книги из ГПНТБ / Филипп, Н. Д. Рассеяние радиоволн анизотропной ионосферой

Рпр ( 7 ,

-

4 4 МГц) J

j A

P n p ( J

=

74 МГц )

[ Jt /

сферы имеет вид

„

А - f Л — )

.

(3 .3 0 )

А

/ ,

Применив теорию Букера

[ і і ]

к

обратному рассеянию

на

анизотропных неоднородностях ионосферы, получим,

что в

районе

экватора принятая

мощность обратно

пропорциональна пятой сте­

пени частоты (см.

гл. I ) . Частотная

зависимость

уровня

приня­

которые велики даже для сигналов только

одного

вида. Так, для

20 вспышек Швида, среди которых не было

критических радиоот­

ражений, эта зависимость содержится в пределах

роральных радиоотражений анализировался Коллинзом и

Форситом

[ 66 3 , однако до полной ясности также

не был доведен.

УП. Частотная корреляция замираний

радиосигналов Н^-рас­

сеяния. Свойство частотной некоррелированности

замираний, как

отмечается в [І2 і] ,

двояко сказывается

на работе

радиосистем.

Во-первых, оно широко используется для

повышения

устойчиво­

сти работы радиолиний.

С этой целью передача информации ведет­

ся на двух, (или более)

частотах,

разнос

между которыми

превы­

шает радиус частотной корреляции

А j м

• Из-за

некоррелиро­

ванности замираний вероятность

одновременного

падения

сигнала

ниже определенного уровня уменьшается в

соответствии

с

форму­

лой Т ( е ) =Т, г(Е),глѳ

Т, ( Е ) обозначает вероятность

падения

напряженности поля у

каждой антенны ниже

Е

тельна и искажения сигнала недопустимо

велики.

Можно считать, что

среда,

через которую

распространяется

радиосигнал (при данном механизме распространения),

обладает

некоторой "полосой пропускания"'1', ограничивающей полосу

пере­

дачи.

Последняя

зависит, в основном, от времени

запаздывания

волн,

которое,

в

свою очередь,

определяется

механизмом

рас­

пространения,

а

также диаграммами направленности

используемых

антенн, длинной трассы [ і 2 3 ]

и др. Поскольку время

запазды­

вания -случайная величинадоло су

пропускания среды

следует

описы-

вчть

статистически.

П о с т а н о в к а

з а д а ч и .

Если при метеорном ме­

ханизме распространения вопрос о частотной корреляции

незна­

чителен, так как

в основном для передачи информации

использу­

ется только нефлуктуирующая часть сигнала, то при

рассеянии

радиоволн от магнитно-ориентированных неоднородностей

ионо­

сферы (МОН) этот

вопрос приобретает существенное значение?

Характер полосы пропускания среды при прерывистом распро­

странении сложнее, чем при непрерывной связи. Объясняется

это

тем,

что при вспышкообразных сигналах

степень

частотной

кор­

Зак.104

І2І

Коэффициент частотной корреляции

ß ( A f ) вычислялся

по

формуле

1 ( 0 , - и , ) ( и г - и г)

где U,(j,t)n U&( j + A f, t) - огибающие напряжений

сигналов,

поступающих на вход приемника ; Ц - U1

и О, - UÉ-

отклонения

мгновенных амплитуд от соответствующих средних значений.

Э к с п е р и м е н т а л ь н ы е

р е з у л ь т а т ы .

ре 1971 г . ,

показали большой разброс

коэффициента

частотной

корреляции.

Степень

коррелированности неодинакова

для

разных

видов

/-/Е-сигналов

и сильно варьируется во времени как

при. пе­

реходе

от одной

однотипной вспышки к

другой,

так

и

внутри од­

ной вспышки или квазинепрерывного сигнала.

p(âf,t) U,мкВ

___

Для ■более

продолжительных

вспышек исследовано изменение ко­

эффициента частотной корреляции во

времени при

различных

средних

уровнях сигнала (рис. 58):

сред­

ний уровень

(а,б)

и ~

частотная

корреляция ( а ' , б ') сигналов двух-

вспышек I

и П видов продолжитель­

ностью около 3 мин. Одна

вспышка

(а,

а ' ) зарегистрирована при раз­

несении частот в 20 кГц,

другая

(б,

б ')

-

в

5 кГц.

