Введение к работе
Актуальность темы. Важной задачей практики коротковолновой (KB) радиосвязи является контроль за состоянием канала связи, состоящего из динамичного природного космического ресурса - ионосферы. Одним из широко применяемых для прямой диагностики ионосферного канала связи методов контроля является наклонное зондирование (НЗ) непрерывным радиосигналом с линейной модуляцией частоты (ЛЧМ). Используемые для этой цели ЛЧМ ионо-зонды характеризуются малой излучаемой мощностью, высокой разрешающей способностью, помехозащищенностью, дальностью зондирования, достигающей десятков тысяч километров, и широкой полосой (до 30 МГц) зондирующего сигнала. Они все активнее становятся практическим средством повышения надежности KB радиосвязи и по-прежнему используются для исследования свойств ионосферы.
Как любой научно-исследовательский инструмент ЛЧМ ионо-зонд требует теоретической поддержки. Для этого необходима методика анализа непрерывного ЛЧМ сигнала и радиоканале, состоящем из передающего и приемного комплексов нонозонда л волновода Земля-ионосфера.
При грацициониом подходе основной частью анализа является решение задачи о распространении радиосигналов в ионосферном канале связи. При решении рассматриваемой задачи возникает неразрешенная в настоящее время проблема, заключающаяся в отсутствии строгой теории распространения широкополосных KB радиосигналов в ионосфере. Существующие методики анализа [1,2] используют подход, заключающийся в формальном разбиении излучаемого непрерывного ЛЧМ радиосигнала на узкополосные импульсные сигналы. Анализ проводится для квазимонохромати-
ческих ЛЧМ радиосигналов, для которых теория распространения в ионосфере хорошо известна. Основные проблемы таких меіодик заключаются в недостаточном теоретическом обосновании используемого подхода и в определении амплитудных характеристик (формы) излучаемых узкополосных ЛЧМ радиосигналов.
В диссертации предлагается подход к построению методики анализа непрерывного ЛЧМ сигнала в KD радиоканале при НЗ ионосферы и первичной обработке сигнала в приемном комплексе ионозонда методом сжатия по частоте, позволяющей обойтись без решения самостоятельной задачи распространения широкополосных радиосигналов в ионосфере.
Целью диссертационной работы является разработка методики моделирования формы регистрируемого ЛЧМ радиосигнала при наклонном зондировании ионосферы на основе метода нормальных волн.
Данная цель предполагает решение следующих задач: 1. Провести анализ работы ЛЧМ ионозонда в режиме НЗ ионосферы с первичной обработкой принятого радиосигнала методом сжатия по частоте.
-
В рамках метода нормальных волн (МНВ) [3,4] провести обобщение решения задачи распространения для точечных диполей на случай излучателя с произвольно заданным распределением тока.
-
Получить решение задачи о возбуждении приемной антенны в падающем KB поле, заданном в виде ряда нормальных волн.
-
Построить передаточную функцию изотропного ионосферного KB канала связи, состоящего из приемно-передающих антенно-фидерных устройств и регулярного волновода Земля-ионосфера.
Научная новизна состоит в следующем.
1. Разработана методика анализа декаметрового радиоканала при НЗ непрерывным ЛЧМ радиосигналом, позволяющая обойтись
без решения самостоятельной задачи распространения широкополосного KB радиосигнала в ионосфере. Регистрируемый отклик радиоканала на ЛЧМ радиосигнал состоит из последовательности спектров временных выборок обработанного сигнала. Показано, что выражение для отдельного спектра идентично отклику ионосферного канала связи на узкололосный импульсный радиосигнал с огибающей, повторяющей форму спектральной функции окна. Проведено исследование формы регистрируемого спектра в зависимости от характеристик режима работы ЛЧМ ионочонда при ИЗ ионосферы.
