Отражение радиосигналов от слоистых структур в атмосфере и ионосфере
Описание файла
PDF-файл из архива "Отражение радиосигналов от слоистых структур в атмосфере и ионосфере", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
ÌÎÑÊÎÂÑÊÈÉ ÎÄÅÍÀ ËÅÍÈÍÀ, ÎÄÅÍÀ ÎÊÒßÁÜÑÊÎÉ ÅÂÎËÞÖÈÈ,ÎÄÅÍÀ ÒÓÄÎÂÎÎ ÊÀÑÍÎÎ ÇÍÀÌÅÍÈÎÑÓÄÀÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÑÈÒÅÒ èì. Ì.Â. ËÎÌÎÍÎÑÎÂÀÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÉ ÔÀÊÓËÜÒÅÒÍà ïðàâàõ ðóêîïèñèÓÄÊ 550.388.2+537.874.2îëèêîâà Åëåíà ÂëàäèìèðîâíàÎòðàæåíèå ðàäèîñèãíàëîâ îò ñëîèñòûõñòðóêòóð â àòìîñåðå è èîíîñåðåÑïåöèàëüíîñòü: 25.00.29 èçèêà àòìîñåðû è ãèäðîñåðûÀÂÒÎÅÔÅÀÒäèññåðòàöèè íà ñîèñêàíèå ó÷åíîé ñòåïåíèêàíäèäàòà èçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÌîñêâà 2008àáîòà âûïîëíåíà íà êàåäðå èçèêè àòìîñåðû èçè÷åñêîãî àêóëüòåòàÌîñêîâñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî óíèâåðñèòåòà èìåíè Ì.Â. Ëîìîíîñîâà.Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü:äîêòîð èçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê,ïðîåññîð Êóíèöûí Âÿ÷åñëàâ Åâãåíüåâè÷Îèöèàëüíûå îïïîíåíòû:äîêòîð èçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê,àêàäåìèê Ìàñëîâ Âèêòîð Ïàâëîâè÷,äîêòîð èçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêàâðèëîâ Áîðèñ åîðãèåâè÷Âåäóùàÿ îðãàíèçàöèÿ:Èíñòèòóò çåìíîãî ìàãíåòèçìà, èîíîñåðû èðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàäèîâîëí èì. Í.Â.
Ïóøêîâà îññèéñêîé Àêàäåìèè ÍàóêÇàùèòà ñîñòîèòñÿ ¾17¿ àïðåëÿ 2008 ã. â÷àñîâ íà çàñåäàíèèäèññåðòàöèîííîãî ñîâåòà Ä 501.001.63 ïðè Ìîñêîâñêîì ãîñóäàðñòâåííîì óíèâåðñèòåòå èìåíè Ì.Â. Ëîìîíîñîâà ïî àäðåñó: 119991, Ìîñêâà,Ëåíèíñêèå ãîðû, äîì 1, ñòð. 2, Ôèçè÷åñêèé àêóëüòåò, àóäèòîðèÿ.Ñ äèññåðòàöèåé ìîæíî îçíàêîìèòüñÿ â áèáëèîòåêå èçè÷åñêîãî àêóëüòåòà ÌÓ èì. Ì.Â.
Ëîìîíîñîâà.Àâòîðååðàò ðàçîñëàí ¾¿ ìàðòà 2008 ã.Ó÷åíûé ñåêðåòàðüÄèññåðòàöèîííîãî ñîâåòà Ä 501.001.63êàíäèäàò èçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóêÂ.Á. ÑìèðíîâÎáùàÿ õàðàêòåðèñòèêà ðàáîòûÇàäà÷à ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàäèîâîëí â ñëîèñòîéèîíîñåðå èìååò áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ðàñ÷åòà ðàäèîòðàññ è äëÿ ìåòîäîâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñåðíîé ïëàçìû.
