Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

20.10.2023

Размер:

7.97 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 194 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

но установить справедливость этой гипотезы, располагая					лишь
данными	об азимутах и дальностях отражающих областей		и не		имея
сведений	об их высотах. Между тем,	как отмечается в	[Зі]		, су
ществует	принципиальная возможность	проверить гипотезу		без точ
ного знания высоты.
Как	известно, для высокоширотной станции условие			ортого

нальности радиолуча к силовым линиям магнитного ноля Земли обыч но не выполняется ни на каких высотах. Таким образом,существую щие там авроральные радиоотражения можно объяснить либо отказом от принципа зеркальности, т .е . широкой индйкатрисой рассеяния в вертикальной плоскости, либо тем, что оси неоднородностей от

клонены от магнитного поля на	некоторый угол	cpQS Значит, воп
рос о существовании угла (pQ	тесно связан с	вопросом о шири

не индикатрисы рассеяния в высоких широтах. Если эксперименталь но будет установлено, что индикатриса рассеяния .для высокоши ротной станции столь же узка, как и для среднеширотной, то не посредственно должен следовать вывод об отклонении осей неодно родностей от направления магнитного поля Земли, т .е . вывод о не справедливости второй гипотезы Чепмена. Хотя действительное зна

чение	величины ,(р0 по-прежнему будет	неизвестно, так	как	для
этого	необходимо знать истинную высоту	расположения	рассеива

ющего слоя, вопрос о справедливости или несправедливости второй

гипотезы Чепмена тем не менее		окажется решенным. Авторы		работы
[ З і]	пришли к выводу, что:
1.	Ширина индикатрисы обратного рассеяния авроральными не
однородностями практически не зависит от географической				широты
и одинаково узка при регистрации отражений на средне- и				высо
коширотных станциях. Узость		индикатрисы означает	одинаковую

допустимость применения "принципа		зеркальности" отражения как на
средних,	так и на высоких широтах.
2.	Оси авроральных неоднородностей в действительности от
клонены	от направления магнитного	поля Земли на некоторый угол

ц)0 , что является основной причиной наблюдения авроральных ра диоотражений на высокоширотных станциях..

Существует еще ряд работ [54, Ь5] , исследующих отклонения углов прихода от направления перпендикулярного к силовым лини ям магнитного поля Земли в полярной зоне и возможные причины.вы зывающие такие отклонения. Однако .для сопоставления и выявления

общих черт "геометрии" распространения при рассеянии	от любых
других ориентированных анизотропных неоднородностей	ионосферы

эти сведения вполне достаточны. Отметим лишь, что интерпрета ция ракурсных особенностей авроральных радиоотражений [54] од- • нозначно связана с анизотропией микроструктуры ионосферных не однородностей.

§ 3. Геометрия радиоотражений от магнитно ориентированных неоднородностей ионосферы при рассеянии вперед

Известно, что поток энергии радиоволн, отраженных от от дельных сильно анизотропных неоднородностей, в частности от ме теорных следов, обладает высокой направленностью [5б] . Однако в случае обычного метеорного распространения, когда принимаются

волны, отраженные от различно направленных спорадических				мете
орных следов, расположенных по касательной к		одному	из семейст
ва эллипсоидов вращения, которые могут быть		описаны	вокруг	то
чек передачи и приема как	общих фокусов [57]	, общая диаграмма
направленности расоеянной	волны становится	довольно	широкой.

В этом случае при заданном положении передатчика и определенном

направлении	падающего луча		область возможного приема			оказыва
ется довольно широкой. В			случае		же рассеяния от заданной		обдас-
ти отражения, при определенном направлении неоднородностей							элек
тронной концентрации, область				возможного приема сильно		ограни
чивается.
В качестве		исходных данных			берем неоднородности в		виде
"колонн", направленных вдоль				силовой линии геомагнитного			поля,
с радиусом	г «	Л и длиной,		значительно превышающей длину вол

ны. Стандартная высота неоднородностей над поверхностью Земли- -*


100 км,	а отражение	ультракоротких радиоволн		от		магнитно-ори
ентированных неоднородностей происходит			по	зеркальному			закону
(факт,	подтверждающийся экспериментами		[58	-	бо]	).
При постановке		эксперимента, как правило,			известны		коор
динаты передатчика		(при рассеянии вперед) и одного				приемного
пункта.	Задача состоит в определении центра			активной зоны рас
сеяния	и остальных	точек потенциально возможного приема					макси

мума интенсивности рассряния на поверхности Земли (зеркальный
контур) [ б і, 62] .	^

I . Определение координат точки отражения магнитно-ориенти рованной неоднородности ионосферы при зеркальном отраженииЛутгь

передатчик

расположен в точке

на

поверхности Земли с гео

графическими

координатами

(р

(широта)

■(pf (долгота), а

пре

емник - в

точке

с соответствующими координатами

срг

(р2 .

