Отражение радиосигналов от слоистых структур в атмосфере и ионосфере (1104163), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4).Òàêèì îáðàçîì, íà ïðèìåðå âûñîòíûõ ïðîèëåé ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, ïîëó÷åííûõ ïî äàííûì ìåòåîíàáëþäåíèé, ïðîäåìîíñòðèðîâàíî âëèÿíèå ïðèçåìíîãî ñëîÿ òðîïîñåðû ïðè íàêëîííîì ðàñïðîñòðàíåíèè ðàäèîâîëí. ÷åòâåðòîé ãëàâå ðàññìàòðèâàåòñÿ çàäà÷à ðàñ÷åòà îðìû îòðàæåííîãî ñèãíàëà ïðè âåðòèêàëüíîì çîíäèðîâàíèè. Äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðîèëåé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè âûïîëíåíî ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèåèîíîãðàìì âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñåðû.  êà÷åñòâå ìîäåëåé ìíîãîñëîéíîé èîíîñåðû ðàññìàòðèâàþòñÿ êàê ãëàäêèå, òàê è ðàçðûâíûå ïðîèëè ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè. Ïîÿâëåíèå íà èîíîãðàììàõñëåäîâ îò ìíîãîêðàòíîãî ïåðåîòðàæåíèÿ èìïóëüñà â îáëàñòè äîëèíû, èçìåíåíèå àñèìïòîòèêè âáëèçè êðèòè÷åñêèõ ÷àñòîò õàðàêòåðíî äëÿ ïðîèëåé ñ íàëè÷èåì òîíêèõ ñïîðàäè÷åñêèõ ñëîåâ è ñëîåâ ðàçíîé îðìû. ðàáîòå ïðîìîäåëèðîâàí ïðîèëü ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè ñî12ñïîðàäè÷åñêèì ñëîåì, èìåþùèì îðìó ïàðàáîëû (ðèñ.
5 à). Îñîáåííîñòüþ ïàðàáîëè÷åñêîãî ñëîÿ ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå ðàçðûâà ïåðâîé ïðîèçâîäíîé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè íà åãî ãðàíèöàõ. Äëÿ ñïîðàäè÷åñêîãîñëîÿ òîëùèíîé 500 ì ïîëó÷åíà èîíîãðàììà âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿ (ðèñ. 5 á). Èîíîãðàììà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâóìåðíîå ðàñïðåäåëåíèåäåéñòâóþùåé âûñîòû îòðàæåíèÿ h′ ñèãíàëà îò íåñóùåé ÷àñòîòû f .
Àìïëèòóäà îòðàæåííîãî èìïóëüñà ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà èíòåíñèâíîñòè÷åðíîãî öâåòà íà èîíîãðàììå.Ïåðâûé ñëåä íà äåéñòâóþùåé âûñîòå 100 êì ñîîòâåòñòâóåò ñèãíàëó, îòðàæåííîìó îò ñïîðàäè÷åñêîãî Es -ñëîÿ. Âòîðîé è òðåòèé ïî âûñîòåñëåäû ïðåäñòàâëÿþò ñèãíàëû, îòðàæåííûå îò E - è F -ñëîåâ. Ïîñêîëüêó âäàííîé çàäà÷è ïîãëîùåíèå íå ó÷èòûâàåòñÿ, íà èîíîãðàììå íàáëþäàþòñÿñëåäû îò ìíîãîêðàòíîãî ïåðåîòðàæåíèÿ ñèãíàëà â îáëàñòè Es − E äîëèíû (ðèñ.
5 á). Óìåíüøåíèå òîëùèíû ñïîðàäè÷åñêîãî ñëîÿ ïðèâîäèò êóâåëè÷åíèþ äèàïàçîíà ïîëóïðîçðà÷íîñòè. Áîëüøîé äèàïàçîí ïîëóïðîçðà÷íîñòè òîíêîãî ñëîÿ ìîæåò ÿâëÿòüñÿ êàê ñëåäñòâèåì ðàçðûâà ïåðâîé ïðîèçâîäíîé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè, òàê è ñëåäñòâèåì áîëüøîãîãðàäèåíòà ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè.
