Влияние ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн в условиях сильной регулярной рефракции

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ.......................................................5
1. ЛУЧЕВОЙ И КВАЗИГЕОМЕТРООПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
ВЛИЯНИЯ ИОНОСФЕРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ІІА
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН.....................................25
1.1. Приближение геометрической оптики и условия его применимости..................................................26
1.2. Решения траекторных задач в регулярной и случайно неоднородной ионосфере методом возмущений.....................39
1.3. Фазовое приближение метода интерференционного интеграла для расчета корреляционных характеристик радиоволн в условиях каустик и многолучевости......................................68
1.4. Флуктуации траекторных параметров парциальных волн, формирующих интерференционный интеграл........................81
1.5. Применение смешанных интегральных представлений в задачах ионосферного рассеяния радиоволн..............................85
1.6. Резюме 94 •
2. ВЛИЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ИОНОСФЕРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ
СТРУКТУРЫ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ......................................96
2.1. Некоторые эффекты регулярных неоднородностей электронной концентрации при наклонном распространении декаметровых радиоволн.....................................................і....................................................97
2.2. О причинах редкого проявления волнообразных неоднородностей
на протяженных трассах..................................115
2.3. Влияние случайных неоднородностей на траскторные характеристики радиоволн в освещенной зоне...................121
2.4. Оценка роли неоднородностей различных масштабов при формировании поля на частотах вблизи и выше МПЧ..............128
2.5. Пространственная структура поля в окрестности границы зоны тени.........................................................136
3
2.6. Частотная корреляция флуктуаций ноля и средняя форма импульсного сигнала в случайно-неоднородной ионосфере............148
2.7. Искажения частотно-модулированного сигнала иод влиянием
случайных неоднородностей...................................156
2.8. Размытие доплеровского спектра сигнала в окрестности МПЧ....164
2.9. Влияние пространственных масштабов области локализации и формы спектра неоднородностей на статистические характеристики радиоволн.........................................169
2.10. Рассеяние метровых радиоволн в зону тени, образованную
спорадическим слоем Е5......................................178
2.11. Резюме...............................................'......182
3. РАССЕЯНИЕ ФЛУКТУИРУЮЩИХ ИОНОСФЕРНЫХ РАДИОВОЛН
НА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ...............................184
3.1. Статистические характеристики декаметровых радиоволн при
рассеянии на неровностях Земли вне ре1улярной каустики......184
3.2. Эффекты рассеяния радиоволн на шероховатой поверхности в
окрестности регулярной каустики.............................191
3.3. Использование непрерывного ЛЧМ-сигнала для анализа прямого
рассеяния радиоволн на земной поверхности...................197
3.4. Особенности формирования структуры ЛЧМ-сигнала, обратно
рассеянного земной поверхностью.............................207
3.5. О связи характеристик сигналов при ИЗ и ВНЗ случайно
неоднородной ионосферы......................................211
3.6. Резюме..................................................... 215
4. ПРОЯВЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ПЛАЗМЕРП1ЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
НА ПРИЗЕМНЫХ И ТРАНСИОНОСФЕРНЫХ РАДИОТРАССАХ...................217
4.1. Эффекты ИПО при распространении монохроматического сигнала в случайно-неоднородной ионосфере........................218
4.2. Пастозная корреляция флуктуаций поля и средняя форма импульсного сигнала в искусственно возмущенной ионосфере 226
4.3. Размытие доплеровских спектров радиосигнала под влиянием
движущеюся ИПО..............................................238
4
4.4. Резюме................................................243
5. ВОЗМОЖНОСТИ ДИАГНОСТИКИ ИСКУССТВЕННЫХ И
ЕСТЕСТВЕННЫХ ИОНОСФЕРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПО
ХАРАКТЕРИСТИКАМ РАДИОВОЛН..................................245
5.1. Определение области пространственной локализации искусственных неоднородностей по дистанционно-частотным характеристикам наклонного и трансионосферного зондирования ионосферы..................................................246
5.2. Возможности диагностики и контроля НПО по флуктуациям траекторных и энергетических характеристик радиоволн.......256
5.3. Метод диагностики параметров случайных неоднородностей среды по статистическим моментам поля в окрестности регулярной каустики........................................266
5.4. Метод восстановления функции корреляции ионосферных неоднородностей по статистическим характеристикам сигнала многочастотного доплеровского зондирования.................274
5.5. Резюме................................................283
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................284
ЛИТЕРАТУРА.................................................289
5
ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность. В последнее время в связи с интенсивным развитием информационных систем, применением сложной пространственно временной обработки сигналов, созданием адаптивных радиотехнических устройств требуются новые знания о структуре волнового поля в неоднородной ионосфере. Причем необходимо учитывать большую протяженность ионосферы, ее регулярную и случайную изменчивость, наличие рассеяния, а также сильной регулярной и случайной рефракции, приводящих к образованию каустик и многолучевости. Кроме того, следует предусматривать возможность рассеяния флуктуирующих ионосферных радиоволн на шероховатой земной поверхности, контролируемых искусственных плазменных образованиях (ИПО) различной природы, а также объектах, связанных с непреднамеренным ангропогенным воздействием человека на околоземное космическое пространство.
Все это требует развития теории рассеяния и распространения радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере. В настоящее время хорошо исследованы вопросы влияния регулярной (фоновой) неоднородности среды на распространение радиоволн [1-9]. В частности, изучено волноводное и квазикритическое распространение радиоволн [10-12], поведение характеристик поля в окрестности простой и сложных каустик [13-14]. Также достаточно изученной является проблема распространения и рассеяния волн в случайно-неоднородной ионосфере с однородным фоном [15-23]. Исследованы эффекты усиления обратного рассеяния [24], насыщение флуктуаций поля в дальней зоне [25], явление статистической фокусировки [26-28].
Значительно в меньшей степени изучена проблема совместного учета влияния регулярной неоднородности фоновой среды и случайных ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн [29-31]. Хотя совершенно ясно, что регулярная рефракция, приводящая к фокусировке излучения, должна влиять на процесс рассеяния и способствовать возникновению новых эффектов при распространении радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере. С другой стороны, случайные неоднородности способны значительно скорректировать
6
регулярную картину распространения радиоволн. Эти эффекты могут проявиться в различных радиодиапазонах [32], но наиболее важно их учитывать при распространении декаметровых (ДКМВ) и метровых (МВ) радиоволн, где наличие случайных неоднородностей приводит к сильным флуктуациям сигнала [33], рассеянию волн в область каустической тени, образуемой регулярной рефракцией [34].
