Прогностическая радиофизическая модель среднеширотного спорадического слоя Е тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ЗЕМНОГО МАГНЕТИЗМА, ИОНОСФЕРЫ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

На правах рукописи

УДК 550.^88.2

621.371.332.1 6 21.371.38

МИНУЛЛИН Ренат Гизатуллович

ПРОГНОСТИЧЕСКАЯ РАДИОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СРЕДНЕШИРОТНОГО СПОРАДИЧЕСКОГО СЛОЯ Е

01.04.03 - радиофизика, включая квантовую радиофизику

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОСКВА - 1988

Работа выполнена в Казанском государственном унивэрзитете им. В. И.Улья нова « Ленина

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат.наук, профессор

Б.Н»1Ьрвман, ГГУ г. Горький

доктор физлат.наук В.Д.Г^сев, МГУ г.Москва

доктор физ.-мат,наук В.НЛврвпт, 03ШРАН г. Троицк

Ведущая организация: Физико-технический институт АН

Туркиеизкой ССР, г. Ашхабад

Защита диссертации состоится *2.6" С^ПО^Л 1989 г; в /О чао» О О мин. на заседании Специализированного совета Дё002.83.01 Института земного магнетизма, ионосфер* и распространения радиоволн АН СССР - Ш09Е, г.Троицк, Московской области - (проезд автобусом й 531 от станции метро "Тёплый о тан", остановка ИЗШРАН)»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЗШРАН*

Автореферат разослан "/£" ЛЮу~>Т&т 1969 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат физ »-мат.наук

0Л1«гКЬломийцвв

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Практическая необходимость более глубокого понимания ионосферных процессов привела в последние десятилетия к их интенсивным экспериментальным и теоретическим исследованиям. Были успешно осуществлены исследования различных слоев ионосферы, определенные результаты были достигнуты в изучении нерегулярных ионосферных явлений и, в частности, спорадического слоя Е.

Но, несмотря на значительное число теоретических и экспериментальных работ, посвященных слою Е,, полного и однозначно-

«Г

го представления о нем на сегодняшний день нет; отсутствует и законченная физическая теория слоя Е,. Многие закономерности параметров слоя Еу и радиоволн, отраженных от него, окончательно не установлены; сведения о них носят порой оценочный и даже противоречивый характер.

Большие трудности возникают при экспериментальных исследованиях слоя Es из-за его эпизодичности, большой изменчивости, локальности в пространстве, а порой и кратковременности появления. ТЬоретические исследования слоя Е_у осложнены многообраг-зием возможных причин его возникновения и условий, влияющих на него, которые в свою очередь еще недостаточно изучены. Вое ото привело в последние года к уменьшению объема работ, посвященных слою Е^, и, как следствие, к резкому уменьшению количества публикаций,о нем в Советском Союзе и за рубежом»

В настоящее время нет обобщенной многопараметрической модели слоя Е^ , нет способов описания таких специфических пространственных характеристик,как высоты, размеры и наклоны о6я&» ков Е^ Известно только несколько методов описания вероятности появления слоя Е^ [Т.С.Фрблай, .МЛефтин, ЕёК.Очит, В.В.Писарева, О.В.Чернышев, О.Г.Овезгелвдыев и Г.В.Михайлова]. Но эти методы дают описание вероятности появления слоя Е^ только при вертикальном зондировании и притом в виде карт,в табличном или таблично-аналитическом виде, что снижает оперативность их использования с применением ЭВМ. Не все перечисленные методы да-

3

ют возможность интерполяции данных на заданные часы суток и месяца года; из-за значительного уорднения не обеспечивается необходимая детализация данных во врзмени и в пространстве,

Мзтоды, оценивающие вероятность распространения радиоволн в декаиетровом [Г.С,1Ьрблай] или метровом [К.Мия, £.K.CmhtJ диапазонах волн за счет слоя Es, разработанные в 19Э-66 гг., уже не удовлетворяют сегодняшним требованиям по точности. Нет методов прогноза углов прихода, времени распространения и флу-ктуационных характеристик радиоволн, отраженных слоем Е^»

Для радиосвязи; радиопеленгации, радионавигации, эагори-зоктной радиолокации, телевидения слой Ej может обеспечить дополнительный способ распространения радиоволн, который в зависимости от решаемых задач и особенностей слоя Е^ может стать вспомогательным или мешающим.' В таких случаях бывает необходим долгосрочный прогноз вариаций параметров слоя Es в зависимости от выбранного интервала времени для заданной точки на поверхности земного шара, а также долгосрочный прогноз условий распространения радиоволн на трассах при наличии слоя Es с учетом качества канала связи.

Для -этих целей необходимо иметь прогностическую радиофизическую модель слоя Es. Однако, как было отмечено шше, сегодня завершенная физическая теория слоя Е,, позволяющая решать прикладные задачи, отсутствует и накопленных данных о слое Es не достаточно для построения подобной модели.

Поэтому для разработки современной прогностической модели слоя Е^ остается единственная возможность: непосредственные, целенаправленные, систематические и многопараметрические экспериментальные исследования слоя Е^ и его влияния на распространение декаметрошх и метровых радиоволн на трассах различной протяженности и местоположения, с различными рабочими частотами, мощностями передатчиков и диаграммами направленности антенн. Модель, созданная в результате таких комплеконах исследований, буд^т объективно описывать основные и устойчише проявления слоя Е^ , будет способствовать пониманию и теорзтичес-кому осмысливанию: закономерностей и аномалий пространственно-временной динамики параметров слоя Ef; их связи с последствиями reo- и гелиопроцессов в атмосфере Земли; механизмов обра^

зования слоя Еу и причин вариаций вероятностно-энергетических характеристик радиоволн, отралэнных слоем Ej. В этом состоит научное значение разрабатываемой модели.' Практическое значение модели заключается в возможности прогноза условий и особенностей распространения радиоволн за счст слоя Е5 в ионосферных каналах с учетом их технических характеристик при решении различных народнохозяйственных задачу

Цель работы - создание прогностической радиофизической модели с реднеширотного спорадического слоя Е. При этом необходимо: I) выявить экспериментальным путем устойчивые закономерности вариаций параметров слоя Е^ и радиоволн, отраязннкх от него; 2) построить на их основе вероятностную пространотвенно-врзменную энергетическую модель слоя Es; 3) разработать метод долгосрочного прогноза условий распространения декаметрошх и . метровых радиоволн с учетом технического оборудования трасс,*

Данная цель и задачи требуют выполнения длительных наблюдений на нескольких специально организованных исследовательских трассах с оптимальным насыщзкием измерительной аппаратурой. Пот этом необходимо вести комплексный многочастотный и многопараметрический контроль радиофизических параметров слоя с тщательным анализом материалов наблюдений^ необходимо выявить взаимосвязи мевду исследуемыми параметрами слоя Е5 и внешними факторами. Для дополнения и подтверждения полученных результат тов естественно привлечение данных других авторов.

Научная новизна результатов работа заключается в том,что:

1) установлены и впервые аналитически описаны устойчивые закономерности суточно-сезонных и циклических (Ii-летних) вариаций вероятности появления слоя Е$ э зависимости от географической широты при вертикальном и наклонном зондированиях;

2) установлены и впервые аналитически описаны устойчивые закономерности суточно-сезонных вариаций действующих высот олоя Е$ в зависимости от географической широты;

3) определены вариации коэффициента отражения радиоволн от слоя Е5 при наклонном зондировании, дано их количественное описание;

4) вперше разработан аналитический метод пересчета вероятности появления олоя Е5 при вертикальном зондирбвании в ва-

роятности появления при наклонном зондировании в зависимости от технического обеспечения трассы (поправки к закону секанса для слоя Е; из-за его полупрозрачности);

5) исследованы пространственные особенности слоя Е^ и траекторные характеристики радиоволн, отраженных от него,впервые разработан метод их расчета.

Разработанная модель является систематизацией и обобщением известных на сегодняшний день экспериментальных данных автора и других исследователей слоя Е^, что может служить достоверной и объективной базой для последующего теоретического анализа его проявлений.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1) разработан метод долгосрочного прогноза вероятности распространения радиоволн путей отражения от слоя Е_г с учетом технической оснащенности радиоканала;

2) разработан метод долгосрочного прогноза уровня сигнала в радиоканале при отражении от слоя £_$;

3) разработан метод расчета азимутальных углов, углов возвышения и времени распространения радиоволн, отраженных слоем Eí с учетом длины трассы, ее энергообеспеченности и диаграмм направленности антенн;

4) разработан метод распознавания в радиоканале сигналов, обусловленных слоем Е^ и другими механизмами распространения радиоволн;

5) -разработан, изготовлен, всесторонне испытан и подготовлен к промышленному внедрение с последующим тиражированием диагностический цифровой ионосферный комплекс "Циклон", предназначенный для вертикального, наклонного итграноионосферного зондирований ионосферы и слоя .

