Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

обусловленные метеорологическими условиями, накладываются слу­ чайные, флуктуационные изменения, вызываемые непрерывным обра­ зованием, перемещением и исчезновением локальных неоднородностей. Наибольшие изменения происходят в нижней части тропосферы, на высотах до 100 м.

Основные метеорологические параметры тропосферы (плотность, давление, температура и влажность) убывают с высотой. Однако абсолютные значения и вертикальные градиенты этих элементов под­ вержены непрерывным систематическим и случайным изменениям. При этом могут возникать аномальные явления: возрастание давле­ ния и температуры с высотой (инверсии), резкие изменения метеороло­ гических элементов в горизонтальном направлении.

Тропосфера и происходящие в ней изменения оказывают влияние на прохождение электромагнитных волн, изменяя скорость и напра­ вление их распространения, вызывая отражение и рассеяние волн тропосферными неоднородностями, а также поглощение и рассеяние волн жидкими и твердыми частицами и газами, содержащимися в воздухе. При прохождении через атмосферу поляризованных волн несколько изменяется характер их поляризации. Изменение состоя­ ния тропосферы является причиной колебания силы принимаемых сигналов, существенно влияет на дальность и устойчивость радио­ связи.

Наиболее важным для радиогеодезических измерений является установление направления и скорости распространения электромаг­ нитных волн в тропосфере. Эти вопросы рассмотрены в следующей главе.

Большое значение для радио геодезических измерений имеет ослаб­ ление энергии электромагнитных колебаний, определяющее дальность действия приборов. Заметное ослабление испытывают дециметровые и более короткие волны; в особенности оно проявляется при распро­ странении световых волн. Одной из основных причин ослабления на­ пряженности электромагнитного поля является поглощение и рассея­ ние энергии гидрометеорами (дождь, снег, туман, град, облака). Поглощение энергии происходит вследствие тепловых потерь, возни­ кающих в капельках воды за счет наведения в них токов поляриза­ ции. Причиной рассеяния является излучение капельками вторичных колебаний, часть энергии которых направлена навстречу распростра­ няющимся основным электромагнитным колебаниям. Миллиметро­ вые и световые колебания, кроме того, испытывают добавочное рассеяние и поглощение молекулами водяного пара и кислорода. Наи­ большее поглощение происходит тогда,когда частота электромагнит­ ных колебаний совпадает с собственной частотой молекул (селектив­ ное поглощение). Значительное рассеяние энергии коротковолновых излучений, особенно на территории населенных пунктов, вызывается твердыми частицами, взвешенными в воздухе. Рассеяние происходит также й на неоднородностях атмосферы.

Электромагнитные волны, кроме наиболее коротких, достигают приемника как по кратчайшему расстоянию между точками А и В

37

(поверхностные волны), так и после отражения от верхних ионизиро­ ванных слоев атмосферы, находящихся на высоте более 60 км (про­ странственные волны) (луч АС В на рис. 18). Кроме отражения в ионо­ сфере происходит рассеивание радиоволн мелкими неоднородностями. Ионосфера обладает заметной электрической проводимостью, вслед­ ствие чего в ней изменяются направление и скорость распростране­ ния волны, что и вызывает преломление и отражение попадающих в нее электромагнитных колебаний. Электрические параметры ионо­ сферы зависят от ее высоты, времени года и суток, а также солнечной активности. При этом образуются слои, ионная концентрация в кото­ рых возрастает по мере увеличения высоты слоя.

В результате однократного или многократного отражения от ионо­ сферы увеличивается дальность распространения радиоволн. В тех точках, где принимаются обе волны, происходит искажение ампли­ туды и фазы колебаний поверхностной волны. Отражение сопрово­ ждается потерей мощности колебаний, а при работе импульсных си­

ной атмосферы, тогда как для более коротких радиоволн, а также для электромагнитных колебаний оптического диапазона ионосфера яв­ ляется прозрачной средой.

Изложенное свидетельствует о многообразии и сложности факто­ ров, определяющих распространение радио- и световых волн в земных условиях. Ниже приведены характерные особенности распростране­ ния .электромагнитных волн различных диапазонов.

Длинные волны при распространении вдоль поверхности Земли вследствие дифракции частично огибают земной шар и сравнительно слабо поглощаются. Поэтому поверхностная волна распространяется далеко за пределы прямой видимости (до 3000 км и более). Отражаясь от относительно устойчивых слоев ионосферы, длинные волны харак­ теризуются постоянством условий распространения пространствен­ ной волны. Под действием флуктуации в ионосфере напряженность поля пространственной волны меняется сравнительно слабо. Недо­ статком этого диапазона волн является высокий уровень атмосфер­ ных помех.

Распространение средних волн сопровождается резкими суточ­ ными колебаниями напряженности поля вместе приема. Днем преоб­ ладает поверхностная волна, которая частично огибает земной шар; однако вследствие значительного поглощения ее полупроводящей поверхностью Земли распространение поверхностной волны происхо­ дит не далее 1000 км. В ночное время усиливается пространственная

38

Г л а в а I I

СКОРОСТЬ И НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

§4. СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

ЭЛ Е К Т Р О М А Г Н И Т Н Ы Х ВОЛН

Одной из важнейших характеристик электромагнитных волн является скорость их распространения, которая в свободном про­ странстве одинакова для всех длин волн и является одной из фунда­ ментальных постоянных физики.

При взаимном перемещении источника электромагнитных коле­ баний и приемника энергии возникает эффект Допплера, заключа­ ющийся в изменении частоты принимаемых колебаний. При удалении источника колебаний частота уменьшается, а при приближении —

где с — скорость света в свободном пространстве. При радиальных скоростях перемещения ѵг •= ѵ cos Ѳ, значительно меньших скорости света, приближенная зависимость имеет вид

Эффект Допплера имеет важное значение в астрономии и приме­ няется при определении положения искусственных космических

1

ѵ= Ѵщ ,

Откуда на основании формул (2) и (3) получим

Там же отмечалось, что вид функции / (х — vt) определяет вид соответствующей волны. Предположим, что-электромагнитная волна имеет гармонический характер

f(x — vt) = A cos — (х — vt).

40