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

наибольшее значение (Д МПЧ = 0,8ч-0,4 Мгц) не превышает, как правило, 5% от МПЧ линий связи. Поэтому при исследова­ нии траектории радиоволн, перекрывающих одним скачком рас­ стояние более 1000 км, эффектом магнитного поля обычно пре­ небрегают.

Третья группа факторов, определяющих точность расчетов,— это недостаток сведений о N (^-распределении в ионосфере и его вариациях и соответственно связанных с этим градиентах элек­ тронной концентрации. Это весьма существенный источник оши­ бок. Количественные оценки их приведены в § 2 данной главы.

Обращение к некоторым искусственным моделям ионосферы (квазипараболический, квазилинейный слой) является методи­ ческим приближением. Как было показано в гл. Ill, оно суще­ ственных ошибок не вносит.

К четвертой группе факторов, влияющих на точность расчетов характеристик распространения радиоволн, можно отнести не­ стабильность характеристик самой ионосферы. Статистические параметры изменчивости ионосферы активно изучаются в послед­ нее время [119, 1201, и имеются некоторые материалы, позволяю­ щие оценить влияние изменчивости ионосферы на траекторию радиоволн и другие характеристики. Результаты этой оценки при­ ведены в § 3 настоящей главы.

§ 2. Ошибки в определении отдельных параметров -распределения и их влияние

на точность расчета траекторий

При распространении радиоволн мейсду двумя наземными пунк­ тами или в тех случаях, когда передатчик и приемник находятся ниже главного максимума ионосферы, траектории волн и другие характеристики распространения определяются распределением электронной концентрации с высотой в нижней части ионосферы (от начала слоя Е до главного максимума ионизации в области^).

Величина N m определяется многими способами и может быть получена с достаточной для расчетов точностью. Наибольшую информацию о N m (или критической частоте) области F дают ми­ ровая сеть ионосферных станций и зондирование ионосферы с ИСЗ. Причем значения критической частоты получаются непо­ средственно из измерений, отсутствуют какие-либо пересчеты, включающие различные допущения.

В настоящее время имеются методики прогнозирования ве­ личин f 0F2 и N mF2 [3], позволяющие при прогнозе солнечной активности с точностью +10 W в областях, удовлетворительно осве­ щенных данными ионосферных станций, прогнозировать меди­ анные за месяц значения f 0F2 с точностью +10% . Долгосрочные прогнозы f 0F2 (а также критических частот других регулярных слоев ионосферы) могут быть использованы для расчета средних характеристик распространения радиоволн. При этом следует иметь в виду, что максимальная электронная концентрация слоев

123

ионосферы претерпевает, кроме регулярных, суточных, Сезонных и других вариаций, учитываемых долгосрочным прогнозом, еще нерегулярные флуктуации вокруг медианных значений (см. под­ робнее следующий параграф).

Сложнее обстоит дело с точностью N (^-распределения, ха­ рактеризующего электронную концентрацию на любом уровне ионосферы. Наиболее «прямым» методом измерения N (/^-распре­ деления во всей толще ионосферы являются измерения с помощью ракет, но и они могут содержать некоторую погрешность. Кроме того, такие измерения являются эпизодическими и ие могут дать полное представление о вариациях и глобальной картине N (h)-

121

однако эти расчеты обычно выполняются при определенных упро­ щающих предположениях (монотонность профиля, учет одной магнито-ионной составляющей и др.), влекущих за собой неточ­ ности. Как видно из примеров, приведенных в [121], иеучет до­ полнительного минимума ионизации между слоями может при­ вести к ошибке на некоторых уровнях верхнего слоя, составляю­ щей 50% от определяемого значения концентрации, или ошибке в высоте до 20—25 км. Такого же порядка неточности в отдельных случаях возникают при использовании для расчетов только одной компоненты (обыкновенной) на ионограммах.

Следует заметить, что при расчете траекторий некоторые ошиб­ ки в определении электронной концентрации, характерные для небольшого интервала высот, могут сглаживаться, поскольку траектория определяется путем интегрирования по всей глубине ионосферы до области отражения.

Оценить количественные расхождения характеристик траек­ торий при изменении параметров и формы N (/і)-профиля можно по материалам, приведенным в гл. III.

Неточность в знании высот, на которых располагается слой

стик, связанных только с траекторией в самом ионизированном

(до 100 км), практически не вносит ошибок в расчет характери­ слое,

таких, как і/отр и D t, при условии, что толщина слоя изве­

стна достаточно точно и уотѵ и D, определяются заданным значе­ нием ф0. Однако полное расстояние D и углы выхода (прихода) излучения А, зависящие в сильной степени от высоты нижней границы слоя, существенно изменяются даже при ошибке в h0 на 25—50 км. Так, например, если при hQ— 200 км, ут = 80 км,

следующие изменения в общей траектории радиоволн с заданной

0

временно возрастает глубина проникновения в слой. Еще больше изменения DQ— с 2070 до 2250 км. Следовательно, общее увели-

124

чеппе D при подъеме слоя па 25 км будет 220 км. При этом сле­ дует заметить, что с увеличением h0растет как D0, так н (вслед­ ствие уменьшения ср0 и приближения его значения к критическому для данной рабочей частоты). Причем рост D 0 с увеличением h0 наибольший при углах нзлучеппя, близких к касательным, и мо­ жет достигать ~ 200 км при Ah = 25 км.

