Влияние мелкомасштабных неоднородностей ионосферы на амплитудные и поляризационные характеристики декаметровых радиоволн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

мэС} Ч '' Н

РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЛИЯНИЕ МЕЛКОМАСШТАБНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ИОНОСФЕРЫ НА АМПЛИТУДНЫЕ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕКАМЕТРОВЫХ РАДИОВОЛН

На правах рукописи

БРОНИН Андрей Геннадьевич

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

01.04.03 - радиофизика

г. Ростов-на-Дону

1991

Работа выполнена на кафедре астрофизики физического факульгет-i Ростовского государственного университета и ь отделе космических исследований НИИ физики при РГУ.

Научные руководители: доктор физико-математических наук, доцент

П.Ф. ДЕНИСЕНКО

кандидат физико-математических наук ■H.A. ЗАБОТИН

Официальные оппоненты: докгор физико-математических на.ук

С.А. ПУЛИНЕЦ

кандидат физико-математических наук.додант Л.А. ИВАНУКИН ■ " ; •"

Ведущая организации: Радиоастрономический институт АН УССР

Защита состоится " ZL ." декабря _1991 i;.b 14 чэсоь на зчсо-дании специализированного совета К 0fV3.52.11 в Ростовском государственном университете по адресу:

344104, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки 194, НИИ физики, ауд. 411.

С диссертацией можно ознакомиться в няучной библиотеке РГУ по адресу:

г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан " ^ " ноября 1 и'-Л г.

Ученый секретарь специализированного совета К 063.52.11 кандидат физико-математических наук, .

доцент / ,, 7 /7 '-^Р1

! ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Т/.

""" "Актуальность то мы. Ионосферная плазма характеризуется наличием развитой случайно-неоднородной структуры, которая в широком диапазоне масштабов описывается степенным пространственным спектром. Показатель степенного спектра для мелкомасштабных неоднород-ностей в среднеширотной ионосфере составляет 2-^4. Наличие неодно-родностей вызывает флуктуации амплитуда, фазы и поляризации распространяющихся в ионосфере радиоволн. Флуктуации амплитуды и фазы радиоволн исследованы достаточно подробно и их измерение лежит в основе ряда методов дистанционной диагностики параметров спектра неоднородностей ионосферы.

Случайные неоднородности ионосферы не только вызывают флуктуации амплитуда радиоволн, но и приводят к изменению ее среднего значения. Бесстолкновительное затухание радиоволн декаметрового диапазона наблюдалось в экспериментах по зондированию искусственной ионосферной турбулентности, при трансионосферном прохождении сигналов от космических источников, при распространена на радиотрассах большой протяженности и при вертикальном зондировании ионосферы. В частности, частота соударений, определяемая по поглощению обыкновенных или необыкновенных волн, оказывается в области Г ионосферы значительно выше частоты соударений, определяемой из газокинетического расчета. Величина бесстолкновительного затухания может достигать десятков дБ, что делает необходимым его учет как при радиозондировании ионосферы, так и в практике радиосвязи в декаметровом диапазоне. Известны два, по-видимому, основных для среднеширотной ионосферы механизма бесстолкновительного затухания декаметровых радиоволн: аномальное поглощение обыкновенных волн вследствие статистической трансформации в медленные необыкновенные волны при рассеянии.на мелкомасштабных неоднородностях в об-

ласти плазменного резонанса и рассеяние на случайных неоднородности без изменения типа волны.

Рассеяние на случайных неоднородностях приводит также к флу-ктуациям поляризации, нарушающим поляризационное согласование сигнала и приемной антенны и» таким образом, приводящим к нарушениям радиосвязи и ошибкам при измерении амплитуда отраженных от ионосферы радиоволн.

Воздействие случайных неоднородностей на амплитуду и поляризацию декаметровых радиоволн определяется спектром случайных неоднородностей. Поэтому измерения бесстолкновительного затухания и статистических характеристик поляризации декаметровых радиоволн могут быть использованы для диагностики спектра неоднородностей.