Реализация результатов работы« &зультаты многолетних комплексных измерений параметров слоя и сигналов, отраженных от него, методами наклонного зондирования переданы в виде отчетов в Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Академии наук СССР (ИЗШРАН) и во Везет !->ччый институт научно-технической информации (номера гос. регистрации 02.82.8.030994 и 01.83.0004341), а также включещ в отчеты по итогам в-аолнекия "Мгждународной программы исследования

б

«дней атмосферы (МАП)" в 1986 году.

Модель среднеширотного слоя Е5 и методы прогноза условий юпространения радиоволн путем отражния от него, переданы в ¡де алгоритмов и программ в банк моделей Мирового центра хранил данных (МЦД-Б2), в Институт прикладной геофизики, в На^ гно-исследовательский институт "Радио", в Сибирский институт ¡много магнетизма ионосферы и распространения радиоволн, в МРАН.

|&зультаты диссертационной работы применяются в Арктичес-|м и Антарктическом институте, а также используются в учеб» ж процессе в Казанском государственном университете и в Во-!но—морской академии им. А.А.Гречко.

На защиту выносится прогностическая радиофизическая мо-¡ль среднеширотного спорадического слоя Е, зключаадая в себя: .

1) закономерности вариаций параметров слоя Е и радиоволн, 'разданных от него;

2) эмпирическую вероятностную пространственно-временную [ергетическую модель среднеширотного слоя Е^;

3) метод долгосрочного прогноза условий распространения ¡каметровых и метровых радиоволн за счет слоя Ел с учетом •нкретннх параметров применяемых радиотехнических средств в жимах вертикального и наклонного зондирований.

Апробация работа и публикации. Основные результата иосле-* гваний, изложенные в диссертации, были представлены на Мзнду~ фодном симпозиуме С/Я31 в г.Хельсинки (1978 г.), з доку-¡нтах СС1Я (за период 1970-74, 197^78, 1973-82 гг.), на ждународных семинарах по исследованию слоя Еу , аэрономии [жней термосферы и неоднородностей ионосфера по проблеме [ланетарные геофизические исследования (НАПГ)" в г; Иопроне Ьнгрия, 1985 Га) и в г.Нойбравденбурго (ГДР, 1987 г.), на ждународном семинаре по ионосферной информатике в г. Но ягода (1987 г.), на Втором мевдународком симпозиуме "Глобмег" г.йзани (1988 г.), на Всесоюзных конференциях по радпрост-.нению радиоволн (1969, 1972, 1975, 1978, 1981, 1984,1937гг), I Всесоюзных конференциях по физике ионосфера (197С,1976гг.), I Всесоюзных семинарах по математическому моделировании ионо-ерных процессов (1982, 1984, 1986, 1388 гг.), на Всесоюзных

семика рейс по ионосферному прогнозированию (1965, 1987 гг.), также на других 15 Всесоюзных конференциях, семинарах и сове' щаниях.

По материалам диссертации опубликовано 75 работ.

Личный вклад автора. Автором осуществлялось научное руководство по воем направлениям исследований слоя Е^ . Кроме того, автором были разработаны методики экспериментов, разра ботаны и изготовлены о коллегами измерительные установки; ор ганизованы комплексные измерения на трассах о личным участие! осуществлена анализ, интерпретация и обобщение полученных результатов; созданы эмпирическая модель слоя E¿ и метод прогноза условий распространения радиоволн с его использованием.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 245 страниц основного текста, 100 рисунков, 46 таблиц и список литератур! из 365 наименований»

СОДЕРШШЕ РАБОТЫ

Во введении обосношвается актуальность работы, отмечается ее научная новизна, практическая значимость, цель и за» дачи диссертации.

В первой главе диссертации показано, что для построения прогностической радиофизической модели слоя Е^ необходимо выполнить непосредственные экспериментальные исследования ради* физических свойств слоя Е5 методами наклонного и вертикального зондирований. Отмечается, что.индикатором энергетического состояния слоя Ej, т.е. характеристикой его отражающих овойс* зависящей от электронной плотности и структуры слоя, являатсз фяуктуирувдие амплитуда отраженных сигналов и искажения форд импульсных сигналов. Индикатором пространственного положения облаков Ej, определяемой их высотами и наклонами, являются yj лы прихода и время распространения радиоволн, отраженных от них.

Описываются методики многомесячных круглосуточных непрерывных многоканальных измерений перечисленных параметров радиоволн, разработка которых была газвана такими особенностям! слоя Es, как случайность появления, динамика, локальность в пространстве. Отмечается, что широтно-долготные зависимости

лраметров слоя Е^ обусловили их экспедиционные измерения в азличных регионах Советского Союза. Рассматриваются принципы ¡йствия и состав аппаратуры, специально разработанной и изловленной для одновременного вертикального и мйогочаототно-) наклонного зондирований одной и той же области слоя Е^ к жосферы.

Указывается, что целенаправленные комплексные измерения 1ли осуществлены в 1971-87 гг.; дополнительно с соответству-1ей переобработкой были привлечены также данные, полученные ими ранее в 1960-70 гг. Общий период исследований слоя Es и шутствующих явлений составил 27 лет и в соответствии о Пришвиными методиками и использованной аппаратурой состоял из

pSx .tfuKJjQB_наблюдений: X) измерения в метровом диапазоне

)лн (1960-70 гг.), 2) измерения в декаметровом диапазоне волн. [97Ь*8^ гг.), 3) измерения тонких эффектов слоя Е, (1985 -587 гг.). Измерения были проведены на 8 исследовательских заосах Советского Сопза, при этом функционировало 28 чаотот-IX радиоканалов.

Обсуждаются условия наклонного зондирования на трассах и [особы регистрации при этом амплитуд принятых сигналов в лирическом диапазоне 120 дБ. На основе этих измерений в даль-зйшем определяются суточные и сезонные вариации средних амп-ггуд, коэффициенты отрз.яения, вероятности появления или ко- ' фициенты заполнения (относительное суммарное врзмя обнаруже-1Я сигналов в заданных интервалах наблюдения), находятся рао-ределения амплитуд и распределения длительностей существоват-!я непрерывных отражений сигнала от слоя Ej. Рассматриваются ¡обенности измерений на трассах углов прихода и времени рас-зостранения отрамзнных радиоволн, регистрации формы отразяен-[х импульсов. Эти параметр имеют самостоятельное значение, также характеризуют пространственное положение и динамику )лакоз Ej, , в то же время способствуют определению причины юголучевооти и распознаванию механизма распространения ра-юволи в каддом конкретном случае.

Приводятся технические характеристики радиосредств, пользовавшихся на трассах! ангенно-фидеркых устройств, перг-1Тчиков, приемников, а также режимы работы радиоканалов и па-

раметры трасс. Эти сведения необходимы для взаимной привязи сопоставления и обобщения результатов, полученных на разных трассах. Кроме того, они необходимы при построении количественной радиофизической модели слоя Es.

Дана оценка оиибок измерений. Относительная погрешност! отсчета мгновенных амплитуд составляет 5-10 %, Усредненные измерения азимутальных углов прихода радиоволн имеют погрешность менее Измерение времени пробега сигналов, отраженных от слоя Е5, происходит путем активной ретрансляции принятого импульса из пункта приема в пункт передачи, при этом погрешность измерения еффективной длина пробега не превышает 1,5 км. При регистрации формы импульсов длительность!: К 3 и 5 мкс, отраженных от слоя искажения за счет канала усиления составляют 5 %.

Обсуждаются условия вертикального зондирования ионосферы в центрах трасс в 1971-84 гг., осуществлявшегося ионозон-дом АИС-1 и специально изготовленным нами экспедиционным ионозондом ЗЙОКГУ, а в 1985-87 гг. изготовленным нами цифровым ионосферным комплексом Циклон-4М. Погрешности измерения критических частот ионосферных слоев не превышают + 0,13 МГц, а действующих высот + 6 км.

Рассматриваются особенности приема ионограмм наклонного зондирования в 1985-87 гг. с помощью универсального и многоцелевого комплекса Циклон-4М.

