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

в сущности предат диаграммы

/^-рассеяния.

Заметим,

что

от­

дельные

сигналы могут иметь и более узкую диаграмму

излучения

(рис. 30, статистическая кривая периода высокого рабочего

цик­

ла) .

д) Зависимость рабочего цикла

от угла рассеяния

вперед.Ра­

бочий цикл

Не-рассеяния в большой степени

зависит

от

угла

рассеяния

вперед. Так, максимальные

рабочие циклы на

середине

зеркального контура на западе от лучей I и 2

в Ногалесе,Таксо­

не и Оракл-Джаншен составили около половины

рабочих

циклов,по­

лученных в

опытах на максимальном расстоянии Койот-Уэлс,

Бор-'

риго и

Джошуа-Три. Опыты по приему в пункте Валентайн, находя­

го эксперимента - узкий

восточно-западный коридор

с осью на зер­

кальном контуре. Вблизи

активной

области коридор

значительно

сужается, а рабочий цикл относительно низок. При удалении

от

активной области по зеркальноцу

контуру коридор

расширяется и

е) Частотная зависимость.

Правильно поставленный экспери­

мент

по исследованию частотной

зависимости предполагает

одно­

временное использование передачи на нескольких частотах по

од-

ноьу

и тому же геометрическому

пути с антеннами,

облучающими

Исследователями были использованы

различные частоты

( 106 и

206 МВд) на совершенно иных трассах. Получены результаты

одно­

временной работы на трассах Стенфорд - Холбрук

и Техас -

Борри-

го (первая - на 106 МГц, вторая -

на 206 МГц).

Трасса СтенДорц-

Холбрук была короче и угол рассеяния

вперед меньше, чем на вто­

рой траосе, диаграммы

направленности

антенн - более

широкие.

Кривые рабочего цикла,

полученные во

время одного

эксперимента

чем на 206 МГц.

[60] выявила еще ряд специфи­

Последняя серия экспериментов

ческих черт /^-рассеяния: высоту

активной области, обусловли­

вающей

/-/£-рассеяние, влияние метеорных ливней, эффект Доп­

Р и с. 32 [60]

В Борриго использовали решетчатую антенну, состоящую из

64

десятиэлементных

директорию: вибраторов .для получения

3-гра­

дусной ширины луча (по половинной мощности) в

горизонтальной

плоскости. Схема пересечения лучей передатчика из Техаса

и при­

емника из Борриго

приведена на рас. 32. Высота

каждого из чѳ-

тырех пересечений лучей

от

80 до 120 км вдоль оси луча передат­

чика указана на рисунке.

Главный лепесток

передатчика

узкий -

около 3° по аэимуту и 2°

-

по высоте. Эта

система, не

позволя­

тающий угол Д ^ и убывающий -

Ф

представляют факторы.ве­

дущие к сокращению рабочего цикла.

Повышение рабочего цикла, наблюдаемое на высоте

от

70

до

106

км вопреки геометрическим факторам

Д / и Ф ,

ведущим

к

его

сокращению, следует понимать как признак того,

гг

область

£

между 100 и ІЮ км представляет

предпочтительную

высоту

НЕ -рассеяния.

Вастрый спад рабочего цикла между

106

и 122 км

обусловлен как

его зависимостью

от

высоты , так

и

геометричес­

кими факторами.

Эксперименты повторялись и в пункте

Оракл на частоте

206 МЩ,

где геометрические факторы A j '

и

Ф

варьировались

в

более

широких пределах, в то время как общий объем перемещался

на тот

же интервал высот. Результат оказался таким же.

ИЕ~рассе­

Для дополнительной оценки высоты активной зоны

ки эхо-сигнала обратного рассеяния. Отделив сигналы

H s- рас­

сеяния от нормальных метеорных вспышек по характеру их

замира­

ределенный интервал высоты,устанавливаемый по индикатору

даль­

ности локатора и углу места оси главного лепестка

антенны.

Ре­

зультаты показали, что вспышки

f-^-рассеяния сгущены

вокруг

105-километровой

высоты с небольшими отклонениями.

Обычные же

метеорные вспышки

сосредоточены на средней высоте около 90

км

и имеют большую

дисперсию.

Влияние метеорных ливней. Анализ средних значений рабочих

циклов вспышек

/-^-рассеяния

(рис.