При многоскачковом распространении радиоволн нужно учитывать отражение и рассеяние вперед на неровностях Земли вне и в окрестности регулярных каустик [35], а при возвратно-наклонном зондировании важно корректно учитывать рассеяние назад в условиях неравномерного распределения энергии флуктуирующего поля по шероховатой земной поверхности [36].
Учет регулярной фоновой рефракции возможен при исследовании распространения радиоволн в случайно-неоднородной ионосфере с помощью метода плавных возмущений или борновского приближения [15]. Но, как известно [16], эти методы неприменимы к описанию сильных флуктуаций волн. Метод параболического уравнения можно использовать для расчета статистических характеристик волн с учетом рефракции, дифракционных эффектов и сильных флуктуаций [37]. Однако, в результате применения этого метода, получают не сами статистические характеристики, а дифференциальные уравнения для них, которые затем решают с привлечением численных либо асимптотических методов. Довольно просто рефракцию можно учесть в геометрооптическом приближении [38-39]. Однако, как известно [40], область сильных флуктуаций - это область сильно развитых каустик, где применение геометрооптического приближения проблематично и нужно привлекать обобщения лучевого описания.
В качестве обобщений метода геометрической оптики коррекгно описывающих интерференцию и фокусировку полей в области появления случайных многолучевости и каустик, можно использовать различные интегральные представления, полученные с помощью методов Маслова [41], Кирхгофа [19] и интерференционного интеграла [42-44]. Удобство этих методов в статистических задачах определяется простотой подинтегрального выражения, что позволяет получать интегральные и асимтотические представления для моментов поля. При этом возможен учет сильных флуктуаций амплитуды и рефракции в
7
фоновой среде. Вместе с тем, для обеспечения достоверности исследуемых эффектов естественных и искусственных ионосферных неоднородностей на трассах наклонного (НЗ), возвратно-наклонного (ВНЗ) и трансионосферного (ТИЗ) зондирования необходимы более точные знания границ применимости как лучевого, так и квазигеометрооптических методов описания характеристик радиоволн.
Большая чувствительность радиоволн декаметрового и метрового диапазона к изменчивым параметрам распределения электронной концентрации в ионосфере делает довольно эффективным использование этих диапазонов при диагностике ионосферы. Существующие способы диагностики в основном опираются на вертикальное зондирование ионосферы [33]. В последнее время с целью расширения области зондирования используют наклонное [45] и возвратно наклонное зондирование ионосферы [46], причем не только с помощью ам плиту дно-модул ированных сигналов, но и сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Однако применение ЛЧМ-сигналов для диагностики неоднородностей сдерживается в виду отсутствия теории распространения сигналов сложной модуляции в случайно-неоднородной ионосфере.
Определение параметров неоднородностей обычно проводят в областях регулярности волнового поля [47-48]. Между тем функциональные связи характеристик зондирующего сигнала и параметров неоднородностей при учете регулярной фоновой рефракции весьма сложны и практически труднообратимы. Поэтому представляется важным выявить области пространства, где эти связи существенно упрощаются. Одной из таких областей оказывается так называемая облаегь волновой катастрофы [49], где нарушается регулярность волнового поля и образуется каустика. В этом случае поле, связанное с регулярной рефракцией не попадает в область каустической тени. В области тени оно формируется в основном вследствие рассеяния волн на ионосферных неоднородностях. Таким образом, в пренебрежении дифракционным просачиванием волн в глубину зоны тени неоднородности проявляют себя там в "чистом" виде, что позволяет надеяться на возможность их диагностики.
8
Целью работы является теоретическое исследование эффектов влияния естественных и искусственных ионосферных неоднородностей на распространение декаметровых и метровых радиоволн в случайно-неоднородном канале Земля-ионосфера в присутствии каустик и разработка на их основе методов диаг ностики неоднородностей среды.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан аппарат математического моделирования статистических
характеристик радиоволн с учетом регулярной и случайной ионосферной рефракции, а также прямого и обратного рассеяния на неровностях земной поверхности.
2. На основе смешанных интегральных представлений впервые обосновано применение метода интерференционного интеграла для расчета
корреляционных характеристик волнового поля в окрестности регулярной каустики.
3. С помощью математического моделирования впервые проведены детальные исследования пространственной, временной и частотной структуры поля декаметровых и метровых радиоволн при распространении в случайно-неоднородной невозмущенной и искусственно-возмущенной ионосфере в присутствии регулярных и случайных каустик и многолучевости.
4. Определена роль ионосферных неоднородностей различных масштабов при формировании ноля в области каустической тени и обнаружена устойчивая корреляционная связь между изменениями средней интенсивности и ширины углового спекгра сигнала в окрестности регулярной каустики.
5. При исследовании особенностей рассеяния флуктуирующих ионосферных радиоволн на шероховатой земной поверхности вне и в окрестности регулярной каустики установлены существенные искажения спектра непрерывного ЛЧМ-сигнала при двухскачковом распространении в случайно-неоднородном канале Земля-ионосфера и обнаружен эффект образования дополнительных комбинированных мод, инициированный случайными ионосферными неоднородностями и шероховатостями земной поверхности.
9
6. Предложены методы диагностики параметров ионосферных неоднородностей по различным статистическим траскторным и энергетическим характеристикам радиоволн в областях регулярности и нерегулярности волнового поля.
Научная и практическая ценность работы.
1. Результаты исследований статистических характеристик радиоволн в естественных и искусственно-возмущенных условиях могут быть использованы для оценки пропускной способности ионосферного радиоканала на реальных трассах НЗ и ТИЗ.
2. Выявленные закономерности в пространственной структуре поля ДКМВ вблизи границы зоны тени важны при конструировании устройств, предназначенных для передачи информации в декаметровом диапазоне на частотах близких к МПЧ.
3. Обнаруженную возможность образования дополнительных комбинированных мод при распространении сигнала в случайно неоднородном канале Земля-ионосфера необходимо учитывать в задачах прогноза модового состава сигнатов дапьней радиосвязи.