Описывается методика, разработанная для выделения Es-сигналов среди сигналов, отраженных регулярными слоями ионосферы, а также обусловленными Г - рассеянием, возвратно-наклонным рассеянием, ионосферным рассеянием в области Е и отражениями от метеорных следов. Перечисляются меры, способствующие созданию в радиоканале преимущества Е5- сигналам по отношению к сигналам, обусловленным другими механизмами распространения радиоволн.

Во второй главе приводятся результаты анализа и обобщения экспериментальных данных, полученных для слоя E¿ методом наклонного зондирования автором, а также некоторыми советскими и зарубежными исследователями. Эти данные систематизируются, выделяются устойчивые вариации исследуемых параметров,

устанавливаются регрессионное зависимости, кото ¡не в дальнейшем используются для построения модели слоя Е5и сравниваются с прогностическими расчетами.

Отмечается, что целенаправленные измерения-параметров слоя были шполнены на трассах: МосквагКазань (1961-64гг), Москва-Одесса (1961-64 гг.), Одесса-Казань (1960-65 гг.),Салехард-Тюмень (1972-73 гг.), Архангельск-Казань (19.76 г.), Москва-Казань (1979-83 гг.), Москва-Одесса (1960 г.). Зонди-? рованиз происходило в частотном диапазоне 9-57 МГЦ, что в пересчете на эквивалентные частоты вертикального зондирования соответствует диапазону 2,4-20,0 МГц.

Показано, что на перечисленных трассах наблюдались отражения от слоя Е5 с продолжительностью существования, достигавшей нескольких часов, и амплитудой., иногда превышавшей 1000 мкВ при пороге регистрации 0,1 мкВ. Для радиоканалов декаметровых волн получены распределения длительностей непрерывных отражений, на которых четко видны изломы в области 60-100 с, являющиеся границей между рассеянными и отраженными сигналами. На распрзделениях длительностей для радиоканалов метровых волн изломы видны в области 200-300 с, но это границы мевду отражениями от метеорных следов и слоя

Н*.

Экспериментально установлено, что с увеличением частоты наклонного зондирования длительности непрерывных Е$- отражений уменьшаются. Доказано, что влияния длины трассы и частоты наклонного зондирования на распределения длительностей можно учесть через эквивалентную частоту вертикального зовдирования и через этот параметр можно объединить результаты измерений, выполненных на разных трассах с разными рабочими частотами. Найдены аналитические зависимости медианного значения распределения длительностей Е5- отражений от эквивалентной частоты, а такие средней амплитуды отраженного сигнала от длительности существования £$- отражений; эти положения используются при построении прогностической модели олоя Е5. Получено, что ошибка в установлении порога по длительности в пределах от 10 до 600 с при выделении Е5-от-ражекий на записях амплитуд принятых сигналов влечет отно-

сительную погрешность определения коэффицизнта заполнения, не превышающую 15$, это вполне допустимо при обработке экспериментальных данных. Кроме того, это обстоятельство важно как методический подход при обработке данных, полученных при различной энергообеспеченности трасс.

Из измерений следует, что коэффициент заполнения при наклонном зондирований слоя Е5 также, как вероятность появления слоя Es при вертикальном зондировании испытывает суточные, сезонные и циклические изменения, зависит от координат точки наблюдения. В суточных вариациях коэффициента заполнения Es-сигналов на всех трассах летом обнаруживаются четкие околополуденный CIO 12 часов) и вечерний (18-20 часов) максимумы,а также глубокий утренний минимум (V6 часов). Зимой в большинстве случаев виден только один полуденный максимум коэффициента заполнения, но иногда намечается и вечерний максимум, С увеличением рабочей частоты значения коэффициента заполнения для слоя Ej уменьшаются. Зимой и ранней весной наблюдаются наименьшие значения коэффициента заполнения, с мая по август -наибольшие. Если усредненный за лето коэффициент заполнения по данным наклонного зондирования слоя Е5 условно принять за единицу, то для равноденствия он составляет 0,25, а для зимы 0,12. Такие же соотношения обнаруживаются в результате обработки материалов возвратно-наклонного зондирования слоя Es ■ полученных другими авторами. Устойчивые циклические Еариации коэффициента заполнения Es- сигналов установить методом наклонного зондирования не удается.

Одной из задач данной главы является выявление наиболее действенных прогностических факторов, которые должны быть положены в основу эмпирической модели слоя С этой точки зрения исследуются метеорше явления в атмосфере Земли, связь ■ которых с возникновением слоя Е$ до сих пор однозначно не установлена. Однако выполненные исследования не обнаружили зависимости, образования слоя Ej ни от спорадических, ни от потоковых метеоров, поэтому метеоры как прогностический фактор в дальнейшем не рассматриваются.

Найдено количественное описание выявленных морфологических особенностей коэффициента заполнения дляслояЕ5. Зависи-

мость коэффициента заполнения от величины порога обнаружения по напряжений аппроксимирована степенным законом-Коэффициенты заполнения для летних данных и соответствующие эквивалентные частоты связаны экспоненциальной зависимостью. Перечисленные закономерности подтверждаются данными советских и зарубежных исследователей. В итоге получено общее аналитическое выражение, с помощью которого рассчитываются для любого сезона го~ да усредненные коэффициенты заполнения для Е^ - сигналов в зависимости от рабочей частоты и длины трассы, а также порогового напряжения, установленного в радиоканале со средшй энергообеспеченностью»

В третьей главе исследуются пространственные особенности слоя Е„(высоты, масштабы неоднородностей» размер! и наклоны облаков) и зависящие от них тразкторные характеристики отраженных радиоволн. Необходимые сведения о слое Ej получены в результате постановки специальных экспериментов, численного моделирования, переобработки данных других авторов.

Найдены распределения шсот слоя Е^как обобщение ракетных измерений различных исследователей и измерений, действуэщих высот с учетом группового запаздывания на пути радиолуча при вертикальном зондировании; распределения аппроксимированы смещенным релее неким законом с модой на высоте 100 км.

По регистрациям длительности существования отражений от . облаков Es с учетом средней скорости ветра (100 м/с) оценочно определены горизонтальные масштабы неоднородностей, которые находятся в пределах 1-2000 км. Эти величины соразмерны или значительно больше размеров пеpax зон Френеля на высоте 100 км на трассах длиной 100-2000 км в диапазоне 5-50 МЩ. Отсода сделан швод, что для слоя Ел по общему времени действия отражательный механизм распространения радиоволн по отношению к рассеивающему является превалирующим.

■ Имитационным моделированием показано, что распределения углов наклонов участков поверхностей о равными электронными концентрациями на слое E¿ соответствуют нормальному закону со средним значением, равным нулю, и среднеквадратическим отклонением» равным 10°.

Ваз работай метод расчета траекторных характеристик, ко-

торый позволяет получить распределения плотности вероятности азимутальных углов, углов возвышения, вариаций длин пробега (времени распространения) радиоволн, отраженных слоем Е, « Оуть метода состоит в следувдзм. Сигнал из передающего пункта в приемный иоазт попасть путем отражения от участка слоя Е^ , расположенного на некоторой высоте с определенным наклоном* Вероятность появления такого наклона на слое Е^ является вероятностью радиосвязи через данную точку пространства. Последовательно интегрируя по объему пространства, расположенному над плоскоотями горизонтов передающего и приемного пунктов, с учетом вероятности появления нужного наклона облака Еу, в заданных интервалах азимутальных углов (углов возвышения или длин пробега), получаем распрзделение азимутальных углов (углов возвышения или длин пробега) отраженных радиоволн для данной трассы. При интегрировании учитываются распределения высот слоя Еу , а такав энергетика радиоканала (мощность передатчика, коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, их диаграммы направленности, поглощение, коэффициенты отражения от слоя Ер и ведется контроль за. прешшением амплитуды принятого сигаала порога обнаружения приемника.

Путем численного моделирования по шшеописанному методу исследованы влияния длины трассы, высот отражения и диаграмм направленности антенн на траекторные характеристики радиоволн, отраданных слоем Е^.. Для проверки результатов модельных расчетов выполнены соответствующие экспериментальные измерения этих характеристик.