Îñíîâíûì ñðåäñòâîì ðåøåíèÿ äàííîé çàäà÷è äîëãîå âðåìÿ áûëè àñèìïòîòè÷åñêèå ìåòîäû, îñíîâàííûå íà ïðèáëèæåíèè ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêè [1, 2, 3℄, ÷òî ïîçâîëÿëî ïðîãíîçèðîâàòü îòðàæåíèå ðàäèîâîëí äëÿ ïëàâíî ìåíÿþùèõñÿïðîèëåé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè. Îäíàêî òàêîé ïîäõîä ê ðåøåíèþäàííîé çàäà÷è íå ïðèìåíèì ïðè íàëè÷èè òîíêèõ ñëîåâ, áîëüøèõ ãðàäèåíòîâ ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè, íåäîñòàòî÷åí äëÿ èíòåðïðåòàöèè ìíîãèõýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, ñâÿçàííûõ ñ âîëíîâûìè ÿâëåíèÿìè, è ò. ä.Ñ ðîñòîì ñîâðåìåííûõ êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé ñòàëî âîçìîæíûì èñïîëüçîâàòü ýåêòèâíûå ÷èñëåííûå ìåòîäû, ïîçâîëÿþùèå ðåøàòü çàäà÷è ìîäåëèðîâàíèÿ îòðàæåíèÿ ðàäèîñèãíàëîâ îò ñëîåâ, ñîäåðæàùèõ øóì, îò òîíêèõ ñïîðàäè÷åñêèõ ñëîåâ, ñëîåâ ñ ðàçðûâàìè óíêöèè ïëîòíîñòè ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè è åå ïðîèçâîäíûõ.
Ïåðâûå ðåçóëüòàòû ïî ðàñ÷åòó ïîëÿ ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû ïîëó÷åíû â ðàáîòàõ[4, 5, 6℄ íà îñíîâå ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ êðàåâûõ çàäà÷. Îäíàêî â ïåðâûõ ðàáîòàõ áûëè ïðîâåäåíû ðàñ÷åòû ëèøü äëÿ òîíêèõ (íåñêîëüêî äëèíâîëí) èîíîñåðíûõ ñëîåâ. ×èñëåííûå ðåçóëüòàòû ïî îòðàæåíèþ ðàäèîñèãíàëîâ è ðàñ÷åòó èîíîãðàìì äëÿ ïðîèçâîëüíûõ ñëîåâ áûëè âïåðâûå ïîëó÷åíû â ðàáîòàõ [7, 8, 9℄. Âàæíîé ïðîáëåìîé ïðè ýòîì ÿâëÿåòñÿ íåóñòîé÷èâîñòü âû÷èñëåíèé.Èîíîñåðíûé ñëîé èìååò áîëüøóþ øèðèíó, âûðàæåííóþ â äëèíàõ âîëí. Ñóùåñòâåííûì ìîìåíòîì ïðè ðàçðàáîòêå ÷èñëåííûõ ìåòîäîâðàñ÷åòà êîýèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ è ïðîõîæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå óñòîé÷èâîñòè âû÷èñëåíèé.
Ýòà ïðîáëåìà îñîáî îùóòèìà ïðè ðàñ÷åòåêîýèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ è ïðîõîæäåíèÿ âîëíû îò èîíîñåðû íà ÷àñòîòàõ íèæå êðèòè÷åñêîé. åøåíèå ìîæåò óáûâàòü ñ ýêñïîíåíöèàëüíîéñêîðîñòüþ ëèáî â ñëó÷àå òóííåëüíîãî ïðîõîæäåíèÿ (êîãäà çà áàðüåð ïðîñà÷èâàåòñÿ ýêñïîíåíöèàëüíî ìàëàÿ äîëÿ ýíåðãèè âîëíû), ëèáî â ñëó÷àåñèëüíîãî ïîãëîùåíèÿ, êîãäà ðåøåíèå òàêæå áûñòðî çàòóõàåò.  ñâÿçè ñýòèì òðàäèöèîííûå ìåòîäû, îñíîâàííûå íà ÷èñëåííîì ðåøåíèè êðàåâûõçàäà÷ äëÿ óðàâíåíèé, îïèñûâàþùèõ ïîëå âîëíû, íåïðèãîäíû äëÿ ðàñ÷åòàîòðàæåíèÿ îò òîëñòîãî èîíîñåðíîãî ñëîÿ.Òàêèì îáðàçîì, ñòàëî àêòóàëüíûì ðàçðàáîòêà óñòîé÷èâûõ ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ, ïîçâîëÿþùèõ ìîäåëèðîâàòü ðàçëè÷íûå âîëíîâûå ýåê-Àêòóàëüíîñòü òåìû.2òû è ñîîòíîñèòü èõ ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè.