34),

во время ливня

Север­

ных

Акваридов

обнаружил значительно

большую их

продолжитель­

ность в двух случаях:

когда метеорный

радиант находится в зер­

кальной плоскости и когда радиант близок к направлению

магнит­

ного поля

Земли в активной области.

Такие же данные по­

лучены дом ливней

Тав­

риды. Простой

подсчет

вспышек //Е -рассеяния вы­

ясняет наличие двух мак­

симумов частоты

Появле­

ния

сигналов,

из

кото­

рых один -

около

1.30 ч,

другой - 22.30 ч.

Эти мо­

оі

ог

Время

менты хорошо совпадают

с

периодом нахождения мете­

Р и с. 34

суток

орного радианта в

зеркальной

шюсквсти

и его

приближения к на-

правлению магнитного поля Земли.

Допплеровский эффект. Пользуясь вторым приемным

трактом,

сдвинутым по частоте по

отношению к

первому на

несколько

кГц

(первый настроен точно на передающую частоту),

можно

наблюдать

допплеровский сдвиг в

начальный момент появления вспышки

НЕ-

рассеяния.

Эти

сдвиги

заметны во всех записях в

первые доли се­

кунды и составляют 2 - 5

кГц для несущей частоты

в 200 кГц. Для -

остальных фаз прохождения

НЕ~ сигнала

этот

сдвиг

меньше

1,5

кГц.

Эффект поляризации. Была предпринята попытка

выяснить,

в

какой степени сигналы

/УЕ-рассеяния сохраняют

горизонтальную

поляризацию падающей волны.

В пункте приема

использовали

две

Зак.І04

73

идентичные антенны типа волновой канал: одна

с

горизонтальной,

другая о вертикальной поляризацией. Разница

в

уровнях принятых

оигнал, поставили два

опыта,включавшие одновременный прием

на

двух станциях, разнесенных в пространстве, В первом опыте

ио-

пользовалиоь большие расстояния между приемными пунктами -

око­

ло 30 миль, расположение которых показано на рис. 22

(КоИот-

Уэлс, Борриго и Джошуа-Три). Приемные станции размещались

пер­

пендикулярно к зеркальному контуру для наблюдения спадп

актив­

ности

Я£-рассеяния

с удалением от линии максимального

прие­

ма. Так как передача

осуществлялась по двум различным лучам

и,

следовательно, возникали два зеркальных контура, то число

точек

наблюдения удваивалось. Бал осуществлен одновременный прием

во

всех

трех точках в

течение 24 часов. Средний рабочий цикл

в

ут­

ренние часы '(2,00

~ 8.00) показан на рис. 30 .По графику рабочих

циклов можно определить и уровень принимаемой мощности в

раз­

личных точках, а следовательно,

и диаграмму направленности

пе-

реиалучения активной

области.

Ширина диаграммы при данной час­

тоте

предполагает

определенную

среднюю длину ориентированных не­

однородностей. При частоте 200

МЕц для найденной диаграммы пере-

излучения масштаб

неоднородностей в направлении магнитного по­

ля Земли должен составлять около 25 м.

Второй опыт,

с применением близко расположенных антенн,поз­

волил

установить, что коэффициент взаимной корреляции между сиг­

налами

Нв- рассеяния падал до 0,8 при разнесении в 150 м

по­

перек

трассы распространения. Обычные метеорные вспышки при

га­

рение расстояния

в 150 м в

качестве расстояния между точками по­

ловинной мощности в тонкой

структуре

предполагает общую длину

решетки активной

области порядка 10

км1 . Поскольку длина в 25 м.

по порядку соответствует длине

неоднородностей,

установлен­

ной в

полярных

сияниях [ 5ü] , ее

можно считать свойством среды,

в то время как

10-километровая решетка

возникает

в

результате

воздействия среды с метеорными частицами.