В обоих

слу-

0

20

40

во

во t,c чаях

проявляется явное

изменение

р

и с . 58

как

среднего уровня, так и коэф­

зеркальной компоненты поля и усилению диффузной

компоненты, В

обоих случаях корреляция достаточно

высока

при

сравнительно

больших уровнях

сигнала. Аналогичная

зависимость

свойственна

вспышкам Швида.

И в этом

случае отмечен более высокий

коэф­

фициент корреляции при более

высоком уровне

сигнала в

начале

вспышки.

Результаты

отатистичѳской

обработки 60

образцов

запиои

различных видов

вспышкообраэных сигналов, включая .

и

"незер­

кальные" отражения и "фоновые", при разнесении частот

на 2 ; 5 ;

10 ; 20 и 50 кГц,

показали,

что

при среднем уровне,

превышающем

космический шум в 2

- 3 раза,

в отличие

от

случая

квазинѳпре­

рывных сигналов

частотная

корреляция

значительна на всех

ис­

следованных нами разносах, всегда зависит от уровня

сигнала

и

сильно изменяется со

временем.

0,6 p W )

іг.ХІ 1971

Зависимость

коэффициента

корреляции от уровня для квази-

о,4

‘V

у /

непрерывных сигналов менее

оп­

0,2

ределенна

(рис. 59).

Разнесе­

13.x/ 19,1

ние

частот

сигналов

здесь

10

О-----—

ар і',с

кГц.

Результаты обработки

не-

2 .0

0

5

~?.0 і мин скольких десятков образцов

та­

ких записей показывают, что

в

большинстве

случаев

радиус

частотной

корреляции не

п ,евосхо-

личивается.

УШ. Сравнение частотной корреляции при разных

механизмах

распространения радиоволн. Сравнение различных

статистических

характеристик рассеянных радиосигналов, в том числе

и

степени

частотной корреляции, или величины полосы пропускания

тракта

полоса пропускания линии связи в целом,

а следовательно, и сре­

ды распространения. Наибольший интерес

представляет

сравнение

частотной

корреляции при рассеянии

от

МОН с метеорным распро­

странением и авроральными отражениями, так как,

на

первый взгляд,

эти виды

распространения сходны.

Частотная корреляция сигнала при метеорном

распростране­

нии. Некоторые исследователи приводят ряд общих

соображений,

оценивая величину спектра передаваемых сигналов.-

Монтгомери и

Сугэр С130 ]

использовали на трассе

между Сидар

Рапидсон

(Айо­

ва) и Стерлингом (Вашингтон) полосу

пропускания

100

кГц,

рабо­

тая на частоте 49,8 МГц передатчиком мощностью

30

кВт в

режи­

ме частотной

модуляции при девиации

около 50 кГц.

По их

мне­

нию, теоретически предсказанная скорость передачи

информации

превышает ширины полосы спектра частот телеграфных

сигналов,

передаваемых с малой скоростью.

Частотная корреляция при некогерентном рассеянии

УКВ

ио­

носферой.

При ионосферном

рассеянии метровых волн

коэффициент

частотной

корреляции уменьшается до 0 ,5 -0,7

при разнесении

час­

тот

на

5

- 10 кГц

[ I2I ] .

Такой механизм

распространения

спо­

собствует проявлению частотно-селективного характера

замираний

[і2 І

] . Корреляция в полосе

передачи снижается

с

увеличением

.длины

трассы при расширении диаграммы антенн в

горизонтальной

плоскости,

смещении антенны

от направления на область

максиму­

ма переизлученил и переходе

от дня к ночи.

Эксперименты

пока­

зали,

что

на трассе протяженностью 1500 км с применением

узко­

направленных антенн,

диаграммы которых .ориентированы по

дуге

большого круга, разнесение

частот на 6 кГц понижает

коэффици­

та распространения

не

превышает

3 дБ в полосе

примерно 2,5 кГц

на трассе в 950 км, на

которой были использованы антенны с ши­

риной

диаграмм в горизонтальной

плоскости

60°.

На

антеннах с

шириной диаграммы 10° такая же неравномерность

проявляется

в

полосе порядка 8,5 кГц. На более длинной трассе

(1900

км) на та­

ких же антеннах полоса сужается примерно до 2 и 5 кГц

соответ­

ственно. На трассах

оптимальной

протяженности порядка

1500

км

неискаженная полоса передачи составляет в среднем + 3 кГц

при

узконаправленных антеннах.

