Введение к работе
Актуальность тема. За последние десятилетия особую актуальность приобрели космические эксперименты по активному воздействию на околоземное космическое пространство в целях пояска новых эффективных механизмов генерации и распространения электромагнитного излучения в различных диапазонах длин волн и взаимодействия первичного или вторичного излучения с окружающей оредой. Так, в настоящее время в США закончена подготовка и начат первый этап проведения (в І99І-І992 гг.) программы КРРЕС - сомой крупномасштабной из всех когда-либо осуществлявшихся космогеофи-зпческих программ, которая предусматривает проведение серий экспериментов по инжекции о борта космического аппарата или борта геофизической ракеты различного типа искусственных ионизированных образований я генерацию радиоизлучений. В ходе погібннх экспериментов предполагается исследовать структуру возмущенной приборто-вой области ионосферы, эффекта влияния возникающих ионосферных неоянородностел Нэ различные рэ.диотрассы и каналы связи, влияние искусственно созданных ионосферных "дар" на распространение радиоволн п устойчивость функционирования различных каналов связи и т.д.
Аналогичные исследования, однако в существенно меньяих масштабах, были начаты в советских и советско-западноевропейских экспериментах. Шит полагать, что в результате продолжающегося процесса перестройки, общеевропейской интеграции и космического международного сотрудничества проведение указанных научных и прикладных экспериментов получит новое мощное развитие. '
. Одним из основных методов, позволяющих получить информацию как о самих сознаваемых образованиях, так и о влиянии этих образований на окружающее их космическое пространство, является метод СВЧ зондирования ("просвечивания"). Для реализации этого метода организуют СВЧ каналы связи: земля-борт или борт-земля. Особенность таких каналов связи состоит в том, что трассз распространения сигналов преднамеренно проходит через искусственные плазменные образования (ШО) и возмущения, от которых могут возішкать области каустической тени в зоне располо.тзния привио-передакщих устройств капала связи.
Исследуя параметры принимаемых в области тени радиооигналов (среднюю шщносіь, форму огибающей радиоимпульса), можно судить о линейных размерах создаваемых возмущений, о величине и характере пространственного закона изменения концентрации электронов в прилагающих к космическому аппарату или ыэгеоракете олоях ионосферы, о динамике изменения созданных возмущений и степени их влияния на радиотрассы, виды и параметры радиосигналов различных диапазонов частот, Кроме того, результаты исследований таких каналов связи имеют и самостоятельное значение для решения ряда задач радиолокации, радио- и радиотехнической разведки.
Однако каналы связи, содержащие область тени от плавно-неоднородных плазменных образований, остаются еде малоизученными. В литературе приводятся лишь отдельные результаты, характе- . ризувдие особенности арохокдения радиооигналов по каналам с язи СВЧ диапазона, содержащим облаоть тени от плавнонаолнороцных Ш без флуктуации концентрации электронов. А результаты исследований СВЧ каналов связи, содержащих область тени ог флуктуирующих ЩО, в литературе практически отоутотвувт.
Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости исследования параметров радиооигналов (орецнай мощности, формы огибающей радиоимпульса), проходящих по СВЧ каналам связи, содержащим область тени от искусственных плазменных образований.
Целью диссертационной работы является развитие существующих методик, разработка алгоритмов и проведение численного моделирования по исследованию эффектов воздействия искусственных плавнонаоднородных и флуктуирующих плазменных образований на бортовой канал связи СВЧ диапазона.
Для доотижэния сформулированной цели были поставлены и решены следующие ооновяыэ задачи:
I. Выявление основных закономерностей в изменении мощности и формы огибающей радиоимпульса при прохождении его по каналу овязи, содержащему облаоть тени от плавнонаоднородных плазменных образований без флуктуации концентрации электронов.
-
Развитие теоретических основ решения задач прохождения радиосигналов по каналу связи, содержащему область тони от флуктуирующих искусственных плазменных образований.
-
Чиоленное моделирование поведения средней мощности радиосигнала в области каустической тени от плавнонеоднородных ИПО о различными видами и параметрами флуктуационннх процессов,
-
Выявление основных закономерностей поведения огибающей радиоимпульса, прошедшего в область тени за плазменными образованиями с различными видами и параметрами флуктуциошшх процессов.
-
Разработка рекомендаций по использованию основных закономерностей прохождения радаосигналов по каналам связи СВЧ диапазона в присутствии искусственных флуктуирующих плазменных образований.