Теоретическое рассмотрение этих процессов проводилось ранее, как правило, для модели гауссова спектра, не являющейся адекватной моделью спектра случайных неоднородностей ионосферы, что ограничивает применимость полученных результатов. Поэтому исследование затухания амплитуды и статистических характеристик поляризации декаметровых радиоволн при степенном спектре случайных неоднородностей является актуальной задачей. В декаметровом диапазоне существенна гиротропия ионосферной плазмы, что требует учета векторного характера электромагнитного поля радиоволн. Поскольку ослабление среднего поля при типичных параметрах неоднородностей может достигать десятков дБ, необходим учет многократного рассеяния.

Цели работы.

1.Применение теории статистической трансформации обыкновенных волн в медленные необыкновенные волны, базирующаяся на концзп-ции тензора эффективной диэлектрической проницаемости, к анизотропной случайно-неоднородной ионосферной плазме со степенным спектром случайных неоднородностей.

2.Анализ возможных подходов, учитывающих гиротропию ионосферной плазмы, регулярную рефракцию и многократное рассеяние волн при исследовании воздействия неоднородностеа со степенным спектром на энергетические характеристики декаметрового радиоизлучения.

3.Учет гиротропии при исследовании воздействия случайных неодно-родностей ионосферной плазмы со степенным спектром на статистические характеристики поляризации радиоизлучения декаметрового диапазона.

4.Анализ возможности использования измерений энергетических характеристик и статистических характеристик поляризации радиоизлучения декаметрового диапазона для диагностики параметров спектра мелкомасштабных неоднородностей неоднородностеа.

Научная новизна.

1. Впервые теория статистической трансформации обыкновенных волн в медленные необыкновенные применена для анализа аномального бесстолкновительного поглощения декаметровых радиоволн обыкновенной поляризации в случайно-неоднородной ионосферной плазме со степенным спектром случайных неоднородностей и рассчитаны компоненты антиэрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости для изотропного и анизотропного степенных спектров неоднородностей. Определены частотные зависимости аномального поглощения обыкновенных волн и установлена их связь с параметрами спектра случайных неоднородностей.

2. Определена оптическая толща ионосферы на высотах слоя Г для декаметровых волн при рассеянии на вытянутых неодаородностях со степенным спектром с учетом гиротропии ионосферной плазмы. Продемонстрирована возможность определения формы и показателя спектра мелкомасштабных случайных неоднородностеа по экспериментальным данным об аномальном поглощении.

3. В работе получено уравнение переноса излучения, описывающэе

многократное рассеяние на случайных неоднородности! в статистически неоднородной и нестационарной магнитоактивной плазме.

4. Установлено воздействие на статистические характеристики поляризации трансформации обыкновенных волн в необыкновенные при рассеянии на случайных неоднородностях и установлена связь статистических характеристик поляризации с параметрами степенного спектра искусственной ионосферной турбулентности.

Положения, выносимые на защиту.

1.Учет степенной формы спектра мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации ионосферной плазмы приводит к появлению пространственной дисперсии в антиэрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости, конкретный вид которых определен для следующих моделей спектра неоднородностей:

а) изотропный степенной спектр с показателем >Г =4;

б) изотропный степенной спектр с показателем ^ = 2;

в) анизотропный степенной спектр, описывающий бесконечно - вытянутые неоднородности с показателем спектра 2+4.

2.Частотная зависимость аномального поглощения обыкновенных волн зависит от спектра случайных неоднородностей. При типичных спектрах и величине флуктуации электронной концентрации дополнительные потери в области Г составлякгг единипу-десятки ДБ, что дает возможность использовать их измерения для диагностики спектра неоднородностей.

