поглощение радиоволна
Вертикальное зондирование ионосферы. Лекция 2.
ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ИОНОСФЕРЫ
Лекция 2
Распространение радиоволн в изотропной ионосфере
Ионосфера представляет слой с переменной электронной концентрацией N(z).
Волна распространяется в среде с диэлектрической проницаемостью:
f p- плазменная частота, f - частота радиоволны.
.
Отражение происходит в диапазоне частот [0 , fm], где
- критическая частота.
Истинная высота отражения h определяется условием:
т.е. где fp(h)=f.
Действующая высота hd определяется интегралом:
видно что:
Распространение радиоволн в анизотропной ионосфере
В среде распространяются две волны:
обыкновенная (o - компонента) поглощение радиоволна нобыкновенная (x - компонента).
Распространение каждой волны определяется
своей диэлектрической проницаемостью:
fH ~ 1.4 МГц - гирочастота электрона,
- угол между направлением распространения радиоволны поглощение радиоволна магнитным полем Земли.
Отражение o - волны происходит в диапазоне частот [0 , fm],
т.е. критическая частота o - волны совпадает с критической частотой для изотропного случая.
Отражение x - волны происходит в диапазоне частот [fH , fmx], где
т.е. критическая частота x - волны больше критической частоты:
fmx - fm = ~fH/2.
Истинная высота отражения o - волны определяется условием
fp(ho)=f, т.е. совпадает с истинной высотой для изотропного случая.
Истинная высота отражения x - волны определяется условием
т.е. меньше высоты для o - волны.
Действующие высоты для o - поглощение радиоволна x - волны определяются интегралами:
Не всегда hd0>hdx
Учет поглощения на примере изотропной ионосферы
Учет столкновений электрона с ионами поглощение радиоволна нейтралами приводит к следующему уравнению движения:
где - эффективная частота столкновений электронов.
В итоге у показателя преломления появляется мнимая часть:
а модуль коэффициента отражения имеет вид:
Основной вклад в интеграл поглощения вносят высоты:
где, велико (неотклоняющая область)
и где (отклоняющая область).
Для модели:
вклад неотклоняющей области составляет ~90%,
а коэффициент отражения вдали от критической частоты имеет простую аппроксимацию:
При учете магнитного поля:
Среднеширотная ионосфера
Ночь. На ионограмме видны следы отражения от одного F-слоя.
Кокубуджи. Япония.
35.7 o с.ш., 139.5 o в.д.
31.10.2001 03:50 L.T.
Среднеширотная ионосфера
Вечер. На ионограмме видны следы отражения от E- поглощение радиоволна F- слоя.
Миллстон Хилл. США.
42.6 o с.ш., 71.5 o з.д.
25.04.2002 18:15 L.T.
Среднеширотная ионосфера
День. На ионограмме видны следы отражения от
E- , F1- поглощение радиоволна F-слоя.
Кокубуджи. Япония.
35.7 o с.ш., 139.5 o в.д.
08.07.2001 16:02 L.T.
Среднеширотная ионосфера
Вечер. Полная экранировка Es - слоем.
Миллстон Хилл. США.
42.6 o с.ш., 71.5 o з.д.
25.04.2002 20:45 L.T.
Экваториальная ионосфера
Следы от o- поглощение радиоволна x-компонент
различимы только вблизи
критической частоты
Джикамарка. Перу.
12.0 o ю.ш., 76.8 o з.д.
09.04.2002 12:45 L.T.
Экваториальная ионосфера
Инверсия следов от o- поглощение радиоволна x-компонент
вблизи критической частоты
Джикамарка. Перу.
12.0 o ю.ш., 76.8 o з.д.
09.04.2002 16:15 L.T.
Полярная ионосфера.
Диффузные отражения
от F - слоя
Сондрестром.Гренандия.
67.0 o с.ш., 50.7 o з.д.
08.04.2000 21:00 L.T.
Полярная ионосфера.
Явление F-spread
Сондрестром.Гренандия.
67.0 o с.ш., 50.7 o з.д.
14.03.2001 21:15 L.T.
Обратная задача вертикального зондирования ионосферы
Известны: hd(fk), k = 1...m,
Нужно восстановить: fp(z) или N(z).
Значения fp(hk ) = fk известны, нужно восстановить hk.
Четыре допущения:
аппроксимация fp(z);
модель низа;
модель долины;
модель верха.
Пример: изотропная ионосфера, линейная аппроксимация.
Неизвестность h0 - проблема низа.
При f1 = 0, h0 = h1= hd(f1), в любом другом случае модель.
Линейная экстраполяция:
Иллюстрация "проблемы низа" для монотонного профиля
Иллюстрация "проблемы низа" при наличии долины в недоступной области
Иллюстрация "проблемы долины"
Распространение сигналов при вертикальном зондировании ионосферы
1. Произвольный узкополосный сигнал может быть представлен в виде:
где a(t), b(t) - квадратурные компоненты сигнала.
2. Сигналы на входе u0(t) поглощение радиоволна выходе u(t) произвольного линейного стационарного канала связаны соотношением:
где - передаточная функция канала,
- спектр входного сигнала.
Для удобства можно ввести комплексную огибающую
сигнала a(t)=a(t)+ib(t) поглощение радиоволна получить соответствующее
соотношение для комплексных огибающих на входе q0(t) и
выходе q(t) канала:
В нашем случае - комплексный коэффициент отражения от иносферы:
Если слабо изменяется в полосе сигнала, то для описания прохождения
сигнала можно ограничиться первыми членами разложения в ряд Тейлора:
В этом приближение удается получить простое выражение для q(t):
- задержка - восстановление профиля N(z);
- фаза - измерение скорости дрейфа поглощение радиоволна движения перемещающихся ионосферных возмущений;
А - амплитуда - измерение скорости дрейфа, измерение эффективной частоты соударений, исследование мелкомасштабных ионосферных неоднородностей;
- наклон АЧХ - исследование мелкомасштабных неоднородностей.
Пример временных вариаций характеристик сигнала:
http://rp.iszf.irk.ru/texts/school/VZ/index2.htm
Дата последнего изменения: 23.01.2003.
разделы
лотерея
лотерея
лотерея
лотерея
учиться танго
гипсокартон
масло форма
узи тошиба
поглощение радиоволна