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

Вклад метеорного потока получен путем вычита­ ния распределения углов прихода спорадических ме­ теоров за дни, предшествующие потоку. Пересечение радиантом потока плоскости трассы совпало по вре­ мени с кульминацией радианта для средней точки трассы (14.00 час. 12 декабря 1957 г.). Подчеркивается хорошее качественное соответствие с теорией.

Р. В. Мидоус [108] исследовал распределение по азимуту и углу места метеорных радиоотражений и отражений от ионосферы в марте—июне 1956 г. на трассе длиной 1740 км, ориентированной по азимуту под углом 94°. Передатчик непрерывного излучения мощностью 40 кет на частоте 37,3 мггц был распо­ ложен в Гибралтаре. Азимут метеорных радиоотраже­ ний в Винкфильде измерялся системой, состоящей из двух антенн, разнесенных на 5,1 м, работающих на сдвоенный приемник. Разность фаз сигналов проме­ жуточной частоты обоих каналов приемника измеря­ лась методом „сумма—разность" при покадровой фо­ торегистрации. Угол места определялся по соотноше­ нию амплитуд сигналов метеорного радиоэхо, принятого двумя антеннами, расположенными на высоте 14 и 28 м над поверхностью земли. Фазировка системы произ­ водилась по излучению контрольной антенны, распо­ ложенной на высоте 3,6 м на расстоянии 236 м по линии трассы. Калибровка произведена с помощью привязанного аэростата с высоты 200 м и расстояния от 300 ж до 8 км. Особенности 3-х часовых гисто­ грамм азимутального распределения радиоотражений от спорадических метеоров качественно соответствуют теории для равномерного гелиоцентрического распре­ деления радиантов. Отмечается повышенное число отражений с линии трассы и уменьшение дисперсии азимутального распределения ночью, а также умень­ шение углов, соответствующих моде азимутального распределения, днем. 15% зарегистрированных метеор­ ных радиоотражений дают мнимое значение углов места, так как полученное соотношение амплитуд не

100

ления по углу места на уровне 0,5 порядка 3-х граду­

шенные моды экспериментальных угловых распреде­ лений объясняются малой высотой приемных антенн.

приемной антенной системы. Имеется также 15% мни­ мых значений углов места, наличие которых объяс­ няется интерференцией. Делается вывод о необходи­ мости сужения по горизонтали и вертикали диаграмм направленности антенн для повышения эффективности связи.

Винсент и Вольфрам [109] и Гроскопф [ПО] резю­ мируют результаты ряда экспериментальных работ

вающего максимальное значение пропускной способ­ ности линии связи. По полярным диаграммам числен­

рона трассы. Величина оптимального азимута дости­ гает 13°. Для широтной трассы с 13.00 до 24.00 часов оптимальна южная сторона трассы. Величина оптималь­ ного азимута достигает 20°. С 24.00 до 13.00 часов оптимальна северная сторона трассы. Оптимальный азимут — до 30°. Увеличение числа сигналов при ориен­ тации антенн по оптимальному азимуту достигает 90%

101

по отношению к антенне этого же типа, ориентиро­ ванной по "линии трассы.

Бейн B.C. [111] приводит данные азимутальных измерений на частоте 70 мггц на трассе длиной 1750 км, практически совпадающей с трассой [108]. Передатчик мощности 30 кет немодулированного излучения при измерениях работал на антенну, имеющую ширину азимутальной диаграммы направленности 24 на уровне половинной мощности. Измерение азимута произво­ дилось системой, состоящей из двух антенн, распо­ ложенных перпендикулярно трассе на высоте 25 м, работающих на два идентичных приемника с шириной полосы пропускания 25 гц, и фазометра типа „сумма — разность". Съем данных азимута с экрана электронно­ лучевой трубки с большим послесвечением — визуаль­ ный. Контроль точности измерения произведен по степени соответствия друг другу азимутальных рас­ пределений, полученных на двукратных по длине ан­ тенных базах.

Полученные азимутальные распределения сопостав­ лены с распределениями, полученными при произведен­ ных одновременно измерениях на частоте 37 мггц [108]. Основные отличия распределений — не объяснимое теоретически повышение численности отражений под азимутами порядка 3° — к западу от трассы в период от 21.00 до 09.00 часов и меньшая дисперсия распре­ делений, очевидно, обусловлены разницей в диаграм­ мах направленности антенн, примененных на частотах 37 и 70 мггц.

