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

На рис.

II

приведены результаты расчета на ЭВМ при

усло­

вии, что

передатчик

расположен в точке

с координатами:

у

=46°с.ш.,

y f

-

3 0 °в .д .,

а расположение

приемного пункта

зада­

ется координатами

'= 47°с.ш .,

у г =

48°в.д,

Отметим, что реальный "коридор"

потенциально

возможного

приема при рассеянии

вперед - это

небольшой

участок

контура

зеркального приема, ограниченный касательными, проведенными

из

точки отражения

Q .

В

частном случае,

для

магнитно-широтных

трасс, при

£

= 90°,

конус вырождается в плоскость

и

уравне­

ние (2.30) принимает вид

LK(а cos у сову-х0] +•

+ су (а cos у sinyуо)+ іг(а sin y - z Q) ^ 0 .

(^

;3б)

fl=casif + Bslruf

= с ;

( 2 .3 7 )

”гкуда

5І.П

(х -tf) - ±

W T W

j i

где

sin X

=

= н

ft

COS X = +

в

7

Окончательно

для

( F T ö * J F

- f ^ T F J T

у>- arc SLn

- a r c

slit

ft

(2.38)

(fl

(ft*+

B*)i

Придавая ряд последовательных значений географической дол­

готе

у/ , находим соответствующие им значения

ft

, В

и

С

, а

следовательно,

и значения

у? .

Отметим,

в

частном

случае,

когда

Т = 90°,

контур

зеркального

приема может быть найден пу­

тем геометрических построений на глобусе

Сб5 ] .

Ж. Оценка степени зеркальности радиоотражений. Для

оценки

отклонения от условия зеркального отражения при рассеянии

впе­

ред анизотропными неоднородностями

ионосферы,

направленными

вдоль магнитного поля Земли, исходим из

того же основного

поло­

жения,

что рассеяние носит ярко выраженный направленный

харак­

тер.

Обозначив

через

Ѳ

и Ѳ

углы между падающим и рассеян­

ным

лучами и направлением

силовой линии в

зоне рассеяния,усло­

вие

зеркальности

запишем так:

С05 Ѳ + c o s ѳ ' = 0 •

Если при данных положениях передатчика и приемника

зону

рассеяния выбрать

произвольно,

то

Ж = Ѳ + Ѳ

ф 180° .

Откло­

нение

укла

Ж

от

180°

может

служить мерой

степени

зеркаль­

ности.

Можно будет определить оптимальную точку,

для

которой

Ж

= 180°,

если найти

зависимость

угла

аС

для данной

трас­

сы в функции от поперечной расстояния с

середины дуги

большого

круга

передатчик-приемник. Для

этого

удобно воспользоваться

зависимостью угла

%

от расстояния

до

середины трассы.Из гра­

фика такой зависимости легко определяется положение центра

ак­

тивной

зоны,

с

соблюдением условия

зеркальности,

и пределы

тех

расстояний,

для

которых отклонение

от зеркальности лежит

в

за­

данных границах.

Введем следующие обозначения

(рис. 12):Т-

пе~

Загс.104

41

Из скалярного

произведе­

ния этих

векторов выражаем угол

/

С05 0 =С05^ 5Іпе„ COSo(R +

+ 5ІП X C06ßfi .

(2,42)

Аналогично

находим угол

Ѳ

:

с05 Ѳ =С05Х sin eTcoso(T+

+ зіп

% со5 ет

,

(2 . 4 3 )

затем

9Г

=

Ѳ + Ѳ ' .

Р и с.

14

Для построения

графика

зависимости угла

зР

от

расстоя­

ния

можно воспользоваться

приближенным методом.

Откладываем

на

карте

различные

расстояния

Л

от

середины трассы

(поперек

трассы),

определяем

с помощью магнитных карт

%

и

8

в

со­

ответствующих точках, а углы

$ R

и

jfT

измеряем непосредствен­

но на карте. Более

точный метод требует

определения

географи­

ческих

координат точек

<£

для различных значений

Л (рис.І2).

л т п п

находим

cos

РТ 0 —

sin

- sin <а -cos ТО

Из А Т PO

-------ц

;

С 0 5 у ? * в ш 7 0

из ATcjO

:

tg q ТО =

^

.

