наук, доцент Розуменко Biicrop ТимофШович, Харк!вський державний университет, доцент.

Пров 1дна установа: ¡нститут рад!оф!зики та електрон1ки HAH Укра1ни, в!дд!л розспяння радюхвиль надвисоких частот, м. XapaiB.

Захист в 1дбудеться ОС. i > ■ 1998 р. о i^t годинi на зас!данн1 спец!ал13овано1 вчено! ради Д 64.031.02 Харк1вського державного ун!верситету С310077. м. Харк1в, м.Свобода 4, ауд. 3.9)

3 дисертацisd можна ознайоштися у ЦентральнШ науковШ öiöntcrrent ХМУ С310077, и. Харк1в, и.Свобода 4).

Автореферат роз Зданий -O-f" Ю . 19S8 р.

Вчений секретар

спец1ал1зовано! вчено! ради /. . Чеботарьов В. 1.

ВСТУП

В цей час особливий 1нтерес вихликае досл!дження поширення рал1охвиль в слабоан!зотропяих неоднор!дних середовиаах. 3 Щеп проблемой доводиться зустр!чатися в багатьох розд!лах рад!оф!зи-ки при поаиренн1 електромагн1тнях хвияь р!зних д!апазон!в в слабозамагн!чеяШ лабораторию, 1оносферн!й, навколосонячяШ 1 м1гзорян!й плазм1. Суттевов особлив!стю слабоан1зотропних середовиа, до яких налетать нижня частана 1оносфери, в 1х евронота !сть значно зм!нювати поляризац!в падаючого поля. Доел(джен-ня поляризацII нормальних хвиль дозволять наблизитися до роэу-м!ння ф!зичних явид, як! мають м1сце в таких середовищах. При цьому селективна збудхення нормальних хвиль в !оносфер! Земл1 в зручним способом для дося1джбння поляризац1йних ефект1в в слабо-ан!зотропн1й 1оносферн1й плазм!.

ЭАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн ! с т ь теми. 1онос$ерне поширення дека-метрових рад!охвиль широко використовуеться в системах рад!о-зв'язку, пеленгацП та локацП. Для передач! Шформац!I !оно-сферний рад!окаяал мае суттев1 переваги: простоту реал1зацП 1 дешевизну. В облаетI д1агностики 1оносферно1 плазми усгНх використання декаметрових рад(охвиль визначаеться IX бяизьк!ств до характерних !оносферних плазмових частот, а, отже, сильним впливом ¡оносферно! плазми на поширення хвиль цього д1апазону. Особлив!ств !оносферного поширення рад1охвиль е багатомодов!сть. Випром(нюеме антеной електромагн!тне поле дов!льно1 поляризац!Г эбуджуе в ¡оносфер! дв! нормальн1 моди - звичайну ! незвичайну, як! в1др1знявться поляризац!ею. В1дм!нн1сть поляризац!й двох нормальних !онос$ерних моя I ф!зична заборона на поширення в (оносфер! хвиль з !ншою поляризацию дозвояявть при виконанн1 ряду умов збудхувати в !оносфер! т!льки одну моду, то дае принципову можлив!сть розд!яьно досл(дити поляризац№ КОЖНОГ з них 1 л!кв!дувати поляризац!йн! завмирания в точц! прийому.

Для р!шення ц!е! задач! необх!дно узгодити поляризац!в випром!нсемог хвия! з поляризац!ею одн!еГ з нормальних !оно-

сферних мод. При переход! з В1пьного простору в суттево ан!зо-тропне середовище С шар F2 юносфери) на висх!днш д!лянц! траекторИ та при зворотньому переход! - на нисх!дн!й д!лянц!,

сферы). Важлива особлив!сть слабоан 1зо-хропних середовищ полягае в 1х спроможяост I суттево зшнювати поляризац!ю падаючого поля ввасл!док трансфорыац 11 нормальних иод. Достатньо добре вивчений в солнячн!й плазм! та м1хзоряному середовиц! ефзкт лШ1йно! взаемодЛ нормальних хвиль слабко досл!джено в !оносфер i Зет t. При наявност1 на траекторИ хвип! делянки кваз{поперечного поширення трансформаи!я нормальних хвиль ыоже стати суттево» к!льк!сно,що значно ускладнить задачу поляризацШного узгоджекня.