С помощью двумерных контуров видимости, по­ строенных с использованием введенной Хайнсом функ­ ции видимости (функции, определяющей обнаружи­ ваемую часть потенциально наблюдаемых следов), подсчитаны азимутальные распределения для трех моделей распределения радиантов спорадических ме­ теоров:

а) экспериментального трехлепесткового распреде­ ления радиантов, полученного в Джодрэл Бэнк,

б) равномерного гелиоцентрического в плоскости эклиптики,

в) равномерного гелиоцентрического по всей не­ бесной сфере. Установлено, что равномерное по всей небесной сфере гелиоцентрическое распределение ра-

102

Диантов дает наилучшее соответствие с эксперимен­ тальными данными Мидоуса. Делается вывод о необ­ ходимости применения при расчетах распространения вперед равномерного гелиоцентрического распределе­ ния радиантов спорадических метеоров.

Ввиду того, что прогноз численности и коэффи­ циента заполнения любым методом есть опреде пение суммы вкладов отдельных элементов объема или пло­ щади метеорной зоны ионосферы, все рассмотренные в § 1.2 методы прогноза IV и у\ потенциально пригодны и для прогноза направленности метеорного распро­ странения радиоволн. Например, расчет получаемых

и прогноза направленности метеорного распространения радиоволн. Функциональным преобразованием эти карты могут быть пересчитаны в двумерные карты

азимуту или углу места, дающие характеристику угло­ вой направленности отраженных радиосигналов.

Другая форма прогноза направленности предложена Эшлиманом и Млодноским [112], которые создали ме­ тодику пересчета радиолокационных наблюдений на трассу — формулы и карты перехода от координат точек метеорной плоскости, расположенной на высоте 100 км к азимутам и дальности метеоров, обнаружи­ ваемых одновременно радиолокационной станцией. По данным радиолокационных наблюдений 26—27 де­ кабря 1956 г. в Стенфорде ими построены двумерные карты распределения потенциального коэффициента заполнения (коэффициента заполнения на единицу площади метеорной плоскости, нормированного коэф­ фициентами усиления антенн и поляризации) для трасс Стенфорд — Феникс (1000 км, запад — восток) и Стенфорд — Спокана (1000 км, север —юг) и 4-х часовых интервалов. Карты подтверждают основные особен­ ности суточных изменений в теоретических характе­ ристиках направленности метеорного распространения, однако полуночная численность превышает полуднев­ ную, что не соответствует теории при предположении

103

равномерного гелиоцентрического распределения ра­ диантов спорадических метеоров. По произведенным одновременно азимутальным измерениям на трассах

и, где Е, W— числа отражений, принятых при

стороны меридиональной трассы. Вполне удовлетво­ рительное соответствие графиков, полученных путем пересчета из радиолокационных наблюдений, графи­ кам, полученным* непосредственно на трассе, подтвер­ ждает объективность предложенного метода пересчета. Сопоставление в опорной плоскости не произведено, так как не измерялись значения углов места и точные значения азимутов радиосигналов на трассе. Сопостав­ ление направленности метеорного распространения с направленностью ионосферного рассеивания позво­ ляет авторам высказать предположение о том, что непрерывное ионосферное рассеивание в умеренных широтах в течение большей части дня происходит в основном за счет перекрытия во времени большого количества слабых метеорных радиоотражений. Пред­ лагается несколько вариантов диаграмм направленности

с помощью радиолокационной станции, расположен­ ной у одного конца трассы.

Микс и Джеймс [113, 114], используя методику Пью [86], получили выражение для п(х, у)— числа отражений с элемента поверхности метеорной зоны dx-dy на высоте 100 км, превышающих в точке прие­ ма некоторый амплитудный уровень. Путем интегри­ рования по ß — углу между метеорным следом и пло­ скостью связи подсчитаны двумерные карты распре­ деления плотности коэффициента заполнения в опорной

104

коэффициента заполнения, горизонтальной и смешан­ ной выявил 50% проигрыш по величине коэффициента заполнения при горизонтальной поляризации. Были произведены вычисления координат точек касания плоскости эклиптики к зеркальным сфероидам в ме-

-теорной зоне для трассы 250 и 1000 км. Построены орбиты точек касания плоскости эклиптики для трасс различной ориентации в проекции на опорную пло­ скость.

При концентрации радиантов спорадических метео­ ров в плоскости эклиптики точка касания плоскости эклиптики зеркальным сфероидам будет соответство­ вать наиболее „горячей" области метеорной зоны ионосферы (области с наибольшей объемной плот­ ностью отражающих точек), независимо от поляриза­ ции и геометрических параметров.

18, 20 и 22 июня 1957 года была произведена экспе­ риментальная проверка степени эклиптической кон­ центрации радиантов на трассе Ноксвилл — Атланта на частоте 41,9 мггц при излучаемой мощности 0,5 кет. Антенна с оптимальной поляризацией попеременно

эллипсоидом'. Установлено, что при облучении антен­ нами „горячей" точки регистрируемая численность отражении возрастает в полтора раза.