Äëÿ ðàñ÷åòà ïðîèçâîëüíûõ ñëîåâ áûëè ïðåäëîæåíû äðóãèå ïîäõîäû ê ðåøåíèþ çàäà÷èîòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí, â ÷àñòíîñòè, ïåðåõîä ê íîâûì ïåðåìåííûì [7, 8℄,èñïîëüçîâàíèå òî÷íûõ ðåøåíèé â ñëó÷àå ïðåäñòàâëåíèÿ ïîòåíöèàëà ââèäå íàáîðà äåëüòà-óíêöèé èëè íàáîðà ïðÿìîóãîëüíèêîâ [10, 11℄. Äàííûå ïîäõîäû ïîçâîëèëè ïåðåîðìóëèðîâàòü çàäà÷ó è äîáèòüñÿ åå óñòîé÷èâîñòè.  ðàáîòàõ [12, 13℄ ïîëó÷åíû àíàëèòè÷åñêèå âûðàæåíèÿ äëÿîáîáùåííûõ êîýèöèåíòîâ îòðàæåíèÿ è ïðîçðà÷íîñòè ïðîèçâîëüíîéñåðè÷åñêè-ìíîãîñëîéíîé èçîòðîïíîé èîíîñåðû è ïðîâåäåíî ìîäåëèðîâàíèå ñèãíàëà, îòðàæåííîãî îò ìíîãîñëîéíîé èîíîñåðû. ïîñëåäíèå ãîäû ðåçêîå óâåëè÷åíèå âîçìîæíîñòåé ñîâðåìåííûõêîìïüþòåðîâ ïîçâîëèëî ïðîâåñòè øèðîêîìàñøòàáíîå ñðàâíåíèå ìåòîäîâðàñ÷åòà êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ, â òîì ÷èñëå ìåòîäîâ, ñ÷èòàâøèõñÿíåýåêòèâíûìè.
 äèññåðòàöèè èññëåäóþòñÿ îáëàñòè ïðèìåíèìîñòèðàçëè÷íûõ ìåòîäîâ äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò ïðîèçâîëüíîãî èîíîñåðíîãî ïðîèëÿ áîëüøîé òîëùèíû (â äëèíàõ âîëí)ïðè âåðòèêàëüíîì çîíäèðîâàíèè. Ïðåäëîæåí îïòèìàëüíûé ÷èñëåííûéìåòîä äëÿ äàííîé çàäà÷è è íà åãî îñíîâå ïðîâîäèòñÿ ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò èîíîñåðû è íèæíåé àòìîñåðû, àòàêæå ðàñ÷åòû èñêàæåíèÿ îðìû îòðàæåííûõ ðàäèîèìïóëüñîâ.Ñðàâíåíèå ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ ðàñ÷åòà êîýèöèåíòàîòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí íà ïðèìåðå òîëñòûõ íåìîíîòîííûõ ñëîåâ. Âûáîðýåêòèâíîãî ÷èñëåííîãî ìåòîäà ðåøåíèÿ ïðÿìîé çàäà÷è ðàñ÷åòà êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò ñëîèñòûõ ñòðóêòóð â àòìîñåðåè èîíîñåðå. Èññëåäîâàíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàäèîâîëí â èîíîñåðå ñó÷åòîì íåîäíîðîäíîé òðîïîñåðû íà ìîäåëüíûõ ïðîèëÿõ ïîêàçàòåëÿïðåëîìëåíèÿ.