Получено, что расчетные распределения плотности вероятности- азимутальных углов при отражении радиоволн от слоя Е, одномодальны, симметричны и не зависят от распределения высот Е^.. С увеличением длины трасеы от 400 до 2000 км максимальные отклонения азимутальных углов от плоскости большого круга уменьшаются с +14° до +6° с уровнем вероятности 0,01.- Распределения азимутальных углов, измеренные на трассах Архангельск-{Ьзань (9 МЩ), Москва-Казань (5; 10; 15 МГц), Москва-Одесса (10; 15 МПд) совпали с соответствующими распределениями, рас-читанными под условия эксперимента. Показано, что средний пеленг радиоволна, отраяенной слоем Е^., не зависит от интенсив-

юсти принимаемого сигнала и от -величины предельной частоты :лоя Еу» Экспериментально доказано, что погрешности пеленгации ! использованием слоя Ел не превышают погрешностей пеленгации ;а счет регулярных слоев £ и Р2 •

Найдено, что расчетные распределения плотности вероятнос-:и углов возвышения радиоволн, отракенных слоем Ее на трассах, |дномодальны^ и асимметричны. С увеличением длины трассы от ЮО до 2000 км вариации углов воззышения уменьшаются с 50 до

с уровнем вероятности 0,01, модальные значения сгренятся к [улв. Для известных случаев измерения распределений углов воз-ышения на трассах длиной 1480 и 1740 км рассчитаны плотности ¡ероятности этих углов, соответствующие сравнения обнаруживают •довлетворительное совпадение. Измерения, выполненные на трасте Москва-Одесса на частоте 15 МЩ, и расчет для них показали, [то распределения углов возвышения изменяются под влиянием диграмм направленности используемых антенн.

Установлено, что расчетные распределения плотности веро-[тности вариаций длин пробега радиоволн, отраженных слоем Е^ ¡а трассах, одномодальны, асимметричны, уширяются при учете )аопрзделения высот слоя С увеличением длины трассы от 1-00 до 2000 км вариации длин пробега уменьшаются с 60 до 25 :м с уровнем вероятности 0,01. При учете диаграмм направление та реальных антенн распределения вариаций длин пробега мелются незначительно: модальные значения остаются почти неиз-;енными, но вероятность вариаций длин пробега, больших 20-30 :м резко уменьшается.

На трассе Одесса-Казань осуществлены прямые измерения времени распространения (пробега) сигналов методом активной «трансляции из пункта приема в пункт передачи на частотах ¡4 и 42,5 МПд с импульсами длительностью в 5 и 12 мке соог-етственно. Измеренные распределения вариаций аффективных лин пробега в 2 раза уже расчетных, так как во время измере-ий разброс высот слоя Е^ был меньше, чем было залокено в рас-ет в ввде упомянутого выше распределения, аппроксимированного мещенныы релеевским законом.

На слое Е^ из-за его неоднородной структуры могут сущес-вовать несколько отражающих участков, удовлетворяющих условию

ракурсиости и поэтому обуславливающих многолучевость в точке приема. Многолучевость можно условно разделить на 2 типа по времени относительного запаздывания лучей в месте приема: I) меньше длительности излучённого импульса; 2) больше длительности импульса. Многолучевость первого типа приводит к искажениям Форш принятого импульса, второго типа - к появлению в приемном тракте двух и более импульсов.

На трассе Казань-Одесса при передаче на частоте 34 МП* импульоов длительностью 5 мкс многолучевость первого типа наблюдалась в 66 %, а второго типа - в б % общего времени наблвдений. Максимальные взаимные запаздывания лучей состаг вили 34 мкс (10 км) летом и 24 мкс (7 км) осенью. Эти экспериментальные данные подтве'рвдзна соответствующими модельными расчетами.

В результате исследований делается швод, что условия распространения радиоволн на трассе определяются отражающими свойствами облаков Е^ которые находятся в основном вбли зи центра трассы и могут однозначно контролироваться ионосфе^ рйой станцией-вертикального зондирования в этой точке.Огсода следует, что данные по коэффициенту заполнения для слоя Е^ , которые анализировались во второй главе, коррекции за влияни диаграмм направленности антенн не требуют, т.к. угловые размеры пространства, где находятся участки слоя Е^ , участвующие в преимущественном отражении радиоволн на трассах, значительно уаг диаграмм направленности обычно применяющихся антенн декаметрового и метрового "диапазонов волн»

Отмечается, что слой Е^ модет способствовать распростра-ненш}. радиоволн в то время, когда на данной трассе отсутствует их прохоадение за счет слоев Е идиобеспечивая таким образом передачу дополнительного количества информации. Если отражения от слоя Ет появляются тогда, когда радиолиния работает за счет отражения от слоя Е или Аг , или других споообо: распространения радиоволн, то возникает многолучевость, которая монзт приводить к потерям информации. Показано, что сведения о т рае игорных характеристиках радиоволн, отраженных сл< ем Е,, дают возможность определять оптимальные условия адаптации радиоканала для эффективного использования или наоборот

ключения из него Е^- сигналов. Это достигается путем рацио-льного выбора Форьы и положения диаграмм направленности ан-нн в пространстве и отбора сигналов по врзмени их прихода в учае импульсной модуляции. Сведения о многолучевых запазды-лиях обеспечивают оценку пропускной способности радиоканала.

Итак, в рамках пространственно-вероятностной модели слоя разработан метод расчета траекторных характеристик'( азиму-льных углов, углов возвышения, длин или времени пробега) ра-оволн, отраженных слоем Е^, на односкачковых трассах с учетом ловий распространения и технических параметров радиолинии, тод апробирован экспериментально, предлагаемая модель адек-тна реальным проявлениям слоя . Метод расчета реализован виде пакета прикладных программ для микро-ЭВМ.

Однако из-за отсутствия детальных сведений об отражающих ойствах слоя и энергетических характеристиках отраженных аиоволн расчеты траекторных характеристик пока выполнены с пользованием величин косффициентов отражения от слоя Sf в еднемесячном усреднении.

В четвертой главе исследуются отражающие свойства слоя Es энергетические характеристики отраженных радиоволн. Индикарами меняющейся структуры и состояния плотности слоя Е4 яв-отся изменения амплитуда и частотного спектра отраженных ра-эсигналов» Для изучения их особенностей применен статистиче-г!Й подход.

Нзобходимые сведения о слое Е, получены экспериментальным гем в декаметровом и метровом диапазонах на трассах Москва-}ань (5; 10; 15; 20; 40; 57 МГц), Москва-Одесса (10; 15; 40; МПО, Одесса-Казань (34; 42; 56 МП*), Салехард-Тюмень (8; ; 40 МГц), Архангельск-Казань (9; 14; 24; 44 МП*) и др« Для юетавления привлечены данные других авторов, йгистрация [дитуд принятых сигналов производилась в динамическом дэ-130B3 120 дБ с порогом на уровне космических шумов, - сиг-ai среди сигналов, обусловленных другими механизмами распро-занения радиоволн, выделялись с помощью методики, изложенной ервой главе.

Установлено, что во всех циклах измерений наиболее инген» тые слои Е, обнаруживаются летом; утром (4-6 часов) средние

17

( усреднение по IOO отсчетам за 100 с ) амплитуды отраженных радиосигналов минимальны и превышают уровень космических шум< только на 10-20 дБ, днем (10-12 часов) и вечером (18-20 часо) превышение достигает 80-100 дБ. С ростом частоты наклонного зондирования амплитуды отраженных сигналов уменьшаются, j интегральных распределениях амплитуд всегда обнаруживается т< ка перегиба (здесь вторая производная меняет свой знак), докг зывается, что она является границей между сигналами, рассеянными и отраженными слоем Е^. Днем вероятность появления отраг женных сигналов выше, чем рассеянных. Найдена статистическая корреляционная связь мевду амплитудами Е^- сигналов и ддител! костями их существования.