Методы иоследования базируйся на использовании строгих, асимптотических и численных методов теории дифракции 'И распространения радиоволн в неоднородных и флуктуирующих орэдах (плазме), элементах теории возмущения, асимптотических оценок и разложений, элементах теории связи и помехоуотойчи-госги, а также методов .диагностики искусственных плазменных образований и способов создания этих образований.
Н а у ч н< а я новизна. Новыми являются следующие результата диссертационной работы:
-
Развит метод интерференционного интеграла в части строгой постановки и решения задач по определению метода возмущений первого приближения для эйконала парциальной волны при решении задач прохождения рэ.диосигналов по каналам связи в присутствии флуктуирующих неоднородных искусственных плазменных образований.
-
Получены аналитические выражения, позволяющие определить значение средней мощности радиосигнала в области каустической тени, образованной радивяьно и двумерно неоднородным! плазменными образованиями о флуктуациями- концентрации электронов по радиусу пли по угловой координате.
-
Выявлены основные закономерности изменения средней мощности радиосигнала в СВЧ канале связи, содержащем область теки от
радианьно и двумерно неоднородных искусственных плазменных образований, концентрация электронов которых флуктуирует по радиуоу или по угловой координате,
4. Получена аналитические выражения для вычисления огибающей прямоугольного радиоимпульса, прошедшего в облаоть тени от плавно-неоднородного ЩО с различными виааш и параметрами флуктуационных процеосов. На основе этих выражений выявлены основные закономерности поведения-огибающей данного радиоимпульса.
Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в том, что разработаны методики и алгоритмы расчета средней мощности радиосигнала в области, каустической тени и оценки искажения формы огибающей прямоугольного радиоимпульса, прошедшего в обчаоть тени за флуктуирующим искусственным плазменным образованием, которые могут быть использованы для раочета подобных каналов овязи при планировании и проведении космических экспериментов. Выявленные основные закономерности прохождения радиосигналов по каналу связи СМ диапазона могут эффективно применяться как в целях повышения помехоустойчивости каналов связи, так и .;ри необходимости наоборот, для ухудшения устойчивости каналов связи и создания поыаховой элекгромаитг-кой обстановки, что может представлять инторео для разработки средств радиоэлектронного подавления, а такяз для диагностики и дистанционного определения параметров Ш10«
Реализация и внедрение результатов иоодедования, Результаты исследований использованы б ряде научно-исследовательских работ, заданных Постановлением СМ СССР и решениями Комиссии Президиума Ш СССР: "мерку-рий-I", "Маркурий-15", "Маяор", Внедрение отражено в соответствующих отчетах о НИР, а такяи в актах внедрения, арилвгаемых к диссертационной работе.
Результаты по моделированию канала связи, содержащего область. тени от флуктуирующих неоднородных плазменных образований,внедрены в учебный процесс Воронежского политехничеокого института ври обучении студентов специальности 070 ("Радиотехника").
Основные полокения, выносимые на защиту:
-
Методика определения первого приближения для эйконала волны методом возмущений при решения задач прохождения радиоволн по каналу связи в область тени за флуктуирующими неоднородными плазменными образованиями.
-
Практическая реализация предложенной методики в еипэ ряз-работанных алгоритмов расчета влияния флуктузционпых процессов в искусственных плазменных образованиях на характер поведения срел-ней интенсивности рассеянного поля в области каустическое тени за плазменными образованиями.
-
Выявленные особенности поведения средней мощности радиосигнала в области тени за флуктуирующими искусственными плазменными образованиями, ео отличив от поведения средней мощности радиосигнала в области тони за нефлуктуирующим ИГО.
-
Выявленные дисперсионные искажения огибающей прямоугольного радиоимпульса, прошедшего в область теїш за флуктуирующими плазменными образованиями.
-
Рекомендации по полпенни помехоустойчивости СВЧ каналов связи, содержащих ИПО, по способам .диагностики и определения параметров ИП0»
Апробация работы. Основные положения диссертационной работа докладавалиоь и обсуждались на Всесоюзном-симпозиуме по д-фракции и распространению воли (Винница, 1990 г.), Всесоюзной конференции по распространению радиоволн (Харьков, I99v г.), отраслевой научно-технической конференции "Пути повышения помехоустойчивости систем я средств связи" (Вороне», 1989 г.), областной научно-практической конференции "Повншение эффективности функционирования систем и устройств" (Воронен, 1988 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского политехнического института, научных семинарах кафедры радиотехники упомянутого института в I988-1990 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ [i-V].
Структура и объем работы. Диссертационная
работа состоит из введения, пяти глав, заключения, опиока литера
туры из &!f наименований. Работа изложена на /J9
страницах основного текста, содержит 3{ рисунков,
