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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 133

Скачиваний: 0

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

Сравнение параметров, характеризующих горбину

замираний

сигна­

лов

/-/ -рассеяния, с аналогичными величинами при других меха­

низмах распространения, показывает, что

исследуемые

сигналы

в

этом отношении ближе к некоторым видам

авроральных

радиоотра­

жений.

 

 

 

 

 

 

 

Автокорреляционные Функции амплитуды сигналов. Часть

сиг­

налов,

зарегистрированных на обеих частотах (74

и 44

МГц),

была

записана с большой скоростью и подвергнута в дальнейшем

стати­

стической обработке, в ходе которой, в частности, были

найдены

нормированные функции автокорреляции флуктуаций

амплитуды

ква-

зинепрерывных и вспышкообразных П вида

сигналов

большой

продол­

жительности.

Для последних корреляция

исследована

только

во

второй

фазе

их существования, так как в

первой,

когда

сигналы

обусловлены отражением от неоднородностей плазмы с концентраци­

ей

электронов выше критической, огибающая амплитуды

почти

не

изменяется (плоская вершина сигнала).

 

 

 

Большинство экспериментальных автокорреляционных функций

для

таких радиосигналов имеет гауссов вид в области

существен­

ной корреляции и осциллирует относительно нуля в области слабой

корреляции. Экспериментальные данные сравнивались с

шестью тео­

ретическими функциями [і0 8

] :

 

 

 

 

 

 

 

 

f ( T )

= exp

{

 

 

 

 

 

 

(3.18)

 

 

\ ~ * Г ~

 

 

 

 

 

 

при условии, что зеркально отраженная

волна

преобладает

над

спектром рассеянных волн, т .е .

когда J3 г= Е* / І Г £ |

»

7

, и

скорость дрейфа V

"решетки"

неоднородностей равна нулю.При

этом выражение (3.18) не ограничено условием малости

рассеива­

ющих неоднородностей

(

по

сравнению

с

д

;

 

 

 

 

г ) -

гу

( 4 л Ѵт

)

 

 

 

 

 

 

 

Яр

/

 

 

 

(3.19)

 

J

 

 

2я\Е С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Яо

 

 

 

 

 

 

при выполнении условий

уз2 >>

;

и средняя

скорость

хаотичных

движений мелкомасштабных неоднородностей

пренебрежительно мала,

f , ' ( c J = e*P

 

 

 

 

при

 

V = 0,

(3.20)

ІЮ


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

(3.21)

когда ß

- 2

«

 

1

 

когда спектр рассеянных волн преобладает

 

 

/, т .е .

над

зеркадьно

отраженными;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4jtV'C )

при

ß ‘ ^ > 1 ,

(3.22)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2з?Ѵг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* о

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P W = m p -

 

/ б Х г 1>ог г г

д

 

а

, при

<<с

К

(3.23)

 

 

 

 

]

гл-ѵт-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с учетом влияния как хаотичной

скорости,

тал и дрейфа [ іІ 9 ] при

£

Л 0

и

я ^ = Ѵ б і п Ѳ .

Здесь

д 0 - длина волны,

J , -

функ­

ция

Бесселя

 

первого порядка мнимого аргумента.

 

 

 

 

Скорость

тя0

определялась

из требования

совпадения

тео­

ретического

ß t (^ )

или

_/*

(?

)

и экспериментального

значений

функций автокорреляции в одной точке в области существенной кор­ реляции. V - составляющая скорости дрейфа крупномасштабных неоднородностей поперек радиолучей, рассеянных в направлении при­ емника, определяемая из условий совпадения какого-либо из ну­ левых или максимальных значений экспериментальных ß 3Kcn ( t ) 0

теоретических

уэ (т), ß^ ( ? ) функций корреляции.

........

Ни одна из приведенных теоретических функций (3.19)

-(3 .23)

не. учитывает

направленного движения ’заряженных частиц

(элек­

тронов) , например типа ионосферных токовых систем или

ради­

альной диффузии при рассасывании неоднородностей. Все они пред­

полагают турбулентный характер изотропной ионосферы

с

прису­

щими ей двумя основными видами движений:

хаотическим -

мелко­

масштабных неоднородностей и дрейфовым -

"шероховатого

экрана".

При этом вышеприведенные автокорреляционные функции

 

описывают

только частше случаи действующих механизмов: преобладание хао­

тического движения мелкомасштабных неоднородностей;

преоблада­

ние дрейфового

движения

крупномасштабных неоднородностей и слу­

чай , когда оба

движения 'существенно вягтат на

Нормирование

III


фдуктуационной

картины сигнала, но независимы друг от

друга.