Корреляция при когерентном отражений коротких волн от ионо­

сферы.

Частотно-селективный характер

замираний,

при

котором

статистическая связь между флуктуациями амплитуд

отдельных

со­

ставляющих спектра нарушается, типичен и для

коротковолнового

канала

[ і 2і ] . На коротких волнах амплитудно-частотные

искаже­

ния возрастают при удалении рабочей частоты от МГГЧ и

наиболее

резко проявляются в периоды ионосферных возмущений.

В

зависи­

мости от требований,

предъявляемых к равномерности

амплитудно-

частотной характеристики

сигнала,

и

от

степени возмущенностй

ионосферы неискаженная

полоса передачи

коротковолнового канала

оценивается величинами от 100 Гц до 2 -

3 кГц [135 ] .

IX. Пространственно-разнесенный прием. Радиосигналы,рассе­

янные

магнитно-ориентированными неоднородностями ионосферы,под-

Нормированный коэффициент пространственной корреляции меж­

ду

огибающими

Uf (t)

к

Us(t) определялся по формуле

а (, , >_

1 ( Ц ~ Ц ) ( и , ~ 1 \ )

f { u ’

f f u r n m - a j p '

где

L

-

расстояние

между центрами антенн. Для

статистической

обработки

были выбраны сигналы: квазинепрерывные, вспышкообраэ-■

ные

I,

П,

Швидов

[6

] ,

сигналы "незеркального"

рассеяния

и

очень

низкого

уровня

(фоновые сигналы). Всего было

обработано

около

50

типичных образцов записи, для которых вычислялись кросо-

коррелятивные функции.

Результаты эксперимента. Пространственная корреляция,как и

частотная,зависит

от характера НЕ-сигнала.Следует

отметить,что

кообразных

и квазинепрерывных сигналов. Корреляция для

вспыш-

кообразных

Н£~сигналов выше,' чем для квазинепрерывных, причем

в первом случае она сильнее зависит от уровня сигнала.

Так как

этот уровень является функцией времени, то отмечается

вариация

изменение как

пространственной,

так и частотной корреляции

во

времени носит

функциональный характер, а при квазинепрерывных -

статистический, Пространственная

корреляция всех видов ^ -с и г ­

налов зависит

от частоты и характера флуктуаций амплитуды. Ква­

зинепрерывные сигналы характеризуются довольно постоянным сред­

ним уровнем с

гауссовым распределением флуктуаций и незначи­

тельными вариациями

их низкочастотного

спектра.

Для таких

сиг­

налов коэффициент

пространственной корреляции

слабо

варьирует

' во времени внутри одного сигнала (рис.

60), но может

сущест­

венно _ме_няться_при переходе от сигнала

к сигналу,

раосеянными

различными

неоднород- '

ностями ионосферы.

Уровень,

частота

и

характер

флуктуаций

вспышкообразных

сигна­

лов (см.раздел Ш)

за­

метно меняются во

вре­

мени,

что

сказывается

и на

степени

простран­

Р и с .60

ственной корреляции.

На

рис. 61 показано изменение во

времени

среднего уровня

Ut (t)a=

с- Us (t) ^

U( t )

и коэффициента

пространственной

корреляции

p ( L , t ) вспышкообразного

/У£-сигнала

П вида в течение

первых

80 с

с момента

его возникновения ' (общая

продолжительность

вспышки -

около

3 мин). Аналогичная временная

зависимость для

такого

же типа

вспышки общей

продолжительностью около

5 мин

коэффициент пространственной корреляции уменьшается во

времени

вместе

с уменьшением уров- д

ня сигнала.

Существенный

MK’g

разброс значений

этого

q 3

коэффициента на различных

стадиях сигнала

объясня­

0,2

ется,

с одной стороны,не-

стационарностью

самого

сигнала при наличии толь-

ко одного механизма рас­

пространения, а

с другой

0

- наличием нескольких раз­

личных механизмов распро­

странения.

Б

частности,

кривая А рис,

62 получена

при

появ­

лении ряда

коротких

метеорных вспышек I

вида на фоне

непрерыв­

ная. 104

120