CC BY
14СИНТЕЗ ОТКЛИКА СИГНАЛА КВ-ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ИОНОСФЕРНЫЙ КАНАЛ СВЯЗИ АКУСТИЧЕСКИХ УДАРНЫХ ВОЛН
Нагорский П.М. (nagorsky@elefot.tsu.ru), Цыбиков Б.Б. (bair@elefot.tsu.ru),
Казакова Н.А. (Natalia@elefot.tsu.ru)
Сибирский физико-технический институт при Томском государственном университете
ВВЕДЕНИЕ
Развитие ракетной техники привело к тому, что верхняя атмосфера (ВА), ионосфера и окружающее космическое пространство (ОКП) не остались в стороне от интенсивного давления технических средств на окружающую среду. Модификация окружающей среды, в том числе ВА и ОКП, может быть двоякой: специально организованной (активные эксперименты в ближнем космосе) и непреднамеренной (запуски и маневры космических аппаратов, аварии, приводящие к взрывам ракет, разгонных блоков и т.д.) [1,2]. Характерной чертой в обоих случаях является образование и эволюция в процессе распространения интенсивных ударных акустических возмущений (УАВ), которые, в свою очередь, являются эффективным генератором плазменных возмущений и волн [3,4].
Среди разнообразных способов модификации ВА и ОКП запуски однотипных ракет, выводящих по весьма близким траекториям космические аппараты на орбиту, представляют собой уникальное явление: это эталонный источник, воздействие которого на окружающую среду строго калибровано (по массе, импульсу, энергии, временной и пространственным координатам). Таким образом, вариации от запуска к запуску параметров УАВ следует отнести либо к геофизическим факторам, либо к изменению параметров, выбираемых при ведении зондирования.
Эффективным методом регистрации динамических процессов в ионосфере является доплеровское КВ-зондирование, которое было использовано при изучении волновых возмущений, возникающих в ионосфере вблизи реперных радиотрасс после пролета ракет [5,6]. Анализ откликов сигнала показал, что связанные с УАВ формы отклика отличаются очень большим разнообразием. Это не позволяет «напрямую» восстанавливать параметры ударных возмущений из формы отклика зондирующего сигнала.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Метод доплеровского зондирования ионосферы реализован по схеме многопозиционной радиолокации с разнесением передающих и приемного устройств [7]. В качестве передающих устройств использовалась сеть радиовещательных станций КВ-диапазона, расположенных в Центральной Азии. Прием и регистрация отраженных от ионосферы сигналов осуществлялись комплексом, расположенным в г. Томске. Схема используемых реперных радиотрасс приведена на рис. 1. На ряде радиотрасс проводилось одновременное зондирование на нескольких (от 2 до 4) частотах. За исключением трассы Душанбе-Томск, для остальных радиотрасс точки пересечения плоскостей радиотрасс с активным участком траектории движения ракеты находится вблизи областей отражения радиоволн. Анализ экспериментальных данных позволил выявить ряд характерных послепролетных возмущений в спектре сигнала, связанных с УАВ.
Типичные формы отклика сигнала иллюстрируются рис. 2. Зарегистрированное на них смещение частоты а/ связано со скоростью изменения концентрации электронов Ые вдоль лучей, связывающих передатчик и приемник соотношением:
а/ =- / Г ^^ л, (1)
1 с 0 Ы где п(г, /, ^) - показатель преломления, г -радиус-вектор радиотраектории, /, с - частота зондирования и скорость света.
Полагая, что основной вклад в интеграл Рис. 1. Схема радиотрасс (сплошные кривые) (1) вносит область отражения, возмущение Ые
и проекция на землю траектории имеет Ж-образный вид, смещение частоты 1-го полета ракеты (штриховая кривая). луча, прошедшего через возмущенную область, будет иметь асимметричный М-образный вид. Положительные смещения частоты обусловлены отражением от переднего и заднего ударных фронтов, а отрицательные - рефракцией на пологой части #-волны. В ряде случаев такая форма отклика сигнала в частотно-временной области действительно зарегистрирована (рис. 2а и частично - 2б). Отклик сигнала М-образного вида позволяет провести грубую оценку временных параметров Ж-волны по времени существования положительных и отрицательных смещений частоты: нарастание электронной концентрации на переднем и заднем фронтах приводят к положительным, а падение Ые на пологой части - к отрицательному смещениям частоты. Поскольку УАВ в ВА относится к слабым ударным волнам и распространяется со скоростью, незначительно превышающей скорость звука, это позволяет оценить пространственные масштабы возмущения.