3.Наблюдаемое в экспериментах по наклонному зондированию бес-столкновительное затухание декаметровых радиоволн может быть полностью объяснено рассеянием на вытянутых неоднородностях с показателем степенного спектра 2+4. Определяемая по величине

данными о спектрах случайных неоднородностей области Г. Для определения некогерентной составляющей поля необходимо учитывать

ослабления

находится в согласии с известными

рефракцию рассеянных волн, сферичность зондирующей волны и многократное рассеяние. 4.Короткопериодические флуктуации параметров поляризации сигналов вертикального зондирования связаны с кросс-модовым рассеянием нормальных волн на случайных неоднородностях ионосферной плазмы. Основной вклад в формирование статистических характеристик поляризации дают неоднородности с масштабами 300-2000 м.

Научная и практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты могут быть применены к решению задач прогнозирования надежности и качества работы радиотехнических систем связи декаметрового диапазона, а также для разработки новых методов дистанционного зондирования мелкомасштабных неоднородностей ионосферной плазмы в дополнение к уже имеющимся.

Достоверность полученных результатов обеспечивается строгой математической постановкой решаемых задач, адекватностью используемых моделей среды распространения реальной ионосфере, соответствием результатов расчетов экспериментальным данным, а также совпадением полученных результатов в предельных случях с результатами, полученными отличными от используемых в диссертации методами другими авторами.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах отдела космических исследований НИИ физики РГУ, семинаре теоретического отдела НИРФИ, Всесоюзном семинаре "Распространение радиоволн в ионосфере" (г.Калининград, 1989 г.), на Всесоюзном совещании по проблеме неоднородной структуры ионосферы (г. Якутск, 1989 г., пос.Абрау, 1991 г.), на Всесоюзной конференции молодых ученых "Электромагнитные процессы в Земле и космосе" (г. Звенигород, 1989 г.),на XVI Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (г. Харьков, 1990 г.), на III симпозиуме УРСИ по модификации ионосферы мощным радиоизлучением (г.Суздаль, 1991 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано в виде статей и тезисов докладов 12 работ.

Реализация результатов. Результаты, полученные в диссертации, использовались при выполнении теш N/rp. 0186.0006566 НИИ физики при РГУ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и четырех приложений общим объемом 186 страниц машинописного текста. Она содержит 13 рисунков, 2 таблицы и список использованной литературы из 148 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы основные задачи и освещено современное состояние проблемы воздействия мелкомасштабной случайно-неоднородной структуры ионосферы на амплитуду и поляризацию декаметровых радиоволн, дано краткое изложение содержания работы и основных положений, выносимых на защиту.

В первой главе рассматривается аномальное поглощение декаметровых радиоволн обыкновенной поляризации вследствие статиста-' ческой трансформации в медленные необыкновенные при рассеянии на мелкомасштабных неоднородщостях в области ионосферной плазмы, в которой возможен резонанс необыкновенной волны. Этот механизм привлекался прежде всего для объяснения аномального поглощения мощной волны накачки и , зондирующей волны в экспериментах по на-гревной модификации ионосферы. Однако, аномальное поглощение оказывается заметным и при уровнях возмущения электронной концентрации, характерных для неоднородностей естественного происхождения.

В разделе 1.1 проводится обзор различных методов расчета аномального поглощения. Наиболее последовательным являотся метод, ос-

нованныа на определении тензора эффективной диэлектрической проницаемости, антиэрмигова часть которого описывает ослабление среднего поля вследствие рассеяния. Методика расчета тензора эффективной диэлектрической проницаемости в приближении Бурре теории многократного рассеяния была развита Ю.А. Рыжовым в ряда работ. Краткое изложение этой методики вынесено в Приложение 1.