Основные вывода

из вышесказанного

таковы:

-

Нс-рассеяние

возникает

в слое

£ на высоте

100 —

зонная)

между вспышками

/Ѵ£-рассеяния и спорадическими

мете­

орами ;

ҢЕ-рассеяние,не

-

все

метеорные следа,

обусловливающие

должны иметь обязательно точную зеркальную ориентацию, но

ре­

зультат

усиливается, когда

след метеора лежит в зеркальной шюо-

кости,

и особенно,

когда

радиант близок к магнитным силовым ли­

ниям, проходящим через

зону

рассеивания ;

-

эффект

допплеровских сдвигов и -эффект поперечной поля­

ризации,

наблюдаемые в

первые доли секунды жизни вспышек

И£-

расоеяния,

согласуются

с характеристиками фронтальной части ме­

теорного эхо-сигнала ;

-

измерения на

разнесенных антеннах при больших

базах

показывают,

что

поленаправленные неоднородности длиной поряд­

ка 25 м

являются

основным

элементам в ансамбле

рассеяния.

Тот факт, что высота /У£-рассеяния

(100 - 120

км) боль­

ше высоты метеорного

рассеяния (

90 км),

объясняет

загадоч­

ное явление [58 ] ,

заключающееся в

том,

что

сигнал

Hfpa.c~

но, некоторые

метеоры,

обладающие

большими скоростями на

высо­

ких широтах,

попадая в

слой

£

на

высоте 100 -

120 км,

обра­

зуют вспышки

Н£-рассеяния,

а

затем - метеорные

вспышки на

лила

выявить некоторые особенности

НЕ-рассеяния.

Основная

трасса была расположена таким образом, что активная

зона

рас­

сеяния оказалась почти полностью отделенной от области

мете­

орной активности ; использованные узкодиаграммные

передающие

антенны также

способствовали

такому

разделению.

В

то

же вре­

мя активная

зона

Н£~рассеяния являлась основной

зоной

мете­

орных отражении для приемного пункта,

находящегося

значительно

севернее зеркального контура. Это способствовало

раздельному

изучению и сопоставлению сигналов

/-/£-рассеяния

и метеорных

отражений.

Избранная частота

волны в 200 МГц дала

возможность

использовать

остронаправленные антенны, облегчившие

в

свою

очередь

и задачу

оценки ширины индикатрисы

рассеяния,а

также

высоты и протяженности активной области переизлучения.

Однако

в постановке

эксперимента

и в анализе полученных

результатов

есть

недостатки:

эксперимент

не позволил исследовать

тонкую

структуру сигнала ; не исследована частотная зависимость

про­

хождения радиосигналов в одно и то же время на одной и той

же

трассе ; неудовлетворительно был поставлен эксперимент по

изу­

чению допплеровского

сдвига ;

хотя

упоминается

наличие

двух

типов сигналов - вспышкообрааных и

непрерывных

(последние

про­

должительностью до

получаса),

при анализе они не классифициру­

ются и не изучаются в отдельности ;

авторы в

основном анализи­

руют вспышкообразные

сигналы

(без их типизации), преобладающие

в этой серии экспериментов ; при анализе результатов

характе­

ристики

/-/^-рассеяния сопоставляются только

с

аналогичными

характеристиками метеорных отражений, хотя представляет

инте­

рес

сравнение

и с другими

механизмами рассеяния.

Для исследования вышеперечисленных и ряда других нерешен­

ных вопросов,

а

также в целях дальнейшего накопления и анали­

за

экспериментальных данных о рассеянии ультракоротких

радио­

волн

анизотропными неоднородностями ионосферы,

ориентирован­

ными вдоль магнитного поля Земли на других трассах,

была орга­

низована серия

экспериментов в режиме непрерывного

излучения,

что

облегчило исследование тонкой структуры сигнала.

I .

Некоторые

соображения

относительно постановки

экспери­

мента.

Как известно

[ 57,

67,

69 J

,

рассеяние радиоволн

Еперед

метеорными следами удовлетворительно

описывается

эллипсоидаль­

ной

геометрией. В соответствии с принципом зеркального отраже­

ния

рассеянные сигналы будут

приниматься только

от следов,рас-

положенныт по касательной к

одному

из семейств

эллипсоидов

вращения, которые могут быть описаны

вокруг точек

передачи

и

ных следов.

Это

язано,

с одной стороны,

с

меньшей плотностью

зарядов

рассей" нощих центров, а

с другой.

-

с менее

благоприят-

ной направленностью больших полуосей неоднородностей

(если да­

же неоднородности

имеют метеорное происхождение

[ 79 ] . Поэ­

том;.’