■Затем

определяем

РТу

=

sintf' =біп ipfcosßT+cosipJs in ß r cos PT^

(2.44)

5ІП / г =

cosif, s in PTq

(2.45)

™ s y a

Sin ( % - ? , )

=

COS if ч

+ arc sin

sinj3 , sin PTq.

(2.46)

COS iP

T1

Соотношения (2.44) и (2.46) дают географические координаты

точки

при данном Л

, а

(2.45) позволяет определить угол

. Аналогичное соотношение используется для определения

Например,на

рис. 15 приведены

графики зависимости угла

зр от

расстояния до середины трассы,

полученные приближенным

(пунк­

тирная линия) и более

точным

(сплошная линия) методами для

трассы

со следующими

коорди­

натами передатчика и

прием­

ного пункта:

= 4 6 °2 3 ' ;

щ = 3 0 овв';

у>а *43°2 б ';

y s = 4 9 ° 2 \

Как видно, графики

отлича­

ются незначительно. Оптималь­

ная точка получается

на

рас­

трассы, а границы зоны с углом

стоянии 280 км

от

середины

3? , отличающимся

от

180° не

более

чем на 2°, лежат в пределах

от '255

до 340 км.

Коллинз и Форсит при исследовании рассеяния УКВ от

авро­

ральный ионизаций предлагают иной критерий оценки

зеркальности

С 66]

: силовую линию геомагнитного поля

в тооде

рассеяния

они

проектируют на плоскость,проходящую через

середину линии

пере­

екцией и линией,

соединяющей точки 0 и Q ,

принимают

за ме­

ру отклонения

от

условия зеркальности.

Применив

эти

соображения к той же трассе,

находим

положе­

за и Форсита, как

это

можно показать , несколько неточен,

если

расстояния измеряются

от середины дуги большого круга передат­

чик-приемник (для

получения точных результатов следовало

бы из­

позволяют определить координаты точек,

в

которых возможен прием

зеркального сигнала,

если ’известны положения

передатчика

Т и

центра активной зоны

Q

:

5in/„

з і п Д

(2.47)

% = у

+ arcsin

cos y 2

COS ip2 = c o sij3Rp s i n y %+ sm J3 Rccks^

cos

(2.48)

ІУ. Активная область

Н Е —рассеяния. При рассеянии

ра

диоволн от ориентированных в одном

направлении

анизотропных

неоднородностей

ионосферы учет

пространственного распределения

неоднородностей,

формирующих

сигнал

в пункте приема,

более не­

обходим, чем при анализе

обычного метеорного

распространения.

Оценка пространственного распределения активной

зоны

является,

во-первых,

прогнозирующим фактором для оценки

принципиальной

возможности

обнаружения сигналов, зеркально отраженных от

та­

ких неоднородностей. Во-вторых, это

позволяет определить

вклад

тых сигналов,

в частности,отражений от

спорадических

метеорных

следов или спорадических слоев £s .

При обычном метеорном распространении аналогичный

вопрос

был подробно

изучен.

Зде Зшлеман, ііподонский, Хайнес,

Мак-Кин­

ли и др. £б7

- 74 ]

исследовали как

теоретически,

так

и экс­

периментально

распределения спорадических метеоров,

наиболее

сах и в разное время суток и года. Было

установлено, что

как

на широтных, так и на долготных трассах

для получения

макси­

мального коэффициента заполнения (произведение числа

отражен­

ных сигналов на их среднюю длительность)

антенные лучи

пере­

ника должны быть направлены на север по

азимуту в утренние ча­

сы и на юг - в вечерние. Оптимальный угол

отклонения

от

прямо­

линейной трассы может изменяться

в пределах от нескольких

гра­

дусов до величины, превосходящей

20°. Для получения

максималь­

юг антенные лучи должны быть ориентированы на запад от

этого

направления ночью и на

восток

- днем.

Р.А,Курганов [75

- 77 ]

(Проблемная радиоастрономическая

жение для трехмерной плотности численности метеоров

данного

направления, создающих в точке

приема отраженный

радиосигнал,

превышающий пороговый уровень.

Он разработал способ

применения

полученного выражения для построения трехмерного

распределения

характеристических высот метеорных

радиоотражений

на

трассе и

способ построения карт распределения плотности

численности в

опорной плоскости, которая проходит

через пункты приема и

пе­

редачи перпендикулярно земному радиусу, проведенному

через

се­

редину трассы. На ЭВМ произведен

расчет

карт распределения двух­

мерной плотности численности

п ( Х ,

у ) ,

коэффициента заполнения

р ( X , у ) , характеристических высот

hx (X, у ) и средних

дпи-

тельностей Т ( Х , у ) .