В разделе 1.2 рассматриваются некоторые свойства тензора эффективной диэлектрической проницаемости в приближении Бурре. Получено общее соотношение, связывающее антиэрмитову часть тензора с интегральным сечением рассеяния. Проведен анализ применимости данной методики расчета в случае степенного спектра. Условием применимости приближения Буррз является малость изменения эрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости по сравнению с эрмитовой частью тензора для однородной среды. Это условие накладывает ограничение на уровень случайных неоднород-ностей. В случае степенного спектра неоднородностей компоненты тензора эффективной диэлектрической проницаемости зависят от волнового вектора среднего поля, т.е. появляется пространственная дисперсия. В приближении Бурре учет пространственной дисперсии можно проводить методом возмущений, при этом компоненты тезора будут функциями волнового вектора невозмущенной волны.

В разделе 1.3 проведен расчет антиэрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости для изотропного степенного спектра случайных неоднородностей вида 3 ^

где Э£ - , и ^ - соответственно внешний и внутренний

масштабы спектра с показателем V = 4. Подробности расчета вместе с громоздкими выкладками отнесены в Приложение 2. Антиэрмигова часть тензора эффективной диэлектрической проницаемости при сте-

пенном спектре отличается от случая гауссова спектра появлением новых отличных от нуля компонент и зависимомтью компонент от волнового вектора падающей волны.

Аналогичный расчет проводится для изотропного степенного г

спектра с показателем V = 2 в разделе 1.4. Для расчета используется та же методика, что и в предыдущем случае, хотя и имеется ряд особенностей. Структура антиэрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости при£ = 2 подобна структуре при

=4, отличаясь лишь величиной численных коэффициентов и значением аргументов гипергеометрических функций, входящих в выражения для компонент.

Рассмотренный в разделах 1.3 и 1.4 изотропный спектр описывает изомерные неоднородности, в то время как неоднородности области Г, согласно экспериментальным данным, сильно вытянуты вдоль силовых линий геомагнтного поля и описываются анизотропным степенным спектром. Расчет тензора эффективной диэлектрической проницаемости для такого спектра наталкивается на значительные математические трудности. Однако, здесь можно воспользоваться тем обстоятельством, что продольные размеры таких неоднородностей превышают поперечные на один - два порядка. Это дает возможность использовать приближение бесконечно-вытянутых неоднородностей и аппроксимировать их спектр следующим выражением:

где Эб^и двц - поперечная и продольная по отношению к силовым линиям геомагнитного поля компоненты вектора 32 • Такая аппроксимация значительно упрощает расчет, который в этом случае может быть проведен аналитически. Компоненты антиэрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости для бесконечно-вытянутых неоднородностей расчитаны в разделе 1.5. В этом случае не

пошляется новых отличных от нуля компонент, однако пространственная дисперсия также имеет место.

В разделе 1.6 расчитанные в разделах 1.3 - 1.5 компоненты антиэрмитовой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости исследуются на наличие особенностей. Получены асимптотические разложения компонент антиэрмитовой части тензора . (ц К)вбдизи

<)У

границ резонансной области. В случае изотропного степенного

^ (цК)

на верхней границе резонансной области и 1. Вблизи нижней 2

границыи компоненты тензора регулярны (здесь£/= , И-

СО2- со1

01 о - плазменая частота, - гирочастота электронов, №

частота зондирующего сигнала). В случае бесконечно-вытянутых не-однородностей величинь^. (цК) регулярны на верхней границе резонансной области и имеют степенную особенность на нижней границе резонансной области. Наличие особенности в случае изотропного спектра связано с неучетом смещения области отражения в сторону уменьшения (У при наличии неоднородностей. В случае бесконечно-вытянутых неоднородностей Еаличие особенности объясняется тем, что в этом случав аномальное поглощение происходит, главным образом, в малой окрестности верхнегибридаого резонанса. Поскольку оба вида особенностей являются интегрируемыми, расчитанные компоненты тензора эффективной диэлектрической проницаемости могут быть использованы для определения аномального поглощения.