Снова возвращаясь к рис. 2, резюмируем, что для откликов, приведенных на рис. 2в - 2е, предложенный способ оценки неприменим. Таким образом, возникает ряд вопросов:
- как отклик сигнала зависит от гелио-геофизических условий и от конкретных условий проведения эксперимента;
- как из параметров отклика сигнала можно извлечь информацию о параметрах возмущения (амплитуде, форме, ширине ударного фронта и т.д.);
- для каких форм отклика сигнала операция восстановления параметров возмущения возможна, а для каких - нет.
Настоящая работа посвящена, в основном, анализу первого вопроса - для его решения предложена модель отклика зондирующего сигнала и проведен сравнительный анализ данных моделирования и экспериментальных результатов. Для синтеза модельного отклика зондирующего сигнала необходимо иметь:
- модель фоновой среды (для модели ВА - использовалась модель М8Ш [8], а для фоновой ионосферы - обращенные ионограммы АИС Караганды и Томска, а так же модель 1Е1 [9]);
- эволюционную модель возмущения в нейтральной компоненте плазмы и ее отклик в заряженной компоненте (Ж-образное акустическое возмущение на конусе Маха);
- метод синтеза отклика сигнала, прошедшего через возмущенную область в ионосфере (геометрооптическое приближение и способ решения по [10]).
МОДЕЛЬ ВОЗМУЩЕНИЯ В ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЕ
Ударно-акустические волны в верхней атмосфере генерируются при обтекании спутным потоком ракетного факела. В процессе движения ракеты последовательно реализуются режимы обтекания газа факела спутным потоком от режима сплошной среды до свободно-молекулярного.
60
£ 50
о а к
Э
Томск
40
Алма-Ата Ташкент
-Дтттуяп ад /Душанб е
| 11 11 | 11 11 | 11 11 | 11 | 11 11 | 11 11 | 11 11 |
60 70 80
Долгота, град.
90
Рис. 2. Примеры отклика сигнала в координатах сдвиг частоты (ось ординат) - время (ось абсцисс. Символами Н и В обозначены невозмущенные и возмущенные моды в спектре, МДВ - московское декретное время, Здесь же указаны- типы ракет-носителей (РН Союз, Протон), дата, трасса, частота зондирования.
а) - два М-образных отклика;
б) - сумма М-образных и более сложных форм с точками возврата;
в) - сумма двух откликов с уменьшающимся АГ
г) - полное перекрытие невозмущенной лучевой трубки и «петлеобразная» форма отклика;
д) - аналогично (г), но без положительной части «петли»;
е) - «яйцеобразная» форма отклика на фоне рассеянного сигнала.
На структуру и размеры возмущения оказывают совместное влияние изменение степени нерасчетности истечения газа из сопла, вязкости среды, неоднородность атмосферы по высоте и расходимость возмущения [11]. Известно [1], что тяжелые космические ракеты разгоняются в верхней атмосфере под очень малыми углами к горизонту, поэтому ось конуса Маха можно считать ориентированной горизонтально. Учитывая, что число Маха M = vpjcs >> 1, где
cs, vp - местная скорость звука и скорость движения ракеты, граничную поверхность, на
которой генерируется N-волна, представим в виде горизонтально-ориентированного цилиндра, с осью совпадающей с направлением движения ракеты. Отошедшую УАВ можно считать сформировавшейся на радиальных расстояниях ro, превышающих половину радиуса первой бочки. В расходящихся возмущениях на заднем фронте волны разряжения формируется вторая ударная волна: форма профиля приобретает N-образный вид. Введем следующие параметры N-волны: Am - амплитуда, Х , Л~ - длины импульсов сжатия и разряжения, Х + Л~ = AN, а -безразмерная ширина переднего и заднего ударных фронтов, r± - расстояние от оси движения ракеты в радиальном направлении до точки, в которой импульс сжатия сменяется импульсом разряжения. Соответствующие временные параметры равны: ts=AXN /cs, т+ = Х / cs,
T=X / cs , TN = XN / cs .