■ Известно, что флуктуации амплитуд сигналов, распространяющихся в радиоканале, влияют на его пррпускнув способность, Вззультата анализа высокочастотных флуктуации Es- сигналов не основе искажений микросекувдных импульсов в полосе пропуска^ кия 2 MIU приведены в третьей главе. Здесь т анализируются низкочастотные флуктуации сигналов при полосе 20 Пь Для оцек ки скорости флуктуаций принятых сигналов определялись средние периоды колебаний на записях мгновенных амплитуд. В распределениях средних периодов флуктуаций также наблюдается перегиб, как граница мевду рассеянными и отраженными - сигналами. Установлено, что с увеличением амплитуды Е,- сигналов периоды их колебаний увеличиваться, с возрастанием рабочей частоты периода флуктуаций уменьшаются; выявленные регрессионные зависимости описаны аналитически. Если предположить, что флуктуации амплитуд Е3 - сигналов связаны с дрейфом мелкомасштабных неоднородностей, то их размеры лежат в пределах 300-3200м Получено, что суточно-сезонные вариации коэффициента отражения от слоя Е^ повторяют аналогичные вариации амплитуд отраженных от него радиосигналов. Коэффициенты отражения в поолеполуночные и утренние часы в основном не првыиают уровня 0,2, в дневные и вечерние часы имеют значительный разброс и достигают величин, превышающих даже единицу. Если вариации коэффициента отражения для регулярного слоя Е находятся в пределах 0,2 - 1,0, то для слоя Е, изменения достигают 60-80 дБ. В большинстве случаев для экранирующих слоев коэффициент

отражения находится в интервале 0,4-1.0 и не зависит от частоты зондирования, для полупрозрачных слоев он с ростом частоты зондирования резко уменьшав тез по величине. Отмечается, что коэффициент отражения зависит от структуры облаков Е^ . В большинстве случаев крупномасштабные и плотные электронные неоднородности Е_ обеспечивают длительно существуицие отраженные радиосигналы о большими амплитудами. Но обнаруживаются длительные отражения и с небольшими амплитудами Е3 -сигналов, они обусловлены большими, но не очень плотными неоднородноо-тями или длительно существующей совокупностью мелких неодно-род ноете й.

Коэффициент отражения зависит также от фокусирующих и дефокусирующих свойств слоя Е,, обусловленных появлением на нем областей электронных концентраций в виде наклонов и вогнуто-выпуклых линз. В случае фокусировки коэффициент отраге-ния можт быть больше единицы. Показано, что распределения коэффициентов отражения также имеют точку перегиба, которая равна примерно 0,03 и разделяет массиш рассеянных и отраженных^. - сигналов. Найдено, что коэффициенты отражения для слоя имеют прямую статистическую связь с его предельными частотами, которые более полно характеризуют слой и его структурные особенности, чем частоты экранирования.

Надо отметитб, что наилучшие условия для передачи инфор-. нации создаются при действии однолучевого отражательного механизма на крупномасштабных неоднородностях слоя Е^ (большие амплитуды и низкая частота фединга принятого сигнала). Однако при необходимости увеличения объема передаваемой информации можно использовать и те случаи, когда слой Е^ бывает мелкомасштабным, а сигнал рассеянным и многолучевым (небольшие амплитуды и высокая частота фединга). С этой целью радиоканал можно сделать адаптирующимся, используя полученные сведения об особенностях вариаций амплитуды Ел - сигналов. При этом будут устанавливаться оптимальные режимы усиления с соответствующим динамическим диапазоном и оперативно изменяться скорости срабатывания автоматической регулировки усиления для сохранения качества передаваемой информации, а при улучшении отражающих свойств слоя Е^ будет оперативно увеличиваться

скорость ее передачи.

Согласно ракетным измерениям слой Е, в виде градиентов ионизации встречается значительно чаще, чем в виде тонких слоев, особенно днем. В результате градиентного подхода к измерениям, выполненным на перечисленных выше трассах, и учета фоновой ионизации регулярного сдоя Е получено аналитическое выражение для коэффициента отражения от полупрозрачного слоя Е^ в зависимости от его предельной частоты, критичеокой частоты регулярного слоя Е, рабочей частот« и длины трассы. Экспериментальные данные Г.Н.Носовой подтверждают найденную эмпирическую закономерность для коэффициента заполнения. Анализ этой закономерности показал, что отсчеты предельных частот слоя Е^ на ионосферных станциях днем и ночью происходят при разных пороговых уровнях коэффициента отражения; днем он примерно равен 0,04,ночью-0,1, разница может достигать 20 дБ. Таким образом, параметры слоя Ej, зарегистрированные на ионосферных станциях вертикального зондирования, соответствуют отражательному меха)» низму распространения радиоволн.

Формула для коэффициента отражения дает возможность рассчитывать максимально-применимые-частоты (М1И) дал слоя Es в зависимости от технической энергообеспеченности радиоканала, длины трассы, времени суток и сезона. По этой же формуле можно рассчитывать поправки к коэффициенту М,. который в практику введен Т.О.Шрблай и применяется для расчета №4 слоя Es в зависимости от длины трассы при его постоянной щооте, равной 120 км. Поправки вызываются тем, что высоты слоя Е, меняются в пределах от 85 до 150 км, как было показано'в третьей главе,, и изменяется структура слоя Е^. Но, в основном поправки зависят от выбора величины порога обнаружения Еу- сигналов по амплитуде.

Приведены примеры расчета суточных вариаций величин поправок для различных порогошх уровней коэффициентов отражения от слоя Е, на нескольких трассах. Наибольшие поправки имеют место ночью (до 2,50, наименьшие - днем (до 1,5), с уменьшением амплитудного порога величины поправок возрастают и вероятность появления Ej,- сигналов в радиоканале растет. Расчеты подтверждаются соответствующими эксперименталь-

20

ными данными.

Итак, разработанная методика расчета величины ИПЧ обеспечивает пересчет вероятности появления слоя Е^ при вертикальном зондировании в вероятности появления при наклонном зондировании, что является методическим принципом разрабатываемого прогноза условий распространения радиоволн за счет слоя Е^ . Кроме того, методика обеспечивает расчет коэффициентоз отраг жения в зависимости от предельных чайтот слоя Е^ и соответст-. вующие им амплитуды Е^- сигналов в радиоканале с учетом его энергообеспеченности и состояния ионосферы.

Таким образом, метод прогноза условий распространения радиоволн с использованием слоя Е, может быть создан, если будут известны закономерности вероятностно-временных вариаций предельных частот и высот слоя Е^ .

В пятой главе исследуются вероятностно-временные вариации предельных частот и шсот слоя Е^, »¡являются их закономерности и завершается построение эмпирической вероятностной пространотвенно-времеиной модели среднеширотного слоя Е,,»

Исследования параметров слоя Еу, выполненные нами на трассах Советского Союза и описанные во второй главе, к сожалению, не охватывают полностьв весь пояс северных средних широт и не затрагивают южное полушарие Земли» К тому 2© много* летние измерения характеристик слоя Е^ меньше П-леткего цик- . ла солнечной активности. Хотя в результате этих исследований установлены многие устойчивые закономерности параметров слоя Ел, но их не достаточно для создания пространственно-временной модели слоя Е^.

Это можно сделать на основе ЗОлегких измерений параыет-ров слоя Е^ на мировой сети ионосферных станций вертикального зондирования. 3 соответствии о выводами третьей и четвертой глав данные вертикального зондирования олоя Е^ в центре трао-сы определяют условия распространения радиоволн на трассе.

Как прогностические факторы модели слоя Е, выбраны: местное время, меояц, географическая широта (эти факторы в совокупности определяют зенитный угол Солнца) и ивдеко солнечной активности в виде чисел Вольфа.- В качестве пргноэи-руемых параметров модели выбраны предельная частотк слоя Е^,

как наиболее полно характеризующая его в отличие от частоты экранирования согласно выводам четвертой главы, и действук*-¡цие высоты слоя Из-за случайности слоя Е^ эти параметры обычно представляются в ввде распределений» Для выявления устойчивых статистических закономерностей анализировались месячные медианные значения этих параметров для каждого часа суток.

Для построения модели использованы данные 50 станций вертикального зондирования, расположенных в северных широтах (20*60°) и южных (-20*-60°) широтах. Шбраны станции, где в течение II лет (195&-68 гг.) велиоь непрерывные на^лвдения. Данные более поздних лег привлекаются для сопоставления и контроля.

Суточные вариации медианных значений предельных частот слоя Е4 вследствие их периодичности, зависящей от суточного вращения Земли, описываются тригонометрическим полиномом в ввде разложения в ряд Фурье. Показано, что такое описание с помощью трех гармоник вполне репрезентативно, т.к. они описывают 95$ вариаций рассматриваемого параметра. Корреляционный анализ показал, что для среднеширотного слоя Е^, теснота связи коэффициентов §урье с географическими и геомагнитными координатами примерно одинакова, поэтому предпочтение отдано географическим координатам, как наиболее простым в пользовании. Четкой связи коэффициентов Фурье с долготами установить не удалось. Зависимость коэффициентов Фурье от времени года и широты описана через косинус полуденного значения зенитного угла Солнца; для всех гармоник эти связи оказались значимыми. 'Ьсная связь с числами Вольфа установлена только для постоянной составляющей и косинусной составляющей первой гармоники ряда Фурье.