На в!дм!ну в!д ефекта Фарадея, який дае в(домоет 1 про !нтегральн! характеристики плаз ми, взаемод1я хвиль при 1х кваз1-поперечному Св!дносно зовн!шнього ыагн!тного поля) поширенн! ноже служите джерелом 1нформацП про локальн! характеристики плаз-ми в точц! ортогональност!. Така можлив!сть давно використо-вуеться в досл!дженнях сонячно!, м!жзоряно! i лабораторно1 плаз-ми, одяак воыа виявилася незатребуваною в досл!дхенвях !оносфери Земл!. Стосовно останньо1 мова мохе йти про знаходження локального значения електронно! концентрат! при в!домих значениях 1нших параметр¡в. Така можливiсть актуальна також в зв'яэку з активням розвитаом адаптивних систем прийому та передач! шфор -мац Л.

На'цей час в!домо пор!вняно невелика число роб 1т, присвяче-них досл!дженню питань селективного збудження нормальних хвиль. Bel вони в!дносяться до випадку вертикального зондування !оно-сфери, яке мае обмехений практичний (нтерес. Результати експери-мент1в по похилому поляризац!йно-узгодхеному зондуванню !оносфе-ри нам нев!дом!. Це пояснюетъся там, ко вертшеальне зондування, по-перше, прост!ше орган!зувати з допоыого» Юнувчих !онос$ерних станц!й, по-друге, воно можв быти реал!зовано в моностатичному вар!ант! з сумЩенням точок випрошнювання ! прийому. По-трете, як антену поляриметра в цьому випадку можливо використовувати схрещен! в горизонтальн1й площ!н! в!братори, то м!н!м!зуе залеж-н1сть виы!ряно! поляриэацП в1д характеристик в1дбито! в1д земл1 хвил!. Для практичного використання б!льш характерно похиле

поширення рад!охвиль з низькиш кутами м!сця, коли антени поляриметра повинн1 разташовуватися в вертикально плошш!, внасл!док чого виникав задача урахування впливу параметра ШдстилаючоГ поверхн!.

Зв'язок р о d о т и з науковими прог-рамами 1 темами. OchobhI науков! i практичн] результата дисертаШйно! робота було отримано при виконанн t держ-бюдхетноI НДР "1скра" в рамках план!в фундаментальних досл!д-аэнь HAH УкраГни, а такох госпдогов1рно1 НДР "Магнон-УА".

Метов робота е теоретичне та експериментальне досл1дження похилого поляризад¡йно-узгодженого зондування Юно-сфери з урахуванням трансформацП нормальних мод в слабо -ан1зотропн!й ¡оносфернШ плазм! для Шдвищення ефективност1 вшсористання (оносферного радиоканала. Бона вклкчае так! задачft

1. Досл1дження впливу ефекта л!н!йноГ взаемодП нормальних хвиль в слабоан1зотропному шар! нихньо! 1оносфери на поляризадin сигнала, який поширреться в ¡оносферному радюканал1, методом чисельного р!шення р!внянь квазИзотропного наближения СК1Ю геометричноГ оптики.

2. Вивчення можливост S узгодження поляризацИ вщфом1нюемих хвиль з поляризад¡ею одн1е! з (ояосферних мод на похилих трасах з урахуванням взаемодП. Розрахунок потр!бних поляризащйних параметр1в випром!нсемого сигнала.

3. Розробка метода знаходження електронно! концентрацП ¡оносферно! плазми в облает! квазiпоперечного поширення i його використання в задачi адаптивного поляризад!йного узгодження.

4. Досл!дження впливу земно! поверхн I на поляризад in випро-м1нвемих Сприймаемих) хвиль. Проведения експеримент!в по високо-точному знаходженни параметр¡в земл! з метоп зменшення похибок поляриметр!I.

5. Експериментальне досл!дження похилого поляризад1йно -узгодхеного зондування юяосфери. Проведения експеримент!в по знаходженню параметр1в ¡оносфери по спостер!гаемим поляризад1й-шш та траекторним характеристикам декаметрового рад!осигналу.

