Диссертация (1149951), страница 10
Текст из файла (страница 10)
На рис. 2.16 (справа) можно видеть большой (около 8 км) разрывзависимостей эффективной высоты для двух половин возмущения, а также отклонениевычисленной зависимости амплитуды сигналакГц от экспериментальной (рис. 2.16слева).Рис. 2.16. Слева – усредненные по трем точкам экспериментальные (толстые линии) ивычисленные (тонкие линии) вариации фазы и относительной амплитуды для 10,2 кГц, 12,1 кГци 13,6 кГц. Справа – модуль коэффициента отражения и эффективная высота для 15 сентября1982 (12:45-15:00 UT), полученные при анализе возмущения по двум половинам (сплошныекривые для начальной стадии возмущения и пунктирные кривые для восстановительной стадиивозмущения).2.3.10.
Возмущение от 23 апреля 1986, 18:30 – 21:00 UT. Мощное возмещение 23апреля 1986 года, характеризуется очень сильным ослаблением амплитуд (в 5 – 10 раз) ибольшими вариациями фаз (15 – 20 мкс) сигналов трех частот (рис. 2.17 слева). В течение этого48события эффективная высота опускалась до 25 км. Из-за очень резких перепадов характеристикСДВ сигналов анализ начальной стадии этого возмущения был не корректен (на рис. 2.16начальная стадия возмущения не представлена). Анализ восстановительной части возмущения(19:15 – 21:00 UT) представлен на рис.
2.17.Рис. 2.17. Слева – усредненные по трем точкам экспериментальные (толстые линии) ивычисленные (тонкие линии) вариации фазы и относительной амплитуды для 10,2 кГц, 12,1 кГци 13,6 кГц для второй половины возмущения 23 апреля 1986 (18:30 – 21:00 UT). Справа –модулькоэффициентаотраженияивосстановительной стадии возмущения.эффективнаявысота,полученныеприанализе492.4. ЗаключениеВыше была решена нестационарная обратная СДВ – задача первого рода для несколькихвозмущений 1982 – 1992 и были получены зависимости эффективной высотыкоэффициента отражения первого ионосферного лучаи модуля.
Полученные зависимости по своимчисленным значениям вполне удовлетворительно соотносятся с полученными ранее в работах[1 – 8, 62] при рассмотрении других подобных событий, характеризующиеся аномальнымивариациями СДВ сигналов. В течение исследовавшихся событий вариации эффективнойвысоты волноводного канала и модуля коэффициента отражения первого ионосферного лучасоставляли от 65 – 60 до 40 км и 0,7 – 0,65 до 0,4 – 0,3 соответственно. При таком сильномуменьшении коэффициента отражения вклад в принимаемый сигнал луча, дважды отраженногоот верхнего слоя проводимости, пренебрежимо мал (за исключением рассмотренногоумеренного возмущения 5 мая 1986 года, 10:55-11:30).
Ослабление СДВ сигналов в максимумевозмущения вызвано интерференцией первого ионосферного луча и дифракционной волны,распространяющейся вдоль поверхности Земли.Приведенные сравнения вычислений с использованием исходных (неусредненных) иусредненных по трем временным точкам СДВ данных показали, что в первом случае точностьвычисления будет значительно ниже. На данное обстоятельство указывает большая разницазначенийфункционалов,соответствующимдвумвариантамданных.использованием усредненных данных дает минимальное значение функционалаАнализсв полтора –два раза меньше, чем при использовании неусредненных данных.Как и ожидалось, точность решения поставленной задачи сильно зависела от скоростиизменения и уровня ослабления СДВ сигналов.
При исследовании сильных СДВ возмущений,характеризующиеся большим (в три и более раз) ослаблением сигналов в максимуме такихсобытий, оказался эффективным подход, при котором данные вариаций СДВ сигналов делилисьна две части (до и после максимума возмущения) каждая из которых затем анализироваласьотдельно и независимо друг от друга. Такой последовательный анализ двух отдельных частейодного возмущения позволил минимизировать ошибку, возникающую из-за ограниченнойточности используемых приближений в области максимального ослабления СДВ сигналов.В ходе проведенного анализа на примере двух возмущений (30 апреля 1992 года и 18сентября 1987 года) было показано, что для корректного решения обратной СДВ – задачинеобходимо, чтобы число экспериментальных временных зависимостей, характеризующиханомальные СДВ – возмущения, в три раза превышало число искомых параметров,характеризующих динамику электрических свойств спорадического– слоя.
Только прииспользовании полного набора экспериментальных данных получаемый результат будет мало50зависеть от выбора частоты, относительно которой определяется эффективная высота (2.7).Последнее обстоятельство указывает также на корректность сделанного допущения оботсутствии зависимости коэффициента отражения от частоты в исследуемом диапазоне.513. Определение южной границы вторжения ультраэнергичных релятивистских электронов для геофизическихвозмущений 1982 – 1987г (решение обратной задачивторого типа)В данной главе приводится решение обратной СДВ задачи второго типаа, сутью которойявляется нахождение границы возмущенной части радиотрассыРегби – Апатиты длиной2497 км. Для решения этой задачи использовались данные вариаций амплитуды и фазы сигналачастотыкГц, принимаемого из Великобритании во время сильных возмущений (таб.2.1), а также зависимости от времени модуля коэффициента отражения первого ионосферноголучаи эффективной высоты, полученные ранее при решении нестационарнойобратной СДВ задачи первого рода самосогласованным методом.