-
В рамках МНВ получены решения залами возбуждения сферически-симметричного волновода Земля-ионосфера произвольным излучателем и задачи о возбуждении токов в произвольной приемной антенне в падающем поле, заданном рядом нормальных волн. Установлены связи между характеристиками передающей и приемной антенн с распределениями по нормальным волнам энергии излученною и принятого KB поля.
-
Получено выражение для передаточной функции изотропного ионосферного KB канала свят п виде ряда нормальных волн.
Практическая ценность состоит в том, что созданные алгоритмы расчета характеристик нормальных волн, определяемые параметрами прнемно-передяюншх КЙ аіггеїш, реализованы:
- в программном комплексе расчета амплитуд но-частс.гной (АЧХ) и дистанционно-частотной характеристик (ДЧХ) и затухания квазимонохроматических импульсных сигналов на основе МИВ, созданном в рамках НИР "Теорема-2-СО" и "Талант-РВО". НИР "Теорема-2-СО" и "Талант-РВО" отмечены второй премией на конкурсе НИР и НИОКР СО АН СССР (Постановление Президиума СО АН СССР N І92 от 6.11.1986) и премиями СМ
СССР (Решение ГК СМ СССР по военно-промышленным вопросам N 306 от 30.06. 1987);
в макете автоматизированного комплекса средств прогнозирования условий распространения декаметрових радиоволн на базе ЛЧМ ионоэонда [5];
в программном комплексе расчете оптимальных рабочих частот региональных связных KB радиотрасс [6].
Внедрение результатов. Программные комплексы внедрены в ОКБ "Агат" (Ангарск, 1988) и БИЕН СО РАН (Улан-Удэ, 1988). Соответствующие акты внедрения прилагаются.
На защиту выносятся:
1. Методика моделирования формы регистрируемого отклика изотропного декаметрового радиоканала на непрерывный ЛЧМ сигнал при НЗ ионосферы на основе МНВ.
-
Результаты теоретического анализа работы ЛЧМ ионозопда в режиме НЗ ионосферы.
-
Методика учета параметров передающей и приемной KB антенн в МНВ при расчете выходного сигнала ионосферного канала связи.
-
Представление передаточной функции изотропного ионосферного KB канала связи в виде ряда нормальных волн.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на симпозиумах и конференциях: II отраслевой МПСС (Москва, 1986) и Ш МРП (Москва, 1986), по распространению радиоволи (Алма-Ата, 1987), по дифракции и распространению волн (Москва, 1988), "Ионосфера и взаимодействие декаметровых волн с ионосферной плазмой" (Звенигород, 1989), XXIII Генеральной ассамблее URSI (Прага, Чехословакия, 1990), IEEE AP-S (Newport Bearch, USA, 1995; Chiba, Japan, 1996), "tOO-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщении и
зарождения радиотехники" (Москва, 1995; Иркутск, 1995), на
семинарах отдела ионосферного распространения радиоволн ИСЗФ
(СибИЗМИР) СО РАН.
Личное участие. Автор принимал участие в разработке методики анализа декаметрового радиоканала при НЗ ионосферы непрерывным ЛЧМ радиосигналом и обобщении решения задачи распространения, полученного ранее в рамках МНВ для точечных диполей [4], на случай излучателя с произвольно заданным распределением тока. В рамках расчетной схемы МНВ автором проведен анализ KB поля излучения в зоне прямой видимости излучателя; решена задача возбуждения приемной антенны в падающем KB поле, заданном в виде ряда нормальных волн; получено аналитическое выражение для передаточной функции изотропного KB канала связи; разработаны алгоритмы й программы расчета коэффициентов возбуждения и приема нормальных волн, связанных с параметрами передающих и приемных антенн. Автором проведены исследования формы регистрируемого спектра в зависимости от характеристик режима работы ЛЧМ ионозонда и состояния ионосферного канала связи.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в II работах. Материалы диссертации использованы в научно-исследовательских отчетах по НИР.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и двух приложений с общим объемом 130 страницы, включая 16 рисунков и списка литературы из 93 наименований.