Н а у к о в а новизна отриманих результат I в. В дисертаЩйнШ робот! показано, ¡до слабо-ан1затропний кар земно! ¡оносфери коже суттево змшювати поляри-зац!ю декаматрових хвиль, як! подшрврться в Юносферному радЮ-каная!. Цей результат спростовуе поширену думку, що знасл!дак пор¡вняно невелико! оптично! товаини слабоан¡зотропного шару в ¡окосфер1 його впливом на поляризацию нормальних хвиль можливо нехтувати. Для трас з д!ланкою квазIпоперечного поширенвя вияв--лено пом ¡та 2 з ¡дмжност! результате розрахунку педярнзацп хви— л! вздовж траекторП з використанням кваз;¡зотропного наближення СК1Ю геоыетричао! оптики та класичноI к ¡неточно! теорИ.

Обгрунтовано можлив!сть реал!зац1! режима поляризацНШого узгодхення на похилих рад1отрасах з дшянкоя кваз ¡поперечност !, а також показано, що для розрахунку потр1бних поляркзацШнах параметр! в випром1нюеыих хвиль зашсть р!внянь к ¡неточно! теорП потр5бно використовувати р1вяяння квазI¡зотропного наблихеная геометрично! оптшси.

Запропоновано недоел¡дженкй ран гае метод адаптивного поля-ризацгйного узгодхення, в якому на основ! анал!за поляризацП прийнято! хвил! вирнауеться зворотня задача знаходхення электронно! концентрац!! в нихнШ Iонссфер1, що дозволяе узгодити поляризацш випром1нюемих сигнал¡в з реально ¡снуючими параметрами ¡онос$ери та !! нормальних хвиль.

3 високов точн¡сто вим!ряно р:чн5 вар!ац!1 комплексно! д¡електрично! проникност! земл! 1 дося¡длено !х вплив на поляри-зац¡ю хвиль, як 1 прийыаиться назеынкми антенами. Показано, до для таких антен при низьких кутах мIсця випром!нювання та прийо-му, як! масть шеце на похилих рад!отрасах, для реал¡зад!! режима пояяризацШно - узгодженого зондування ¡оносфэри потр1бно вводити вишрян! з достатньою точности поправки "на землю" при випрошнювашп хвиль потр!бно! поляризацП.

Проведен! експерименти по похилому поляризац¡йно-узгодкено-му зондуваншэ ¡оносфери показали пом!тну стаб!л!зац!о поляризацП та значне зменшення флуктуац!й ¡нтенсивност! приймаемого сигнала. Досл!джено можлив¡сть знаходження параметр!в ¡оносфери по спостер¡гаемим поляризацШним I траекторним характеристикам декаметрових рад!охвиль.

s

Практична значущ!сть р о б о т и. Р!зни-ця icyTiB прихода нормальних !оносферних мод, як правило, близько або менше 1°, тому досл!дження поляризацП окремо! нормально! хвил! виявляеться не завжди мохливим нав1ть при вшсористанн! таких складнях аятених систем як , наприклад, високоспрямованi фазованi антенн! гратки. Селективне збудження однiеI з нормальних хвиль дозволяв вир i шити цю задачу нав1ть з допомогов мало-апертурних антен , як! в(др1знясться простотою реал1зац!1 I пор!вняно низьков cod iварт i ств.Передача 1нформац!1 з використан-ням юносферного рад!оканала завжди супроводжуеться флуктуаШя-ми ашл^туди приймаемого сигнала, що сутгево знижуе його надШ-н1сть. Больше всього виникае проблем з усуненням випадкових флуктуацШ ампл!туди приймаемого сигнала, як1 виникають внасл1-док ¡нтерференц!I двох нормальних !оносферних мод,яка призводить до поляризац!йних завмирань. Ш флуктуацЯ в б!льшост! випадк1в, як було зазначено, не мохуть бути усунен i методами просторово! i доплер¡вськоГ ф!льтрац!!. Збудгення в биосфер! одше! нормально! хвил! дозволяе noMirao ослабити флуктуацП ампя!туди приймаемого сигнала.

В зв'язку з енергетичнов кризов i завантажен ¡ста радю-д!алазон!в актуальною проблемой в цей час е розробка адаптивних метод i в передач! (прийома) ¡нформацП, як J б дозволяли врахову-вати стан середовина поширення сигнала. Метод знаходження елект-ронно! концеятрацП в нижнШ юносфер! на основ! вим!рювання поляризацП приймаемого сигнала, який досл!джуеться в роботi, дозволяе частково виршити ни задачу, а його використання в комплекс! з селективним збудженням нормальних хвиль i методами поляризаЩйно1 ф!льтрад!1 на прийомному к!нц! рад!отраси надасть можливЮть п ¡двиешти надШшсть ¡оносферного канала 1 зменшити випромшюену потужнЮТь. Адаптавн\ систеш широко в1дом! в 1нших рад!од1апазонах, але на !оносферних рад!ол!н!ях вони не знайшли надежного розвитку в тому числ! ! через недостачу вШомостей про поляризаЩйн! параметра ¡оносферних хвиль.