4. Установленные особенности искажений спектра непрерывного ЛЧМ-сигнала в случайно-неоднородной ионосфере и при рассеянии на шероховатой поверхности Земли должны учитываться при решении ряда пракгических задач ЛЧМ-зондирования ионосферы.
5. Проведенные исследования влияния искусственных плазменных образований на характеристики радиоволн полезны при разработке методов регистрации целенаправленных и непреднамеренных антропогенных воздействий на ионосферу, а также при создании способов управления' процессом ионосферного распространения радиоволн.
6. Определение параметров неоднородной структуры ионосферы с помощью предложенных методов диагностики имеет важное значение как для исследований естественных и искусственных ионосферных неоднородностей, так и для оптимизации радиотехнических средств, использующих ионосферное распространение радиоволн.
7. В научном плане результаты проведенных исследований также могут быть использованы в подводной акустике, волоконной оптике, при решении вопросов
10
распространения лазерного излучения в случайно неоднородной атмосфере и в задачах рассеяния электромагнитных волн в космической плазме.
Реализация результатов работы.
Разработанный аппарат математического моделирования, реализованный в виде программ и алгоритмов, использован при выполнении ряда хоздоговорных работ и внедрен в ИПГ Роскомгидромета, ИСЗФ СО РАН и других организациях. Результаты проведенных исследований представлены в отчетах по научно исследовательским гос. бюджетным темам и грантам. Материалы работы используются также в учебном процессе на кафедре радиофизики ИГУ.
Защищаемые положения:
1. Разработанный автором аппарат математического моделирования характеристик волнового поля в регулярной и случайно-неоднородной ионосфере на оеггове методов смешанных интегральных представлений, интерференционного интеграла, геометрической оптики и теории возмущений позволяет детально описать пространственно-временную волновую структуру в широком классе задач ионосферного распространения декамелровых и метровых радиоволн в естественных и искусственно-возмущенных условиях.
2. I Доведенное теоретическое исследование процесса распростраггения радиоволн в неоднородной ионосфере позволяет установить, что ионосферные неоднородности играют определяющую роль при формировании пространственно-временной структуры волнового поля в окрестности регулярной каустики. При входе в область каустической тени основной вклад в интенсивность поля обусловлен рассеянием на крупномасштабных неоднородностях. Рассеяние на мелкомасштабных неоднородностях становится доминирующим в области глубокой тени, где интенсивность сигнала резко падает. Глубина проникновения поля в каустическую тень существенно зависит от пространственного расположения и параметров области хаотической ионизации, занятой неоднородностями, а также в значительной мере определяется степенью анизотропии неоднородностей и их ориентацией в пространстве. Вследствие совместного влияния случайных неоднородностей и каустической фокусировки, вызванной регулярными свойствами среды происходит перераспределение плотности поля таким образом, что в
11
окрестности регулярной каустики уширение пучка лучей влечет за собой ослабление интенсивности поля.
3. Выполненное математическое моделирование прямого и обратного рассеяния флуктуирующих ионосферных радиоволн на шероховатой поверхности Земли позволяет установить новые закономерности в структуре сигналов наклонного и возвратно-наклонного зондирования ионосферы, в том числе: выявить на двухскачковой радиотрассе определяющий вклад в суммарную интенсивность поля от лучей с меньшим поглощением и большей фокусировкой, которые на каждом скачке приходят на дальности границ соответствующих теневых зон; обнаружить дополнительные комбинированные моды, связанные со взаимной трансформацией групп нижних и верхних лучей при рассеянии на земной поверхности; показать значительную роль ионосферных неоднородностей при формировании переднего фронта сигнала ВНЗ.
4. Присутствие в ионосфере естественных случайных неоднородностей и тонкой турбулентной структуры искусственных плазменных образований приводит к значительному изменению механизма формирования пространственно-временной структуры поля в окрестности искусственных регулярных каустик и может быть учтено с помощью разработанного математического аппарата в задачах прогноза теневых зон, образующихся вследствие целенаправленных и непреднамеренных антропогенных воздействий.
5. Эффект разрушения регулярной каустики радиоволны, распространяющейся в случайно-неоднородной ионосфере создает новые возможности для более эффективной диагностики ионосферных неоднородностей по сравнению с методами восстановления параметров тонкой структуры среды в областях регулярности волнового поля.
Личный вклад автора.
Поскольку работы автора по теме диссертации выполнены в основном в авторских коллективах, из этих работ в диссертации использованы только те результаты и выводы, в получении которых участие автора было определяющим. Что касается других случаев, в особенности результатов экспериментальных исследований, то в диссертации сделаны корректные ссылки на их авторскую принадлежность.
12
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: Объединенном семинаре "Распространение радиоволн в полярной и неоднородной ионосфере" (Звенигород, 1978г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и техника сложных сигналов" (Минск, 1979г.), межведомственных совещаниях ответственных исполнителей программы "Волновые возмущения" (Алма-Ата, 1978г.; Батуми, 1979г.; Чолпон-Ата, 1980г.; Батуми, 1982г.), VIII,IX,X-Всесоюзных симпозиумах по дифракции и распространению волн (Львов, 1981г.; Тбилиси, 1985г.; Винница, 1990г.), XIII-XIX-конференциях по распространению радиоволн (Горький, 1981г.; Ленинград, 1984г.; Алма-Ата, 1987г.; Харьков, 1990г.; Ульяновск, 1993г.; Санкт-Петербург, 1996г.; Казань, 1999г.), Всесоюзном совещании "Специальные вопросы физики ионосферы и распространения радиоволн (Горький, 1986г.), Всесоюзном совещании "Неоднородная структура ионосферы" (Алма-Ата, 1981г.), Всесоюзном научном семинаре "Исследования влияния неоднородностей на распространение радиоволн" (Душанбе, 1986г.), Всесоюзном симпозиуме "Ионосфера и взаимодействие декаметровых радиоволн с ионосферной плазмой" (Звенигород, 1989г.), межведомственном научном семинаре "Распространение радиоволн и проблемы радиосвязи ДКМВ диапазона (Нижний Новгород, 1991г.), Международной конференции по распространению волн в случайных средах ( Сиэтл, США, 1992г.), Всесоюзном семинаре "Распространение радиоволн в ионосфере" (Калининград, 1989г.), Российской научно-технической конференции по дифракции и распространению волн (Улан-Удэ, 1996г.), Международном симпозиуме по мониторингу' окружающей среды и проблемам солнечно-земной физики (Томск, 1996г.), региональной конференции "Радиофизика и элекгроника: проблемы науки и обучения" (Иркутск, 1995г.), Всероссийской сессии общества им. A.C. Попова (Москва, 1997г.), XXIII, XXVI-Генеральных ассамблеях международного радиосоюза (URSI) (Прага, 1990г.; Торонто, 1999г.), международной конференции "Физика ионосферы и атмосферы Земли" (Иркутск, 1998г.), Всероссийской школе по дифракции и распространению волн (Москва, 1998г.), Международных симпозиумах по элекгромагнитной теории (URSI) (Будапешт, 1986г.; Тессалоники, 1998г.), Международном симпозиуме по математическим методам в электромагнитной теории (Харьков, 1998г.), III
13
международном симпозиуме "Конверсия науки - международному сотрудничеству" (Томск, 1999г.), семинарах в НИРФИ, ИЗМИР АН, ИСЗФ СО РАН.