Рост Di незначителен при ср0, далеких от критического, и воз­ растает с приближением к ср0Іір до 200—300 км.

Ошибки в полутолщипе слоя до 20—30 км при достаточной точ­ ности определения h0 дают несколько меньшие по абсолютной ве­ личине расхождения. Так, из рис. 30 видно, что при очень боль­ шом различии полутолщин в 60 км расхождения в Di для одного и того же ср0 в большинстве случаев не превышают 300—400 км, доходя до величин ~ 600 км только в редких случаях (при 2,8 и бо­ лее). Следовательно, при ошибке в ут ~ 20 км можно ожидать ошибку в D і ■—■100-^-150 км, если при этом h0 не имеет ошибки, то ошибка в полном расстоянии D будет определяться только ошиб­ кой в Di. Общее расстояние D, перекрываемое при данном угле излучения Д, уменьшается при уменьшении ут и увеличивается

сего ростом. Что касается изменения углов прихода для фикси­ рованного расстояния, то они уменьшаются (для нижнего луча)

суменьшением ут. Причем наибольшие расхождения в Д имеются тогда, когда рабочая частота близка МПЧ, но в большинстве слу­ чаем не превышают 2°, а в основной массе меньше 1°. Все количе­ ственные оценки, приведенные выше, произведены в предположе­ нии, что N (/^-распределение в отражающем слое может быть ап­ проксимировано параболой. Такие же оценки могут быть выпол­ нены и для линейного слоя. Характер изменений для линейного и параболического слоев подобен, наблюдаются только некоторые количественные различия.

Втабл. 14 в качестве примера приведены изменения, которые

претерпевают углы 6Д и расстояния бD, соответствующие МПЧ,

Т а б л и ц а 14

125

при пзмепении / 0 на 7—10%, ут — иа 20% и h0 — на 25%. Из таблицы видно, что ошибки h0, ут вызывают ошибки D того же знака и ошибки А обратного знака, ошибки /0 приводят к ошиб­ кам D того же знака и ошибкам А обратного знака. При одина­ ковом относительном изменении наибольший эффект вызывается изменением критической частоты, наименьший — изменением полутолщішы. Кроме того, 6Д и бD зависят от отношения рабочей частоты к критической частоте слоя, наибольшие их величины на­ блюдаются при высоких ///с. В частности, особенно большие зна­ чения 8D появляются при ///с, близких к предельным.

В табл. 14 приведены величины изменения D и А, вычисленные для сферического слоя. В горизонтально-неоднородном слое ха­ рактер изменения D и А при изменениях /с и геометрических па­ раметров слоя подобен.

Далее следует остановиться на точности определения градиен­ тов параметров слоя. Если через б/с обозначить ошибку в опреде­ лении /0, то

где первый член соответствует истинной величине градиента, вто­

Если основной причиной ошибки б/с является, например, ошибка прогноза солнечной активности, то б/С1 и б/С2 будут иметь одинако­ вые знаки и примерно равны по величине. В этом случае даже при большой абсолютной величине б/С1 и б/С2 суммарная ошибка гра­ диента будет мала. Если же б/С1 и 6/С2 определяются локальными ошибками в двух пунктах, то знак их может быть произвольным и суммарная ошибка значительна.

Как видно из выражения (7.1), точность определения гради­ ента зависит также и от масштаба А0. Если градиент определяется на малых расстояниях, то второй член в выражении (7.1) может быть сравним с первым членом или даже больше его.

При расчете параметров траектории в неоднородной ионосфере

126

Ошибки градиентов параметров hm и ут определяются анало­ гично (7.1). Они несколько больше AöfJAD, так как точность их определения меньше точпости /с. При этом следует заметить, что точность определения по имеющимся ионосферным данным регу­ лярных градиентов всех параметров не должна вносить больших ошибок в расчеты траекторий. Во многих случаях при абсолютных ошибках и определении /с или других параметров, например при иеточпом прогнозе, тенденция их изменения в восходные (заходные) часы, в широтном ходе, сохраняется, и это дает верные зна­ чения градиентов. Абсолютные значения ошибок D, А, а, вноси­ мых неточной оценкой градиентов AfJAD и Д/с/Д%, могут быть оп­ ределены по графикам D (А), а также по материалам гл. IV.

В табл. 15 в качестве примера приведены значения углов Д, соответствующие наименьшему расстоянию скачка D для неко­ торых отношений ///с при разных значениях dfJdD. Из таблицы видно, что наибольшие ошибки в А и D из-за ошибки в градиенте будут возникать при больших отношениях ///с, малых углах и больших расстояниях.

§ 3. Зависимость характеристик распространения радиоволн от формы Аг( h ^-распределения

деления известен достаточно точно. В реальной иопосфере форма

точно проста и удовлетворительно соответствует N (/^-рас­ пределению в основных частях регулярных слоев. Отклонения от параболического закона, характерные для уровней, близких к началу слоя, не вносят значительных искажений в траекторию

127