Високоточн! вим!рввання характеристик земно! поверхн! дозволять врахувати 1х вплив на поляризацЮ хвиль випром!нвемих в задач! поляризац!йно-узгодхеного зондування. Кр!м того, ц! вим!-рпвання мають ! самостШне значения при уточненаi параметра

наземних антен í д1агностид1 земно! поверхн!.

Особистий внесок автора робота у працях. як1 надисан! у сп1вавторств1. лолягав в досл!дженн! селективного збудження нормалышх хвиль на похилих ¡оносферних рад!отрасах,отриманн! потр1бних поляризац!йних параметр!в випро-м!нюемих хвиль; запропонуваннi ! вивченн! метода адаптивного поляризацШного узгодхення; моделюваннi i анализ! поляризацП

/^лЗИсХриВИХ ХВИЛо» ЛЛ i ПиШИрХДТГБСл» ГОНОСЦ^РНОЫУрдд 1Ш1<1П<1Л 1 у

на основ! чисельного р!шення р!внянь квазt¡зотропного наближення геоыетрично! оптики; участ! в лроведенн! експеримент!в по вим!-рюванни параметр!в земли вивченн! 1х впливу на поляризац!в випром!нгемих назеыними антенаыи хвиль; участ! в проведенн! експеримент1в по поляризац!йно-узгодженому зондуваннл !оносфери i знаходженяi !1 параметр!в на основ! вим1рювання поляризацН, обробц! отриманих даних ! ф!зичн!й iнтерпретац1! результат)в.

Апробац1я робота. 0триман1 в дисертац! I результата допов!далися на наступних конференц i ях та симпоз!умах :

- М1хнародноиу симпоз!ум! по антенам СJINA 94, Франц!я, 1994 р.);

- М!жнародному симпоз!ум! " Прогрес в електромагн!тних досл!дженнях" CPIEKS 96, Австр!я, 1996 р.).

- М1хыароднШ астроном!чн!й конференцi I CXXIX YERAC,1тал!я, 1996 р. )•

Пуйл1кац11. OchobhI результата робота викладено в 8 публ!кац!ях, як! вклвчають статт! в журналах и тези допов!дей. Робота автора в дисертац!I цитуються п!д NN 36, 40, 44, 47, 49, 51, 53.

Об 'ем та структура дисертац! Г. Робота складаеться з Вступу, трьох розд!л!в, Висновка,перел!ка цито-вано! л1тератури С55 найменуваньЗ та двох додатк!в. Вона м!стить 106 стор!нок друкованого тексту, 6 сторШок перел1ка цитовано! п1тературй, 23 малвнка ! одну таблшуз. Эагальний об'ем дисерта-ц!! 156 - сторШок.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У Вступ! обгрунтовано актуальшсть вибрано! галуз! досл$д-жень та fx наукова новизна; сформульовано мету дисертацП ! практичну значунисть робота; показано особистай внесок автора, а також об'ем та структура дисертацi i.

В первому розд 1 л I проведено огляд л!тератури i теоретачне досл!дження поляризац i йно-узгодженого поширення декаметрових радЮхвиль на похилих рад!отрасах з урахуванням взаемодП нормальних мод на Д1лянках кваз¡поперечного поширення.

