Введение к работе
-з -
Актуальность темы. Несмотря на интенсивное развитие спутниковых средств связи, декаметровий диапазон, по-прежнему, широко используется при создании различных радиотехнических систем для обеспечения условий связи в больших пространственных областях. Методы расчета характеристик сигналов декаметрового диапазона развиты, в основном, для случая, когда приемник расположен вблизи поверхности Земли. Однако для практики радиосвязи с самолетами, для радиолокации ракетных стартов и самолетов, при решении научных задач, связанных с наклонным и возвратно наклонным зондированием ионосферы (113 и ШІЗ), важное значение имеет разработка эффективных вычислительных схем расчета полного набора характеристик сигнала по большим просі раї іс і венным областям.
І'лфлбоїапньїе в Начале 7(1-х годов методы расчета, реализованные, в основном, в рамках геометроштгичеекого приближения, позволя-Ю1 проносі и граектрнып синтез распределения поля по пространству и уценить амплитуду ноля сигналов. Для более полного описания процесса распространения радиоволн с учетом дифракционных чффектов вбли-5и каусіпк. в неоднородных средах и средах с крупномасштабными случайными исодиородностями интенсивное развитие в конце 70-х, начале КО-х годов получили методы канонического оператора Маслова [I], параболического уравнения |2|, Интерференционного интеграла [3]. Для анализа распространения радиосигналов в диспергирующих средах был рлзвні метод пространственно-временной геометрической теории дифракции I-J].
I! зги же годы получил развитие метод нормальных волн, основанный на разложении поля но собственным функциям радиальной [поперечной) задачи в волноводе Земля-ионосфера [5]. Этот метод, яв-
ляюшийся одним из основных в подводной акустике и диапазоне длинных волн, показал себя эффективным и для описания ионосферногс распространения радиоволн. Были реализованы схемы численного и аналитического суммирования ряда, создан алгоритм расчета характе-ристик радиосигналов (в том числе и огибающей сигнала) для случая приземного расположения излучателя и приемника [6,7].
Дальнейшее совершенствование метода нормальных волн необхо-
димо было провести в направлении расширения области применения для расчета характеристик радиосигналов в широком диапазоне частот и больших пространственных областях с учетом свойств волновода, близких к реальным. На основе созданных алгоритмов расчета пространственно-частотных распределений поля излучения в волноводе развить метод прямой диагностики условий распространения с использованием текущих экспериментальных данных наклонного и возвратно-наклонного зондирования ионосферы.
Целью работы является развитие схемы расчета пространственно-временных распределений характеристик радиосигналов для прогноза и диагностики условий распространения радиоволн в волноводе Земля-ионосфера. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
-
Обобщить схему расчета характеристик КВ-сигналов по методу нормальных волн на случай приподнятого приемника, включая высоты ионосферы и реализовать высокоэффективные алгоритмы вычисления высотных и дальностных распределений характеристик КВ-сигналов (включая форму огибающей) в Неоднородном волноводе.
-
Разработать и реализовать алгоритмы оперативной диагностики декаметрового радиоканала по реальным данным НЗ и ВИЗ ионосферы.
3. Создать исследовательский программный комплекс, включающий модель среды, алгоритмы расчета характеристик сигналов и базу экспериментальных данных.
Научная новизна выполненной работы состоит в том, что:
1.Проведено обобщение схемы расчета характеристик сигналов па основе метода нормальных волн на случай приподнятого приемника, включая высоты ионосферы, для расчета высотных распределений амплитуды сигнала, временных разверток огибающей сигнала, модовой структуры поля сигналов в неоднородном волноводе.
2.Разработана методика автоматической интерпретации монограмм ИЗ при ЛЧМ зондировании ионосферы.sМетодика основана на использовании результатов моделирования дистанционно-частотных характеристик (ДЧХ) на заданной трассе в режиме долгосрочного прогноза и адиабатической зависимости группового пути мода распространения на относительной сетке рабочих частот f/МПЧ.
3.Разработана методика оперативной диагностики КВ-радиокана.ча. Оперативная диагностика радиоканала по текущим данным ЛЧМ-юндировання ионосферы в режимах НЗ її ВИЗ проводится с использованием алгоритмов расчета модовой структуры поля1 сигналов и адиабатических соотношений между частотными и групповыми характеристиками сигнала при изменениях параметров ионосферы:
си ношение группового пути, соответствующего МПЧ мііда, к длине трассы;
отношение МПЧ модов различных кратностей;
отношение группового пути сигнала НЗ к Длине трассы на относительной сетке рабочих частот //МПЧ.