Òàêèì îáðàçîì, ðàñ÷åòû íàãëÿäíîîáúÿñíÿþò çàâèñèìîñòü ÿâëåíèé, íàáëþäàåìûõ ïðè ðàäèîçîíäèðîâàíèèèîíîñåðû, îò èçâåñòíûõ ñâîéñòâ ñïîðàäè÷åñêèõ ñëîåâ.h',h,11006001000900500800700400600300500400200300200100100000,0104,0x10108,0x10111,2x10111,6x10N,-32,22,42,62,83,03,23,43,6f,èñ. 5: Ìîäåëüíûé ïðîèëü ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè èîíîñåðû ñ òîíêèì ñïîðàäè÷åñêèì ñëîåì â âèäå ïàðàáîëû (à) è èîíîãðàììû âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿ äëÿïðîèëÿ ñî ñïîðàäè÷åñêèì ñëîåì øèðèíîé 500 ì (á).13 ðàáîòå ðàññìîòðåíû ïîòåíöèàëû ñî ñëó÷àéíûì ïîëåì íåîäíîðîäíîñòè, êîòîðûå ñîîòâåòñòâóþò ïðåäñòàâëåíèþ î õàðàêòåðíûõ îñîáåííîñòÿõ âîçìóùåíèé â èîíîñåðå.
Äëÿ çàäàíèÿ ¾øóìà¿ óäîáíî âûáðàòü ñëåäóþùèé àìïëèòóäíûé ïðîñòðàíñòâåííûé ñïåêòð íåîäíîðîäíîñòåé:ïðè 0 ≤ kn ≤ k0 ,032LLkn + bknïðè k0 ≤ kn ≤ km ,aG(kn ) =2π2π−αLknïðè km ≤ kn ,2πãäå a è b íåêîòîðûå êîýèöèåíòû, L èíòåðâàë âûñîò, íà êîòî2πn âîëíîâîå ÷èñëî, ñîîòâåòñòâóþùååðîì çàäàí ïîòåíöèàë, kn =Ln-é ãàðìîíèêå â ñïåêòðå âîçìóùåíèé, êîíñòàíòà α = 3 èìååò ñìûñëàñèìïòîòèêè ýíåðãåòè÷åñêîãî ñïåêòðà. Ñïåêòð èñêëþ÷àåò íèçêèå ÷àñòîòû, ñîîòâåòñòâóþùèå ìàñøòàáàì ñàìèõ èîíîñåðíûõ ñëîåâ, â èíòåðâàëåk0 ≤ kn ≤ km àïïðîêñèìèðóåòñÿ ïîëèíîìîì òðåòüåé ñòåïåíè, ïðè÷åìóíêöèÿ G(kn ) è åå ïåðâûå ïðîèçâîäíûå â òî÷êàõ k0 , km íåïðåðûâíû.Ñîçäàííîå òàêèì îáðàçîì âîçìóùåíèå ïðèáàâëÿåòñÿ ê îñíîâíîìó ïðîèëþ ïîòåíöèàëà.Ïðîèëè ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè ñ äîáàâëåíèåì ¾øóìà¿ ðàçëè÷íîé àìïëèòóäû ïðè ìàñøòàáå íåîäíîðîäíîñòåé 125 ì è àñèìïòîòèêèýíåðãåòè÷åñêîãî ñïåêòðà α = 3 ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.
6. Âåëè÷èíà ¾øóìà¿ñîñòàâëÿåò 0.5 − 7% îò âåëè÷èíû ïîòåíöèàëà. Ìîäåëüíûå èîíîãðàììûíà ðèñ. 7 íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóþò çàâèñèìîñòü ñòðóêòóðû îòðàæåííûõñèãíàëîâ îò âåëè÷èíû íåîäíîðîäíîñòåé.Ó÷åò ìåëêîìàñøòàáíûõ âîçìóùåíèé â èîíîñåðå ïðèâîäèò ê ñëîæíîé ñòðóêòóðå èîíîãðàìì. Ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîé àìïëèòóäå íåîäíîðîäíîñòåé (ðèñ. 6 á) íàáëþäàåòñÿ äèóçíîå îòðàæåíèå (ðèñ. 7 á), êîòîðîå ïðèíÿòî ñâÿçûâàòü ñ ãîðèçîíòàëüíîé íåîäíîðîäíîñòüþ èîíîñåðíûõñëîåâ.