Електромагн1таа хвиля дов(льноГ поляризацif, яка падае на Юносферу, збудхуе в нШ обидв! нормальн! ¡оносферн1 моди. Для збудхення в ¡оносфер! одн{е1 хвил! потр!бно узгодити поляризацin випром1НЕемого сигнала з поляризац!ею однiеI з нормальних мод. Перш! експеримеяти та розрахунки показали, то при цьому виникае ряд особливостей, пов'язаних з слабкоп ан!зотроп1ею середовища Сшари D та Е юносфери), як! ускладнюють реал!зац{в одномодо-вого поширення сигнала. Перш Hi* увШти в суттево ан^зотропне середовище, поляризац¡йно вироджена хвиля зазнае трансформацiI в слабо Изотропному rnapi, який зв'язуе ¡зотропне середовище з ан1зотропним. В глибинt анизотропного середовита така хвиля перетворветься в суперпозицию незалежних нормальних хвиль . Суттевий впяив на характеристики хвил i ефект взаемод i i нормальних хвиль чинить на делянках траекторН, де кут Mix вектором магн!тного поля Зеял! i хвильовим вектором близький до 90°. Ефект досить добре вивчено в сонячнШ плазм! i м!жзоряному сере-довищ! i пор¡вяяно слабко досл1джено в ¡оносфер! Земли. Це частково пояснюеться широко розповсюдженои думкою, що товщина перех!дного шару в земнШ ¡онссфер! мала. Mix там, у виладку похилого зондування ¡оносфери вся траектор1я хвил! може опинити-ся в кваз i (зотропному uiapi.

BiflOMi експериментальн1 роботи, приев'ячен1 досл1дженню селективного збудхення нормальних хвиль, належать до випадку вертикального зондування. Для практичного використання б^льш характерно похиле поширення сигналis з низькими кутами мЮця, коли антенн поляриметра повинн i розташовуватися в вертикальнШ площин! 1, таким чином, виникае задача урахування впливу п}дсти-

яавчо! поверхяI, д!електрична проникн1сть I пров1дн1сть яко! р!зко зи|нЮ0ГЬСЯ при ЗМ1Н1 погодних умов на протяз! року.

Це призводить до вар{ац1й поляризадП випром1нюемого сигнала I -вимагад-урахування-параметр1в_земл! 1 розробки метод ¡в знахояже-

ння II комплексно! д1електрично! проникност!.

Розгяяд л!тературних давих в шдрозд!л! 1.1 показав сучас-вий стан рШення згаданих задач I дав можлив1стъ зробити висно-вок.до подальш! теоретичн! та експериментальн! досл!дження пови-НН| полягата в вивчешп ефента—взаемод-Н-нормальних-хвиль-в— юносфер! Земя!, обгрунтуваннI ммиивост! селективного збудження нормальних хвияь при наявност! я4лянки поперечного поширення. разробц! метод 1в знаходження електронно! концентрат Г Iоносфери по вим!ркванням гранично! пояяризацП 1 метод!в адаптац!! поля-ризацП випромЮТемого сигнала до реально !снуючих Юяосфер-яих умов, он¡нц1 вшшву шдстнласчо! поверхн! I проведены! експеримент!в по похилому'поляризаЩйво-узгодженому зондуваннп ¡оносфери.

В п{дрозд 1лI 1.2 на основ! чисельного ршення р!внянь квазI1зотропного наближення геометричноI оптики дослхджено вшгав облает! слабко! ан1зотрошI 1 поглинання на поляризацШ дека-метрових хвиль, як! поширюоться в ¡оносферному радЮканал!. Результата розрахунк!в пор1внюються з результатами класично!

кШетично! теор!!.

В п5дрозд5л! 1.3 вивчено можлив!сть узгодхення поляризацШ-

яих параштр!в випром1нюемих хвиль з поляризац!ев нормальних ¡оносферних мод на декаметрових рад!отрасах, як! мають дШянку кваз¡поперечного поширення. Анализ ! ыоделювання виконано для трас, як! ор!ентован! вздовж мерид!ана, протяжн!стю 600 и 2000 км при р!зних значениях параметр1в модел! !оносфери. Проведено пор!вняння флуктуацШ штенсивност! сигнала в точц! прийома при реал!зац!1 узгодженого 1 неузгодженого зондування.

Метод адаптивного поляризац Юного узгодження, в якому на основ! анал!за пояяризацП прийнятого сигнала знаходиться елект-ронна концентратя в нижн!й юносфер!, що дозволяе узгодита випром 1 вшиI хвия! з реально !снувчими параметрами Iоносфери, запропоновано ! розглянуто в пункт! 1.3.2.

На основ! проведених досл!джень в к!нц! розд!яу 1 зроблено

HOTpJÖHi висновки.

В другому роз д 1 л I досл1джено вплив п!дстилаю-чоГ поверхн! на поляризац!в хвиль, як! випром!нюються наземними антенами.

