книги из ГПНТБ / Курганов Р.А. Прогнозирование наклонного рассеивания радиоволн метеорными ионизациями
.pdfОбласть перехода от асимптоты к асимптоте соответствует изменению <xmIn на два порядка. Бу дучи пронормированными к максимуму, графики рис. 1 представляют собой графики функции распределения максимальных амплитуд метеорных радиоотражений, зарегистрированных за любой интервал времени. Графики рис. 2, 3 иллюстрируют суточный ход сред ней за 7 дней численности метеорных радиоотраже ний на трассах КН и СН для 2-х сезонов. Там же приведены соответствующие графики суточного хода
среднего за 7 дней коэффициента заполнения уі=='^^ |
> |
||
где |
т — средняя длительность отражений. |
|
|
ния |
По форме все |
зарегистрированные радиоотраже |
|
разделяются на |
3 типа. Первый тин — отражения |
от недоуплотненных метеорных следов, характери зуемые резким возрастанием амплитуды сигнала с по следующим спадом по экспоненте. Второй тип — отражения от переуплотненных метеорных следов, дл-я которых время нарастания амплитуды сигнала сравнимо с временем экспоненциального спада, а на протяжении некоторого времени после достижения максимальной амплитуды последняя остается постоян
ной. Третий |
тип — отражения |
от |
поворотных |
метеор |
|||||
ных |
следов, |
возрастание |
и |
падение |
амплитуды сиг |
||||
нала |
для которых |
вызвано |
разворотом |
метеорного |
|||||
следа атмосферными ветрами и происходит |
значи |
||||||||
тельно медленнее |
(1—2 |
сек), |
чем |
для |
отражений |
первых двух типов. Часть отражений является федингующей. Для трассы СН среднесуточный про центный вклад числа отражений 1-го типа 70%, из которых 38% федингующих, 2-го типа—10%, из ко торых 60% федингующих, 3-го типа—20%, из кото рых 95% федингующих. Для трассы КН среднесуточ ный процентный вклад числа отражений 1-го типа 50%, из которых 8% федингующих, 2-го типа —30%, из которых 35% федингующих, 3-ю типа —20%, из которых 60% федингующих. При возрастании мини мальной регистрируемой электронной плотности выше
1014 |
эл/м, |
т. е. переходной, |
наблюдается |
резкое |
|
уменьшение |
вклада отражений 1-го |
типа и |
увеличе |
||
ние |
вклада |
отражений 2-го |
типа. |
Среднесуточный |
20
3 6 1 11 15 № ZI |
5 6 9 a h 1& Zi |
Рис. 2.
<H, Октябрь
-I |
1 1 1- Г ' |
1 I |
I . I |
1 1— |
{ |
в a <& 20 |
4 5 |
a (s |
го 2i Bp |
Рис. 3.
процентный |
вклад в суммарную |
длительность |
отра |
||||||||
жений имеет |
для |
трассы СН |
величину |
40% |
для |
1-го |
|||||
типа, из которых 60% федингующих, |
|
10% |
для |
2-го |
|||||||
типа, |
из |
которых |
60% федингующих, |
|
50% |
для |
3-го |
||||
типа, из которых 95% федингующих. |
Соответственно |
||||||||||
для |
трассы |
КН |
вклад отражений 1-го |
типа |
—15%, |
||||||
из которых |
15% |
федингующих, |
2-го |
типа—30%, из |
|||||||
которых |
66% федингующих |
и |
3-го |
типа —55%, |
из |
которых 85% федингующих. В 90% случаев откло нение величины вкладов отражений данного типа и процентного вклада федингующих отражений в чис ленность и суммарную длительность для любого часа менее 30% от приведенных среднесуточных зна чений. Систематического суточного хода величины
этих вкладов, превышающего 30 % от |
среднесуточ |
||
ных значений, не обнаружено. |
|
||
Установлено, что процентный вклад числа федин |
|||
гующих отражений является |
функцией |
длительности |
|
отражения х и эффективной |
длины волны \ 3 = k-sec®. |
||
/ = 1 - е х р [ - ( 6 - 1 0 - 3 - Х э |
+ |
0,63) • х-2 '2 |
• 1 0 " 2 ^ + 1 ' 7 3 ] (9) |
ине зависит в первом приближении от минимальной регистрируемой электронной плотности, времени суток
игода. Период фединга Тф— функция длительности
отражения т и эффективной длины волны Хэ и также не зависит от am i n (рис. 5)
Тф = (2,4- 10-2 -Хэ + 0,07).Igt + |
1,6- |
Ю-2 -Хэ + 0,27. |
(10) |
|||||||
На рис. 6 приведена карта |
распределения двумер |
|||||||||
ной плотности |
вероятности р(Тфіп), |
где |
Тф — период |
|||||||
фединга — время |
между |
двумя |
|
последовательными |
||||||
пересечениями |
сигналом |
уровня |
регистрации |
с оди |
||||||
наковым значением |
производной, |
tn |
— время превыше |
|||||||
ния уровня в каждом_периоде фединга. |
Среднее зна |
|||||||||
чение |
Тф=\,2 |
сек, |
^„ = |
0,67 |
сек, |
среднеквадратиче- |
||||
ские |
отклонения |
о7\ = 1,57 сек, |
at |
= \,2Асек. |
Услов- |
|||||
|
|
|
|
Ф |
|
|
п |
|
|
ные распределения как времени превышения при фик
сированном периоде фединга, так |
и периода |
фединга |
при фиксированном времени превышения |
наиболее |
|
близки к релееевскому. Значения |
времени |
превыше- |
22 |
|
|
т
Рис: 4.