Поскольку длина N-волны должна быть много больше длины свободного пробега атомов и молекул нейтральной компоненты, то в плазме без магнитного поля профили возмущений в заряженной и нейтральной компонентах были бы близки или совпадали. Для учета роли магнитного поля выделим в ионосфере три области: область E, в которой хорошо выполняется условие q2 << vfn; нижнюю часть EF - долины, где Qi ~ vin, Ne ~ const и верхнюю
часть долины и область F, в которой q2 >> v2. Здесь qi - гирочастота ионов, vin - эффективная
частота столкновений ионов с нейтральными молекулами. Для области E относительное отклонение электронной концентрации от фонового значения Ne' при Ne ~ const повторяет профиль колебательной скорости частиц газа un. В области EF - долины и выше на увлечение заряженной компоненты нейтральным газом ограничивающее влияние оказывает ориентация геомагнитного поля.
Учитывая перечисленные факторы, представим профиль возмущения V в виде:
V(г,t) = Am (г,t)Fg(г,t)Fs (r,t) . (2)
Здесь:
Am( r, t), XN, A - функции, определяющие эволюцию относительной амплитуды, длины и безразмерной ширины фронта УАВ:
Am = KyiХУ0 cos^/ 2(y + 1)H; XN = K J2{y + 1)X0V0H /cos^; (3)
a = 8n l(r)/(y + 1)^0V0K; K = (r0 /r)1/4 exp(r cos^/4H).
Асимптотические соотношения получены для волн за границами начального участка течения радиуса при распространении УАВ в сторону уменьшения плотности (ф < п /2, где ф отсчитывается от вертикали). Здесь Vo, Х0 относительная амплитуда и длина импульса на граничной поверхности радиуса r0, H - высота однородной атмосферы, l(r) - длина свободного пробега. При ф > п / 2 использовались более сложные соотношения. Для ракет, летящих на высотах менее 100 км, амплитуда УАВ имеет экстремум в области E ионосферы, величина которого не превосходит 10 %. При полете ракеты выше области E амплитуда УАВ монотонно убывает с высотой. Двигатели с тягой ~ 100 тс и высотах полета ракеты больших 80 - 90 км могут создавать УАВ заметной интенсивности как в области E, так и в области F. При высотах полета, меньших 70 - 80 км N-волна заметной интенсивности существует только в области E.
Для двигателей с силой тяги ~10 тс ракетный факел создает N-волну заметной интенсивности только в той области ионосферы, в которой летит ракета.
Fg - соотношение, учитывающее влияние геомагнитного поля на увлечение ионов нейтральным газом (вG - угол между направлением движения элемента УАВ и геомагнитным полем на высоте r-R3, R3 - радиус Земли):
cos2 eG, r - R3 > 140км;
q2
Fg =
Vin
Q2 + V
1 + —2r cos2 в
G'
120 < r - R3 < 140км;
(4)
1, r - R3 < 120км.
Fs - функция, определяющая внутреннюю структуру области возмущения:
Fs =
X ( х5 )
th
xS -п AN
0,
- th
xS +п AN
xJ < 2п;
\xJ > 2п;
(5)
где X(xS) = aSxS - bS, xS (r, t) = п ■(rN r 1 ^
- профиль пологой части (кусок параболы,
позволяющий варьировать соотношения между амплитудами переднего и заднего ударных фронтов, Х+ и Х) и безразмерная координата в движущейся вместе с возмущением системе координат; тх, гы = с^ (^ - to) - расстояния от источника до текущей точки и до центра симметрии Ы-волны; t, to - текущее время и время включения источника. Для средних широт временная эволюция профиля возмущения в нейтральном газе (штриховые) и в заряженной компоненте (сплошные кривые), распространяющегося от летящей на высоте И = 200 км ракеты вертикально вверх и вниз, представлена на рис. 3. Кривые построены с тактом 10с, значения размерных параметров на высоте полета ракеты равны: длина импульса сжатия Х+ = 6 км, ширина ударного фронта 5 = 2 км.
V 0.1
0.0
-0.1
20 с j, 20 с ^ 60
% mill)
\A
v' ...... у у V in......