Анализ показал, что первая гармоника ряда Фурье описывает в вариациях медианных значений предельных частот слоя Е^ результат воздействия излучения Солнца (24-часовой период) и зависит от времени года, широты и солнечной активности; вторая гармоника описывает результат гравитационного воздействия Солнца (12-часовой период) и зависит от времени года и широты; третья гармоника (8-часовой период) также зависит

>т времени года и широты.

В результате гармонического анализа суточных кривых медианных значений предельных частот слоя Е_у за казэдый месяц XI ют для 50 станций было получено в общей сумме 1*6000 коэффи-тентов ряда Фурье. Затем после нахождения опрэделенных устойчивых закономерностей этот массив коэффициентов был пред-гтавлен аналитическими выражениями, описывающими амплитуды минусной и косинусной составляющих трех гармоник ряда Фурье . в зависимости от выбранных прогностических факторов. В найденных выражениях имеются члены, тесно связанные с глобал1г-ими изменениями зональной составляющей скорости прэобладаг-оцего ветра.

Сравнение рассчитанных суточных'вариаций медианных эка* чений предельных частот с соответствующими экспериментальными данными для 12 отанций северных и южных широт восточного я западного полупарий показало их адекватность, т.к. разности между часовыми раосчитанкыки и экспериментальными величинами подчиняются нормальному закону со средним значением 0,02 МШ и среднеквадратическим отклонением 0,45 МШ. Сопоставление медианных значений предельных частот, рассчитанных по разработанной модели и подобным моделям, упомянутым во введении, с экспериментальными данными показало, что наименьшие рюхои-дения имеют место в модели, предлагаемой нами, а также О.Г. Овезгельдыевым и Г.В.Михайловой.

На основании полученных формул рассчитаны глобальные карты медианных значений предельных частот слоя EJ для 12 месяцев года при средней солнечной активности, они предназначены для экспресс-расчетов.

Распределения предельных частот слоя Е^ описаны о помощью модифицированного усеченного релеевского закона, куда в качестве параметров за данный час суток входят медианные значения предельных частот слоя Е^., рассмотренные выше, и значе» ния критических частот регулярного слоя Е, определяемые по Формулам Н.В.Боенкова.' Проверка репрезентативности полученной формулы выполнена с помощью выборочного анализа распределений предельных частот слоя Е^ с применением критерия V/ ..Соответствие расчетных и экспериментальных распределений^имело место:

зимой 71 % случаев, в равноденствие 70 %, летом 77 %, что вполне достаточно для практических целей.

На основании полученной формулы рассчитаны серии номограмм, которые охватывают практически возможные варианты распределений предельных частот слоя Е^ и предназначены для экспресс-расчетов.

В результате анализа мате риала наблюдений 16 ионосфер» ных станций выявлены суточные, сезонные и широтные вариации медианных значений действующих высот слоя Е^ вариации, связанные с долготой и солнечной активностью, не обнаружены. Суточные кривые медианных значений действующих высот также представлены в виде ряда Фурье из трех гармоник, а их коеф-■фициенты связаны с косинусом зенитного угла Солнца. Постоянная составляющая Фурьз коррелирует с толщиной озонного слоя, как ранее указывал П.Бзнце. Получено аналитическое выражение, описывающее суточно-сезонные и широтные вариации медианных значений действующих высот слоя Е^ в средних (20-60°) широтах.

Сравнение исходных и синтезированных кривых медианных значений действующих высот слоя для всего анализируемого массива показало, что в 90 % случаев расхождения не превышают 7 км, что в относительных единицах составляет 5-7 %» Гаг кая точность описания достаточна для практических целей.

Отмечается, что если при вертикальном зондировании значения предельных частот выше 5 МПд, то действующие и истинные высоты слоя Е, примерно равны из-за малости группового запаздывания отраженного радиолуча, ^определение высот слоя Екак было показано в третьей главе, соответствует смещенному релеевскому закону, куда медианное значение входит как параметр с определенным коэффициентом.

Итак, разработана вероятностная пространственно-временная аналитическая модель среднеширотного слоя которая да?» ет возможность рассчитывать с заданной вероятностью предельные частота и высоты слоя Е^ при вертикальном зондировании в зависимости от времени суток, месяца и года в цикле солнечной активности, а также географической широты точки наблюдения.

В шестой главе завершается процедура построения прогнос-

меской радиофизической модели средкеширотного слоя Е^, осу-зствляется ее проверка на адекватность описания исходного ка-!риала, исследуются ее прогностические свойства, анализиру-гся закономерности, следующие из модели.

Обобщенная прогностическая радиофизическая модель состо-р из пространственно-временной модели слоя Е5, разработанной а основе данных вертикального зондирования, и метода прогно-1 условий распространения радиоволн о использованием слоя 1 среднеширотных трассах с учетом их технической оснащеннос-А.

Прогностическими факторами обобщенной модели являются: рзмя суток, месяц, год, географические координаты передающе-э и приемного пунктов, мощность передатчика, коэффициенты зиления передающей•и приемной антенн, порог обнаружения по иплитуде в приемном канале.

Рассчитываются геометрические параметры трассы (формулы ретьей главы), медианное значение высот слоя Е^(Формулы пя-ой главы), пороговый коэффициент отражения (формулы М.В.Бо-нкова и А.Н.Казанцева), пороговое значение предельной часто-ы слоя Е_у (формулы четвертой главы), вероятность появления лоз: Е^ или вероятность радиосвязи (формулы пятой главы),на-меньшая длительность существования отраженных сигналов в ра-иоканале или сеансов связи (формула второй главы). А также ассчитывавтоя распределения: предельных частот слоя Е^, ко-ффвдиентов отражения, амплитуд и длительностей существования ринятых сигналов, высот олоя Е^. Рассчитываются распределения зимутальных углов, углов возвышения и вариаций времени распространения радиоволн, отраженных слоем Е,..

Осуществлена проверка адекватности модели путем сравне-ия рассчитанных суточных и сезонных вар<аций предельных час-от при заданных урошях вероятности появления слоя Е, с соответствующими исходными экспериментальными данными станций ертикального зондирования, расположенными в северных и юж-ых широтах Земли. Аналогичным сопоотавлением, но с данными е использованными в построении модели, проверены ее прог-юстические свойотва. Во всех случаях сравниваемое кривые ¡меют небольшие различия по уровню и характеру вариаций,

расхождения большей частью не превышают 10 % при нормировке к максимальным значениям.

Выполнено сопоставление рассчитанных по модели суточных и сезонных вариаций коэффициентов заполнения с подобными экспериментальными данными, полученными нами и другими исследователями на трассах декамегровых и метровых радиоволн и приведенными во второй главе. Расчеты сделаны с учетом конкретных технических характеристик трасс. Имеет место совпадение кривых по уровню и характерным особенностям, некоторые расхождения объясняются малой статистикой экспериментальных данных. Осуществлено сравнение рассчитанных и экспериментальных суточных вариаций амплитуды Е#-сигналов, распределений амплитуд и длительностей существования Е - сигналов на основе на» пих измерений на различных трассах на нескольких рабочих частотах? наблюдается удовлетворительное соответствие.

Итак, проверка на адекватность описания и анализ прогностических свойств обобщенной" радиофизической модели слоя Е^ показали ее полную дееспособность.

1&зработанкая модель позволила разрешить рад противоречий и неопределенностей, существующих по отношению к среднеширот-ному слою Е^., и установить связь его параметров с гелио- и гео явлениями в атмосфере Земли.

До сих пор нет единого мнения о влиянии солнечной активности на характеристики слоя Е,. Модельные расчеты показали, что летом предельные частоты слоя Е, связаны прямой зависимостью с числами Волы$а, а вероятность появления - обратной.

Установлена связь высот слоя Е^ о толщиной озонного слоя в атмосфере Земли.

Не обнарузена связь вероятности появления слоя с метеорами.

Отмечены аномально повышенные значения медиан предельных частот в районе Японских островов и пониженные - на южной оконечности африканского континента.

Выявлены планетарные волны в широтных вариациях медианных .значений предельных частот слоя Е,.

Годовые, полугодовые, суточные и полусуточные периодичное ти вариаций предельных частот слоя Ел, найденные при разработ-

ке модели и положенные в ее основу, коррелируют с аналогичными периодичноотями в вариациях зонального ветра.

Суточные вариации предельных частот слоя Е'г зависят от термического воздействия Солнца, а полусуточные --от гравитационного воздействия.

Большая часть малоинтенсивных слоев Е_у образуется за счет перераспределения фоновой электронной концентрации, каковой является концентрация регулярного слоя Е, и по величине-напрямую связана с ней.

Последние положения являются доказательством действенности теории ветрового сдвига, объясняющей 1 механизмы образования и существования слоев Е^.

