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
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 |