Диссертация (1149951), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Количественное сравнение характеристикСДВ сигналов для двух радиотрасс выявило, что максимальное уменьшение фазы на длиннойрадиотрассе не превышает аналогичное максимальное уменьшение для трех рабочих частотавроральной радиотрассы. Поэтому радиотрасса Рагби – Апатиты, которая почти в три разадлиннее авроральной радиотрассы, была частично возмущенной, а длина ее возмущеннойсеверной части была соизмерима с длиной авроральной трассы Алдра – Апатиты. Этот фактпоказывает,чтоисточник,ионизирующийсевернуючастьдлиннойрадиотрассы,контролируется магнитным полем Земли и характеризуются геомагнитной отсечкой источника,ионизирующего атмосферу в большом диапазоне северных широт.
Поэтому этот источникионизации имеет корпускулярную природу [5]. Дальнейшее анализ обнаруженного эффектагеомагнитной отсечки связан с решением второй обратной задачи, предметом которой являетсянахождение границы возмущенной области для конкретных случаев аномальных СДВвозмущений.1.3 ЗаключениеПредставленный обзор показывает, что на настоящее время явление вторжения ультраэнергичных релятивистских электронов зарегистрировано и проанализировано только наоснове данных многолетнего мониторинга СДВ сигналов на трех частотах (10 – 13 кГц)авроральной радиотрассы (Алдра – Апатиты) и одной частоты (16 кГц) длинной частичноавроральной радиотрассы (Рагби – Апатиты) с общей точкой приема в Апатитах. Между тем,надежность этих данных подтверждается их неоднократным применением для исследованиядругих типов возмущений (ВИВ, ППШ, вторжение электронных потоков из магнитосферы сэнергией в десятки – сотни кэВ), которые были зарегистрированы другими средствами21мониторинга.
Ключевым отличием вариаций СДВ – сигналов во время появленияспорадического– слоя в результате вторжения ультра-энергичных релятивистскихэлектронов является почти синхронное уменьшение их амплитуд и фаз. Такое качественноеподобие вариации СДВ полей, как показано в ряде работ [3 – 5, 9, 62], свидетельствуют онезначительном вкладе вторых ионосферных лучей в функции ослабления сигналов диапазона10 – 16 кГц.Установленныйпутемвыполненногополуколичественногоанализаэффектгеомагнитной отсечки является одним из наиболее существенных факторов указывающих накорпускулярную природу зарегистрированных аномальных СДВ – возмущений.
Связи с этимвозникает необходимость дальнейшего более детального исследования данного эффекта, вчастности, можно решить обратную СДВ – задачу второго рода об определении экваториальнойграницы области ионизации полярной атмосферы, вызванной вторжением ультра-энергичныхрелятивистских электронов. Решение такой задачи по накопленным СДВ данным за 1982 – 1992годы позволит получить для конкретных случаев вторжения УРЭ численные значения широтыгеомагнитной отсечки и расширить представления о новом геофизическом явлении.222. Вычисление зависимостей от времени модулякоэффициента отражения и эффективной высоты (решениеобратной задачи первого типа) для геофизическихвозмущений с 1982 по 1992гКак было отмечено во введении, в настоящей работе граница области вторжения ультраэнергичных релятивистских электронов в полярную среднюю атмосферу определяется позарегистрированным аномальным вариациям СДВ сигналов путем последовательного решениядвух обратных СДВ задач.
Данная глава посвящена решению обратной СДВ задачи первоготипа, предметом которой является вычисление самосогласованным СДВ методом [3, 62]зависимостей от времени модуля коэффициента отражения и эффективной высоты (в диапазонечастот 10 – 14 кГц) для нескольких зарегистрированных возмущений 1982 – 1992.2.1. Данные мониторинга СДВ сигналов в полярной областиАвторами серии работ [1 – 8] в течение длительного времени осуществлялосьнепрерывное измерение в полярной области СДВ сигналов наземной радионавигационнойстанции “ОМЕГА” в Алдре (Северная Норвегия).
В результате многолетних непрерывныхизмерений в полярной области СДВ сигналов был накоплен в ПГИ КНЦ РАН (г. АпатитыМурманской обл.) банк экспериментальных данных (на бумажном носителе) за период 1982 –1992 годы, которые содержат случаи аномальных СДВ вариаций, свидетельствующие овторжении ультра-энергичных релятивистских электронов.Имеющиеся данные мониторинга СДВ сигналов авроральной радиотрассы S1 Алдра (66°25' N, 13° 09' E) – Апатиты (67° 34' N, 33° 23' E) длиной 885 км [76] (рис. 2.1) содержатвариации амплитуд и фаз для трех сигналов (10.2, 12.1 и 13.6 кГц).