2ЛЮ м/м СИ- A прело Тфхен ijmpo
0.05 0.6 03 06 П 2.4 4.5 9.6 Ю.2 38 <* Z сен
0.05 0.15 0.3 0.S 12 2Л 4.3 9.6 №3&A Z сек
|
|
|
|
Рис. |
5. |
|
|
ния |
и периода |
фединга коррелированы с коэффициен |
|||||
том |
корреляции 0,77+0,13. |
|
|
|
|||
Исследовано среднее относительное время превы |
|||||||
шения |
федингующим |
сигналом |
порогового |
уровня, |
|||
т. е. величина |
отношения |
средней длительности вы |
|||||
броса х = -^~ |
над пороговым |
уровнем к |
среднему |
||||
периоду |
фединга Т.. |
Величина |
не зависит от ми |
||||
|
|
|
4 |
|
|
т1 |
|
24
нимальной регистрируемой электронной плотности, времени суток и эффективной длины волны, а зави сит только от длительности отражения (рис. 5). При
изменении т от 0,1 сек до 10 сек ~- |
изменяется от |
0,3 до 0,6, что соответствует изменению формы вы броса над пороговым уровнем, т. е. формы федингующего сигнала от определяемой выражением
t |
Т.Ф |
1 |
|
|
до определяемой выраже |
|
нием t„ |
|
1 |
|
3,5і |
А — амплитуда фе- |
|
Ф |
А |
где |
||||
|
|
|
|
|
||
дингующего сигнала, |
U0 — уровень |
регистрации. Сред |
нее относительное время превышения может быть аппроксимировано формулой
|
|
|
а-гЧ |
|
(И) |
|
Ф |
хЧ + Ь |
|
||
|
|
|
|||
где а = 0,82, ô = 0,55, |
q |
= 0,5 |
со |
среднеквадратич- |
|
ными отклонениями |
о а = |
0,09, 0 0 = 0,19, 0*7 = 0,13 |
|||
соответственно. |
|
|
|
|
|
|
|
і0оо_шоо |
|
|
|
|
|
|
|
|
-отфдоЩ)°Іо |
255- |
|
|
|
|
- от (0.1'до 0.5)% |
|
|
|
|
- От (05до 0% |
|
Z2.fi- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~апЦдо2)% |
|
êi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-от(2доЗ)% |
|
3-2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15] |
|
|
|
|
-Qiïi (5go6)% |
Ö.S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-on)(6go9)%t |
|
DA- |
|
|
|
|
|
0.2- |
|
|
|
|
|
ОJ |
|
|
|
|
|
ШШ |
|
|
|
|
|
0.1 02 0-U |
0.8 16 3.2 |
m |
255 Tip |
Рис. б.
25
На рис. 7 |
приведены |
графики |
р (Ч) — плотности |
распределения |
длительности отражений, зарегистри» |
||
рованных за |
один час на трассе СН и КН. За |
||
длительность |
отраженного |
сигнала |
принято суммар |
ное время превышения им порогового уровня. Следовательно, из УѴДГ зарегистрированных за не
который интервал времени àT на трассе метеорных отражений p(^)-N^T имеют длительность превышения порогового уровня, равную т. Причем /% (х) отраже
ний |
данной |
длительности —-_федингующие со |
сред |
||||
ними параметрами |
фединга |
Г ф и |
tn, определяемыми |
||||
формулами |
(10) и (11). |
|
закон |
распределения |
дли |
||
В интегральной |
форме |
||||||
тельности отражений |
аппроксимируется двумя |
функ- |
|||||
циями: показательной |
r 1 ( t ) = e |
, где т |
= |
||||
|
|
|
|
|
|
16чс2£>* |
|
= - т |
— некоторая эффективная |
постоянная времени |
амбиполярной диффузии для данной трассы для отра жений от недоуплотненных следов и обратностепенной функцией F2 (x) = х- *2 для отражений от пере уплотненных следов. Для трасс СН х = 0,53, £ 2 = 0,90 для утра и t = 0,82, Ä2 = 1,05 для вечера. Для трассы
КН |
х = |
0,98, £ 2 = |
0,84 для |
утра и х = 1 , 3 1 , £ , = |
1,0 |
|
для |
вечера. |
|
|
|
|
|
|
Эффективным |
критерием |
изменения |
параметров |
х, |
|
£2 закона распределения длительности |
отражений |
яв |
||||
ляется |
изменение |
средней |
длительности отражений. |
Зависимость средней длительности для федингующих и всей массы отражений от минимальной регистри руемой электронной плотности am i n или уровня реги страции U иллюстрирует рис. 8.
