Файл: Филипп, Н. Д. Рассеяние радиоволн анизотропной ионосферой.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 97

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

РАССЕЯНИЕ

РАДИОВОЛН

АНИЗОТРОПНОЙ

ИОНОСФЕРОЙ

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОЛДАВСКОЙ ССР

БЕЛЬ-ЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А. РУССО

Н. Д. Филипп

РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН АНИЗОТРОПНОЙ ИОНОСФЕРОЙ

> л \ . j L

ИЗДАТЕЛЬСТВО „ШТИИНЦА'

КИШИНЕВ * 1974

д

J * У

 

"I ос. публич

 

 

 

 

 

 

 

1,

научно-техничѵ ' я

 

 

 

 

 

 

 

}f

бйблисгѳна

С-

" і ! >

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

ff

 

 

 

 

 

 

 

 

ß

- Ш

у

 

 

 

 

 

 

 

УДК 621.391.81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В монографии

рассматриваются

вопросы

расоѳяния

 

радиоволн

анизотропной

ионосферой,

организации

экспе­

 

римента, методики обработки экспериментальных

данных

 

и физики данного явления. Приводятся основные

резуль­

 

тата исследований,

проведенных зарубежными

учеными,

 

а также данные, полученные автором и исследовательской

 

группой БШИ и Одесским электротехническим

 

институтом

 

связи* совместно с которым осуществлялись

 

эксперимен­

 

тальные работы. Выявление механизма такого

 

вида

 

рас­

 

пространения радиоволн

имеет

практическое

 

значение

в

 

области радиосвязи,

а

также

способствует

дальнейшему

 

изучению тонкой структуры верхних слоев атмосферы.

 

 

 

Работа является первой попыткой рассмотреть

рас­

 

пространение

ультракоротких радиоволн рассеянными маг­

 

нитно-ориентированными неоднородностями

ионосферы

и

 

представляет интерес для научных работников

и

специа­

 

листов в области радиофизики, а также для аспирантов и

 

студентов-

старших курсов, специализирующихся

в

этой

 

области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Научный редактор

 

 

 

 

 

 

 

 

доктор физ.-матем.

наук,

профессор

 

 

 

 

 

 

А. А. С е м е н о в

 

 

 

 

 

 

© Издательство "Штиинца”, Кишинев, 1974 г.

фQ-3.- 4 - I .48, І04_74 ЫГ755Ц2) - 74


П р е д и с л о в и ѳ

В основу монографии легли теоретические и эксперименталъше

данные, опубликованные в отечественных и зарубежных журналах, а

также некоторые результаты исследований, выполненные

автором

за последние пять лет. Вопросы теории эволюции

неоднородностей

под воздействием магнитного поля, относящиеся к

механизму рас­

сеивания радиоволн, затронуты нами лишь в той мере,

в какой это

необходимо для критического подхода к оценке экспериментальных данных.

Природа исследуемых неоднородностей и их проявление неоди­ наковы особенно на разных широтах. Первые изыскания в этой об­ ласти связаны с анализом радиосигналов, отраженных ионосферой

в полярной

зоне.

Толчком для начала исследований послужил анализ

полярных сияний

в виде дуг,

расположенных вдоль

силовых

линий

магнитного поля.

Учет характера распределения отражающих

цент­

ров и свойства

зеркальности

отражения позволил

разработать

"геометрию"

авроральных радиоотражений [36] , а

позже -

теорию

рассеяния радиоволн

[і і ]

. Первые

экспериментальные и теорети­

ческие исследования

были направлены, естественно, на установле­

ние связи

между видимым

полярным

сиянием и авроральными ра­

диоотражениями и

привели' к предположению, что отмеченное

яв­

ление характерно

только для

полярной ионосферы.

Так как

"гео­

метрия" авроральных радиоотраженяй на этих широтах позволяет от­ делить описываемый вид распространения от ряда других механиз­ мов переизлучения, то сопоставление экспериментальных данных

с теоретическими прогнозами

значительно облегчается. Это и при­

вело к удовлетворительной феноменологической

теории аврораль­

ных радиоотражений [ і і , 38,

ЬО, 54, 165] ,

хотя далеко не все

3


вопросы в этой области наши удовлетворительное решение

[195].

Здесь следует подчеркнуть вопрос о природе анизотропных“

отра­

жающих центров, где основную роль играют, бесспорно, ионосфер­

ные токовые системы.

 

Позднее исследователи ионосферы на низких широтах, включая

экваториальную зону, столкнулись с существованием аномально по­

вышенных ШЧ« связав это с особыми экваториальными

спорадичес­

кими слоями £ s

. Однако выяснилось, что рассеяние ультрако­

ротких радиоволн

связано с наличием анизотропных

неоднородно­

стей электронной

концентрации, направленных вдоль

магнитного

поля. Учитывая, что в районе экватора эти неоднородности распо­ ложены почти горизонтально, "геометрия" распространения во мно­ гих отношениях не отличается от обычного рассеяния изотропной ионосферой. Поэтому рассеяние от экваториальных поленаправлен­

ных неоднородностей легко обнаруживалось,но труднее

отделялось

от других механизмов распространения. Наличие таких

неоднород­

ностей связывается с появлением экваториальной электроструи. На основе немногочисленных попыток провести аналогию между эква­ ториальными и полярными радиоотракениями сделан вывод о сущест­ вовании общих и различных черт между этими явлениями.