Полученные

результаты показывают, что в большинстве

слу­

чаев нормированные автокорреляционные функции как квазинепрерыв-

ных сигналов, так

и последней фазы .длительныя вспышек,

вплоть

до значения

0,2 -

0 ,3 . хорошо аппроксимируются гауссовдой. Для

значений

г

, при

которых

р ( г ) ^

0,2 - 0,3,

функции р* (т) и

р а (t)

не

аппроксимируют экспериментальные

кривые.

Однако в

известных пределах

значений

?

функция

может в какой-

то степени описать ход экспериментальных значений функции авто­ корреляции в области слабой статистической зависимости, где она

осциллирует. Очень редко в качестве

аппроксимации подходит 'функ­

ция уэ (г)

,

Радиус корреляции

 

 

по уровню ,1/е для большин­

ства

обработанных сигналов содержится в пределах

 

 

 

 

 

 

 

0,015

 

^

 

0,075

с

д а

/

= 74

МГц,

 

 

 

 

 

0,05

 

^

ea <âO,I2

с

 

для

 

/ =

44 І.іТц,

 

 

В качестве примера (рис.

51) приведены

автокорреляционные функ­

ции

квазинепрерывных

сигналов,

принятых одновременно на

двух

частотах. На рис. 52

представлены

аналогичные данные для

двух

вспышкообразных сигналов:

(а)

-

продолжительностью

Г’ сии (об­

работан

 

отрезок записи сигнала спустя 70 с от начала

его

появ­

ления)

и

(б) - для

такого же типа

 

сигнала

продолжиіелшестью

2 мин

(обработан

 

отрезок

записи

сигнала

спустя 30 с

от

начала

его

появления).

Автокорреляционные функции

наряду

о

прѵгими

статистическими

характеристиками

выявляют явно

чшетотно ■селек­

тивный характер флуктуацій действующего механизма

раочрогм ра­

нения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Частота замираний амплитуды сигнала. Энергетический спектр.

Частота

 

замираний

амплитуды сигнала

А/-рассеяния

была

оцене­

на как число максимумов в секунду

по записям

сигнала.

Опреде­

лив.

таким

образом

экспериментальную

"среднюю"

частоту

быст­

рых замираний на заданном интервале записи, получили

величину,

на самом деле характеризующую скорость

 

замираний

амплитуды.

Однако она не характеризует весь

спектр

частот

этих

замираний,

а близка

к

максимальной величине

в

этом

спектре.

 

 

 

 

Как

видно

из

образцов

записей

(раздел Ш, данная

г л .) ,ам­

плитуда анализируемых

сигналов

подвержена глубоким

замираниям

с частотой

в

единицы

Гц, на которые накладываются более

быст­

рые,

но менее

глубокие (флуктуации с

частотой

в

десятки Гц.

Как

ІІ2


полный

частотный спектр

замираній амплитуды,

так и распреде­

ление

их мощности по частотам можно выявить,

определив

энер­

гетический спектр.

 

 

 

Так как в абсолютном

большинстве случаев

экспериментальные

значения коэффициента автокорреляции хорошо аппроксимируются гауссоидой, то был найден энергетический спектр замираний ампли­ туда рассеянного сигнала с помощью автокорреляционных функций.

Известно, что для эргодического стационарного процесса

энерге­

тический спектр флуктуаций может быть найден с помощью

Фурьѳ-

преобразования функции

корреляции случайного

процесоа,

задан­

ной или вычисленной

по одной

реализации

(теорема Винера -

Хия-

чина). При гауссовой

аппроксимации нормированной функции

авто­

корреляции (3.18) получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т*

8ягѴо т 1

 

 

 

 

 

 

 

 

V / ( S ) = ±

ехр

С05І2

ъс/і

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9ЛР , - А £

1

 

 

 

(3,24)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

w Щ = ехр

 

 

 

 

 

 

(3.26)

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

ч =

——г

Яг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 - ^ V £v„

 

 

 

 

 

Для спектральной плотности мощнооти флуктуаций

амплитуды

сигнала в этом случае имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d N

— N0F exp

 

 

 

 

 

 

(3.26)

 

d F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

К

 

 

Я

 

 

 

 

 

 

 

 

32.л ^ Ѵг гг*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, найденный частотный спектр замираний ампли­

туды сигнала хорошо

согласуется с

экспериментальными

 

данными

[ 95 ]

. Для примера

(рис. 53 , 54)

приведены

спектральные

плот­

ности

мощности замираний

амплитуда

сигнала

четырех

образцов за­

писи,

функции корреляции

которых

 

представлены соответственно

Зак.І04

ИЗ