Расчет аномального поглощения проводится в разделе 1.7.Рассматриваются два возможных и, по существу, эквивалентных подхода. Первый заключается в том, чтобы, рассматривая ослабление среднего поля как "эффективные" тепловые потери, определить эффективную частоту соударений и дальше проводить расчет по стандарггной методике. Второй подход заключается в определении коэффициента поглощения из дисперсионного уравнения для эффективной среды. В случае

" 12 " г ¡,

изотропного степенного спектра при выполнении условия

где ^ - угол, образуемый волновым вектором зондирующей волны с вектором напряженности геомагнитного поля, для показателя $ = 4 аномальное поглощение пропорционально частоте ¿>дн (л) , в

то время как для показателя \>= 2 аномальное поглощение пропорционально квадрату частоты СО ^ . При одинаковых уровнях возмущения электронной концентрации и прочих параметрах поглощение в случае спектра с показателем ^=2 оказывается значительно больше, чем для спектра с показателем 4. Это связано с большей подавленностью мелкомасштабных неоднородностей в спектре с \) - 4. В случае бесконечно-вытянутых неоднородностей имеет место более сложная частотная зависимость аномального поглощения. При6К<&£, где

для бесконечно-вытянутых неоднородностей имеем /дн (&)сССй г , а при ^ » ^ имеем (из^оСей и, таким образом, для значений $ из интервала

2+4 в первом случае поглощение растет, а во втором убывает с увеличением частоты. Полученные результаты показывают, что частотная зависимость аномального поглощения определяется показателем степенного спектра, следовательно, ее измерения могут быть использованы для диагностики спектра мелкомасштабных неоднородностей.

В разделе 1.8 сформулированы основные вывода первой главы.

Во второй главе рассматривается ослабление амплитуда радиоволн декаметрового диапазона вследствие рассеяния на крупномасштабных по отношению к длине волны случайных неоднородностях. В отличие от рассмотренной в предадущей главе статистической трансформации рассеяние приводит к ослаблению амплитуды как обыкновенных, так и необыкновенных волн.

В разделе 2.1 рассматривается■ослабление радиоволн вследствие рассеяния на вытянутых неоднородностях при наклонном распространении. Для расчетов использована модель бесконечно-вытянутых

неоднородностей. При выполнении условия можно пр|небречь

влиянием магнитного поля Земли, а выполнение условияС^£¿/1 «V«: ( къ-Ы/с . - показатель преломления,,/С,- внешний масштаб степенного спектра и & - угол между волновым вектором и вектором напряженности геомагнитного поля) позволяет провести расчет в скалярном приближении. При этом затухание оказывается пропоциональным квадрату частоты независимо от показателя спектра. Результаты расчета использованы для интерпретации данных эксперимента по измерению ослабления среднего поля на трассе Орджоникидзе-Харьков 940 км). Обнаружено хорошее взаимное согласие между результатами расчета, данными о параметрах спектра вытянутых неоднородностей области Г среднеширотной ионосферы и данными эксперимента.

В случае вертикального зондирования, рассмотренного в разделе 2.2, в общем случае ослабление вследствие рассеяния определяется двумя параметрами: ослаблением среднего поля и коэффициен-2

том мутности & . Оценки обоих величин проведены в скалярном приближении для плоских зондирующих волн без учета магнитного поля, т.к. только в этом случае удается провести расчет аналитически. При типичных для неоднородностей области Г среднеширотной ионосферы значениях параметров, ослабление когерентной составляющей

для изомерных неоднородностей составляет - 10 дБ, для вытянутых £

20 дБ. Величина для обоих типов спектра оказывается меньше

единицы, что противоречит данным эксперимента. Учет сферичности

2

зондирующей волны позволяет увеличить значениев 2-3 раза. Кроме того, расчет ослабления среднего поля показывает, что для области Г ионосферы оптическая толща по процессу рассеяния превышает единицу, что указывает на необходимость учета многократного рассеяния.