Принимаемые сигналыимели вид последовательности радиоимпульсов длительностью в 1 секунду, следовавшие другза другом каждые 10 секунд.23Рис. 2.1. География расположения источников и приемника в Апатитах (Кольский п-ов).Амплитудные данные в относительных величинах регистрировались пиковым детектором сполосой пропускания каналов 20 Гц. Относительная амплитудная ошибка при указаннойчастотной полосе зависела от таких факторов как существенное возрастание грозовойактивности в весеннее – осенний период года для северного полушария Земли и росла синтерференционным уменьшением амплитуды сигнала. Фазовые данные регистрировались спомощью синхронного детектора в микросекундах с эффективной полосой пропускания менее1 Гц.
Такая полоса пропускания позволила отфильтровать грозовые шумы, исключить влияниедискретности излучения сигнала станцией, но могла искажать истинную вариацию фазыбыстро изменяющегося сигнала по геофизическим причинам. На рис. 2.2, взятого из работы [9],в качестве примера исходных экспериментальных данных представлены зависимости отвремени трех амплитуд и фаз (кГц, где– номер частоты) длярадиотрассы S1. Как можно видеть из рис. 2.2, зарегистрированные данные записывались набумажный носитель в виде дорожек, в каждой из которых последовательно через каждые 50секунд отображались пять пиковых значений амплитуды (1 с излучения монохромного сигнала24и 9 с паузы) и фазовые характеристики принятых сигналов в виде непрерывных участков, накоторых дискретность сигналов почти не воспроизводилась из-за очень малой полосыпропусканиясинхронногодетектора.Такаяособенностьзаписиданныханализировать наблюдавшиеся вариаций СДВ сигналов с временным шагомпозволяетне менее 100секунд.Рис.
2.2. Изображение исходных экспериментальных данных на ленте самописца из работы [9]для трех амплитуд(в относительных величинах) и фаз(в микросекундах) радиосигналовтрассы S1 во время возмущения от 30 апреля 1992 года (13:00-13:30 UT).частоты– номеркГцПри оцифровке экспериментальных данных значения амплитуд и фаз усреднялись за 50 – тисекундный интервал. Для уменьшения влияния малых нефизических приращений амплитуд ифаз, вызванных ручной оцифровкой данных и их случайными изменениями, производиласьдополнительная фильтрация данных путем их усреднения по трем соседним временным точкам(n-1; n; n+1) с помощью 300 секундного "плавающего окна":25Дальнейший анализ за исключением специально оговоренных случаев будет производиться сданными типа 2.1 и 2.2, а знак усреднения будет опускаться.Одновременно с тремя указанными тремя сигналами в Апатитах принимался сигнал отрадиостанции GBR (Рагби, Великобритания), имевший рабочую частоту = 16 кГц и удаленнуюот приемника на расстояние S2 = 2497 км (рис.
2.1). Анализ данных этого сигнала будетпредставлен в четвертой главе.3.2. Численный анализ СДВ данных радиотрассы S1 самосогласованнымметодом3.2.1. Решение обратной СДВ задачи в трехлучевом приближении. Анализэкспериментальных данных вариаций трех сигналов производился ранее упомянутым(подраздел 1.2.3) самосогласованным методом решения обратной СДВ – задачи, подробноеописание которого приводится далее. В рамках этого метода определялись зависимости отвремени эффективной высотыи модуля коэффициента отраженияпервого луча,имеющего одно отражение от верхней среды волновода (в записи для коэффициента отражениядалеебудет иногда опускаться). Эффективная высотаволноводного канала радиотрассыS1 определена как высота модельного волновода с резкой верхней границей разделанейтральный воздух – слой ионизации, при которой фазовый путь сигнала частотывреальном волноводе (с реальным распределением электронной концентрации по высоте) равенфазовому пути в модельном волноводе, причем в последнем волна отражается от верхнейграницы со сдвигом фазы на.
Так как в данной работе анализировались только дневныеусловия распространение СДВ радиосигналов, то ионосферу можно было считать изотропной ирассматривать только один коэффициент отражения для вертикально поляризованного поля (неучитывать преобразования одного типа поляризации в другой). Электрические свойства грунтасчиталисьизвестнымиисоответствующимидиэлектрической проницаемостьюскалистымпородамсотносительнойи электрической проводимостью.В рамках представленного ниже анализа полагалось, что параметры, характеризующиеэлектрические свойства радиотрассы S1 в каждый момент времени анализируемых возмущений,являются однородными вдоль этой радиотрассы.Решение обратной СДВ задачи строилось на основе лучевого метода (или методаскачков) в трехлучевом приближении [60].
Безразмерная комплексная функция ослабления26характеризует отличие радиальной составляющей электрического поля в исследуемой ситуацииот соответствующего значения в свободном пространстве [77] или над идеально проводящейповерхностью [59, 78, 79].
Определенные по-разному два типа функций ослабления,количественно различаются между собой в два раза. Ниже используется второе определение,поэтому множитель 0,5 будет в дальнейшем присутствовать (в выражениях 2.4 и 2.5). Функцияявляется суммой:гдепервое слагаемоеесть дифракционная волна, значение которой для исследуемогодиапазона частот 10 – 14 кГц [80] с точностью в 10 % есть константавременной зависимости. Второеи третьеприслагаемые есть однократно идвукратно отраженные от ионосферы лучи (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