Заданными

считаются также

наклонения

и склонения

гео

магнитного поля как функции координат поверхности Земли,

Для определения условия зеркального отражения воспользуем

ся прямоугольной системой координат с

началом отсчета на

сере

дине

отрезка

Т ~

Ось

к'

расположена вдоль Г- /?/о сь

г '

направлена вертикально вверх,

а ось

у ' - перпендикулярна к

х '

и z '

и образует

с ними правую систему

(рис. 7 ),

На

рис. 7

представлена

схема зеркального

отражения

в случае

рассеяния

вперед, основанного на эллипсоидальной геометрии, в предположе нии, что в первоначальном периоде существования ориентированная

неоднородность представляет нитевидный тонкий след

[57, 63J .

Обозначая направляющие

косинусы

оси

ориентированной неод

нородности в данной

системе

координат

L'K

i'z

через

у'0

2-'0 - координаты центра активной

зоны рассеяния

Q ,

координаты

передатчика

приемника

соответственно

через

(

;

О ;

О ) и

( D ;

; О ),

запишем условия

зеркаль

ного

отражения в виде

cos д + cos Ѳ ' — О ,

(2.9)

где

*Х (х0 + D ) *~і-уу ' + lz 2о

COS Ѳ =					пер
					пер
COS Ѳ I=			^X fХ0	В) ■+■	Ур iz ХО
					пр
Г	\ —	( К ^ - ^ г + Уo ?+Zо ]
пер		( К ^ - ^ г + Уo ?+Zо ]
г	--	{	К - ф	у ' ^	^ У
пр		{	К - ф	у ' ^	^ У

Ѳи Ѳ'- углы, образованные осью неоднородности с соответ

ствующими направлениями T - Q	и Q - /? , а лпер	'п р ~
расстояния T - Q и R —Q.

Пусть	точка Q	находится	на одинаковом расстоянии от пе
редатчика	и приемника (	х'0 = 0	) * . Тогдавыражение (2.9)

■^Это условие не очень ограничивает задачу, так как точка при ема выбрана произвольно на зеркальном контуре.Более того,для длин ных трасс необходимо выполнение такого условия.

Зак.104

принимает вид
, > /	. /	I	О		( 2 . 10)
L, и ' + L„ z„			О		( 2 . 10)
у И о	Z	о
Направляющие косинусы оси магнитно-ориентированной				неоднород
ности могут быть выражены через магнитное наклонение				у(	и маг
нитное склонение & в точке	отражения		Q и углом	ос ^	между

географической меридиональной плоскостью, проходящей через точ

ку

и вертикальной

плоскостью

у ' К z '

[б4]

LK = COSXsin(oL4 ^-&)

l'y =COS ?( CDS (о(у+ $ )

(2 .II)

с'г = -Sin ^ .

Подставляя (2 .II)

(2 .10),

получаем

у'п =

iff

( 2. 12)

Cos (oty + fr)

можно выразить

через

радиус Земли

а'

. Исполь

зуя

обозначения рис.

получаем:

(y'0 - h 0 s i n £ ) z

2а

Здесь

/? - высота точки отражения

над Землей.

Учитывая,

что

Sin

е — a + h

» находим

у о

ho у о

"так

2а

a(a+-h0)

и для

получаем

-| г1

Уо

Zo= h o c o s t ^ h==ho

-ь h

так

У°

»(2.13)

(a+ Ä J1

2а

а (а -h hn )

где

hmaK==2asin

€

2 ~ TR

(рис. 8).

мал,

практичес

Так как угол

можно с достаточной для

ких расчетов степенью точности

считать

Уо

к і е

zo~ho~hh/пак

2а

Для определения угла

ос^

воспользуемся

географическими

координатами

передатчика

T(y>f ;

<pf ) и приемника

R(<PZ ; <рг )

(рис. 9). Здесь

д -

проекция точки отражения

на

земную

поверхность,

Р -

северный географический полюс ;

P T ,

P R г РОг

Р у -

географические меридианы,

проведенные

через

передающий и

приемный пункты,

середину

дуги большого круга

и точки

;

d(0 - угол

между плоскостью

OqQ

и плоскостью

мериди

ана

Р О .

