75

Предлагаемый курс посвящен анализу стохастических моделей приземных трасс. Но мы включили в курс не только изучение особенностей поведения электромагнитных волн в условиях случайно-неоднородного канала распространения, а и оценку возможностей, которые представляют в такой ситуации статистические методы исследования.

В первой части курса рассмотрены основы теории случайных процессов.

Лекция 1. Земная атмосфера. Показатель преломления ионосферы и тропосферы. Взаимодействие случайно-неоднородной трассы с распространяющимся в ней сигналом.

Лекция 2.

Не будет преувеличением утверждать, что для каждого исследователя, имеющего дело с прецизионными измерениями, связанными с неизбежными погрешностями и фоном помех, владение методами теории вероятностей и понимание случайных процессов следует рассматривать как неотъемлемую часть общетеоретической грамотности, поскольку точность и достоверность проводимых измерений должны быть грамотно оценены.

Каждому в практической деятельности приходится сталкиваться, к примеру, с выполнением многократных измерений. При этом результаты будут определяться точностью используемых для измерений устройств. Это позволяет правильно оценить точность измерений.

Если говорить о случайных процессах, здесь мы часто сталкиваемся с понятием флуктуаций. Под флуктуациями понимаются случайные отклонения макроскопических величин от их средних (в частности, термодинамически равновесных) значений. Существование таких отклонений связано с наличием у всякой макроскопической системы огромного числа степеней свободы, если не макроскопических (как, например, у распределенных систем), то уж, во всяком случае, микроскопических, обусловленных, в конечном счете, атомизмом вещества и электричества. Эта общая основа флуктуационных явлений допускает самые разнообразные механизмы их возникновения.

Причинами возникновения флуктуаций могут стать:

1 - тепловое движение микрочастиц (электронов, ионов и т.д.);

2 - тепловые изменения самых разнообразных макровеличин (плотность, давление, температура, возникновение броуновского движения, тепловые шумы в радиотехнике и радиофизике, тепловое излучение тел и др.);

3 - случайные вариации числа частиц в электронных потоках при термо- и фотоэмиссии (так называемый дробовой эффект, непосредственно обусловленный дискретностью микроскопических носителей заряда);

4 - неравномерность процессов генерации и рекомбинации носителей тока в полупроводниковых приборах; случайные локальные вариации эмиссионных свойств поверхности катодов (эффект мерцания).

К флуктуационным явлениям, которые связаны с наличием множества макроскопических степеней свободы, относятся такие процессы, как турбулентность среды – земной тропосферы и ионосферы, солнечной короны, межпланетной и межзвездной среды.

Отсюда вытекает, что изучение физических явлений, существенных для связи и передачи информации, – генерации электромагнитных сигналов, излучения и распространения электромагнитных волн, приема радиосигналов, - определяется областью исследований статистической радиофизики. Сюда относятся в первую очередь флуктуации в автоколебательных системах и связанные с ними вопросы о немонохроматичности автоколебаний, о стабильности частоты и точности ее измерения (а значит, и точности измерения времени).

При распространении волн интерес вызывают случайные тепловые и турбулентные неоднородности среды, поскольку они вызывают рассеяние радиоволн, случайные пульсации рефракции, случайные колебания интенсивности, фазы и других параметров волны и пучка в месте приема. Сюда же относится и вопрос о влиянии случайных неоднородностей в фидерах, волноводах или световодах, когда излучение распространяется не свободно, а по направляющим линиям. Одной из важных статистических задач, относящихся к излучению радиоволн, является вопрос о роли случайных неоднородностей в сложных антенных системах.

Наконец, при приеме любого вида радиосигналов чрезвычайно существенны шумы в приемных и измерительных устройствах, трансформация внешних и внутренних шумов при разного рода преобразованиях сигнала в аппаратуре, вопрос о помехоустойчивости приемных систем и т.д.