Високоточнt метода знаходження комплексно! д!електрично! проникност! земно! поверхн!, як! основан! на вим¡рсванн! компонент поля поверхнево! хвил!, досл!дзсено в п ¡дрозд !лах 2.1 1 2.2. Методи базуютъся на точних розрахунках поля земно! хвил! в ближ-н!й зон!. Там же наведено результата эксперимент¡в по вим!рюван-ню р!чних Bapiaaia комплексно! д!електрично! проникностi зешп i ouiHtt! !х впливу на поляризац!в хвиль, як! приймаються Свипро-мшювться) наземними антенами.

Вим1рввання компонент поля поверхнево! хвил! можуть давати трохи !нше значения комплексно! д!електрично! проникност! земл! в порiвняннi з внпадхом в!дбиття хвил!, яка падае п!д кутом до земно! поверхн!, через pi3Hy глибину проникнення поля в грунт. В п!дрозд!л! 2.3 доел1джуеться спос!б безпосереднього вим1рпван-ня коеф{ц!ент!в в!дбиття вгд земл! Скоеф!ц!ент!в Френеля) з допомогоо р¡зносно-фазового пеленгатора. Результата експеримен-TiB показали, що внасл!док мало! глибини проникнення хвиль в поверхневий шар земл! з великов пров1дн!стю методи,як! базуються на вимiрвванн1 ослабления поверхнево! хвил! ! р¡зносно-фазов¡й пеленгац!! просторових хвиль, дають близысi результата.Для адекватного опису процеса в!дбиття похило падаючо! хвил! в!д земл! з мало» пров!дн!стю потр10но безпосередньо вям!рювати коеф!Шеяти Френеля.

В п!дрозд!л! 2.4 розглянуто простий метод побудови антени, яка випром1Нве хвил! дов!льно! поляризац!1 С в!д л1н!йно! до кругово!), Метод базуеться на комплексных вдастивостях коеф!-uieHTiB в!дбиття В1Д земл1. На в!дм!ну в!д традиц1йного двох-канального вар!анту, який включае в себе ортогонально-поляризован! антени, два п!дсилювача ! амплгтудно-фазовий корек-тор, в цьому випадку необх!дно мати лише один л!нШний диполь, в!дпов!дним чином ор!ентований в горизонтальн!й та вертикальн!й плотинах. Показано, що втрата випром!нюемо! потухностi в одно-канальному вар!антI в пор¡внянн! з двохкаяальним незначнJ при характерних для бвропейськоI частина СНД параметрах грунту.

Р-о з д I л 3 присвячено експериментальному доел ¡дженни похилого поляризац¡йно-уэгодженого зондування ¡оносфери в дека-метровому д!апазоно хвиль, а такая, методу вим1рввання параметров

I траекториям характеристикам декаметрового сигнала.

ПроведенI експерименти показали, ао поляризац¡йне узгоджен-ня на висх!дн!й долянц! траекторН дозволяе пом 1 тно стаб 1 л 1 зува-ти пояяризацЛз приймаемого сигнала, а також розд!льно дося!дку-вати полярйзацТв нормальних хвиль. Гх гранична поляризац¡я в!дпов!дала результатам кваз 1 ¡зотропного наближення геометрично! оптики. Нав1ть в умовах кваз¡поперечного поширення, коли поляризац! я приймаемого поля найб!льш сильно залежить в!д ¡оносферних параметров 1 ыожуть проявлятися дестаб1я1зуюч! ефеюги розс!яння на Iоносферних неоднор!дностях 1 взаемодП нормальних хвиль, в точц! прийома вдавалося отримати значке перевышення збуджуемо! "корисно!" хвилI над другою нормальною хвильою на 16...20 дБ. В експериментах стШке поляризац¡йне узгодження мало м!сце 1 у випадку водбиття вод спорадичного шару Е5, з оншо! сторони, до шдтверджуе факт магн ото юнного разаеплення в цьому шарь

В п¡дроздШ 3.2 показано, що розд¡льне доел¡дхення поляризац И нормальних ¡оносферних хвиль в умовах багатопроменевост! можливо з використанням просторово-поляризац¡йного ф!льтра, який дозволяе одночасно виморювати кути прихода ¡оносферних мод, як* водбшшея вод р¡зних шар!в ¡оносфери, подавляти одну або к1лька -¡оносферних мод, анал!зувати граничну поляризац¡ю вибра-но1 моди. Це дозволяе усунути м!жмодову ¡нтерференцов за рахунок просторово! сеяекШ\, а поляризац¡йн1 завмирання - при викорис-танн! метод¡в поляризац¡йного узгодження 1 поляризацойноо фолът-рац! I.