в данном виде распространения ультракоротких

радиоволн

необходимо

использовать

более

мощные передатчики

(единицы кВт,

а на более

коротких волнах даже

десятки

кВт), Увеличение уров­

явления сигналов,

так как в этом случае активная

зона

отраже­

ния в направлении

приемника значительно меньше,

чем при

обыч­

ном метеорном распространении.

Что касается

режима работы передатчика, то

по крайней ме­

ное

излучение. Это облегчит исследование тонкой

структуры сиг­

нала

и даст возможность применить узкополосные

коротковолно­

коволновыми

малошумящими

конвертерами.

Непрерывный

режим

интересен

и

для

некоторых практических целей радиосвязи.

Для повышения реальной чувствительности приемника необхо­

димо взять

по возможности

полосу пропускания приемного

тракта

уже.

При этом учитывается,

что

не исключена возможность

сдвига

и расширения спектра рассеянного сигнала на несколько сот

Гц,

что

обнаружено

при

использовании аналогичного рассеяния в

по­

лярной области

и на

экваторе вследствие

дрейфовых

и

турбу­

лентных движений рассеивающих

центров.

В целях обнаружения сигналов и для контроля за уходом час­

тоты целесообразно

использовать

панорамное устройство,особен­

но необходимое

при работе

с узкополосным приемным трактом,

ес­

ли учесть

прерывистый характер

сигнала.

Динамический

диапа­

зон

приемного

тракта, как

и при обычной метеорной

связи,

должен

быть

значительным

(не мёнее 50-60 дБ), что достигается исполь­

зованием

тракта

с логарифмической амплитудной

характеристи­

кой

[ 86 ] .

следует

учесть,

что

При выборе регистрирующих устройств

время "жизни”

неоднородностей,

направленных вдоль

магнитного по­

нал будет

характеризоваться сильными

интерференционными замира­

ниями [[58

- 60 ] , Поэтому необходимо

использовать в

приемном

тракте два

вида

регистрирующих устройств:

электромеханические

о собственной

частотой вибраторов самописца 15 - 50

Гц, позво­

ляющие без

сильных искажений регистрировать

сигналы

с частотой

па МІО-2, Н-700 и др.

В отличие от обычной

метеорной связи, при

использовании

отражений от магнитно-ориентированных неоднородностей

ионосфе­

ры направления антенн (как

передающей, так и приемной)

сущест­

венно зависят от конфигурации корреспондирующих

пунктов и про­

странственного распределения склонения и наклонения магнитного

поля Земли. Поэтому для каждой трассы в

отдельности необходимо

произвести

предварительный

геометрический расчет [ 87 ] и

опре­

делить активную зону переизлучения.

П.Организация эксперимента.С целью исследования основных ха­

рактеристик

Н£-рассеяния

была поставлена серия

экспериментов

на широтной

траосе (45° с.ш.)

длиной

(вдоль дуги большого адг-

га) около 1330 км, для которой магнитное

наклонение и склонение

в центре области рассеяния

составляли соответственно

65°

и 6°

[ 78. 89 ] .

Выбор точек приема осуществлялся с учетом соблюдения усло­

вия зеркальности отражения

(см. § 3 гл.

П). Трасса представле­

на на рис. 16, Центр активной области рассеяния расположен

к

северу от плоскости большого круга, проходящего через

передат­

чик-приемник на расстоянии 380 км (по расчету, показанному

на

рис. 15). Распределения активной зоны

W^-рассеяния

и

зоны

метеорной активности для этой трассы приведены на рис. 17.

Эксперименты проводилась осенью 1969, летом 1970

и осенью

1971 годов преимущественно

вечером, ночью и утром.

Измерения'

велись в режиме непрерывного излучения на частотах 74 и 44

МГц

С 88 ] . При исследовании структуры

/-/£-сигнала "на.

’

частоте

74 МГц общая мощность передатчика

составляла 4

кВт,

а при

ис­

следовании частотной зависимости -

по 2 кВт на каждой частоте.

В качестве передающих антенн использовались

антенны

типа

волновой канал. Ширина диаграмм направленности каждой

антенны

в горизонтальной плоскости при одновременной работе на

74

и

44 МГц составляла 12°, при ^работе

только на частоте

74

МГц -