Введение к работе
Актуальность темы. Исследования среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущения (СМ ПИВ) представляют большое интерес для понимания физических процессов в ионосфере, поскольку ПИВ в значительной степени определяют ее динамику и тонкую структуру. Характерный горизонтальный масштаб этих возмущений 50-200 км, амплитуда - 0.5-5 Ж, временной период Т --10-100 мин.
Причиной возникновения ПИВ являются акусто-гравитационные волны (АГВ), генерируемые в нижней атмосфере и достигающие ионосферных высот. Эта гипотеза в настоящее время считается общепризнанной, Хі.тя не все полученные в экспериментах хараістеристкки ПИВ могут быть объяснены в рамках теории АГВ. Остается такие открытым вопрос о возможных источниках генерации АГВ.
С другой стороны, ПИВ являются серьезным фактором, определяющим искажения трансионосферных сигналов специальных радиотехнических систем навигации, связи, пеленгации и локации, а также радиоастрономических интерферометров. Оказалось, что эти искажения сравнимы или даже больше по величине, чем регулярные вариации, обусловленные глобально-суточными изменениями в ионосфере. Последние могут быть скорректированы на основе использования современных моделей регулярной ионосферы. Скомпенсировать же; влияние ПИВ пока не представляется возможным прежде всего потому, что удовлетворяющая современным .ребпваниям модель ПИВ . еще не создана И 3. Для создания такой модели необходимо дальнейшее развитие экспериментальны*" ,исследований неоднородно]? структуры ионосферы.
Подавляющий объем экспериментальной информации о ПИВ получен при вертикальном или наклонном радиозондировании ионосферы в декаметровом диапазоне волн. В последнее время дои; исследований ПИВ все чаще стали применять методы, использующие трансионосферные сигналы метрового и дециметрового диапазонов.
Важным источником информации оПИВ являются измерения углов прихода трансионосферных сигналов, осуществляемые с помощью современных радиоинтерферометрических систем. Однако известные способы определения основных параметров пространственной структуры и динамики СМ ГОШ на основе одновременных измерений угла ' поворота плоскости поляризации и углов прихода трансионосферных радиосигналов не дают всей совокупности пространственно- временных характеристик ПИВ. В частности, практически полностью отсутствуют сведения о дисперсионных характеристиках ПИВ. До сих пор нет согласия по поводу их спектральных и динамических характеристик, хотя эти характеристики являются основополагающими при построении моделей неоднородной структуры ионосферы, а также при прогнозировании ожидаемых. " искажений трансионосферных * сигналов радиоастрономических и радионавигационных систем.
Цель данной работы: изучение спектральных и дисперсионных характеристик среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений на основе:
- создания автоматизированного радиотехнического комплекса
для одновременных измерений основных характеристик
трансионосферного радиосигнала геостационарного ИСЗ ITS-2 на
частоте 136 МГц вблизи г. Иркутска (54 с.ш., 102 в.д.);
- организации и проведения годового цикла непрерывных
измерения всех' основных параметров трансионосферяого радиосигнала в различных ге.шо-геофизических условиях;
разработки алгоритмов и программ обработки экспериментального материала, реализующих статистический метод определения спектральных, дисперсионных и динамических характеристик СМ ПИВ;
- исследования спектральных, дисперсионных и динамических характеристик ПИВ и сопоставление полученных оценок с результатами других авторов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
а) впервые разработана и сконструирована автоматизированная
система для разнесенного приема (база % 200 м.) радиосигнала 136
МГц геостационарно: о ИСЗ и проведен годовой цикл непрерывных
одновременных измерений амплитуды, фазы, частоты и поляризации
этого радиосигнала в различных гелио-геофизических условиях;
б) показано, что независимо от сезона в дневное время
спектры мощности.обусловленных ПИВ вариаций полного электронного
содержания ШЭС), хорошо аппроксимируются двумя степенными
зависимостями с показателями степени 2.5 (для низкочастотного
диапазона периодов 100-20 минут) и 6 (дм высокочастотного
диапазона периодов 20-10 минут); перегиб спектра лежит в
диапазоне периодов 15-30 минут; в ночное время спектр
характеризуется одной степенной зависимостью с показателем
степени 4;
в) впервые на осново статистического метода оценки
дисперсионных свойств ПИВ, представленных в виде совокупности
плоских слабозатухающих бегущих волн, определена дисперсия
фазовой скорости этих волн; показано, что в дневное время для
низкочастотных волновых возмущений (Т = 20-100 мин.) характерна
положительная дисперсия, а для высокочастотных <Т = 20-10 мин.)
- б -
- слабэя отрицательная; в ночное время уверенно отмечается только положительная дисперсия; установлено, что характер дисперсионной кривой существенно не зависит от сезона;
г) установлено, что для дневного времени суток одномерный
пространственный спектр СМ ПИВ имеет степенной характер с
показателем степени 4, что хорош согласуется с прямыми
измерениями электронной концентрации на борту ИСЗ, проведенными
на средних шротах;
д) определено преимущественное направление распространения
СМ ГОШ и их степень коллимированности, характеризующая дисперсию
направлений спектральных составляющих ПИВ; установлено, что
высокая степень коллимированности характерна только для дневных
ЛИВ с периодами 15-30 минут.
Научная и практическая значимость. Полученные в диссертации новые сведения о структуре и динамике среднемасштабных ионосферных возмущений могут быть использованы при разработке модели неоднородной ионосферы, а также для оценки искажений трансионосферных радиосигналов систем космической связи, навигации.и радиоастрономии.
Результаты работы внедрены в научно-исследовательских работах "Баргузин", "Градиент", "Проект ТИР", "Месбор", "Мараверс".
Личный вклад автора заключался в активном участии в разработісо и создании радиотехнического комплекса, в проведении годового непрерывного цикла измерений вариаций основных параметров трансионосферного радиосигнала, в разработке алгоритмов и программ обработки экспериментального материала, в ого анализе и обобщении.
На защиту выносятся:
1. Автоматизированный приемный комплекс для одновременных
измерений всех основных параметров трансионосфарного
радиосигнала.
-
Результаты годового цикла непрерывных измерения амплитуды, частоты, фазы, угла поворота плоскости поляризации и направления прихода трансионосферного радиосигнала геостационарного ИСЗ ITS-?.
-
Алгоритмы и программы обработки экспериментальных данных, реализующие статистический метод определения спектральных и дисперсионных характеристик ПИВ, искажающих трансионосферные радиосигналы.
4. Результаты исследования временных и пространственных
спектров, дисперсии фазовой скорости, преимущественного
направления перемещения СМ ПИВ и их степени.коллимированности.
Апробация работы. Материалы, представленные в диссертации, обсуждались на заседаниях семинара отдела ионосферных исследований ИСЗФ, на научных конференциях ИСЭФ, на всесоюзных и международных конференциях по неоднородной структуре ионосферы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 79 страниц машинописного текста, 23 рисугаса на 23 страницах, список цитируемой литературы из 87 наименований работ советских и зарубежных авторов. Общий объем диссертации составляет юб страниц . Дяя удобства чтения обзор литературных данных дается в разделах, соответствующих рассматриваемой проблеме.