Показатель Кх пороговой зависимости средней длительности изменяется на протяжении суток в пре
делах |
— 0,05 |
<КХ |
< + 0,09 для трассы |
КН |
и в пре |
делах |
— 0,12 |
< |
< 0 для трассы CH. |
Среднее зна |
|
чение |
показателя пороговой зависимости |
К. |
в диапа- |
||
|
|
|
|
и |
|
26
%PrÉ CH. апрель
-*- UO'OJMKÔ -ѳ- UO-ZOMKS
U0'8.0MKÔ
Ц PT KH, mkpb
UO'WMKS
U0-2,8^MK6
U0'S68MKÔ.
Рис. 7.
зоне |
минимальных регистрируемых |
электронных |
|
плотностей |
1013 < аг а 1 п < 3-Ю1 4 эл/м для |
обеих трасс |
|
равно |
нулю |
при среднеквадратическом |
отклонении |
аК*„ = 0,04.
Зависимость средней длительности отражений от
длины |
волны X и длины |
трассы L в диапазоне изме |
нения |
1013 < а т і п < 3-Ю1 4 |
эл/м аппроксимируется фор- |
27
16 зо s8 н гг*0 ю%т
|
Lcp ce* |
KHt янбарй |
|
|
утро |
4 |
|
О ОІіМ |
3 |
- |
о • срео |
|
||
2 |
- |
|
о - обш о - феа à нефіа
1Ъ 30 18 M 22 *0Ю'%/»
о феа Û • пешее
1
Рис. 8.
к
мулой — = ( l r S e c Ф ' Л |
гд е ф ф половина угла |
рассеивания для центра активных областей трасс яв ляется функцией длины трассы.
Величина показателя Kz порядка 1,5 для утра и порядка 1,35 для вечера.
28
§1.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАКОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ МЕТЕОРНЫХ РАДИООТРАЖЕНИЙ
1.2.1. Обзор работ по методам прогнозирования законов распределения численности н длительности метеорных радиоотражений
Теоретическому исследованию законов распреде ления численности и длительности метеорных радио отражений и прогнозированию параметров этих зако нов посвящены ряд работ. В основном проведенные исследования касаются вопросов прогнозирования средней численности и длительности метеорных ра диоотражений, определяемых суммой вкладов отдель ных элементов объема или некоторой собирающей поверхности метеорной зоны ионосферы.
Одной из первых |
работ в этой |
области |
является |
||||||||||||
работа Эшлимана и Маннинга [43]. В работе |
предпо» |
||||||||||||||
лагается, |
что все метеорные |
следы |
имеют |
одинако |
|||||||||||
вую |
длину L — 25 км и средние точки |
этих |
следов |
||||||||||||
находятся |
на |
|
высоте h над |
плоской |
землей. |
Плос |
|||||||||
кость, в которой |
расположены |
середины |
метеорных |
||||||||||||
следов, называется А-плоскостью. След имеет |
по |
||||||||||||||
стоянную |
ионизацию по |
всей |
длине. Распределение |
||||||||||||
видимых радиантов |
спорадических |
метеоров |
принято |
||||||||||||
равномерным. |
|
С дифференциальной |
площадкой |
раз |
|||||||||||
мерами dS = dx'dy |
|
Л-плоскости |
связываются |
метеор |
|||||||||||
ные следы, зеркальные точки отражения |
от которых |
||||||||||||||
находятся |
на расстоянии |
|
|
от |
|
дифференциаль |
|||||||||
ной площадки. Это будут |
следы, |
расположенные по |
|||||||||||||
отношению к |
плоскости, |
проведенной |
через |
центр |
|||||||||||
дифференциального |
элемента, под углами: <]> < tym, |
|
|||||||||||||
|
|
ф = |
|
|
|
|
.( ! _ s i n 2 ф .c o s 2 р ) |
|
|
|
|
||||
где |
/?2 — |
расстояние от |
центра |
|
дифференциаль |
||||||||||
ного |
элемента |
до |
передатчика |
и приемника, |
Ф — по |
||||||||||
ловина угла |
рассеивания, |
соответствующего |
центру |
29