книги из ГПНТБ / Курганов Р.А. Прогнозирование наклонного рассеивания радиоволн метеорными ионизациями

нения показателя пороговой зависимости численности от 1,5 до 6 на рис. 20. Расчетная зависимость значе­ ния критической амплитуды, соответствующей точке пересечения ассимптот, Акр от длины волны и длины

трассы аппроксимируется выражением

где А — длина волны в метрах, L - длина трассы в км, Рт— излучаемая мощность в квш, Ох, 02 — максималь­ ные значения коэффициента усиления приемной и пе­ редающей антенных систем по мощности. По сопо­ ставлению расчетного значения Л к р с экспериментально измеренным контролируется отсутствие потерь излу­ чаемой энергии на трассе, т. е. производится оценка реальной энергетики трассы [105].

Зависимость величины средней длительности и показателя пороговой зависимости средней длитель-

* г ности К, = — — от величины минимальной регистри-

ии.

Ig—

руемой электронной плотности на трассе а0 для трасс различной длины L и различной длины волны X при­ ведена на рис. 22, 23.

г 1700км

°1500км

.ШОкм

Юіг Ю° Ю" іОі5 <0"<*о

Рис. 22.

90

растают с увеличением а0 , что не соответствует экспе­ риментальной зависимости. Для модели „Ь" соответ­ ствие эксперименту удовлетворительное для значений а0 порядка 1013 эл/м. Удовлетворительное соответствие результатов прогноза с экспериментом во всем диапа­

ским закономерностям и может быть принята за основу при прогнозе.

На рис. 24 приведены расчетные графики диффе­ ренциальных распределении длительности отраженных сигналов для трассы длиной /. = 1100 км и длины волны X = 7,5 для различных уровней регистрации. Изменение распределений, рассчитанных для модели „а", указывает на значительное возрастание плотности распределения длительностей больше 4 сек при увели­ чении минимальной регистрируемой электронной плот­ ности, не обнаруживаемое по экспериментальным дан-

91

Рис. 24.

ным. Закономерность изменения формы дифференци­

ствующей регистрации недоуплотненных следов при наличии уменьшения амплитуды отраженных сигналов за счет начального радиуса метеорного следа, до KN =9 для а0 > 1015 эл/м, что соответствует регистра­ ции переуплотненных следов. Экспериментально изме­ ренное значение KN для 1013 < а0 < 101 4 эл/м порядка

2,5—3. На рис. 26 приведен график зависимости пока­ зателя частотной зависимости средней длительности

Ü2

кг,

«M

Юа Юа # А M15 d 0

Рис. 26.

трех длин волн для уровня регистрации U0 = 0,5у.Ѵ. Необходимых экспериментальных данных для сопо­ ставления не имеется. Зависимость средней длитель­ ности отражений от длины трассы на уровнях реги­ страции, соответствующих одинаковой минимальной

93

регистрируемой электронной плотности, имеет вид

ность систем метеорной радиосвязи при заданных требованиях к параметрам используемых метеорных радиоотражений, а также пересчета графиков суточ­ ного хода N, у], X для трасс с заданными значениями ао , К L -

\.2.7. Расчетная зависимость суточных и сезонных вариаций прогнозируемых законов распределения численности и длительности метеорных радиоотражений от ориентации и географического положения трассы

Для выявления зависимости суточных и сезонных вариаций численности и коэффициента заполнения от ориентации и географического положения трассы были рассчитаны для 4-х сезонов года графики суточного

А'0 = 0°, 45°, 90°, 135° по отношению к меридиану и рас­ положенных на <р0 = 55, 65, 75° северной широты.

94

Расчет произведен для мощности передатчика 1 кет, немодулированного радиоизлучения частоты 40 мггц, применения антенн в виде одного пятиэлементного полотна типа „волновой канал" и уровня регистрации 0,5 мкв, что соответствует минимальной регистрируе­ мой электронной плотности порядка 1013 эл/м. Полу­ ченный набор (альбом) графиков суточного хода Nu -ц позволяет сделать следующие выводы о закономер­ ностях суточных и сезонных вариаций средней чис­ ленности и коэффициента заполнения в зависимости от ориентации и географического положения трассы:

1. Наблюдается заметное увеличение максималь­ ных значений численности с уменьшением географи­ ческой широты <р0 средней точки трассы, особенно для марта и декабря, где максимальная численность возрастает от 100 до 400.

2. Сезонный ход численности максимален для се­ верных широт. Например, для трассы с широтой сред­ ней точки <р0 = 75° максимальная численность изме­ няется от 100 в марте до 650 в июне.

3. Глубина суточного хода численности возрастает с уменьшением географической широты и максимальна для широтных, т. е. ориентированных по параллели трасс.

4. Форма графиков суточного хода УѴи TJ изменяется от одномодальной с модой в 6 часов утра в марте до 2-х модальной в сентябре. Исключением являются широтные трассы, где графики суточного хода всегда одномодальны с модой в 6 часов утра. Глубокий минимум численности и коэффициента заполнения всегда наблюдаются в 18 часов вечера. Второй мини­ мум появляется в районе 5—8 часов утра в зависи­ мости от ориентации трассы.

5. Глубина суточного хода коэффициента заполне­ ния порядка 3-х, а суточного хода численности по­ рядка 4-х.

