Файл: Керблай, Т. С. О траекториях коротких радиоволн в ионосфере.pdf

Т. С. Керблай, Е. М. Ковалевская

О ТРАЕКТОРИЯХ

КОРОТКИХ РАДИОВОЛН

В ИОНОСФЕРЕ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»

МОСКВА

19 74

УДК 621.371+550.388.2

j ! Ч И Т А Л Ь Н О Г

О траекториях коротких радиоволн в ионосфере. К е р б - л а іі Т. С., К о в а л е в с к а я Е. М. М., «Наука», 1974.

В книге изложены современные представления о характере траекторий коротких радиоволн в ионосфере, о методах вычисле­ ния траектории, о систематизации имеющихся в настоящее время результатов расчетов траекторий.

Книга представляет интерес для радпофнзиков и радио­ инженеров, занимающихся вопросами расиространеиия корот­ ких радиоволн.

Табл. 28. Илл. 83. Библ. 122 назв.

Ответственный редактор

кандидат физико-математических паук

М. П. КИЯНОВСКИЙ

© Издательство «Наука»,

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДА К ТО РА

Ч

Развитие исследований и приложений, связанных с декаметро­ выми волнами, привело в настоящее время к существенным, если не радикальным, изменениям в подходе к вопросу об определе­ нии условий распространения радиосигнала. Изменяется соотно­ шение между инструментальными и расчетными методами получе­ ния необходимой информации. Появились средства, позволяющие оценивать условия распространения чисто техническим путем. В то же время резко возросли (главным образом за счет исполь­ зования ЭВМ) строгость, точность и детальность методов рас­ чета. Тесная взаимозависимость в результатах, получаемых ин­ струментальными и расчетными методами, является дополнитель­ ным стимулом к дальнейшему развитию обоих этих направлений.

Книга Т. С. Керблай и Е. М. Ковалевской является итогом их многолетней работы в области прогнозирования и анализа рас­ пространения радиоволн. Отсюда законченность изложения, вклю­ чающего необходимые сведения об ионосфере и прогнозе ее пара­ метров, метод расчета характеристик радиосигналов и большое число расчетных материалов. Основным содержанием книги яв­ ляется учет влияния градиента параметров ионосферы на распро­ странение декаметровых воли. В соответствии с этой главной зада­ чей излагаются разработанный авторами метод расчета и исполь­ зуемые способы модельного представления ионосферы.

Книга дает не только весьма полное качественное представле­ ние о влиянии трехмерной неоднородности ионосферы на распро­ странение радиоволн, но в ряде случаев — и количественное описание эффектов. Последнее относится в основном к коротким радиотрассам, поскольку при анализе протяженных радиолиний имеется ряд трудностей, выходящих за рамки книги, как это спра­ ведливо отмечено и самими авторами.

Книга будет несомненно полезна специалистам в области при­ ложений и исследования декаметровых волн.

М. П. Кияновский

П РЕДИ С Л О ВИ Е

Знание траекторий коротких радиоволн в ионосфере необхо­ димо для решения широкого круга технических и теоретических проблем. Большие требования, предъявляемые к скорости пере­ дачи информации по коротковолновым радиоканалам, к точности пеленгации, радиолокации и других технических использований коротких радиоволн, заставляют отказаться от господствовавших ранее схематических представлений об эквивалентной траектории радиоволн в ионосфере.

В настоящее время развиваются методы расчета траекторий радиоволн, позволяющие с необходимой для практики точностью учесть целый ряд особенностей ионосферы как среды, в которой происходит распространение коротких радиоволн.

При решении задач, связанных с определением траекторий радиоволн, ионосферу следует считать в. общем случае неоднород­ ной, анизотропной ионизированной средой, учитывать эффекты рассеяния, нелинейные эффекты. Однако одновременный учет перечисленных факторов приводит к чрезвычайно громоздкому математическому аппарату, в связи с чем в большинстве случаев задача в общем виде не решается.

Кроме того, несовершенство современных представлений о строении ионосферы (особенно о микроструктуре и ее времен­ ных вариациях), о физических параметрах на уровне ионосферы делает нецелесообразным решение задачи в общем виде. По­ этому учет отдельных свойств ионосферы обычно производится независимо.

' В настоящей книге ионосфера рассматривается как трехмерно­ неоднородная среда. При этом учитывается только крупномасштаб­ ная неоднородность, приводящая к плавноменяющимся градиен­ там электронной концентрации. Мелкомасштабная неоднород­ ность, являющаяся причиной рассеяния радиоволн, высокие гра­ диенты электронной концентрации, вызывающие частичное отра­ жение радиоволн, из рассмотрения исключены. Это позволяет для описания основных характеристик траектории радиоволн поль­ зоваться методами геометрической оптики. В процессе изложения рассматриваются следующие случаи:

6

Г л а в а I

МОДЕЛИ ИОНОСФЕРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ТРАЕКТОРИЙ РАДИОВОЛН

§ 1. Общие сведения об ионосфере

Основной характеристикой ионосферы, определяющей траек­ торию радиоволны, является показатель преломления радиоволн

в ионосфере п. Показатель преломления зависит главным обра­ зом от электронной концентрации [1, 2], поэтому весьма важно знать вариации электронной концентрации в ионосфере и ее высот­ ное распределение.

Ионосфера включает область высот от 60 км до нескольких тысяч километров. На некоторых высотах электронная концен­ трация достигает максимумов, которые получили название иони­ зированных слоев. Схематически зависимость электронной кон­ центрации от высоты изображена на рис. 1. Нижней границей

ионосферы можно считать высоты Q—80 км, на которых распо­

лагается наиболее низкий слой ионосферы, влияющий на распро­ слой D. Однако электронная кон­

2-10s ent-3. В основном на этих же высотах появляется споради­ ческий слой Es, разброс высот слоя Es значительно больше, чем регулярного слоя Е. Электронная концентрация слоя Es также меняется в широких пределах, в отдельные периоды она значи­ тельно превышает концентрацию слоя Е и может достигать 10° ent-3. Далее следует область F, простирающаяся вверх от вы­ соты 150—180 км. Летним днем в области F появляются два мак­

5

(Ne ~ 10° ent-3). Ночью на всех широтах и днем зимой в средних широтах в области F наблюдается только один максимум, обозна­ чаемый F2. " -

Верхняя часть области F (выше максимума электронной кон­ центрации) простирается до больших высот.

Верхней границей ионосферы можно считать высоты около 1000*— 1500 км над поверхностью Земли, где электронная концепт-

9

У

[3]. В отличие от критической частоты слоя параметры, харак­ теризующие распределение электронной концентрации с высотой, не могут быть получены непосредственно с ионограммы вертикаль­ ного зондирования, они определяются расчетом при некоторых предположениях. Имеющиеся в настоящее время методы расчета /^(/^-распределения [2, 4], дополненные результатами изме­ рений с помощью других, более современных методов (метод неко­ герентного рассеивания, измерения с ракет и спутников), позволи­ ли получить некоторое глобальное представление и об этом весь­ ма важном параметре ионосферы [5, 6].

Следует отметить, что имеющиеся сведения не являются ис­ черпывающими, особенно в отношении параметров внешней ионо­ сферы, и подлежат дальнейшему уточнению. Тем не менее они дают некоторый фактический материал, содержащий параметры ионосферы, необходимые для расчета траекторий радиоволн. Вопрос о представлении этих сведений в наиболее удобной для расчета форме и о конструировании моделей ионосферы, удоб­ ных для выполнения расчетов и позволяющих с достаточной точностью аппроксимировать иоігосферу при заданных условиях, рассматривается в следующих параграфах.

10