àñ÷åò êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò íèæíåéàòìîñåðû ïðè íàêëîííîì ðàñïðîñòðàíåíèè âîëí, áëèçêîì ê ãîðèçîíòàëüíîìó. ×èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå îòðàæåíèÿ ðàäèîèìïóëüñîâ îò ðàçëè÷íûõ èîíîñåðíûõ ïðîèëåé, â òîì ÷èñëå ñ ó÷åòîì ñëó÷àéíîãî ïîëÿíåîäíîðîäíîñòåé.Öåëè ðàáîòû.Îñíîâíûìè ìåòîäàìè ìàòåìàòè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, ðàçðàáîòàííûìè â äàííîé äèññåðòàöèè, ÿâëÿþòñÿ ÷èñëåííûåìåòîäû, ðåàëèçîâàííûå â âèäå êîìïëåêñîâ ïðîãðàìì.Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ.Ïðîâåäåí àíàëèç è ñîïîñòàâëåíèå ìåòîäîâ ðàñ÷åòà êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ íà ïðèìåðå òîëñòûõ íåìîíîòîííûõ ñëîåâ.Íàó÷íàÿ íîâèçíà.3Âûÿâëåí óñòîé÷èâûé ÷èñëåííûé ìåòîä, ïîçâîëÿþùèé ðàññ÷èòûâàòü îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò íåìîíîòîííûõ èîíîñåðíûõ ñëîåâ, ïðîèçâîëüíîéòîëùèíû (â äëèíàõ âîëí). Âïåðâûå ïðîâåäåíî ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèåðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàäèîâîëí â èîíîñåðå ñ ó÷åòîì íåîäíîðîäíîé òðîïîñåðû.
Ïîëó÷åíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò íèæíåé àòìîñåðû ïðè íàêëîííîì ðàñïðîñòðàíåíèè. Ïðîìîäåëèðîâàíî îòðàæåíèå ðàäèîèìïóëüñîâ îò ìíîãîñëîéíîé èîíîñåðû ñ ðàçëè÷íûìè òèïàìè ñëîåâ ýëåêòðîííûõ êîíöåíòðàöèé. Ïîëó÷åíû ðåçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ èîíîãðàìì âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿäëÿ èîíîñåðíûõ ñëîåâ ñ ó÷åòîì ìåëêîìàñøòàáíûõ âîçìóùåíèé â èîíîñåðå.Ïðåäëîæåí ÷èñëåííûé ìåòîä, ïîçâîëÿþùèéýåêòèâíî ðåøàòü çàäà÷è ðàäèîçîíäèðîâàíèÿ èîíîñåðû è àòìîñåðû. Èîíîãðàììû, ïîëó÷åííûå ïóòåì ÷èñëåííîãî ýêñïåðèìåíòà, ïðåäñòàâëÿþò èíòåðåñ äëÿ óòî÷íåíèÿ ïàðàìåòðîâ èîíîñåðû ïî äàííûì ðàäèîçîíäèðîâàíèÿ.Ïðàêòè÷åñêàÿ öåííîñòü.Ïîëîæåíèÿ, âûíîñèìûå íà çàùèòó:1.
åçóëüòàòû àíàëèçà è ñîïîñòàâëåíèÿ èçâåñòíûõ ÷èñëåííûõ ìåòîäîâðàñ÷åòà êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ íà ïðèìåðå òîëñòûõ íåìîíîòîííûõ èîíîñåðíûõ ñëîåâ. Âûáðàí ýåêòèâíûé ÷èñëåííûé ìåòîäðåøåíèÿ ïðÿìîé çàäà÷è, îñíîâàííûé íà ïðèáëèæåíèè ïîòåíöèàëàíàáîðîì ïðÿìîóãîëüíèêîâ. Ìåòîä ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü óñòîé÷èâûåâû÷èñëåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ èîíîñåðíûõ ïðîèëåé áîëüøîé òîëùèíû.2.
åçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò ìîäåëüíûõ âûñîòíûõ ïðîèëåé ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ àòìîñåðû.àññ÷èòàíà ïðîèçâîäíàÿ àçû êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ñ ó÷åòîìíèæíåé àòìîñåðû. Ïîêàçàíî, ÷òî îñíîâíîé âêëàä â âàðèàöèè êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ âíîñÿò ïðîèëè, ñîäåðæàùèå áîëüøèå ãðàäèåíòû ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ íà ãðàíèöàõ è ðàçðûâû óíêöèèïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.3. åçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí îò íèæíåé àòìîñåðû ïðè íàêëîííîì ðàñïðîñòðàíåíèè.