Учет гиротропии ионосферной плазмы значительно ограничивает

возможности аналитического исследования процесса рассеяния. В случае бесконечно-вытянутых неоднородностей удается получить выражение для полного сечения рассеяния, вывод которого приведен в разделе 2.3. Результаты расчета бесстолкновительного затухания когерентной составляющей показывает ,что оно различно для необыкновенных и обыкновенных волн. При одинаковой частоте ослабление когерентной составляющей для обыкновенной волны больше, чем для необыкновенной. Если частоты обыкновенной и необыкновенной волн выбирать так, чтобы отражение обеих волн происходило на одной высоте, то ослабление оказывается больше для необыкновенной волны.

В разделе 2.4 рассматривается возможность диагностики спектра мелкомасштабных неоднородностей по данным об ослаблении обыкновенных и необыкновенных волн. Ввиду отсутствия строгих методов расчета ослабления при рассеянии, потери на рассеяние обыкновенных и необыкновенных волн считались равными, что допустимо при частотах зондирующих волн выше 4 МГц. В результате по экспериментальным данным для аномального поглощения вследствие статистической трансформации обнаруживаются два типа частотных зависимостей:

, / % 2.77 . о

а)ЬЛн(и;)ы- СО и б) £удн (и>)оС • На основе результатов, полученных в первой главе, частотные зависимости типа а) интерпретируются как результат трансформации на изомерных неоднородностях с показателем степенного спектра 2 и ^//1/ ~ 2-10-3 в масштабе 1 км. Частотные зависимости типа б) соответствуют вытянутым неоднородностям с 2 и ¿М/Ы ~ 6.7-10"3 в масштабе 1 км. В настоящее время отсутствии- данные, подтверждающие наличие в ионосфере на высотах слоя Г изомерных неоднородностей. Однако можно предполагать образование таких неоднородностей вследствие тепловых флуктуаций. В целом подученные данные согласуются с имеющимися сведениями о неоднородностях слоя Р среднеширотной ионосферы.

Проблема многократного рассеяния в случайно-неоднородной магнитоактивной плазме рассматривается в разделе 2.5. В строгой постановке задачи для определения интенсивности рассеянных волн необходимо решать уравнение Бете-Солитера, что в случае векторного электромагнитного поля и гиротрогаюй статистически неоднородной среды наталкивается на значительные математические трудности. Преодолеть это затруднение возможно путем преобразования уравнения Бете-Солпитера в уравнение переноса излучения. Уравнение переноса излучения позволяет описывать многократное рассеяние (за исключением рассеяния назад) и относительно проще уравнения Бете-Солпитера. Оно подробно исследовалось в других областях физики и для его решения разработаны аналитические и численные метода. В разделе 2.5 изложен вывод уравнения переноса излучения в статистически неоднородной и нестационарной магнитоактивной плазме со случайными неоднородаостями. Громоздкие выкладки, относящиеся к этому выводу, вынесены в Приложение 3.

В разделе 2.6 сформулированы основные выводы второй главы.

В третьей главе рассматривается воздействие рассеяния на мелкомасштабных случайных неоднородностях на состояние поляризации отраженных от ионосферы радиоволн.

В разделе 3.1 проведен анализ имеющихся результатов экспериментального и теоретического исследования флуктуации поляризации декаметровых радиоволн, отраженных от ионосферы.

Для описания статистических характеристик поляризации необходимо найти связь между параметрами эллипса поляризации и корреляционными свойствами рассеянного поля. В разделе 3.2 методами теории возмущений получены выражения, связывающие средние значения и дисперсии угла эллиптичности и угла ориентации большой оси эллипса поляризации с компонентами корреляционных матриц рассеянного поля.

Корреляционные матрицы расчитываются с учетом гиротропии в борновском приближении в разделе 3.3. Громоздкие выкладки этого расчета отнесены в Приложение 4. Продемонстрировано, что полученная в приближении однократного рассеяния матрица когерентности может быть получена путем предельного перехода из решения уравнения переноса излучения, полученного во второй главе, что служит подтверждением правильности расчета как коррелдяционных функций, так и уравнения переноса излучения.