Публикации.
Результаты выполненной работы опубликованы в российских и зарубежных изданиях и тематических сборниках, всего в 65 научных работах, в журналах "Изв. Вузов. Радиофизика", "Геомагнетизм и аэрономия", "Исслед. по геомаг., аэроном, и физ. Солнца", "Radio Sciense", J. of atmos. and ter. physics" и др.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы, включающего 257 наименований. Текст диссертации содержит 214 страниц, 83 рисунка и 26 страниц списка литературы.
Краткое содержание работы.
Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, определяются основная цель, задачи диссертации и кратко описано содержание работы.
Первая глава диссертации посвящена разработке аппарата математического моделирования влияния регулярных и случайных ионосферных неоднородностей на характеристики ДКМВ и MB, основанного на методах смешанных интегральных представлений, интерференционного интеграла, геометрической оптики и теории возмущений. Значительное место здесь отведено решению вопросов о границах применимости используемых приближений.
В п. 1.1 рассмотрены основные положения метода геометрической оптики и приведены примеры его эффективного использования в задачах ионосферного распространения радиоволн. Особое внимание уделено методическим аспектам применения лучевого приближения. Обсуждаются эвристические критерии применимости геометрической оптики. Предложена и реализована методика построения френелевских объемов лучей. В рамках эвристических критериев применимости геометрической оптики обосновано возникновение многолучевости в среде с локализованной неоднородностью размером /=1-10 км.
В п. 1.2 получены решения траекторных задач в регулярной и случайно-неоднородной ионосфере методом возмущений. Рассмотрены одноточечные и
14
двухточечные граничные условия траекторией задачи. Сделан вывод асимптотических интегральные формул для дисперсий азимутального и вертикального углов прихода, доплсровского смещения частоты и коэффициентов их взаимной корреляции на односкачковой радиотрассе в условиях, когда через трассу проплывает поле случайных неоднородностей электронной концентрации произвольной ориентации. Предложен оперативный метод определения этих характеристик путем дифференцирования интегральных формул по переменному верхнему пределу и включения полученных дифференциальных уравнений в опорную невозмущенную систему лучевых уравнений. Приведены результаты анализа границ применимости метода возмущений для расчета вариаций луча в неоднородной ионосфере.
В п.1.3 получены ключевые асимптотические формулы для корреляционных характеристик радиоволн в приближении интерференционного интеграла, которые положены в основу аппарата математического моделирования эффектов неоднородностей в условиях каустик и многолучевости.
В п. 1.4 в приближении метода возмущений получены формулы для статистических моментов парциальных геометрооптических волн, формирующих интерференционный интеграл. Предложен оперативный метод расчета этих формул путем включения их в расширенную систему траекторных дифференциальных уравнений.
В п. 1.5 обсуждаются границы применимости метода интерференционного интеграла при расчетах корреляционных характеристик радиоволн вблизи каустики. С помощью метода смешанных интегральных представлений, основанного на сочетании идей методов Маслова и интерференционного интеграла и учитывающего флуктуации амплитуд парциальных волн, показана применимость фазового приближения метода интерференционного интеграла для анализа энергетических характеристик поля в окрестности каустики. Приведены результаты численного моделирования методом смешанных интегральных представлений средней интенсивности поля вблизи и выше МПЧ.
Вторая глава диссертации посвящена исследованиям эффекгов естественных ионосферных неоднородностей при наклонном распространении декаметровых и метровых радиоволн в условиях сильной регулярной рефракции. С помощью
15
разработанного аппарата математического моделирования средних и статистических характеристик радиоволн показана важная, а в ряде случаев, определяющая роль неоднородностей электронной концентрации при формировании пространственно-временной структуры волнового поля.
В п.2.1 рассмотрены эффекты регулярных волнообразных и локализованных неоднородностей при наклонном распространении ДКМВ. Показана возможность вывода энергии из ионосферного волнового канала за счет явления траєкторного параметрического резонанса, возникающего в случае модуляции ширины канала волнообразным возмущением электронной концентрации. Рассмотрен эффект сильных искажений радиоимпульса под воздействием локализованных и волнообразных неоднородностей. Показано, что характер этих искажений существенно зависит от наличия в полосе частот, занимаемых импульсом локальных экстремумов в групповом запаздывании сигнала.
В п.2.2 выясняются причины редкого проявления волнообразных неоднородностей в траекторных и энергетических характеристиках сигнала на протяженных трассах. Показана возможность "замывания" квазипериодических изменений характеристик сигнала за счет рассеяния волн на случайных неоднородностях электронной концентрации.
В п.2.3 приведены результаты асимптотического анализа и численного моделирование влияния случайных неоднородностей на траекторные характеристики радиоволн при наклонном распространении вне регулярных каустик. Сделан анализ флуктуаций углов прихода и доплеровского смещения частоты сигнала на односкачковой радиотрассе. Проведено сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными данными но углам прихода, полученными в ИГУ на трассе Хабаровск-Иркутск.
В п.2.4 сделана оценка роли случайных неоднородностей различных масштабов на формирование поля вблизи регулярной каустики. На основе методов интерференционного интеграла, геометрической оптики и борцовского приближения проведено моделирование средней интенсивности поля для сильных и слабых неоднородностей электронной концентрации на частотах вблизи и выше МПЧ.