3 заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Шполнены длительные (1950-87 гг.) экспериментальные исследования параметров среднеширотного слоя Е^. и радиоволн, отраженных от него в декаметровом и метровом диапазонах, методами наклонного и вертикального зондирований с помощью специально спроектированных и изготовленных многоцелевых измерительных комплексов. Разработаны методики регистрации и обра^-ботки Е^- сигналов, а также методики их выделения среди сигналов, обусловленных другими механизмами распространения радиоволн.

2. Установлена эмпирически и описаны аналитически .устойчивые закономерности траекториях, энергетических и пространственно-временных характеристик Е^- сигналов.

3. Создана прогностическая радиофизическая модель слоя Е^, которая включает в себя:

а) вероятностную пространственно-временную модель среднеширотного слоя Е^, разработанную на основе экспериментальных данных мировой сети ионосферных станций вертикального зондирования за период 1958-80 гг. и представленную в аналитическом виде;

б) метод долгосрочного прогноза условий распространения декаметрозых и метровых радиоволн посредством слоя Е^ на односкачковых трассах средних широт, разработанный на основе установленных эмпирических закономерностей.

Прогностическая радиофизическая модель елея Е^ имеет

временные, геофизические и технические входные параметры, даг-ет детальное описание комплекса характеристик слоя Е^ и радиоволн, отраженных от него, обладает большей универсальностью и пошшенной точностью по отношению к моделям, известным на сегодняшний день.

5. Прогностическая радиофизическая модель слоя Е^ обеспечивает для радиоканалов связи, телевидения, пеленгации, заго-ризонтной радиолокации с известными техническими параметрами долгосрочный прогноз вероятности появления Е - сигналов, их амплитудных уровней и длительностей существования, а также углов прихода иврзмеки_ распространения от раженных, радио во л «¿Модель доведена до практического пршенения в виде алгоритмов, машинных программ для микроЭВМ и номограмм.

Основное содержание диссертации представлено в следующих публикациях:

1. Минуллин Р.Г., Михайлов Б.К. Аппаратура для изучения мяо-голучевости на метеорной радиотрассе.//Мзтеорное распространение радиоволн.' Казань: Казан, ун-т, 1966. №3-4.

• С.-189-19в1

2. Минуллин Р.Г. Экспериментальные исследования разброса длин пробега сигналов на метеорных трассах//Мзтеорное распространение радиоволн. Казань: 1&зан. ун-т, 1966. * 3-4.С.199-214.

3. №рблай Т.О., Минуллин Р.Г., Сидоров В.В. Модели слоя при .наклонном УКВ зондировании.//Тезисы докладов Всесоюзной конференции по физике ионосферы. Львов, 1970.С.10*11.

4. Минуллин Р.Г., Палий Г.Н., Сидоров В.В., Оухоцкий A.B., Иванова Ю.Д. Привязка икал времени к. Госэталону с использованием метеорных отражений.//йзмерительная техника. 1971. № I.C.22-24.

5. Минуллин Р.Г. Длины пробега сигналов при односкачковон отражении от слоя Ел.//Исследования в области измерений частоты и времени. Труды Сибирского ГОСНИИ метрологии. Новосибирск, 1971» Вып. II.C.89-97.

6. Минуллин Р.Г., Сидоров В.В. Сравнение характеристик УКВ-сигналов, отраженных от слоя Е5 и метеорных следов. //Мзтеортое распространение радиоволн. Казань: tfe.3aH.yH-T,

1971. № 8.С.59-65.

7. Минуллин Р.Г. Особенности передачи сигналов времени через слой Е^.//Штрология в радиоэлектронике. Материалы П Всесоюзного семинара-совещания. М.: Изд.Комитета; стандартов, I97X.G.192-195.

8. Минуллин ?.Г. Устройство для измерения времени прихода сигналов. Авторское свид. № 371559 с приоритетом от II октября 1971 г.

9. Минуллин Р.Г., Сидоров В.В. Использование метода эффективных наклонов слоя Е^ для расчета углов прихода отраженных сигналов.//Ясследования распространения коротких радиоволн. М.: Наука,1973. С.39-47.

10. Минуллин Р.Г., Михайлов Б.К. Импульсное УКВ-зондирование слоя Ej на трассе 1620 км.//Геомагнетизм и аэрономия. 1973.Т.13. * 2.0*272-276.

Iluffe рблай Т.С., Носова Г.П., Минуллин Р.Г., Курганов P.A. Периоды флуктуаций сигналов с частотой 27,8 МГц, отра- • женных от интенсивных слоев Е,.//Вопросы распространения коротких радиоволн. М.: ЙЗМИРАН, 1973, С.117-124.

12. Бойков В.И., Нулина Е.М., Кацевман М.М., Коровин A.B.» Курганов P.A., Лукин И.В., Минуллин Р.Г., Носова Г.Н. Влияние протонных вспышек в августе 1972 года на распространение радиоволн в субавроральной области.//1Ьо-магнетизм и аэрономия. I973.T.I3. № 6.C.III6-III7.

13. Минуллин Р.Г., Бзлысович О.М. Численность отражений на частоте 40 МЩ на метеорных трассах Москва-Казань и 0десса^Казань.//Мзтеорнае распространен» радиоволн. Казань; Казан.ун-т, 1973. № 9.С.70-85.

14. Document C.C.I.R. Stady Groupe. Period 1970-74. Study Programme 4B-1/6. Doe. 6/287-B.IISSE. Reflection from the Ey layer at HP and HHP over distancée of about 1000 ka.

15. Минуллин P.Г., Белькович О.й. Длительные отраазния на частоте 40 МЩ на метеорных трассах Моеква-Казань и Одесса-Казань.//Мегеорное распространение радиоволн» Казань: Казан.ун-т, 1975. ft I0-II#C.60-66.

16. Минуллин Р.Г., Елисеева Т.Я. Прогнозирование вероятности радиосвязи с использованием слоя Е,.//1Ьзиоы докладов

XI Всесоюзной конфе ревции ■ по распространению радиоволн. Казань: Казан, ун-т, 1975. Часть I.C.67-68.

17. Кзрблай Т.О., Носова Г.Н., Минуллин Р.Г., Курганов P.A. Коэффициент М при отражении радиоволн от слоя Е на трассе длиной 1050 км.// Геомагнетизм и аэрономия.1976. T.I6. № I.C.88-9I.

18. Минуллин Р.Г., Елисеева Т.Я. Закономерности интегральных распределений предельных частот спорадического слоя Е. //Геомагнетизм и аэрономия. 1976. T.I6. № 4.С.726-728.

19. Минуллин Р.Г., Елисеева Т.Я., Лещенко Н.В. Методы описания интегральных распределений предельных частот спорадического слоя Е.// Метеорное распространение

• радиоволн. Казань: КаэаИ.уи-г, 1976. & I2-I3.C.206-2II.

20. Фрблай Т.С., Носова Г.Н., Минуллин Р.Г., Органов P.A. Периоды флуктуации сигналов, обусловленных ионосферным рассеянием и отражением от слоя Е^ иа частотах 27,8 и 40,3 MIU.// Геомагнетизм и аэрономия.I977.T.I7.J& 2. C.23I-236.

21. №рблай Т.С., Минуллин Р.Г., Курганов P.A., Носова Г.Н. Горизонтальные размеры облаков Ef и скорости их движения по данным эксперимента, проведенного на радиолинии Сале-хард-Тшень.//йоносферкые исследования.М.:Советское радио, 1978. № 25.G.6V58.

22. Жулина Е.М., Органов P.A., Минуллин р.Г., Носова Г.Н. Влияние аврорального поглощения на численность метеорных отражений.//Геомагнетизм и аэрономия. 1978.T.I8.JS 4. С.734-737.

23. ХегЫьу T.S., Hosova G.H., liinullin P..G.,Kurganov R.A., HasiroT A.M., Leehenko N.V. Experimental investigations of Ед-eignelB for radio paths about 1000 km long. //International Symposium on radio waves and the iono-aphere.ORSI,Programme and Abstracte.Kelsinki,l978.P.21•

24. Керблай Т.О., Козлов Е.Ф., Лещенко H.B., Минуллин Р.Г., Подольская Т.Я., Пасы ров A.M., Носова Г.Н., Саморокин ПЛ. Результаты экспериментального исследования КЗ-сигналов, отраженных слоем Е^.//Траекторные характеристики коротких радиоволн. М.: ЙЗМИРАН, 1978.С.41-49.