В разделе 3.4 рассматриваются статистические характеристики поляризации сигналов вертикального зондирования при степенном изотропном спектре случайных неоднородностей с показателем 4. Показано, что в малоугловом приближении статистические характеристики поляризации определяются процессом трансформации нормальных волн при рассеянил (кросс-модовое рассеяние). В случае зондирования квазимонохроматическими импульсами формирование статистических характеристик поляризации происходит внутри рассеивающего объема, определяемого из условия пространственного разделения зондирующего и рассеянного волновых пакетов разного типа. Рассеяние на мелкомасштабных неоднородностях приводит к флукгуациям угла ориентации эллипса поляризации, не приводя к изменению его среднего значения и не влияя на отношение полуосей. Следовательно, за отклонения этих величин ответственны другие механизмы. Полученные для модели линейного ионосферного слоя оценки показывают, что дисперсия угла ориентации эллипса поляризации может достигать ~ 10° при ^ (1-3)- 10 2 в масштабе 1 км. Такая величина возмущения характерна в среднеширотной ионосфере для искусственных неоднородностей.

Воздействие искусственной ионосферной турбулентности на статистические характеристики поляризации сигналов вертикального зондирования рассмотрено в разделе 3.5. Спектр искусственных не-

однородностей имеет достаточно сложную форму, однако в области масштабов, существенных для рассматриваемого эффекта, он может быть аппроксимирован степенным анизотропным спектром, описывающим бесконечно-вытянутые неоднородности при показателе спектра 2+4. Численно получены зависимости дисперсии угла ориентации эллипса поляризации от частоты, длительности импульса и от показателя спектра. С понижением показателя спектра крутизна частотной зависимости и зависимости от длительности импульса дисперсии угла ориентации эллипса поляризации возрастает, что указывает на возможность использования измерэний этой величины для диагностики спектра случайных неоднородностей. Численный анализ показывает, что основной вклад в формирование статистических характеристик поляризации дают неоднородности с размерами 300-2000. м.

В разделе 3.6 сформулированы основные выводы третьей главы.

В заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Теория статистической трансформации волн обыкновенной поляризации в медленные необыкновенные волны вследствие рассеяния на случайных неоднородностях электронной концентрации ионосферной плазмы в области плазменного резонанса применена к анализу аномального поглощения для. степенного спектра случайных неоднородностей. Определены компоненты антиэрмиговой части тензора эффективной диэлектрической проницаемости для изотропного степенного спектра с показателем 2 и 4, а также для анизотропного степенного спектра с показателем 2+4. Определено аномальное поглощение энергии обыкновенных волн при резонансном рассеянии на неоднородностях, описываемых указанными спектрами. Установлено, что частотная

зависимость аномального поглощения определяется показателем спектра и качественно различна для изотропного и анизотропного спектров.

2.Показано,что наблюдаемые экспериментально частотные зависимости аномального поглощения обыкновенных волн можно объяснить наличием вытянутых неоднородностей с показателем спектра 2 и изомерных неоднородностей с тем же показателем спектра, уровень возмущённое™ которых -лежит в диапазоне 10_3-И0-2, что в целом согласуется с современными представлениями о неоднородностях области Г ионосферы.

3.Продемонстрировано соответствие экспериментальных данных о бесстолкновительных потерях декаметровых радиоволн при наклонном зондировании, результатов расчета ослабления среднего поля вследствие рассеяния и современных данных о параметрах спектра случайных неоднородностей.

4.Установлено, что строгое определение энергетических потерь декаметровых радиоволн и определение параметратребует учета сферичности зондирующих волн, регулярной рефракции рассеянных волн и многократного рассеяния на ионосферных неоднородностях. Для описания многократного рассеяния на случайных неоднородностях в магнигоакгивной плазме получено уравнение переноса излучения.