16
В п.2.5 приведены результаты исследований пространственной структуры поля в окрестности границы зоны тени. Проанализирована связь между изменениями средней интенсивности и ширины пучка лучей на частотах близких к МПЧ. Проведено сравнение результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными по коэффициентам пространственной корреляции поля, полученными в ИГУ на трассах различной протяженности.
В п.2.6 содержатся результаты анализа частотной корреляции флуктуаций поля и средней формы импульсного сигнала в окрестности границы зоны тени. Детально рассмотрены вопросы влияния модовой и внутримодовой многолучевости на частотную и временную структуру сигнала на частотах вблизи МГГЧ и выше ее, вплоть до максимально- наблюдаемой частоты.
В п.2.7 рассмотрены искажения непрерывного ЛЧМ-сигнала под влиянием случайных неоднородностей. Получена асимптотическая формула для спектра сигнала (с учетом принципа его обработки в ионозондс) на односкачковой радиотрассе вдали от МПЧ. Функция частотной когерентности поля, используемая при выводе данной формулы рассчитана в лучевом приближении. В окрестности МПЧ сделан вывод более корректного выражения для спектра ЛЧМ-сигнала с использованием функции частотной когерентности поля, рассчитанной в приближении интерференционного интеграла. На основе этих формул проведено численное моделирование спектров ЛЧМ-сигнала в широком интервале изменений параметров неоднородностей и характеристик ЛЧМ-ионозонда. Проведено сравнение результатов моделирования спектров ЛЧМ-сигнала с экспериментальными данными, полученными на ЛЧМ-ионозонде в ИСЗФ СО РАН.
В п.2.8 проведен анализ размытия доплеровского спектра сигнала в окрестности МПЧ. В рамках гипотезы о переносе замороженной турбулентности с помощью метода интерференционного интеграла получено асимптотическое выражение для доплеровского спектра сигнала на односкачковой радиотрассе. Обсуждается методический вопрос о корректности описания вблизи МПЧ дисперсии доплеровского смещения частоты, полученной путем дифференцирования флуктуаций фазы сигнала по времени.
17
Проведено численное моделирование доплеровских спектров сигнала на частотах вблизи и выше МПЧ.
В п.2.9 рассмотрены вопросы влияния формы спектра неоднородностей и пространственных параметров области их локализации на статистические характеристики ДКМВ. Проведен сравнительный анализ результатов численного моделирования средней интенсивности, функции пространственной и частотной когерентности поля для гауссова и степенного спектров неоднородностей при наклонном зондировании ионосферы на частотах вблизи и выше МПЧ. Получена асимптотическая формула для ослабления средней интенсивности поля в зоне каустической тени. С ее помощью проведен анализ влияния пространственных параметров области локализации неоднородностей на глубину засвечивания зоны тени.
В п.2.10 исследуется рассеяние метровых радиоволн в зону тени, образованную спорадическим слоем Е5. Показана важная роль тонкой струкгуры Е3 в "засветке" теневой зоны. Обсуждаются возможности использования этого эффекта для расширения зоны уверенного приема метровых радиоволн в теле- и радиовещании.
Тпетья глава диссертации посвящена исследованию рассеяния флуктуирующих ионосферных радиоволн на шероховатой поверхности Земли. При наклонном зондировании ионосферы сигнал в пункте приема может формироваться путем последовательных отражений воли от стенок волновода Земля-ионосфера. Поэтому для описания структуры поля на дальних трассах необходимо учитывать отражение и рассеяние радиоволн от реального рельефа земной поверхности.
В п.3.1 в приближении Кирхгофа рассмотрена задача прямого рассеяния ДКМВ на крупномасштабных неровностях земной поверхности. В отличии от известных решений здесь в качестве падающего поля и функции Грина используется поле ионосферных радиоволн, содержащее в себе искажения, связанные с регулярной рефракцией и рассеянием в случайно-неоднородной ионосфере. Поле ионосферных радиоволн описывается в геометрооптическом приближении, что позволяет рассмотреть процесс их рассеяния на земной поверхности вдали от регулярных каустик. Получены выражения для функций
18
частотной и временной когерентности ноля и соответствующих им Фурье -преобразований в виде огибающей радиоимпульса и донлеровского спектра на двухскачковой трассе. На основе этих выражений проведено численное моделирование процесса рассеяния ДКМВ в ионосфере и на земных неровностях. Обнаружена возможность возникновения дополнительных комбинированных мод, связанных с нарушением закона зеркального отражения волн от земной поверхности.
В п.3.2 рассмотрены эффекты рассеяния радиоволн на шероховатой поверхности в окрестности регулярной каустики. В качестве падающего поля и функции Грина в методе Кирхгофа используется интегральное представление, полученное в приближении интерференционного интеграла. В предположении о нормальном распределении флуктуаций фазы парциальных волн, формирующих интерференционый интеграл, получено асимптотическое интегральное представление для функции частотной когерентности поля, позволяющее проводить анализ процесса рассеяния флуктуирующих ионосферных радиоволн на шероховатой Земле вблизи каустики. С помощью полученного представления проведено численное моделирование средней интенсивности радиоимпульса и монохроматического сигнала на двухскачковой трассе в различных ионосферных условиях. Рассчитана частотная зависимость средней интенсивности поля в случае горизонтально-неоднородной и слоистой фоновой ионосферы. Показано, что наибольший вклад в поле на двухскачковой трассе дают лучи, которые на каждом скачке близки к лучам, приходящим на границы теневых зон первого и второго скачков. При этом средний угол падения волн на шероховатую поверхность не равен среднему углу отражения от нее. Обсуждаются шраничения метода определения МПЧ двухскачковой трассы, основанного на эвристическом условии равенства МПЧ односкачковых трасс, составляющих исходную трассу. Анализ огибающей радиоимпульса подтверждает существование дополнительной комбинированной моды на частотах близких к МПЧ. Более того, вследствие фокусировки, она может стать сравнимой по энергетике с основными модами сигнала.