Положим,
что вблизи плоскости радиотрассы ракета движется по прямой с постоянной скоростью. Зададим ее траекторию в параметрическом виде
rp = r00 + (t - 100)vpnp ,
где
местоположение ракеты в некоторый момент времени too, ур - величина скорости
движения ракеты,
nP -
направляющие
150 200 250 Ь, км
Рис. 3. Серия профилей относительных возмущений в нейтральном газе и концентрации электронов в ионосфере.
косинусы направления движения ракеты. Расстояние от некоторой заданной точки
г00 до плоскости, которая включает текущую точку г и нормальна направлению движения ракеты, расстояние гх от текущей точки до траектории движения, время to определяются соотношениями:
Dp (t) = Sing(np ■ r0 )(np ■ (r00 - r0) - (t -100 )vp X
(r - ^ t0 = t00 + (np • (^00 - ^0))/vp •
rt =
npx'
00
Величина Бр отрицательна до момента пересечения ракетой плоскости, включающей текущую
точку, и положительна после пересечения этой плоскости. Граница сечения области возмущения плоскостью радиотрассы представляет собой эллипс.
Выбор структуры области возмущения в виде произведения быстроосциллирующей функции р и медленно меняющихся функций Ат, Ро позволил пренебречь составляющими . др /
вида дА1удх и Удх , где X, = {г, 0 географические координаты и время. Легко
убедиться в том, что эти производные меньше д^удх п0 крайней мере в Лу4н, ^/г раз.
Соотношения (2)-(6) совместно с фоновым распределением Ые, представляют собой модель распределения электронной концентрации в ионосфере, возмущенной ударно-акустическими волнами.
СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И МОДЕЛЬНЫХ ДАННЫХ
Сопоставим данные, зарегистрированные экспериментально и полученные при численном моделировании. В качестве натурных возьмем данные, полученные 24.06.82 г., в летнее солнцестояние при высоком уровне солнечной активности (число Вольфа Ж=175) и отсутствии геомагнитных возмущений (Ар = 18). Такой выбор обусловлен тем, что летней ночью картина лучевых траекторий является наиболее простой и определяется одним, достаточно «толстым» слоем Р2. Начальные значения параметров на высоте полета (~ 200 км) составляли: У0 = 0.12, Л+ =14 км, а = 4 км, ^=850 м/с, Н=45 км. Критическая частота и высота максимума слоя Р2: /ср2=7.5 МГц, Ътр2=Ъ40 км. Радиотрасса для этого сеанса находилась в ночном секторе, что позволило ионосферу представить сферически слоистой средой и не учитывать горизонтальных градиентов, связанных с восходно-заходными явлениями.
Обсудим результаты модельного эксперимента, которые представлены на рис. 4а в координатах время-смещение частоты для серии фиксированных расстояний вдоль радиотрассы (указаны около соответствующих кривых), и сопоставим с данными, приведенными в [5]. При расчетах полагалось, что ракета, летящая на высоте Ир = 200 км, пересекает трассу на расстоянии ёр = 900 км от передатчика, угол между плоскостью радиотрассы и плоскостью движения ракеты составляет 550, частота зондирования / = 12 МГц. Формы экспериментального и численного профилей временных вариаций частоты и модового состава спектра сигнала оказались весьма близки: в обоих случаях зарегистрировано появление двух откликов на возмущение (Э1, Э2) с разной длительностью существования. Экспериментально зарегистрированные максимальные значения смещения частоты и время существования положительных сдвигов частоты первого отклика оказались выше соответствующих расчетных значений, а для второго - они близки между собой. Для отрицательных А/ расчетные значения оказались несколько меньше экспериментально зарегистрированных. Для Э2 модельные и экспериментальные значения вариаций частоты и длительности оказались близкими (кроме т~ ).
Для отклика Э1 получилось: 15= 20с, т+ = 30с, т~ = 60с, ты = 90с. В натурном эксперименте эти же параметры элемента Э1 равнялись: 5 = 30с, т Э = 40с, т-= 330с, т-= 370с. Высота отражения нижнего радиолуча, формирующего Э1, для дальности 1600км (трасса Алма-Ата - Томск) составила ~ 235км. На этой высоте модельные значения параметров #-волны составляли 5 = 5км, Л+ = 10км. Откуда следует оценка линейных значений параметров #-волны в реальном эксперименте: 5 = 7,5км, Л+ = 13,5км . Удовлетворительное согласие данных, полученных экспериментально и численно, позволяет приступить к исследованию значимости факторов, контролирующих формирование отклика сигнала наклонного зондирования.