Îòìåòèì, ÷òî äèóçíûé õàðàêòåð îòðàæåíèÿ áûë ïîëó÷åí íàìè â ðàìêàõ ìîäåëè ïëîñêîñëîèñòîé èîíîñåðû, èñêëþ÷èòåëüíî çà ñ÷åòâàðèàöèé âåðòèêàëüíîãî ïðîèëÿ èîíîñåðû. Òàêèì îáðàçîì, îêàçûâàåòñÿ, ÷òî äèóçíûé õàðàêòåð ñèãíàëîâ âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿìîæíî îáúÿñíèòü íàëè÷èåì âåðòèêàëüíîé íåîäíîðîäíîñòè èîíîñåðû.14h,h,60060050050040040030030020020010010000100,0102,0x1010104,0x101,0x106,0x10N,10103,0x10105,0x107,0x10-3N,-3èñ. 6: Ìîäåëüíûå ïðîèëè ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè ñ äîáàâëåíèåì ¾øóìà¿ ðàçëè÷íîé àìïëèòóäû. Âåëè÷èíà ¾øóìà¿ ñîñòàâëÿåò 0.5% (à) è 7% (á) îò âåëè÷èíûïîòåíöèàëà.h',h',1200120010001000800800600600400400200200001,61,82,02,22,42,62,02,53,03,54,0f,f,èñ.
7: Èîíîãðàììû âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿ ñ õàðàêòåðíûì ìàñøòàáîì êîëåáàíèé íåîäíîðîäíîñòåé 125 ì. Âåëè÷èíà ¾øóìà¿ ñîñòàâëÿåò 0.5% (à) è 7% (á) îòâåëè÷èíû ïîòåíöèàëà.ïåðå÷èñëåíû ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû è êðàòêîñîðìóëèðîâàíû îñíîâíûå âûâîäû äèññåðòàöèîííîé ðàáîòû.Âçàêëþ÷åíèè15Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû è âûâîäû1. Ïðîâåäåíî èññëåäîâàíèå îáëàñòè ïðèìåíèìîñòè ÷èñëåííûõ ìåòîäîâðàñ÷åòà êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ äëÿ òîëñòûõ íåìîíîòîííûõ ñëîåâ.Ïðåäëîæåí ýåêòèâíûé ÷èñëåííûé ìåòîä ðåøåíèÿ ïðÿìîé çàäà÷è,îñíîâàííûé íà ïðèáëèæåíèè ïîòåíöèàëà íàáîðîì ïðÿìîóãîëüíèêîâ.Ïðîâåäåííûå òåñòîâûå ðàñ÷åòû ïîêàçàëè äîñòàòî÷íî âûñîêóþ òî÷íîñòü ÷èñëåííîãî ðåøåíèÿ çàäà÷è îïðåäåëåíèÿ êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ.2.
Ïðîìîäåëèðîâàíî ðàñïðîñòðàíåíèå ðàäèîâîëí â èîíîñåðå ñ ó÷åòîìíåîäíîðîäíîé òðîïîñåðû íà ìîäåëüíûõ ïðîèëÿõ ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ. àññ÷èòàíà çàâèñèìîñòü ïðîèçâîäíîé àçû êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ïî âîëíîâîìó ÷èñëó ïðè ó÷åòå âëèÿíèÿ òðîïîñåðû.Ïîêàçàíî, ÷òî ðàçíèöà ìåæäó âåëè÷èíàìè ïðîèçâîäíîé àçû êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ñ ó÷åòîì è áåç ó÷åòà òðîïîñåðû çàìåòíàíà ÷àñòîòàõ íèæå 50 êö è ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 0,001% íà ÷àñòîòàõ ïîðÿäêà 10 Ìö. Ó÷åò òðîïîñåðû ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ àçûêîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ íà âåëè÷èíó ïîðÿäêà π è ìîäóëÿ êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ ðàäèîâîëí íà âåëè÷èíó ïîðÿäêà 10−4 .
Èññëåäîâàíî âëèÿíèå íåîäíîðîäíîñòåé ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ âîçäóõàíà îòðàæåíèå ðàäèîâîëí ïðè âåðòèêàëüíîì ðàñïðîñòðàíåíèè âîëíâ àòìîñåðå. Îñíîâíîé âêëàä â èçìåíåíèè êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ âíîñÿò ïðîèëè, ñîäåðæàùèå áîëüøèå ãðàäèåíòû ïîêàçàòåëÿïðåëîìëåíèÿ íà ãðàíèöàõ è ðàçðûâû óíêöèè ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.3. Íà ïðèìåðå âûñîòíûõ ïðîèëåé ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ, ïîëó÷åííûõ ïî äàííûì ìåòåîíàáëþäåíèé, ïðîäåìîíñòðèðîâàíî âëèÿíèåïðèçåìíîãî ñëîÿ òðîïîñåðû ïðè íàêëîííîì ðàñïðîñòðàíåíèè ðàäèîâîëí. Óâåëè÷åíèå óãëà ïàäåíèÿ ðàäèîâîëíû ïðèâîäèò ê âîçðàñòàíèþ àìïëèòóäû è ÷àñòîòíîãî ìàñøòàáà îñöèëëÿöèé. Âåëè÷èíàìîäóëÿ êîýèöèåíòà îòðàæåíèÿ |R(f )| ïðè θ = 89◦ ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 10−2 .