В п.3.3 содержатся результаты исследований прямого рассеяния флуктуирующих ионосферных радиоволн на земной поверхности на основе
19
анализа искажений непрерывного ЛЧМ-сигнала. В рамках методов Кирхгофа и геометрической оптики получено выражение для спектра ЛЧМ-сигнала на двухскачковой трассе. На его основе проведено моделирование искажений спектра для широкого набора параметров ионосферных неоднородностей и шероховатостей земной поверхности. Показана динамика искажений спектра в зависимости от соотношений этих параметров. Детально проанализированы условия формирования в спектре сигнала широкого временного плато и дополнительных комбинированных мод. Показано, что эти комбинированные моды связаны с эффектом трансформации основных мод из одного типа в другой. После отражения от ионосферы группа нижних лучей первого скачка, рассеиваясь на неровностях Земли, далее распространяется верхним путем, т.е. преобразуется в группу верхних лучей второго скачка. С другой стороны группа верхних лучей первого скачка после рассеяния на Земле трансформируется в группу нижних лучей второго скачка. Проводится сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными данными ЛЧМ-зондирования на трассе Магадан-Иркутск, протяженностью 0^3000 км. Получено хорошее качественное согласие результатов расчетов и измерений.
В п.3.4 рассмотрены особенности формирования непрерывного ЛЧМ-сигнала, обратно-рассеяного земной поверхностью. С помощью теории возмущений и интерференционного интеграла получено асимптотическое выражение для спектра ЛЧМ-сигнала, обратно-рассеянного мелкомасштабными неровностями земной поверхности. Проведено численное моделирование спектра сигнала. Показано, что волны, рассеяные в обратном направлении в окрестности каустики имеют минимальные времена распространения и определяют поведение переднего фронта ЛЧМ-сигнала при ВНЗ. Выявлена значительная роль ионосферных неоднородностей в формировании переднего фронта сигнала. Проведено сравнение результатов моделирования спектров ЛЧМ-сигнала с экспериментальными данными, полученными в ИСЗФ СО РАН с помощью ЛЧМ-ионозонда. Получено качественное соответствие теоретических расчетов и результатов измерений.
В н.3.5 получены асимптотические функциональные соотношения, связывающие наклон переднего фронта ЛЧМ-сигнала при ВИЗ с параметрами
20
ионосферных неоднородностей. С учетом найденных в п.2.9 соотношений, связывающих параметры ионосферных неоднородностей и ослабление средней интенсивности поля в зоне каустической тени установлена связь средней интенсивности основного сигнала при НЗ ионосферы и пробного ЛЧМ-сигнала при ВНЗ в окрестности МПЧ. Показано, что крутизна переднего фронта пробного ЛЧМ-сигнала при ВНЗ может быть использована для целей прогнозирования максимально- наблюдаемых частот основного сигнала на трассе НЗ.
В четвертой главе исследуются эффекты искусственных плазменных образований разной природы (вызванных нагревом ионосферы мощным КВ радиоизлучением; возмущениями, образованными ракетами на активном участке траектории, инжекцией в ионосферу плазмогасящих и плазмообразующих веществ различного рода взрывами) на трассах наклонного и трансионосферного зондирования ионосферы. В отличие от традиционных задач, связанных с изучением эффектов ИПО, обладающих регулярными свойствами и приводящих к явлениям многолучевости, фокусировки и дефокусировки здесь эти явления рассмотрены в случайно-неоднородной ионосфере и с учетом тонкой структуры ИПО. Поскольку структура ИПО такова, что за ним могут образоваться каустики как случайного, так и регулярного типа, эффекты ИПО рассчитываются в приближении интерференционного интеграла.
В п.4.1 приведены результаты моделирования средней интенсивности монохроматического сигнала в среде с ИПО. Для анализа воздействий ИПО введены модельные представления, отражающие как эпизодические ионосферные ситуации, возникающие на трассах, так и динамику развития ИПО в течении времени. Численное моделирование проведено в широком интервале изменений параметров неоднородностей искусственного и естественного происхождения. Рассчитаны размеры теневых зон и участков фокусировки с учетом энергетики процесса распространения и рассеяния волн. Показаны существенные отличия протяженности этих областей от размеров теневых зон и участков фокусировки, рассчитанных путем построения траекторий. Детально исследован случай возникновения за счет ИПО "блестящего" участка внутри естественной теневой зоны, образующейся при наклонном распространении ДКМВ.
21
В п.4.2 проведен анализ частотной корреляции флуктуаций поля и средней формы импульсного сигнала в искусственно-возмущенных ионосферных условиях. Показана возможность образования дополнительной моды на наклонной радиотрассе, связанной с влиянием естественных случайных неоднородностей и тонкой структуры ИПО. Важно отметить, что пункт* наблюдения в рассматриваемом случае непосредственно не находился в зоне многолучевости, образованной за счет регулярных свойств НПО. Между тем, вследствие рассеяния волн происходит "забрасывание" поля за пределы окрестностей фокальных точек, порожденных регулярной структурой ИПО. Рассмотрен эффект усиления верхней моды при расположении ИПО в области прикритической рефракции. Показано, что этот эффект, вызванный линзовыми свойствами ИПО, может полностью "маскироваться" рассеянным полем, связанным с присутствием естественных случайных неоднородностей фоновой ионосферы. На основе введенных модельных представлений крупномасштабной и тонкой структуры ИПО рассмотрена динамика искажений огибающей импульсного сигнала в зависимости от стадии развития ИПО.
В п.4.3 содержатся результаты моделирования доплеровских спектров сигнала под влиянием движущегося ИПО в случайно неоднородной ионосфере. Показана возможность дополнительного уширения спектра при рассеянии волн на тонкой структуре ИПО. Рассчитаны сильные искажения спектра за счет* линзовых свойств ИПО. Получены значительные (до единиц Гц) многолучевые уширения доплеровских спектров при различных ионосферных условиях на радиотрассе. Результаты моделирования показали, что огибающая и уширение доплеровского спектра сигнала хорошо отслеживают стадии развития ИПО. Это обстоятельство может быть использовано при решении обратной задачи восстановления ИПО, однако при интерпретации результатов измерений доплеровских спектров необходимо учитывать возможность замывания регулярных эффектов ИПО процессами рассеяния волн на случайных неоднородностях. Приведены примеры возникновения положительных и отрицательных средних значений доплеровского смещения частоты сигнала в зависимости от типа временных изменений структуры ИПО. Рассмотрены особенности размытия доплеровских спектров сигнала при
22
расплывании отдельного ИПО и в присутствии нескольких ИПО в случайнонеоднородной ионосфере.