Графики суточного хода средней численности N, коэффициента заполнения ч\ и средней длительности т, определяющие суточные и сезонные вариации законов распределения численности и длительности для трассы с произвольными энергетическими, географическими и геометрическими параметрами, могут быть получены либо непосредственным расчетом на ЭВМ по алгорит-

95

Глава II. НАПРАВЛЕННОСТЬ МЕТЕОРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

§ 2.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАПРАВЛЕННОСТИ МЕТЕОРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

Под направленностью метеорного распространения радиоволн подразумевается анизотропность углового распределения зарегистрированных в приемном пункте метеорной радиотрассы отражений. Угловая анизотроп­ ность характеризуется одно- и двумерными распре­ делениями углов прихода метеорных радиосигналов в пункт приема. За угловые координаты принимаются

скостью, проходящей через центр земли, точки приема и передачи, и угол места Ѳ — угол между отраженным радиолучом и плоскостью местного горизонта в точке приема.

Угловая анизотропность принятых сигналов обус­ ловлена, во-первых, зеркальностью отражения радио­ волн при метеорном распространении, а точнее вызван­ ной этой зеркальностью, концентрацией отражающих центров в двух относительно небольших „активных областях" метеорной зоны ионосферы, расположенных на высоте около 100 км по обе стороны от середины линии метеорной радиотрассы. Требование зеркаль­ ности отражения приводит к тому, что из всей массы падающих на землю метеорных частиц потенциально полезными для связи на данной трассе оказываются только частицы, следы которых касаются поверхности одного из семейства зеркальных эллипсоидов. Для областей, расположенных вблизи над центром трассы, условию зеркальности удовлетворяют следы метеор­ ных частиц, расположенные вблизи горизонта. Зенит­ ный угол для таких следов почти 90°, и создаваемая линейная электронная плотность следа а мала. По-

этому второе требование—достаточной для регистрации в точке приема величины отраженной мощности, вы­ полняется только для метеоров с большей массой, вероятность падения которых F(m > т0) мала.

При удалении зеркальных точек отражения от центра трассы увеличиваются значения cosZ, соот­ ветствующие метеорным следам, удовлетворяющим условию зеркальности, а следовательно, уменьшаются значения минимальных регистрируемых масс и растет регистрируемая численность. Однако одновременно за счет возрастания расстояния до отражающей точки и уменьшения множителя поляризации cos\x начинает возрастать само значение минимальной регистрируемой

действие второго фактора. Регистрируемая численность при этом начинает уменьшаться. Уменьшение реги­ стрируемой численности происходит также и за счет увеличения ослабляющего действия начального ра­ диуса метеорного следа г0 , вызванного уменьшением эффективной длины волны X3 = XsecO.

Количество эффективно отражающих точек умень­ шается с понижением высоты, так как высота точки максимальной ионизации метеорного следа обратно пропорциональна массе метеора, а следовательно на низших высотах сгорают, оставляя ионизированные следы, метеоры больших масс, имеющие малую веро­ ятность падения. Наличие верхней границы активных областей обусловлено конечной чувствительностью регистрирующей аппаратуры и сильно возрастающим с высотой ослабляющим действием начального радиуса метеорного следа на величину отраженного сигнала. Эффективная толщина метеорного слоя ионосферы порядка 15 км при средней высоте слоя 95 км.

Наиболее полной характеристикой активных обла­ стей является объемная плотность отражающих точек. Трехмерное распределение объемной плотности отра­ жающих точек полностью определяет направленные свойства метеорного распространения радиоволн, т. е. форму двумерных угловых распределений принятых радиосигналов.

98

Ввиду малой толщины эффективного метеорного слоя ионосферы по сравнению с его средней высотой достаточной в первом приближении характеристикой активных областей служит плотность распределения регистрируемой численности и коэффициента запол­ нения в опорной плоскости. За плотность численности или коэффициента заполнения в опорной плоскости принимается вклад в N или ч\ всех метеоров, давших отражения над фиксированным единичным элементом площади опорной плоскости. Карты распределения плотности численности и коэффициента заполнения в опорной плоскости называются „зонами полезности".

Величина, а также суточный и сезонный ход пара­ метров угловых распределений принятых радиосигна­ лов определяют параметры и необходимую ориента­ цию приемных и передающих антенных систем в ме­ теорной радиосвязи.

§2.2. ОБЗОР РАБОТ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ

ИТЕОРЕТИЧЕСКОМУ ИССЛЕДОВАНИЮ НАПРАВЛЕННОСТИ МЕТЕОРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

Ландмарк и Хагсфорс [106, 107] экспериментально » исследовали азимутальное распределение метеорных радиоотражений от спорадического фона и метеорного потока Геминид в декабре 1957 г. на трассе длиной 1150 кл (70/Ѵ, 19Е, -60/Ѵ, UE). На трассе работал передатчик непрерывного излучения на частоте 46,8мгц мощностью 5 кет и измерительное устройство, со­ стоящее из двух антенн, разнесенных на 2Х, работаю­ щих на два узкополосных приемника с общим гете­ родином. Разность фаз сигналов второй промежуточ­ ной частоты (10 кгц) приемников регистрировалась фазометром прямого отсчета. Кроме того, регистри­ ровалась амплитудно-временная характеристика мете­ орного радиоэхо. Нуль системы контролировался по излучению контрольного передатчика, расположенного на расстоянии 2 км по линии трассы. Отмечено хоро­ шее качественное соответствие полученных азиму­ тальных распределений для спорадических метеоров с теоретическими для равномерного гелиоцентриче­ ского распределения радиантов спорадических метео­ ров. Однако на основании имеющихся отклонений

»