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
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