Кзрблай Т.С., Органов P.A., Минуллин P.IV, Носова Г.Н. Оценка точности метода расчета напряженности поля Е^ сигналов по экспериментальным данным.//Траекторные характеристики коротких радиоволн* М.: ИЗМИРАН,1978. C.9I-97.

Document C.C.I.R. Study Graupa. Period 1974-78. Study "Programme. Doc. 6/251. ÜSSH.

&рблай Т.О., Минуллин P.Г., Макаренко С.Ф.,Насыров A.M., Носова Г.Н., Подольская Т.Н. Об азимутальных углах радиоволн, отраженных слоем Е^ ¿//Вопросы распространения радиоволн в высоких и ерздних широтах. М.* ИЗМИРАН, I979.C.7I-77.

НЬзлов Е.§., Лещенко Н.В., Минуллин Р.Г., Насыров A.M., Полозов В.Л., Саморокин Н.М., Ягнов H.H. Характеристики длительных метеорных отражений на радиолинии Архангельска Назань.//Мзгеорное распространение радиоволн. Казань: Казан.ун-т. 1979. № I4.C.II5-II9.

Минуллин Р.Г. Закономерности вариаций медианных значений предельных частот слоя Е^ в средних широтах.//Мзтеорное распространение радиоволн. Казань: Казан.уи-г,I960. № 16. С.32-48.

№рблай Т.О., Минуллин Р.Г., Михайлова Н.Б., Носова Г.Н., Панченко З.А., Панюга М.Н., Патоков Л.Ф., Суслов Л.П. Анализ комплексного эксперимента по исследованию сигналов, отраженных слоем Ел на линии Москва-Одесса. //Дифракционные эффекты коротких радиоволн. М.: ИЗМИРАН.

1981.С.12-18.

&рблай Т.С., Минуллин Р.Г., Носова Г.Н., Мадиев Н.Г. О коэффициентах отражения от спорадического слоя Е на частоте 9 MIU.//Практические аопекты изучения ионосферы и ионосферного распространения радиоволн. М.: ИЗМИРАН, IS8I. C.I05-II0.

^рблай Т.С., Минуллин Р.Г., Михайлова Н.Б., Носова Г.Н., Пакюта И.Н., Патоков Л.Ф., Суслов Л.П. Экспериментальные исследования коэффициента отражения слоя Е^ при наклонном падении.// Ионосферное прогнозирование^.: Наука,

1982. С.157-161.

33. Фрблай Т.О., Минуллин Р.Г., Мздиев В.Г., Носова Г.Н. Об одном из способов распространения коротких радиоволн в сумеречный период на радиолинии Москва-1&зань. //Распространение декаметровых радиоволн.М.: ИЗКИРАН, 1982.С.5-15.

34. Docranent С.С.1.2. Study Grouse. Period 1978-82. Study Program» 30 B36 Doc. 6/249 - 4»DSSR.

35. Кэрблай T.G., Минуллин P.Г., Носова Г.Н., Панченко В.А., Панюга Н.И. О распределении азимутальных отклонений радиоволн яри отражении от слоя Е^.//Исследование услоЕИй распространения радиоволн. М.: ИЗМИРАН, 1983.

С.12-17.

.36. Минуллин Р. Г., Назаренко'З.Й., Шерсти ко в О.Н. Статистические характеристики ионосферных неоднородностей на частотах шше ШЧ.//Тззисы докладов ХХУ Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Лзнинград: Наука, 1984.Часть I. Cw89-90.

37. Минуллин Р.Г., Назаренко В.И. Длительность существования радиоотрамзний ог слоя Е$.// Геомагнетизм и аэрономия. 1985. Т.25. & 5. 0.853-855.

38. Минуллин Р.Г., Юзрстюков О.Н. Проявление Р - рассеяния в декаметровом диапазоне.//Геомагнетизм и аэрономия.

1985. Т.25. № 5.C.8S5-85B.

39. Минуллин Р.Г. Азимутальные углы прихода радиоволн, отраженных слоем .//Геомагнетизм и аэрономия,1986. Т.26. № 4. С.547-551.

40. Минуллин Р.Г. Вероятность появления слоя Ej. при наклонном зондировании.//ГЬомагнетизм и аэрономия. I986.T.26. № 4. С. 541-546.

41. Минуллин Р.Г. Распознавание неоднородносгей, обусловленных метеорами и слоем Е^.//Геомагнетизм и аэрономия.

1986. Т;26. № 5.С. 718-722.

42. Минуллин. Р.Г., Назаренко В.Й., Шерстюков О.Н. Способы распространения' радиоволн на метеорно-ионосферкых трасса //Метеорное распространение радиоволн. Казань: Казан, ун-т, 1987. № 20. С. 58-58.

43. Шнуллин Р.Г., Назаренко В.И., Петров Л.М., Сапаев A.JI.,

Сюняев Р.З., /ткина ТЛ., Шерстюков О.Н., №ткий А.И. Приемный модуль цифрового иокозоеда на базе микроЗЗМ "Электроника ДЗ-28".//!'етеорное распространение радиоволн. Казань: Казан.ун-т, 1987. № 20.C.8I-87.

■• Минуллин Р.Г. Вероятностная модель средней и ротного слоя Е^.//Мзтеоркое распространение радиоволн. Казань:Казан, ун-т. 1987. № 20. G.87-I20.

5. Минуллин Р.Г., ЗЬ ротюков О.Н. F- рассеяние при наклонном зондировании.//йоносферные исследования. М»: Изд. МГК, 1987. № 42.С.77-80.

>. Керблай Т.О., (Минуллин Р.Г., Озезгельдыев О.Г.,1йд-ченко Т.П. Спорадический слой £ и его роль в ионосферном распространении радиоволн.//1Ьзисы докладов ХУ Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. М.: Наука, 1987. С.7-8.

Kerblay T.S., Himllin B.G., Haznranko V.I. »Jfqaoira G.H., Sherstyukov O.K.Signals reflected from different type Ej. layers.//Acta Geod.Geoph.Mont.Hung.19S7.V.22(1-2). P.221-226.

3. Kerblay T.S., Minullin E.G. Amplitude and frequency

characteristics of the E} layer at oblique incidence sounding.//Acta Geod.Mont.Hung.1987.V.22d-2).P.227-231.

J. Минуллин P.P. Траекторные характеристики радиоволн, отраженных слоем Es.//Геомагнетизм и аэрономия.1988. Т.28.» I.G.26-32.

). Минуллин Р.Г., Шерстюков О.Н. Косффшиент страдания от слоя Ej на трассе Москва-1&зань//Известия ВУЗ.Радиофизика. 1988. Т. 31. № б. С.669--674.

[. Минуллин Р.Г. Аналитическое описание вариаций предельных частот ерзднешироткого слоя Е^.//'Лоносферные исследования. М.: 1988. № 44.С.46-47.

2.'Минуллин Р.Г., Назаренко В.И., Шерстюков О.Н. Шсоты и коэффициенты отражения от слоя Е^ .//Ионосферные исследования. Mi<I938.ft 44. С.48-55,

3. Minullin. R.G., liazarenko 7.1., Sheretyukov O.H.Effactiv« values of E^ type irregularities.//Second Globmet symposium, abstracts. M.; 1988. P.16.

54- liinullin R.G., Sherotyukcnr O.K., Sapayev A.L., Nazaren-ko V.I., Metkii А.1.» Sjun^aev B.Z., AlcchyurW A.D., Madiyeva T.I. Digital ionospheric complex «Cyclone-5". //Second Globmet eyBiposiias, abstracts. M. 41968. P.25.

55^' Минуллин Р.Г., Назареяко В.И., Шзрстюков O.H., Сюняев Р, Круглосуточная радиосвязь на постоянной частоте декамет-рового диапазона .//Эле ктро вязь. 1988. ft II. С.14-17.

56. Минуллин Pi Г., Шэротпков О.Н.' Отражающая способность слоя Еу при наклонном зондировании.// Геомагнетизм и аэрономия.- 1988. Т.28. № б.С.'965-9б8.

57. Минуллин Р.Г. Периодичности в вариациях медианных значений предельных частот слоя Е^.// Геомагнетизм и аэрономия. 1938. Т.28. С.! 969-975/

Сдано в набор 24.11.88 г. Подписано в печать 24.11.88 г. ® I056I. Форм.бум. 60 х 84 I/I6. Печ.л. 2. Тираж 100. Заказ 849. Бесплатно.

Лаборатория оперативной полиграфии КГУ 420008 Казань, Ленина, 4/5