В пятой главе рассмотрены вопросы диагностики неоднородностей электронной концентрации по характеристикам распространяющегося в ионосфере радиосигнала в условиях сильной регулярной рефракции. Обсуждаются особенности решения обратной задачи в естественных и искусственно возмущенных условиях.
В п.5.1 предлагается метод определения области пространственной локализациям ИПО по дистанционно-частотным характеристикам наклонного и трансионосферного зондирования ионосферы. В отличии от известного метода диагностики слабых локализованных неоднородностей с помощью анализа "бухт" и "холмов" на трансионограммах, здесь предлагается на основе синтеза ионограмм ИЗ и ТИЗ определять размеры интенсивных ИПО, порождающих каустики и многолучевость. Рекомендуется производить сканирование по пространству как серией трансионосферных лучей, так и лучами наклонного зондирования, используя при этом не отдельно выбранные трансионограммы, а устанавливая слежение за последовательными изменениями трансионограмм в широком секторе дальностей. В результате можно выявлять область ионосферы, занятой неоднородностью большой интенсивности и сложной формы.
В п.5.2 рассмотрены возможности диагностики и контроля ИПО по флукгуациям траекторных и энергетических характеристик радиоволн. В целях уточнения пространственного положения ИПО предлагается метод диагностики, рассмотренный в п.5.1, дополнять информацией, полученной при анализе статистических энергетических характеристик сигнала на трассах НЗ и ТИЗ. Предлагается методика определения крупномасштабной структуры ИПО по флуктуациям углов прихода и доплеровского смещения частоты сигнала на различных частотах при наклонном зондировании ионосферы. Показано, что сведения о модовом составе в структуре принимаемого сигнала можег свидельствовать о присутствии на трассе ИПО. Наконец, анализ статистических энергетических характеристик сигнала на частотах вблизи и выше МПЧ оказывается полезным для контроля ИПО.
23
В п.5.3 предлагается метод диагностики параметров неоднородностей среды по статистическим моментам поля в окрестности регулярной каустики. Для этих условий получены асимптотические функциональные соотношения, связывающие статистические характеристики поля и параметры случайных неоднородностей. В качестве последних предлагается рассматривать не геофизические (точные), а радиофизические (эффективные) параметры, поскольку при решении ряда прямых задач распространения радиоволн параметры неоднородностей часто входят в расчетные формулы в связанном виде. В качестве радиофизических параметров тонкой структуры среды используются параметры анизотропного гауссова спектра
\2
неоднородностей, а именно, удельная интенсивность (ц =
7,) и степень
анизотропии неоднородностей (р = 1х/12). Объединяя полученные функциональные соотношения для средней интенсивности и дисперсии направления распространения волн в систему, можно решить ее относительно неизвестных эффективных параметров случайных неоднородностей. Такой метод определения тонкой структуры среды по характеристикам поля в области каустики (волновой катастрофы) достаточно эффективен, если хорошо известно положение регулярной каустики в пространстве. Для определения параметров ионосферных неоднородностей на трассе наклонного зондирования, когда положение каустики точно не известно, предлагается расширить систему уравнений для статистических моментов поля еще одним уравнением описывающим флуктуации направления распространения волны вне окрестности каустики, т.е. в освещенной области. Имея, таким образом, три уравнения можно решить их относительно неизвестных параметров неоднородностей и пространственного положения каустики. Приведены результаты определения предложенным методом параметров естественных ионосферных неоднородностей с использованием экспериментальных данных об угловых и энергетических характеристиках ДКМВ на односкачковой трассе наклонного зондирования.
В п.5.4 предлагается метод восстановления функции пространственной корреляции ионосферных неоднородностей по статистическим характеристикам
24
доплеровского смещения частоты сигнала. В рамках гипотезы переноса замороженной турбулсытности с помощью метода интерференционного интеграла сделан вывод формулы для доплеровского спектра сигнала при вертикальном зондировании, а затем на ее основе получено выражение для ширины доплеровского спектра сигнала. С помощью модельных расчетов показана высокая чувствительность ширины доплеровского спектра на различных частотах зондирования к высотному ходу интенсивности неоднородностей. Этот результат позволяет переходить к решению обратной задачи по восстановлению случайнонеоднородной структуры ионосферы по измеряемым радиофизическим величинам. В качестве одной из последних удобно использовать функцию взаимной корреляции флуктуаций доплеровского смещения частоты на разных рабочих частотах. Для определения функции пространственной корреляции ионосферных неоднородностей получено интегральное уравнение, куда в качестве основной измеряемой характеристики входит взаимно корреляционная функция доплеровского смещения частоты на разных рабочих частотах. Кроме того, требуется дополнительная информация о высотно-частотных характеристиках вертикального зондирования. Интегральное уравнение решено двумя способами. Показана эквивалентность полученных решений. В частном случае решение интегрального уравнения для корреляционной функции флуктуаций электронной концентрации дает высотный ход интенсивности неоднородностей. Обсуждаются ограничения на точность определения статистических характеристик неоднородностей. Данный метод удобнее всего применять при определении корреляционных свойств флуктуаций среды, когда случайные неоднородности содержатся внутри дрейфующих крупномасштабных островов ионизации, горизонтальные размеры которых намного превышают толщину ионосферного слоя.
В заключении изложены основные результаты диссертации, опубликованные в работах [50-114].
25
1. ЛУЧЕВОЙ И КВАЗИГЕОМЕТРООПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВЛИЯНИЯ ИОНОСФЕРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ
РАДИОВОЛН.
Согласно современным геофизическим представлениям [33,115], интенсивность ионосферных неоднородностей пропорциональна их размерам. Поэтому крупномасштабные неоднородности, перенося большие возмущения электронной концентрации, приводят к наиболее сильному возмущению волнового поля. Роль крупномасштабных неоднородностей в формировании структуры поля настолько значительна, что возможны случаи, когда характеристики радиоволн изменяются не только количественно, но и приобретают иное качественное содержание.