В п¡дрозд¡л 1 3.3 запропоновано $ дослужено метод знаходже-ння параметров ¡оносфери, який базуеться на вим5рвванно розниц! поляризацой 1 середнього кута мосця приймаемого сигнала з допомогою двох рознесених ортогонально - поляризованих антен. Приведено результата експериментов по знаходженнп критично! частота ! висоти максимума 1он!зац!! шару Г2 парабол очно Г модел! ¡оносфери при прийом1 сигнал 1в широкомовно! радоостанц!Г на трас! Москва-Харк!в.

и

Виявлено, що р1зниця поляризацШ хвил! в двох точках рознесеного прийома пов'язана з характеристиками !оносфери, а одночасне вим1ривання р!зниц! поляризацШ ! середнього кута м!сця приймаемого поля дозволяе знайти параметри биосферного шару, коли залежн!сть електронно! концентрацП в;д висоти можли-во описати парабол1чним законом. Переваги метода полягають в npocTOTi реал!заиП без використання стегального випром!нювання, потр ¡бного для робота стажШ юносферного зондування. До недоле !в СЛ1Д в!днести вимоги кругово1 поляризацИ нормальних хвиль t близькост! Тх ампл!туд, що спостер1гаеться на трасах кваз!-поздовжного поширення при в!дсутност1 сильного поглинання.

У Висновку наведено основн! результата i висновки робота.

О с я о в н 1 результат и, як! виносять-

ся на захист:

1. Показана, що в {оносфер! Земл! ефект взаемод!! нормальних хвиль мохе призводити до суттевоI траксформац iI поляризац i i декаметрових рад!охвиль.

2. Експеримеятально J шляхом розрахукху доведено ыожлив1сть ~ селективного збудження нормальних хвиль на похилих рад!отрасах.

3. Запропоновано J досл!джено метод адаптивного поляриза-ц1йного узгодження,в якому на основ! анал!за поляризацИ прийня-то! хвил! вир!шуеться зворотня задача знаходження електронно! концентрацП в нижн!й (оносфер!. Показано позлив¡сть знаходження параметр!в !оносфери по спостер!гаемим поляризацШним ! траек-торним характеристикам декаметрового радюсигнала.

4. 3 високоп точн!ств вимфяно pi4Hi вар^ацП комплексно! д1електрично! проникност! земл! ) дослужено 1х вплив на поляри-зац1о хвиль, як! випромшшться (приймаються} наземними антенами при поляризац!йно-узгодженому зондуванн! ¡оносфери.

П у б л i к а ц I i за т е м о в диоертац I I:

1. Falkovich I.S., Kalinichenko Н.N., Sodin L.G. and Stanislavsky A.A.. An effective technique for measuring the dielectric constant of the ground to determine parameters of antennas, above an interface.// Journees Internationales sur les anten-

nés. 1994.-V.7.-P.370-374.

2. Фалькович И.С., Калиниченко H.H. КВ антенна круговой поляризации на основе линейного диполя, размещенного над полупро-водяшей землей. //Электросвязь.-1995.-КЗ.- С. 59-31._

3. Фалькович И.С., Калиниченко H.Н., Станиславский А. А.. Экспериментальные исследования наклонного поляризационно-согласо-ванного зондирования ионосферы в декаметровом диапазоне волн. //Геомагнетизм и аэрономия. -1995. -Т.35. -N6. -С.123-131.

4. Фалькович И.С., Калиниченко Н.Н. Применение-разностно---фазо-вого пеленгатора для измерения коэффициентов отражения от земли. //Электросвязь.-1996.-N2.- С.32-33.

5. Kalinichenko N. N., Falkovich I.S., Sodin L.G. The rase of accuracy of large HF radiotélescopes// Abstracts XXIX YEEAC,

Riccione, 1996. - P. 37.

6. Содин Л. Г., Фалькович И.С., Калиниченко H.Н. Использование поверхностной и пространственной волн для измерения диэлектрической проницаемости почвы и уточнения характеристик наземных антенн // Радиотехника и электроника. -1996. -Т.41. -N10. -С. 1191-1196.

