К.т.н. Еремин А.М.

Ставропольский государственный педагогический институт

Разработка метода определения интенсивности неоднородностей по данным вертикального ионосферного зондирования

Существующие способы вертикального зондирования ионосферы не позволяют количественно определить величину интенсивности неоднородностей , поскольку не устанавливают взаимосвязи последней с параметрами высотно-частотной характеристики (ВЧХ), т.е. зависимости h_д=Ψ() действующей высоты отражения h_д волны от частоты вертикального зондирования . Поэтому актуальной является разработка метода количественной оценки величины интенсивности неоднородностей в зависимости от степени уширения (размытости) ВЧХ, полученной при вертикальном зондировании ионосферы.

Известно [1, 2], что основу построения ВЧХ составляет зависимость

, (1)

где - нижняя граница отражающего слоя ионосферы; - истинная высота отражения вертикально направленной волны с частотой ; - коэффициент преломления ионосферы на высоте ; 80,8 – коэффициент, имеющий размерность ; - распределение ЭК по высоте h.

Признаки диффузности иногда наблюдаются в виде уширения ВЧХ при приближении частоты к критической () (рисунок 1а). Критическая частота отражающего слоя ионосферы () определяется как частота отражения вертикально направленной волны

(2)

на высоте (h) отражения (), соответствующей высоте размещения максимума ЭК () в ионосфере:

. (3)

Рисунок 1 – Высотно-частотные характеристики: а) в отсутствие диффузности; б) в условиях диффузности

При параболической модели распределения в отражающем слое выражение (1) сводится к виду [2]

(4)

где - высота максимума ЭК ионосферы относительно ее нижней границы.

При диффузности ионосферы типичный вид ВЧХ приведен на рисунке 1б. Он представляет собой, как указывалось выше, зависимость интервала разброса действующих высот отражения от интервала разброса частот вертикально направленной волны .

Распределение ЭК в ионосфере следует описывать в общем случае совокупностью изменения по высоте ее среднего значения и пространственных флуктуаций ЭК в неоднородностях:

. (5)

Согласно экспериментальным данным СКО относительного значения , называемое интенсивностью неоднородностей , на высотах h=80…400 км примерно постоянно:

. (6)

В нормальной ионосфере интенсивность неоднородностей мала , а в условиях диффузности в слое F она может заметно возрастать (до ).

Согласно (6) абсолютное значение СКО ЭК в неоднородностях ионосферы возрастает прямо пропорционально увеличению средней ЭК с ростом высоты h

(7)

и достигает максимальной величины на высоте максимума ионизации :

. (8)

С учетом неоднородностей ЭК в отражающем слое ионосферы (5) частота отражения вертикально направленной волны (2) будет определяться как

, (9)

где

(10)

- среднее значение .

Если относительные флуктуации ЭК в неоднородностях на любой высоте намного меньше единицы (): ,

то второй сомножитель (9) можно разложить в биномиальный ряд

. (11)

С учетом (11) выражение (9) для можно представить в виде суммы регулярной (среднего значения) и флуктуационной составляющих [3]

, (12)

где

. (13)

Тогда СКО вертикальной частоты отражения волны (12) от неоднородной ионосферы будет описываться с учетом (6) выражением вида

. (14)

Аналогично (9 – 13) критическая частота ионосферы (13) с учетом влияния неоднородностей ЭК (5) будет описываться регулярной и флуктуационной составляющими:

(15)

где

; (16)

. (17)

Случайная величина аналогично (14) описывается СКО вида

. (18)

Сравнительный анализ выражений (7, 14) и (8, 18) показывает, что по мере увеличения СКО флуктуаций ЭК с высотой пропорционально возрастает СКО флуктуаций вертикальной частоты отражения волны от неоднородностей ионосферы и на высоте они достигают максимальных значений: ; .

Учитывая, что действующая частота отражения вертикально направленной волны изменяется пропорционально истинной , выражения (14, 18) позволяют объяснить известный факт появления признаков диффузности в виде уширения (размытости) ВЧХ по мере приближения к (рисунок 1 а). При < величина расплывчатости ВЧХ будет меньше, чем при = :

. (19)

Поэтому в условиях невозмущенной ионосферы, когда интенсивность неоднородностей расплывчатость ВЧХ при < не наблюдается и ее признаки (рисунок 1 а) становятся чуть заметными лишь при максимальных значениях = .

Величину интенсивности неоднородностей ЭК ионосферы можно оценить по расплывчатости ВЧХ (рисунок 1б) приближенно как отношение , а более точно – согласно выражениям (6) и (18) [4]

. (20)

Таким образом, разработан метод, позволяющий согласно выражению (2.20) количественно оценить интенсивность неоднородностей ЭК по графикам ВЧХ в условиях диффузности ионосферы.

Литература.

1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. – М.: Связьиздат, 1972.-336 с.

2. Черенкова Л.Е., Чернышов О.В. Распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1984. – 272с.

3. Пашинцев В.П., Солчатов М.Э., Гахов Р.П. Влияние ионосферы на характеристики космических систем передачи информации: Монография. – Физматлит, 2006. - 184 с.

4. Пашинцев В.П., Омельчук А.В., Коваль С.А., Галушко Ю.И. Метод определения величины интенсивности неоднородностей по данным ионосферного зондирования // Двойные технологии, 2009, №1 (46), С. 38-41.