Прежде всего, это относится к явлениям многолучевости и образованию каустик. Наиболее развитым теоретическим методом исследования влияния крупномасштабных ионосферных неоднородностей на структуру волнового поля является метод геометрической оптики (ГО) [38], позволивший получить ряд существенных результатов как по изучению рассеяния радиоволн в ионосфере, так и по расчет)' искажений ноля в детерминированной среде. Многочисленные приложения метода ГО к задачам распространения волн в неоднородной ионосфере отражены в большом количестве работ (см. например [15,48,116-120]) Вместе с тем, имеются работы [38,121], посвященные углублению методических аспектов гсометрооптического приближения. В частности, актуальным в настоящее время остается вопрос справедливости лучевого описания волн при рассеянии их на неоднородностях элекгронной концентрации. Дело в том, что, являясь асимптотическим, метод ГО при расчете вариаций поля имеет ограниченные возможности, определяемые не только необходимыми, но и достаточными условиями его применимости [38,121], которые в общем случае оценить далеко не просто. Отсюда возникают 01раничения на масштаб исследуемых неоднородностей. Другое существенное ограничение справедливости геометрооитического метода при расчетах волнового поля в неоднородной среде связано с неприменимостью лучевого описания фокусировки поля на каустиках.
26
Таким образом, требуется разработка новых методов, являющихся, с одной стороны, обобщениями метода ГО на области каустик, а с другой стороны, позволяющих учитывать эффекты неоднородностей более мелких масштабов. Вместе с тем, в своей основе эти методы, по-возможности, должны опираться на построение лучевых траекторий. Тем самым будет сохранено одно из главных преимуществ геометрической оптики, а именно, ес наглядность.
1.1. Приближение геометрической оптики и условия его применимости.
Для исследования распространения ДКМВ и МВ в неоднородной ионосфере широко используется метод геометрической оптики [16,17,38,48]. С его помощью можно получить коротковолновую асимптотику поля в среде как с детерминированными, так и со случайными неоднородностями электронной концентрации. В основном это удается благодаря сравнительно простой математической конструкции и наглядности геометрооптического приближения. Действительно, рассмотрим вывод уравнений ГО в простейшем случае распространения скалярной монохроматической волны в неоднородной стационарной ионосфере. Поле этой волны описывается уравнением Гельмгольца:
Ды + к2с(х, у у г)и = 0 ( 1.1)
где к - волновое число свободного пространства.
В основе гсомстрооптического решения уравнения (1.1) лежит предположение о медленности изменения диэлектрической проницаемости среды € и параметров волны в масштабе длины волны Я в среде. Если / - характерный масштаб изменения этих величин, то должно выполняться неравенство [121]:
Я «1 (1.2)
Считая данное предположение выполненным, в локальной области пространства решение уравнения (1.1) можно представить в виде "почти плоской волны" (терминология работы [121]):
и = Аехр(}кФ) (1.3)
27
где А и кФ соответственно амплитуда и фаза волны. Используя дебасвскую процедуру вывода уравнений для амплитуды А и эйконала Ф, состоящую в разложении А в ряд по обратным степеням параметра к и в подстановке этого разложения в уравнение (1.1), после приравнивания членов с одинаковыми степенями к, получаем уравнения ГО [38]:
где первое уравнение называется уравнением эйконала, а последующие есть уравнения переноса для амплитуд нулевого А0, первого А/ и л-го приближений. Обычно ограничиваются рассмотрением только нулевого приближения:
и под границами применимости метода ГО понимают применимость именно нулевого приближения. Основным уравнением гсомстрооптического приближения является уравнение эйконала, представляющее из себя нелинейное уравнение в частных производных первого порядка.
Решение уравнения эйконала методом характеристик определяет' траектории
лучей, на которых функционал ры/ экстремален. (Здесь с11 элеметгт длины луча).
Известны несколько вариантов записи траекторных уравнений. Для дальнейших целей нам удобно использовать уравнения лучей для изотропной среды в форме, не содержащей дополнительного параметра типа элемента длины луча или группового пути [122]:
(УФ)-’ = е
2(УФУА0)+А0АФ = 0 2(УФУА,)+ А,АФ = -АА0 2(УФУА„)+А„АФ = -АА'_,
(1.4)
и0 = А0 ехр(/кФ)
(1.5)
<к
~г = с18Ч'
(1.6)
(1.7)
(1.8)
(1.9)
28
где ау, г - координаты луча в декартовой системе координат, ц/ и <р - углы рефракции соотве тственно в угломестной и азимутальной плоскостях (см. рис. 1.1). Если решение системы (1.6)-(1.9) найдено, то уравнение эйконала и уравнения переноса могут быть нроинте1рированы вдоль траектории (см. [38]).
Как видно из вышесказанного, мегод ГО позволяет довольно просто получить приближенное представление поля в неоднородной ионосфере, если известен способ решения системы (1.6)-(1.9). Именно поэтому геометрооптическому расчету вариаций поля под влиянием ионосферных неоднородностей, посвящено большое количество работ (см. обзоры [15,115]). В частности, в цитируемой литературе исследовалось влияние крупномасштабных локализованных неоднородностей электронной концентрации на дальность распространения [123-125], групповой путь [126], углы прихода [127], доплеровское смещение частоты сигнала [128]. Особенности фокусировки, дефокусировки лучей изолированной неоднородностью изучались в [126,129]. В работе [130] показана возможность увеличения МПЧ сигнала при его распространении в среде с локализованной неоднородностью. Искажения лучевой структуры поля, вызванные протяженными неоднородностями, такими как, например, горизонтальные градиенты, исследовались в [131,132]. Влиянию горизонтальных градиентов электронной концентрации на величину МПЧ посвящена работа [122]. Геометрооптический метод расчета в большой степени позволил разобраться в характере проявления волнообразных неоднородностей ионосферы при распространении ДКМВ. В [52] изучалось их влияние на углы прихода, доплеровское смещение частоты сигнала, групповую задержку. Исследование явления многолучевости, вызванное присутствием волнообразной неоднородности на трассе наклонного зондирования, проводилось в [133-136]. В частности, в [135] установлено, что наличие области неоднозначности на дистанционно-угловой характеристике существенно зависит от уровня локализации неоднородности по высоте и ее начальной фазы. Движение области многолучевости но Земле в зависимости от рабочей частоты сигнала и параметров волнообразной неоднородности исследовано в [136]. Метод ГО также был успешно применен для анализа возбуждения межслоевого волновода при наличии в нем
29
Рис. 1.1. Траектория луча в декартовой системе координат.