АНАЛИЗ ДАННЫХ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Даже в простейшем случае («толстый» ночной слой Е) зависимость вариаций параметров приходящего сигнала от дальности вдоль трассы распространения является немонотонной: для дальностей, на которых отклик сигнала проявляется раньше всего вариации частоты, разницы углов прихода и амплитуды - минимальны. Для модельного эксперимента такие явления зарегистрированы на дальностях ~ 1300 км и ~ 2200 км от передатчика. При удалении от этих точек максимальные значения вариаций параметров приходящего сигнала вначале растут, а затем - уменьшаются. Это связано с тем, что распространение радиоволны вблизи траектории движения ракеты приводит к практически полной компенсации сдвига частоты, отклонения направления волнового вектора от невозмущенного значения и изменения амплитуды (сечения элементарной лучевой трубки) при последовательном пересечении радиоволной возмущений электронной концентрации, образованных фазами сжатия и разрежения Ж-волны. Поскольку пересечение траектории движения ракеты возможно как на восходящем, так и на нисходящем участках траектории радиолуча, то и таких зон на земной поверхности может образоваться тоже две. При неизменном положении в пространстве траектории движения ракеты расположение этих зон на поверхности Земли носит элемент случайности и определяется состоянием ионосферы и частотой зондирования. Последнее обстоятельство является дополнительным источником дисперсии экспериментальных данных.
М, Гц
¿км
: 1300
1400
1500
2 Гц-
, \/ 1600
1800
2000
2200
2400
ДГ, Гц -
Д£„к,град
1250
2 Гц
ДЛ Гц -
Д£„к,1рад
2 1, мин
Рис. 4. Модельные отклики сигналов.
а) - в зависимости от времени для серии фиксированных дальностей;
б) - в зависимости от дальности для серии частот зондирования;
в) - в зависимости от дальности для серии моментов времени.
<1, км
Перейдем к анализу зависимости формы отклика сигнала от координат точки пересечения ракетой плоскости радиотрассы. В качестве модели невозмущенной ионосферы возьмем модель, соответствующую ночным летним условиям. Серия численных экспериментов проводилась для переменной дальности ^ и фиксированной высоте ^ пересечения и переменной ^ и фиксированной Анализ результатов численных экспериментов показал, что основной формой вариаций частоты (также как и в натурных экспериментах) является несимметричная М-образная форма, которая вследствие автомодельности регистрируется и для фиксированной дальности (как функция времени), и для фиксированного момента времени (как функция дальности). Знаки вариаций А/ и алгебраической суммы углов возвышения у передатчика и приемника (Авн к) для зон возмущения в спектре сигнала «уходящих» от
передатчика совпадают, а в случае зон, приближающихся к передатчику, вариации А/ и Авн к находятся в противофазе. Увеличение ^ при неизменной высоте полета приводит к увеличению расстояния до зон возмущения в спектре сигнала, уменьшению отношения | А/ / Авн к I и уменьшению времени существования наиболее удаленных от передатчика зон
возмущения в спектре сигнала. Для ^ > 1200 км из спектра сигнала исчезают зоны возмущений (многолучевости), связанные с верхними лучами, которые в данном модельном эксперименте фиксируются на расстояниях не превосходящих ~ 1600 км. Увеличение высоты пересечения ракетой плоскости радиотрассы (при неизменной ^ = 900 км ) приводит к приближению к передатчику дальней группы зон вариаций частоты, удалению от передатчика ближней группы зон, слиянию ряда зон и их исчезновению при уходе точки пересечения плоскости трассы за каустическую поверхность (область отражения) нижнего луча. Одновременно с ростом высоты возрастает максимальное значение смещений частоты. Наибольшее увеличение смещения частоты зарегистрировано для верхних лучей.