‘

Проведем дугу

большого круга

P S 1 Од .

Из

прямоугольных

треугольников

P S g

P S О

получаем

s in

(2.15)

t9 oC4 =

ы о

s i n (S~0-qO)

Так как q 0 = a r c sin	Уо
Так как q 0 = a r c sin	то
>	a + n n ’
	Sin SO
	(2.16)

		^9 019	^ 0/(3	s i n (( S O - a r c s i n		a + h J)
Дугу SO	вычисляем из		следующих соотношений			(рис. 9)
		sin SO		t g P S
		sin SO			<о
					<о
		Sin	PS = s i n P O - s in & 0 .
PO= a r c cos (cos OR cos PR + sin OR s i n PR cos < R )
				' s i n	PR s i n < R
		o(0 = a r c cos			S in PO
					S in PO
				Sin(ipz -(p,)cos (fif
		< R = arc s in			Sin TR
					Sin TR
fb=OR=	TR	t		s i n	c o s 93 c o s (рг	c o s(ip 2~(pf )
fb=OR=	2	arccos s i n		s i n	c o s 93 c o s (рг	c o s(ip 2~(pf )
	2

(2.17)

(2.18)

(2.19)

(2. 20)

( 2 . 21)

( 2. 22)

	Правая часть уравнения				(2.15),	являющаяся тригонометричес-
кой функцией		Уо	может быть приведена к алгебраическому ви-
						Iг	т ±
ду	/		Уо	-	sin SO	1 - (а + h0)	г
	sin [SO-arc sin a+.h						J
						О*

cos SO a-t-h„ - s in SO

Уо

' г ( a +/,,)*

- cos SO a +h r. ■(2.23)

Таким образом, получили систему

из

трех

уравнений для

оп

ределения

у 0

о (,

/__

tgX

Уо

COS(oC„+ & )

,/2

h0 +hmax

Уо_

(2.24)

2а

sin >5Ъ

с/ Г

У г

У0

Sin SO

- cos SO

a+-h0

■

Зная

уо

вычисляем

Оу ,

затем -

географические

координа-

ты точки у

Q .

П. Определение контура зеркального приема на Земле. Волна,

падающая от передатчика в точку

ионизированной

колонны,

рассеивается1 за счет

зеркального

отражения в

форме конуса

[5?],

образованного

вокруг

продольной

оси

неоднородности. При

этом

угол

между осью и образующей конуса

равен

(рис.

10).Здесь

штрихами обозначены ко

ординаты в системе,рас

смотренной выше,

т .е .

связанной с

передат

чиком и

приемником ;

нештрихованная система

координат связана с цен

тром Земли.

Контур(зеркальный)

I I

потенциально•возможного

приема на поверхности

Земли представляет

ли

нию пересечения конуса

зеркального

отражения

волны с

поверхностью

земного

шара.

Расчет

зеркального

контура

зависит

от

исходных

данных. Чаще всего задача представляет практический интерес								в
следующей постановке: задаются	координаты передатчика					Г	(	ср} ;
(р ) и одного приемного пункта	{ ср2 ; (р2 )		т требуется				опре
делить остальные точки зеркального контура			М (	ір	; (р ).			Из
практических соображений зеркальный контур целесообразно							найти
в системе координат, связанной	с центром Земли.						x y z
Для составления уравнения конуса в системе координат
необходимо найти направляющие косинусы		,	іу	и	Iz	оои не
однородности, ориентированной	вдоль линии	земного			магнитного

поля в этой системе координат. Для этого воспользуемся формула ми перехода:

X = m f x ' + rr?2 у ' +■m 3 z '

+ хк

y = n1x , -f-nz y'-f-n3 z '

у к

■

(2.25)

z ^ p ]x '+ p z y ' + р 3 г ' + z K ^

Здесь Хк , ук,

z K-

координаты

начала

системы

х'у z

сис

теме

x y z

, а

( т 7; п, ; р 1) ,

( т г \ п г \ р г )

и ( т 3 ;г>3 ;

р$)~

направляющие косинусы соответствующих осей X' ,

у' , z '

сис

теме

координат

xyz

, выражающиеся следующим образом:

т .