4.Разработана модель электрических свойств земной поверхности в КП-диапазопе, входящая составной частью в программный исследова-
тельский комплекс прогноза и диагностики условий распространения радиоволн. Модель электрических свойств подстилающей среды строится на основе выделения характерных типов земель с заданными электрическими параметрами Для янппитического представления Нолучен-ною массива данных используются локальные В-сплайны второй степени на равномерной сетке в сферической системе координат.
Практическая ценность выполненной работы определяется возможностью использования разработанных алгоритмов и пакетов программ для прогноза условий распространения радиоволн, диагностики состояния радиоканала и выбора оптимальных рабочих частот радиосвязи, для анализа экспериментальных данных наклонного и возвратно-наклонного зондирования и решения прикладных задач.
Внедрение результатов: Программные комплексы внедрены в ИПГ (Москва, 1984), ОКБ "Агат" (Ангарск, 1987, 1988) и НИИДАР (Москва, 1985). Соответствующие акты внедрения прилагаются.
На защиту выносятся:
-
Схема расчета пространственных распределений характеристик сигналов наклонною зондирования ионосферы в рамках метода нормальных волн и результаты моделирования пространственно-временной структуры поля КВ-сигнзлов в волноводе Земля-ионосфера.
-
Методика и результаты автоматической интерпретации ионо-грамм наклонного зондирования непрерывным ЛЧМ-сигналом.
3. Методика и результаты оперативной диагностики KB радиоканала по текущим данным ЛЧМ-зондирования ионосферы в режимах НЗ и ВИЗ.
4. Исследовательский комплекс, включающий в себя алгоритмы расчета характеристик сигналов, модель ионосферы, модель электриче-
ских свойств земной поверхности и базу экспериментальных ионаграмм ИЗ и ВИЗ.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях: "Распространение километровых и более длинных радиоволн (Алма-Ата
1984), по ионосферному прогнозированию (Новосибирск - 1985, Иркутск - 1991), I и II отраслевой МПСС (Москва - 1984, 1986), Ш МРП (Москва - 1986), XV, XVII, XVIII по распространению радиоволн (Алма-Ата - 19t>7, Ульяновск -1993, С.-Петербург - 1996), "Ионосфера и взаимодействие декаметровых радиоволн с ионосферной плазмой" (Звенигород - 1989), молодых ученых (Звенигород - 1989), "Специальные вопросы физики ионосферы и распространения радиоволн" (Горький - 1989), "Распространение радиоволн и проблемы радиосвязи ДКМВ диапазона" (Н.-Новгород - 1991), "распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" (Смоленск -1992), XXIII, XXV Генеральных ассамблеях URSI (Прага, Чехословакия
1990, Лиль, Франция - 1996), IEEE AP-S (Newport Bearch, USA, 1995), 1SAP'92, ISAP96 (Sapporo -1992, Chita - 1996, Japan), ISRP'93, ISRP'97 (Beijing - 1993, Qingdao - 1<)97, China), "100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождения радиотехники" (Москва - 1995), "Радиофизика и электроника: проблемы науки и обучения" (Иркутск - 1995), "Информационные технологии и радиосети - 96" (Омск - 1996), на семинарах отдела распространения радиоволн ИСЗФ (СибИЗМИР) СО РАН.
Личное участие. Автор принимал участие в постановке задач, разработке методик и алгоритмов расчета высотных разрезов поля излучения в волноводе Земля-ионосфера, расчета модовой структуры сигналов НЗ и ВИЗ. в разработке методики оперативной диагностики KB-
радиоканала, в создании программного исследовательского комплекса. Им самостоятельно разработаны модель электрических свойств земной поверхности, методика автоматической интерпретации ионограмм на-кппинпгп чпттирппяніія, прпврдрно_цисденное-Мпдедироляние-»-лтер^^ претация полученных результатов.
Публикации. По Теме диссертации опубликовано 20 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, двух разделов, заключения и двух приложений с общим объемом 164 страницы, включая 52 рисунка, 2 таблицы и список литературы из 137 наименований.