Ïîêàçàíî, ÷òî âëèÿíèå íåîäíîðîäíûõ ñòðóêòóð òðîïîñåðû ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíûì4ïðè íàêëîííîì ðàñïðîñòðàíåíèè ðàäèîâîëí, áëèçêîì ê ãîðèçîíòàëüíîìó (äëÿ óãëîâ ïîðÿäêà 89◦ ). Óâåëè÷åíèå óãëà ïàäåíèÿ ðàäèîâîëíûïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ àìïëèòóäû è ÷àñòîòíîãî ìàñøòàáà îñöèëëÿöèé. Íàáëþäàåìûå âîëíîâûå èíòåðåðåíöèîííûå ýåêòû ñîîòâåòñòâóþò îòðàæåíèþ ðàäèîâîëíû îò íåîäíîðîäíûõ ñòðóêòóð òðîïîñåðû.4. åçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ èîíîãðàìì âåðòèêàëüíîãîçîíäèðîâàíèÿ äëÿ èîíîñåðíûõ ñëîåâ ñëîæíîé ñòðóêòóðû. Ïîÿâëåíèå íà èîíîãðàììàõ ñëåäîâ îò ìíîãîêðàòíîãî ïåðåîòðàæåíèÿ èìïóëüñà â îáëàñòè äîëèíû õàðàêòåðíî äëÿ ïðîèëåé, ñîäåðæàùèõáîëüøèå ãðàäèåíòû ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè íà ãðàíèöàõ, ðàçðûâû óíêöèè ïëîòíîñòè ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè è åå ïðîèçâîäíûõ, à òàêæå òîíêèå ñïîðàäè÷åñêèå ñëîè. Óìåíüøåíèå òîëùèíûñïîðàäè÷åñêîãî ñëîÿ è ðàçðûâ ïåðâîé ïðîèçâîäíîé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè íà åãî ãðàíèöàõ ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó óâåëè÷åíèþäèàïàçîíà ïîëóïðîçðà÷íîñòè.5.
åçóëüòàòû ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ èîíîãðàìì âåðòèêàëüíîãîçîíäèðîâàíèÿ, äåìîíñòðèðóþùèõ çàâèñèìîñòü ñòðóêòóðû îòðàæåííûõ ñèãíàëîâ îò âåëè÷èíû ìåëêîìàñøòàáíûõ âîçìóùåíèé â èîíîñåðå. Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîé àìïëèòóäå íåîäíîðîäíîñòåé íàáëþäàåòñÿ äèóçíîå îòðàæåíèå, îáóñëîâëåííîå âåðòèêàëüíîé íåîäíîðîäíîñòüþ èîíîñåðû.åçóëüòàòû äèññåðòàöèè äîëîæåíû íà íàó÷íûõêîíåðåíöèÿõ, ñèìïîçèóìå:Àïðîáàöèÿ ðàáîòû.• VII Ìåæäóíàðîäíàÿ êîíåðåíöèÿ ñòóäåíòîâ è àñïèðàíòîâ ïî óíäàìåíòàëüíûì íàóêàì ¾Ëîìîíîñîâ-2000¿. Ìîñêâà, 2000.• LII Íàó÷íàÿ ñåññèÿ, ïîñâÿùåííàÿ Äíþ àäèî. Ìîñêâà, 2001.• XX Âñåðîññèéñêàÿ êîíåðåíöèÿ ïî ðàñïðîñòðàíåíèþ ðàäèîâîëí.Íèæíèé Íîâãîðîä, 2002.• Ìåæäóíàðîäíûé ñèìïîçèóì ¾Àòìîñåðíàÿ ðàäèàöèÿ¿ (ÌÑÀ-2006).Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, 2006.• XVIII ñåññèÿ îññèéñêîãî àêóñòè÷åñêîãî îáùåñòâà. Òàãàíðîã, 2006.5Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû äèññåðòàöèè èçëîæåíû â 7 îïóáëèêîâàííûõ ðàáîòàõ, ñïèñîê êîòîðûõ ïðèâåäåí â êîíöå àâòîðååðàòà.Ïóáëèêàöèè.Äèññåðòàöèÿ ñîñòîèò èç ââåäåíèÿ,÷åòûðåõ ãëàâ, çàêëþ÷åíèÿ è ñïèñêà ëèòåðàòóðû, ñîäåðæàùåãî 104 íàèìåíîâàíèÿ.