Целенаправленные

эксперименты по обнаружению

рассеяния

аналогичными анизотропными неоднородностями на

средних

широтах

были поставлены лишь в

последние 10 - 15

лет.

Здесь,

с одной

стороны, не обнаруживаются аномально-повышенные ШЧ,

как

в рай­

оне экватора, ибо "геометрия" распространения в этой

зоне

отли­

чается от случая изотропного рассеяния.

С другой стороны,

не по­

являются и видимые сияния, как в полярной области.

Специальные

эксперименты, поставленные на средних широтах, выявили ряд

ха­

рактерных особенностей этой зоны. . На

длинноволновом

участке

ультракоротковолнового

диапазона (30

ч 100 МГц) были обнару­

жены два вида сигналов:

вспышкообразные,

подобные метеорным, и

квазинепрерывныв с

продолжительностью до нескольких часов (ти­

па авроральных радиоотранений). При использовании

коротковол­

нового участка ультракоротковолнового диапазона (300

-

500

МГц)

выявилось, что большинство обнаруженных радиоотражений

принад­

лежит к вспышкообразным сигналам. Некоторые исследователи сред­

неширотной зоны связывают изучаемый тип рассеяния

с

метеорными

явлениями

[56-60, I3S[] .

 

 

Оидшао, природа исследуемых неоднородностей не

едина. Чаще

работают

одновременно несколько механизмов ях

возникновения,


характер которых зависит от широты. Неодинаковость

неоднород­

ностей

обуоловливает

и различные тигш рассеянных сигналов,

по

крайней

мере в первой

стадии. Однако какой бы ни была природа

изучаемых неоднородностей, их эволюция со временем во

многом оп­

ределяется действием магнитного поля на процесс расплывания этих неоднородностей. Это является общим для всех видов неоднородно­ стей.

Количество экспериментальных исследований рассеяния от ани­ зотропной ионосферы на средних широтах пока недостаточно и в отечественной и в зарубежной литературе. В настоящей работе де­ лается попытка восполнить этот пробел и дать краткий сравнитель­ ный анализ полученных результатов с целью выявления как общих, так и отличительных черт исследуемого механизма распространения радиоволн. Наибольшее внимание уделено нами результатам изыска­ ний на средних широтах.

Учитывая, что флуктуации поля сигнала в пункте приема неоут определенную информацию'о структуре и динамике рассеивающих

центров и определяют пропускную способность

х<анала связи и

на­

дежность приема информации, автор уделяет

соответствующее

вни­

мание и этому вопросу.

 

 

Автор выражает глубокую благодарность рецензентам,сотруд­

никам кафедры волновых процессов физического факультета

МГУ

Т.И.Арсениян и Э.С,Воронину за ценные замечания. Особенно

при­

знателен автор научному редактору этой книги проф. А.А.Семенову. Автор благодарит также А.М. Шлихового и Е.Я.Глейбыана,сот­

рудников кафедр физики и общетехиичесних дисциплин БГТШ им. А. Руссо,за помощь,оказанную при подготовке рукописи к изданию.


Г л а в а

I

 

 

 

ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

 

 

Большинство

первоначальных исследований по

обнаружению

и

изучению рассеяния радиоволн неоднородностями ионосферы,

вытя­

нутыми вдоль магнитного поля Земли, проведенных

до I960

г.

на

низких и средних широтах, выполнено радиолокационным способом.

Явление радиоотражений

от полярных а я -"тройных неоднород­

ностей сравнительно хорошо

изучено. Мы затрагиваем эту

проб­

лему лишь потому, что некоторые исследователи, изучая рассеяния

радиоволн на более низких широтах, прибегали к

сравнению полу­

ченных результатов.

 

 

 

 

 

 

 

Целью исследования ионосферы, проведенного

в

1951—1955 гг.

радиолокационным способом, было

более тщательное изучение осо­

бенностей спорадических облаков

ионизации

Fs [ і ,

з].В

частности

методом возвратно-наклонного зондирования изучались сигналы,

рас­

сеянные поверхностью Земли

На индикаторе

типа

 

fl

при

опре­

деленной ориентации антенны локатора часто, наряду с

медленно

замирающим сигналом, рассеянным поверхностью Земли,

обнаружи­

вался новый тип сигнала -

"пушистый" (по его форме на

экране),

частота замираний которого

превосходила частоту

замираний

сиг­

нала, рассеянного Землей.

Новый вид сигнала оказался очень чувствительным к простран­ ственному распределению отражающих центров. Наблюдения за ним

в зависимости от направления антенны локатора привели

к гипотезе

[ 3 ] , что источниками

полученного

сигнала являются

ионизиро­

ванные "колонны", лежащие параллельно силовым линиям

земного

магнитного поля. Для исследования происхождения нового

сигнала

■^Это явление, открытое Н.И.Кабановым и подробно

изученное

им в 1947 - 1958 г г . ,

называется

эффектом Кабанова.

 

6