Хг — х (

г/г

[(Ѵ ~ х,)г+(у2 - у , ) * + ( г г - г , ) * \

__________У г - У і ________________

(2.26)

[(Xg-Xff + ( y 2 - y , ) 2 + ( г г ~ г , ) г ] UZ

р '

[(хг - х , ) ^ ( у 2- у г ) ^ г - z^ ? ] I/г

где

( x 1 ;

y t

;

zf )

- координаты

передатчика в

системе

x y z ,

а ( Х 2 і Уг ;

) ”

координаты приемного пункта в этой же

сис

теме ;

/77.

( х г ■+■у

)

,п

У К

К '

/7 , =

Ук

(2.27)

W + У1КІ + г ‘ ) ' а

Ра ~

2-к

2 ) HZ

( Хг -+- y 2 -f~ZZ )

‘

А"

'-'it'

кГ '

х = R0 cos у COS (р у = R 0 cos cp s i n р z = R0 s i n cp

		2 ( г + л е+ л $ ) " *
			л г	( 2 . 28)
		пг - ( Г + л г + Л г у /г		( 2 . 28)
		Рг ( И - Л ] + Ң ) 1/г
n1	P,	P,	/77,
*3	Ps	Рз	m3
m,	n,	m ,	nf
m 3	n3	m3	ns
	n3		ns

Направляющие косинусы оси неоднородностей, ориентированных вдоль магнитного поля Земли і х , Ly , l z в системе коорди нат, связанной с центром Земли, определяются соотношениями:

	1х = т 11х + тг 1у + m3 Lz
	іу = Піі'х + п 2 і'у				+ r>3 i'z -				(2.29)
	t - Z ~		^ 2 Ly		Р з ^ *
Уравнение конуса с вершиной в					точке	Q (* 0 ;У0 ; г0 ), направ
ляющими косинусами оси которого являются						ід	, Ly	, і.г	, а угол
между осью и образующей -			Ѳ	, имеет вид
[ г ЛСх - х 0) +Ly ( у - у 0)+ іг ( z - z o)]2=cos2â[(x -							х / +	( y - y 0f -h
	+	( z - z 0 f ] .							(2.30)
Координаты	х о , у о , za		могут быть найдены по известным						гео
графическим координатам точки				Q	или же по формулам перехода
(2 .25).
Уравнение поверхности земного шара, принятого за сферу ра
диуса П ,	записывается	в	виде
	X2 +у 2+ Z 2 — а г .								(2.31)

Поскольку мы ищем точки М ( X ; у ; z ), одновременно при надлежащие конусу (2.30) и поверхности сферы (2.3Г), то для них можем записать:

(2.32)

где

равен

при определении координат передатчика и при

емника ( Л, ; У,

;

(

х е ;

ѵг

;

)

и равен

при

определении

z0 ; у> - географическая

широта точки

М ,

— восточная

долгота

точки

М . Подставляя

(2.32)

(2.30),

получаем

*a[(LtC0 3 y c o s H>+Lycosifsin(f+Lz s m 4>)-(Ll(xo+Ly yo + Lz z0) J

= созгѲ

[ а г+(а + h0f -

2а (x0cosy>■cosyj+y0cos(fslny+z0m ( f ) ^

33^

Подставляя координаты точки

( %

; % ) в (2.33),

определяем

cos Ѳ , При известном

значении

cos Ѳ

уравнение

(2.33)

связыва

ет

географические

координаты

у?

у/

любой точки

М зеркаль

ного контура.

Уравнение (2.33) может быть приведено к уравнению

четвер

той

степени относительно

cos у? ,

коэффициенты

при

различных

степенях которого

являются функцией

у/

и остальных

парамет

ров

трассы:

( А г+ В г)гси*у> +[г(А - В )(г Ц-2Д С ) -4ЯВ(2ВС-£ ) ] *

+ 4Вг ( С г- Д г) -

-E(4BC-E)]coszif +[г(Л -2 Д С )

+ 4ДВ(2ВС-Е)] *

где

»соау +УѴ

-г 4 ВС(вс-Е)

=0 ,

(2.34)

/J=a(i.xC0Sy

+ LySin у ) ,

В =

іг а,

С —t-x^o

+ і-у Уа+

D= 2а cos29(x0cosif/+y0 sin у ) f

(2.35)

£= 2 a cos2 0 z o ,

F=cos2Q[az+(a + h0)

] ,

г+ С г - Р .

Решение уравнения (2.34) содержит как зеркальный контур рассея ния вперед, так и зеркальный контур обратного рассеяния.

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 194 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