Экспериментальная проверка на трассе длиной

1150

км,

ори­

ентированной под углом 208°

относительно меридиана,

позволила

сделать вывод, что оптимальное значение азимута порядка

+ 9° и

полуширина азимутальных

распределений

порядка

10°

практи­

чески одинаковы для всех сез шов года.

Величина

оптимального

азимута,так же как и полуширины

соответствующего распределения,

зависит от длины трассы,

частоты

излучения, минимальной

реги­

стрируемой электронной плотности и подлежит, наряду оо

знаком

оптимального азимута, предварительному

расчету.

А 'і я определения активной области

Н Е —рассеяния

при фик­

сированных координатах приемника и передатчика, при

заданной

высоте отражения и распределения

магнитного наклонения

и

скло­

нения, из всей потенциально-полезной

зоны'*'

выбираются лишь

те

точки, для которых условия зеркальности выполняются

с определен­

ной точностью А х °

(например

1°

-

3 °).

Примеры таких расчетов

представлены

на рис.

17 и 18

[76

] ,

где

показаны

зоны актив­

ности магнитно-ориентированных

неоднородностей

и метеорных

ио­

низаций в проекции на опорную плоскость,

рассчитанные для высот

90 и 105 км.

Здесь показаны только северные (относительно дуги большого

круга передатчик-приемник) активные зоны метеорных

ионизаций.

На рис.

17

представлены результаты расчета

для

трассы, изобра­

женной на рио. 16, а на рис. 18

-

те

же

результаты

для широт­

ной трассы,

но расположенной на

10°

севернее

и почти вдвое коро­

че

первой.

Из вышесказанного, а также

из

ряда

расчетов для

других

трасс

(длинных

широтных)

,

расположенных

на

средних

широтах (и тем более

на низких), следует,

что

зеркальная

зона

НЕ

— рассеяния

и активная область

для обычных метеорных

иони­

заций

частично

перекрываются.

Перекрытие

зон

затрудняет

ин-

терпретаідаэ экспериментальных данных.Для коротких

трасс и

тем

более

для трасс, расположенных на высоких широтах,

можно

дос­

тичь

практически полного

разделения

двух механизмов страже -

ния путем

соответствующего

выбора

антенных

систем и их ори­

ентации.

При

постановке эксперимента надо учесть

и

энергетичес­

кие соотношения,в частности

угол рассеяния,уменьшающийся с умень­

Выше, из чисто

геометрических соображений, на

основе

зер­

кальности

отражения

оценено распределение активной

зоны

Н£ -

рассеяния

при фиксированном положении

передатчика

и приемника,

и наоборот, при заданной области переизлучения определен

цент­

ральный "коридор" области потенциально

возможного

приема.

По­

варительной оценки мощности рассеянного сигнала с учетом

гео­

метрии распространения. Такая оценка позволяет подготовить

со­

тему излучающих антенн)£79,

8 0 ] .

Так

как энергетические

соотношения для метеорного распро­

странения хорошо изучены, можно произвести сравнительную

оцен­

ку,

сопоставив мощность дискретных

сигналов

НЕ-рассеяния

с

мощностью метеорных радиосигналов.

Анализ экспериментальных дан­

ных

(см.

следующую главу),

показывает, что 'большинство

вспыш-

кообразннх

сигналов

НЕ —рассеяния -

метеорного происхождения.

Лля

обеспечения регистрации

отражений от слабоионизированных

"колонн" естественно произвести оценку соотношений

мощностей

излученного

передатчиком и принятого

Н Е-сигнала

для

ани­

зотропных неоднородностей с пониженной электронной

концентра­

цией, когда

все электроны участвуют

в создании

рассеянного

сигнала.

Соотношения мощностей излученного передатчиком и принятого

сигнала,

отраженного

от

метеорного

недоуплотненного

следа.

Как

указано в [41 ] , подход к оценке

отношения между мощностью,

из­

лученной

передатчиком,

и мощностью рассеянного

сигнала различен

при "длинных" и "коротких" волнах.

Для

спорадических

метеоров

вероятное значение

граничной

волны между диапазонами

"длинных

"

и

"коротких" волн при

рас-

Зак. і 04

49