17, 19 и 21 июня 1957 г. был произведен экспери­ мент с попеременным облучением „горячих" областей метеорной зоны, соответствующих равномерному ге­ лиоцентрическому распределению радиантов споради­ ческих метеоров. Ориентация антенн с диаграммами излучения шириной 40°, соответствующая ожидаемому суточному ходу направленности, вызвала увеличение численности метеорных радиоотражений в три-че­ тыре раза. Максимальные значения численности, полу­ ченные при ориентации антенн на точку касания эклиптики и „горячую" облвсть, одинаковы.

105

Авторы заключают, что существующая концентра­ ция радиантов спорадических метеоров в плоскости эклиптики не определяет основные особенности ме­ теорного распространения радиоволн.

Излагается также методика аналитического расчета прохождения метеорного потока на трассе и приве­ дено вполне удовлетворительное сопоставление с экспе­ риментом.- ,

Анализ опубликованных работ по эксперименталь­ ному и теоретическому исследованию направленности метеорного распространения радиоволн позволяет сде­ лать следующие выводы:

1. Полученные путем непосредственных измерений на трассе одномерные угловые распределения плот­ ности численности (только азимутальные за исключе­ нием [108]) недостаточны для выбора параметров ан­ тенных систем метеорной радиосвязи и непригодны для детальной проверки результатов теоретических расчетов метеорных радиотрасс, представляемых в виде карт распределения двумерной плотности численности

икоэффициента заполнения в опорной плоскости.

2.Эпизодичность произведенных измерений исклю­ чает возможность обобщений и получения сезонного хода направленности.

3.Существующие методы расчета двумерных рас­ пределений плотности регистрируемой численности и коэффициента заполнения в опорной плоскости по­

строены при допущении ряда грубых приближений и упрощений, которые могут в принципе исказить картину направленности метеорного распространения радиоволн и ее суточного хода. Основными из этих упрощений являются предположения о равномерности геоцентрического распределения плотности радиантов регистрируемых метеоров, постоянстве геоцентриче­ ской скорости метеоров и отсутствии влияния ослаб­ ляющего действия начального радиуса метеорного следа.

4. Целесообразно проведение специального экспе­ риментального исследования направленности метеор­ ного распространения радиоволн для получения более полных экспериментальных данных в форме одно-и двумерных угловых распределений плотности числен­ ности и коэффициента заполнения для различных

106

сезонов года и различных трасс, а также проведение сопоставления полученных экспериментальных распре­ делений с результатами расчета метеорных радиотрасс,

§ 2.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРАВЛЕННОСТИ МЕТЕОРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

2.3.1. Методика измерений

Экспериментальное исследование направленности метеорного распространения радиоволн проведено в 1960—1963 гг. на экспериментальных трассах МК протяженностью 700 км, ориентированной по парал­ лели, и МО протяженностью 1150 км, ориентирован­ ной под углом 28° по отношению к меридиану.

На трассах работали высокостабильные кварцованные передатчики немодулированного излучения часто­ ты 40 мггц мощностью около 2 кет.

Для измерения угловых координат метеорных ра­ диоотражений применена специальная аппаратура, использующая фазовый двухканальный метод.

Аппаратура состоит из двух узкополосных коге­ рентных радиоприемников, один из которых работает с кольцевым переключением антенных всходов, фазометрического устройства с яркостной отметкой фазы на кольцевой развертке и покадрового автоматиче­ ского фотоиндикатора.

Приемники супергетеродинного типа с полосой пропускания 3 кгц и уровнем собственных шумов порядка 0,05 мкв подключены к трем приемным антен­ нам, размещенным по вершинам прямоугольного тре­ угольника, ориентированного большим катетом вдоль линии трассы.

При возникновении благоприятным образом ориен­ тированного метеорного следа радиосигнал передат­ чика, расположенного у корреспондента, отражаясь

107

ется по меньшей по сравнению с остальными отмет­ ками яркости.

При превышении амплитудой сигнала уровня реги­ страции срабатывает дискриминатор пускового устрой­ ства в фотоиндикаторе, запуская ждущую развертку длительностью 1 сек, на которой регистрируется амплитудно-временная характеристика метеорного ра­ диоотражения, и производя подсвет лучей фотоинди­ катора, часов и даты. По окончании развертки про­ изводится смена кадра. Образец фоторегистрации углов прихода приведен на рис. 28.

2.3.2. Результаты экспериментального исследования направленности метеорного распространения радиоволн

В течение весны, лета, осени и зимы 1963 г. про­ ведено измерение направленности метеорного распро­ странения радиоволн на трассе МО. Передатчик не­ прерывного излучения мощностью 2 кет работал на 5-ти элементную антенну типа „волновой канал", уста­ новленную на высоте 1.73Х над поверхностью Земли. Приемно-индикаторное устройство регистрировало амплитудно-временные характеристики, азимут и угол

На рис. 29, 30 приведены полученные для 4-х 6-ти часовых интервалов марта месяца усредненные за 10 дней наблюдений нормированные гистограммы рас­ пределения плотности численности и коэффициента

109