Кроме того, сделана оценкавеличинынеопределенностиискомогоположенияюжнойграницы,вызваннойнеопределенностью электрических свойств земной поверхности радиотрассы.3.1. Задача определения границы возмущений 1982-1987г, вызванныхвторжением ультра-энергичных релятивистских электроновВ предыдущей главе решалась обратная СДВ задача самосогласованным методом наоснове данных вариаций амплитуд и фаз сигналов трех близких частот авроральнойрадиотрассы Алдра – Апатиты длиной 885 км.
Результатом решения этой задачи являютсязависимости от времени эффективной высотыионосферного лучаот спорадическогои модуля коэффициента отражения первого– слоя для нескольких сильных возмущений 1982– 1987, вызванных вторжением ультра-энергичных релятивистских электронов (таб. 2.1). Дляопределения границы исследуемых событий воспользуемся полученными зависимостямии, а также данными амплитуды и фазы четвертой частоты 16 кГц (радиотрассыВеликобритании – Апатиты длиной 2497 км, рис. 2.1).3.1.1. Модель неоднородной радиотрассы S2 РегбиВеликобритании – Апатиты– Апатиты. Радиотрасса, в отличие от ранее рассмотренной авроральной трассы,является неоднородной.
Эта неоднородность обусловлена последовательным прохождениемсигнала трех выраженных зон: среднеширотной, авроральной и возмущенной ультраэнергичными релятивистскими электронами авроральной зоны. Каждая из трех указанныхобластей в рамках представленного ниже анализа полагалась однородной. Распространяющийся52сигнал между двумя корреспондирующими пунктами вдоль трассыобладает известнымсвойством локальности (понятие трассы, существенной для распространения радиоволн) [83,59]. Это означает, что характеристики сигнала в поперечном направлении по отношению кгеодезической, соединяющей источник и приемник, определяются на расстоянии порядкакм, гдекм – длина радиотрассы Великобритании – Апатиты;км – длина волны сигналакГц.
Если предположить, что характерный размеруказанных трех частей много больше величиныи пренебречь эффектами, связанными спереотражением и перевозбуждением нормальных волн на границах выделенных трехобластей, то поле в точке приема можно определить путем решения трех задач на собственныезначения υ для трех однородных сферических волноводов «Земля – Ионосфера». Собственныезначения υ определяют величину фазовой скорости и экспоненциального ослаблениянормальной волны, которую можно считать единственной нормальной волной, достигающейприемника в дневное время и возмущенных условиях трассы.Рассмотрим модель неоднородной радиотрассы Великобритания – Апатиты,состоящую из трех однородных частей: невозмущённой южной (I), авроральной северной (II) ивозмущённой (III), еще более северной, частей.Рис. 3.1.
Иллюстрация к решению второй обратной задачи. Модель неоднородной радиотрассыРагби (Великобритания) – Апатиты.Среднеширотная часть этого волновода длиной(географическая широта-062 N) была смоделирована известными параметрами дневной нижней ионосферы, которые внашей постановке задачи не зависят от времени [82, 84, 72].
Характеристики авроральной частидлиной(где– длина возмущенной части трассы), которые также не зависели отвремени, определялись начальными значениями эффективной высотыкоэффициента отраженияи модуля. Возмущенный нестационарный участок трассы длиной53моделировался зависимостямиграницыи. Если предположить, что искомое положениетакже не зависит от времени и можно пренебречь перевозбуждением ипереотражением нормальных волн, то обратная СДВ задача 2-ого рода решается сиспользованием известных выражений для амплитуды и фазы (как и в предыдущей главе,полагается зависимость от времени):,,гдеирасчетные величины амплитуды (нормированная на 1 в начальный моментанализа) и фазы сигнала частоты 16 kHz в момент времениотсчитываемой от северного конца (точки приема);и фиксированной длины,- собственное значение дляневозмущенной части среднеширотного волновода;- собственное значение дляневозмущенной части аврорального волновода;- собственные значения длявозмущенной части волновода в момент времени;км - радиус Земли.
Длинавозмущенной части трассы находилась путем минимизации по параметру, состоящего из амплитуднойгдеи фазовой частейфункции – невязки:– экспериментальные значения амплитуды, нормированные на начальное значение;удовлетворяющие условию–экспериментальныезначенияфазысигнала,. Функция – невязка 3.3, в отличие отрассмотренного в третей главе функционала 2.11, минимизируется не по двум, а только поодному параметру – положению границы возмущенной части трассыпроцедуру поиска минимума., что сильно упрощает543.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