Íàáëþäàåìûå âîëíîâûå èíòåðåðåíöèîííûå ýåêòûñîîòâåòñòâóþò ìíîãîêðàòíîìó îòðàæåíèþ ðàäèîâîëíû îò íåîäíîðîäíûõ ñòðóêòóð òðîïîñåðû. Ïðè î÷åíü áîëüøèõ óãëàõ, θ > 89◦ ,ñòàíîâÿòñÿ ðàçëè÷èìû èíòåðåðåíöèîííûå ýåêòû, ñâÿçàííûå ñîòðàæåíèåì ðàäèîâîëíû îò âñåãî ñëîÿ òðîïîñåðû.164. åàëèçîâàíû àëãîðèòìû ðàñ÷åòà îðìû îòðàæåííîãî ñèãíàëà ïðèâåðòèêàëüíîì çîíäèðîâàíèè èîíîñåðû. Ïîäõîä ê ðàñ÷åòó èîíîãðàìì, áàçèðóþùèéñÿ íà ðåøåíèè óðàâíåíèÿ åëüìãîëüöà, áåçèñïîëüçîâàíèÿ êàêèõ-ëèáî àíàëèòè÷åñêèõ ïðèáëèæåíèé, ïîçâîëèëó÷åñòü îòðàæåíèå îò ìåëêèõ íåîäíîðîäíîñòåé, ñðàâíèìûõ ñ äëèíîéâîëíû, è ïðîìîäåëèðîâàòü îòðàæåíèå ïðè íàëè÷èè ñëó÷àéíîãî ïîëÿ íåîäíîðîäíîñòåé.
Äëÿ ðàçëè÷íûõ ïðîèëåé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè âûïîëíåíî ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå èîíîãðàìì âåðòèêàëüíîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñåðû. Ïîÿâëåíèå íà èîíîãðàììàõ ñëåäîâîò ìíîãîêðàòíîãî ïåðåîòðàæåíèÿ èìïóëüñà â îáëàñòè äîëèíû, èçìåíåíèå àñèìïòîòèêè âáëèçè êðèòè÷åñêèõ ÷àñòîò õàðàêòåðíî äëÿïðîèëåé ñ íàëè÷èåì òîíêèõ ñïîðàäè÷åñêèõ ñëîåâ è ñëîåâ ðàçíîéîðìû. Óìåíüøåíèå òîëùèíû ñïîðàäè÷åñêîãî ñëîÿ è ðàçðûâ ïåðâîéïðîèçâîäíîé ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè íà åãî ãðàíèöàõ ïðèâîäèòê óâåëè÷åíèþ äèàïàçîíà ïîëóïðîçðà÷íîñòè.5. Ïîëó÷åí äèóçíûé õàðàêòåð ñëåäîâ íà èîíîãðàììàõ ïðè äîñòàòî÷íî áîëüøîì ïî àìïëèòóäå ïîëå íåîäíîðîäíîñòåé.
Íåñìîòðÿ íàòî, ÷òî ðàññìîòðåííàÿ çàäà÷à ÿâëÿåòñÿ îäíîìåðíîé ïî ñâîåé ïîñòàíîâêå (ðàññìàòðèâàåòñÿ ïëîñêîñëîèñòàÿ èîíîñåðà), îáíàðóæåííàÿêàðòèíà áëèçêà ê òîé, êîòîðàÿ íàáëþäàåòñÿ íà ðåàëüíûõ èîíîãðàììàõ è êîòîðàÿ îáû÷íî îáúÿñíÿåòñÿ ïîïåðå÷íîé íåîäíîðîäíîñòüþ îòðàæàþùèõ ñëîåâ. Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî äèóçíîå îòðàæåíèå ìîæíîîáúÿñíèòü òàêæå è ñëîèñòîé (âåðòèêàëüíîé) ñòðóêòóðîé íåîäíîðîäíîñòåé.17Ñïèñîê ïóáëèêàöèé[1℄ îëèêîâà Å.Â., Êóíèöûí Â.Å., Íåñòåðîâ È.À., Ìàòâååâ À.Ñ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