7. Содин JL Г., Фалькович И. С., Калиниченко H. Н. Определение параметров земной поверхности по измерение поперечной поляризации поверхностной волны //Радиотехника.-1997.-N1. -С.95-102.

8. Кравченко В.Ф.. Фалькович И. С.. Калиниченко H. Н. Предельная поляризация радиоволн при наклонном зондировании ионосферы в квазиизотропном приближении // Электромагнитные волны и электронные системы. -1997.-Т. 2.-Ш.-С. 29-37. .

АНОТАШЯ

Калш]ченко Я. М. ПоляризацШно - узгодгене зондування ¡сно-сферя в декамэтровсму д1'апазон! рад!охвиль .-Рукопис. Дисертац!я на здобуття наукового ступеяя кандидата $1зико-мате-ыатичних наук по спец1альност! 01.04.03 - радюф^зика. Харк¡вський дерзазняй ун!верситет, Харх:в. 1998 р.

Дисертац! я прпсвячэна питаниям селективного збудзсення норма льнях хвиль в ¡ояосферь Розглянуто загальний випадок похилого падшня хвил! на юносферняй шар 1 враховано два вахгсив: фактори: вплив ефекта взаедадЛ нормальних хвиль I вплив шдстиласчо! поверхн! на поляркзацт вяпро:*1яюемих хвиль. Показано,що в ¡ояо-сфер! Земл1 ефект взаемодП мохе призводити до суттево! транс-фор,мац И поляризацИ рад ¡охвиль. Експериментально та шляхом роз-рахунку доведено кожлив1сть селективного збудженяя нормальних хвиль на похилих рад!отрасах. Запрспояовано метод адаптивного поляризац I иного узгодження. Отриман! результата можуть бути вико-ристан! для шдзищеяня ефективност I робота радюсистем декамет-рового Д!апазону хвиль.

Клвчов! слова: ¡оносфера, поляризац¡я, нормальн! хвил и взаемодКя, узгодження.

АННОТАЦИЯ

Калиниченко Н. Н. Поляризационно-согласованное зондирование ионосферы в декаметровом диапазоне радиоволн.- Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика . Харьковский государственный университет, Харьков, 1998 г.

Диссертация посвящена вопросам селективного возбуждения нормальных волн в ионосфере. Рассмотрен общий случай наклонного падения волны на ионосферный слой и учтены два важных фактора: влияние эффекта взаимодействия нормальных волн и влияние подстилающей поверхности на поляризацию излучаемых волн. Показано, что в ионосфере Земли эффект взаимодействия может приводить к существенной трансформации поляризации радиоволн. Экспериментально и путем расчета доказана возможность селективного возбуждения нормальных волн на наклонных радиотрассах. Предложен метод адап-

тнвного поляризационного согласования. Полученные результаты могут быть использованы для повышения эффективности работы радиосистем декаметрового диапазона волн.

Ключевые слова: ионосфера, поляризация, нормальные волны,взаимо-действив7~согласование;

ABSTRACT

Kalinichenko N.N. The Polarization-matching sounding of the ionosphere in the HF band. - Manuscript-

Dissertation for Scientific Degree of candidal, or scienceS" (Physics and Mathematics) in Speciality 01.04.03 - Radiophysics. Kharkov State University, Kharkov, 1998.

The dissertation is devoted to the questions of the selective excitation of the magneto-ionic waves in the ionosphere. A case of the oblique incident on the ionosphere is considered and two important factors are taken into account: effects of characteristic waves interaction and effects of the earth's surface on . the polarization of waves which are radiated by antennas located above the ground.It is shorn that the interaction of the characteristic waves results in a considerable transformation of polarization of radio waves. The possibility of selective excitation of characteristic waves over an oblique incident path is experimentally and theoretically proved. A method of the adaptive polarization matching is suggested. The obtained results can be used for increasing the efficiency of hf radiosystens.

Key words: ionosphere, polarization, characteristic waves,interaction, matching.

В1дпов1дальниа за випуск Титаренко А.Ю.

Шдписаяо до друку 1S.06.98 г. Формат палеру 60x80x16.

üanip офсетний. Друк офсвтяий.

Заказ NS. Тирах 100 прим.. Безкоштовно.

PI30 ХДУ,

310077, ц, XapKlB, вул.. Мироносицька, 1