5.Исследован механизм возникновения короткопериодических флуктуавдй угла ориентации эллипса поляризации сигналов вертикального зондирования, связанный с кросс-модовым рассеянием на случайных неоднородностях электронной концентрации ионосферы, масштабы которых порядка 300 - 2000 м. При уровне неоднородностей, характерном для искусственной ионосферной турбулентности, вариации угла ориентации составляют 1-И0°. Частотные зависимости дисперсии угла ориентации эллипса поляризации также как и зависимость от широты и длительности импульса, различны при различных

показателях спектра случайных неоднородностей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1.Бронин А.Г., Заботин H.A. Статистические характеристики поляризации импульсных сигналов зондирования при вертикальном зондировании ионосферы. // Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1989, Т.32, N11, С.1327-1334.

2. Бронин А.Г., Кзрышев В.В., Заботин H.A. Влияние неоднородностей ионосферы на статистические характеристики поляризации импульсных сигналов при вертикальном и наклонном зондировании. //Распространение радиоволн в ионосфере. Тез.докл.Всесоюз. научного семинара.- М., 1989, С.40.

3. Бронин А.Г., Денисенко II.Ф., Заботин H.A. Диэлектрическая проницаемость магнита активной плазмы со степенным спектром неоднородностей. //Распространение радиоволн в ионосфере. Тез. докл. Всесоюз. научного семинара.- М., 1989, С.60.

4. Бронин А.Г., Жбанков Г.А. Дополнительное поглощение обыкновенных "волн в ионосфере со степенным спектром случайных неоднородностей. //Электромагнитные процессы в Земле и космосе. Тез. докл. Всесоюз. конференции молодых ученых.- М., 1989, С.39.

5. Бронин А.Г., Карышев В.В. Поляризационные характеристики сигналов, отраженных от ионосферы с мелкомасштабными случайными неоднородностями.//Электромагнитные процессы в Земле и космосе. Тез. докл. Всесоюз. конференции молодых учэных.- М., 1989, С.40.

6.Бронин А.Г., Денисенко П.Ф., Жбанков Г.А., Заботин H.A. Диэлектрические свойства бесстолкновительнсй нагнитоактавкои плазмы со степенным спектром неоднородностей. // Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1990, Т.33, N11, С.587-593.

7.Бронин А.Г., Заботин H.A. Возможность диагностики искусствен-

ной ионосферной турбулентности по искажениям поляризации импульсных зондирующих сигналов. // XVI Всесоюз. конференция по распространению радиоволн. Тез. докл.- М.,1990, С.165. в.Бронин А.Г., Дэнисенко П.Ф., Жбанков Г.А., Заботин Н.А. Бес-столкновительное затухание обыкновенных радиоволн в ионосферной плазме со степенным спектром неоднородностей.// Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1991, Т.34, N4, С. <35^-£6/ Э.Бронин А.Г., Денисенко П.Ф., Заботин Н.А., Ямпольский Ю.М. Ос. лабление декаметровых радиоволн в среднеширотной случайно-неоднородной ионосфере. // Геомагнетизм и аэрономия, 1991.Т.31, N3, с. ш-94% .

Ю.Бронин А.Г., Заботин Н.А. Воздействие искусственной ионосферной турбулентности на роляризацию сигналов вертикального зондирования. // Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1991, Т.34, N6, С.

И.Бронин А.Г., Денисенко П.Ф., Заботин Н.А. Особенности рассеяния на неоднородностях области F ионосферы. // VIII Совещание-семинар по проблеме "Неоднородная структура ионосферы". Тез. докл.- Нижний Новгород, 1991, С.88.

12.Вгоп1п А.С., Zabotin N.A. Possibility ol artificial ionospheric turbulence diagnostics based on measurements of polarization distortions of sounding signals. // Proceedings ol the III Suzdal URSI Symposium on modification of the ionosphere by the powerlull radio waves (ISIM-3).- Moscaw, 1991, P.105-106.