Как показал анализ экспериментального материала наиболее сложные формы отклика сигнала зарегистрированы в тех случаях, когда частота зондирования приближается к максимально применимой для данной трассы частоте. В натурных экспериментах точки поворота (отражения) радиолучей находились фактически над (или под) траекторией движения ракеты, таким образом, при /~/МПЧ возмущенная область ионосферы находится вблизи точки возврата (острия Поверлайна). Для исследования эволюции формы отклика сигнала в зависимости от отношения / / /Мпч проведем серию численных экспериментов с переменной частотой зондирования для той же фоновой ионосферы и тех же параметров Д-волны. Результаты модельных расчетов представлены на рис. 4б. Помимо размерной шкалы расстояний на этом рисунке приведена безразмерная дальность Ь, нормированная на удвоенное расстояние от передатчика до точки пересечения ракетой плоскости трассы Ь = ё /(2^) . Для расстояний до края мертвой зоны, для которых Ь > 1, возмущение Ne в ионосфере расположено между передатчиком и острием Поверлайна, а при расстояниях до края мертвой зоны, для которых Ь > 1, острие Поверлайна находится между передатчиком и возмущением N в ионосфере.
Для низких частот зондирования / ~ 12 МГц) и Ь < 0,7 отклик сигнала во всем диапазоне дальностей имеет М-образный вид. При приближении источника возмущения электронной концентрации к острию Поверлайна (Ь > 0,85) М-образное возмущение трансформируется в «разорванное петлеобразное» возмущение. Такой отклик сигнала синтезируется в достаточно большом диапазоне частот. Это свидетельствует об его устойчивости. Специфический отклик сигнала, представленный на 4б для частотного диапазона 14 - 18 МГц фактически повторяет отклик сигнала, неоднократно зафиксированный в натурных экспериментах (рис. 2г). То, что форма отклика сигнала представлена на рис. 4б в зависимости от дальности, а на рис. 2г - в зависимости от времени, не является ограничением для сравнения - форма отклика сигнала является автомодельной в координатах дальность-время.
Дальнейшее увеличение частоты зондирования 20 МГц; Ь>1.5), что соответствует увеличению расстояния от области возмущения электронной концентрации до острия Поверлайна, приводит к фактическому исчезновению М-образных форм возмущений из спектра
сигнала, уходу концов «петлеобразного» возмущения на бесконечно большое расстояние (захват радиоволн межслоевым ЕР-каналом), замене «петлеобразной» формы возмущения на возмущения более сложных форм. Характерной особенностью последних является (начиная с Ь > 1) появление в отклике сигнала точек возврата как в пространственно-частотном отклике сигнала, так и в координатах дальность - угол (типичный пример приведен на рис. 4б, / = 20 МГц, X = 45с).
Рассмотрим, насколько приведенная картина является устойчивой по отношению к геофизическим условиям. Для этого произведем коррекцию параметров модели ( Л+ =9 км, а = 2 км, С;=900 м/с, Н=50 км), замену фоновой ионосферы (/ср2=8.5 МГц, ИтЕ2=340 км, ?=22 МГц) и проведем серию численных экспериментов для типичной дневной летней ионосферы. Результаты численного моделирования иллюстрируются рис. 4в, на котором для фиксированных моментов времени приведены (в зависимости от дальности) вариации смещения частоты и Авн к. Приведенный рисунок является наглядной иллюстрацией
трансформации М-образной формы возмущения в «петлеобразную» форму и далее в более сложные формы возмущения. Также как и для ночной летней ионосферы трансформация отклика сигнала приводит к появлению (и исчезновению) точек возврата. Вместе с тем, хотя М-образная и «петлеобразная» формы отклика сигнала сохраняются, замена фоновой ионосферы приводит к весьма характерному «завалу» как той, так и другой форм отклика сигнала и фактически формированию «яйцеобразных» возмущений. Такой же «завал» формы отклика сигнала был зарегистрирован и экспериментально (рис. 2е).
Переход от летних условий к зимним показал, что для зимнего дня характерным является уменьшение длительности регистрации вариаций частоты в спектре сигнала и увеличение их абсолютных значений. В дневных условиях, вне зависимости от сезона, типичным процессом являются: дополнительное высвечивание энергии радиоволн из канала Земля-ионосфера и эффективный захват радиоволн в ионосферные межслоевые каналы.
Хотя пространственное положение каустик, пересекающих земную поверхность, и их временную динамику данные численных расчетов отслеживают очень хорошо, этого нельзя сказать об уровне поля на каустиках поскольку оценка ослабления проводилась только по изменению сечения £ элементарной лучевой трубки и игнорировались процессы поперечной диффузии, приводящие к ограничению роста напряженности поля при £ ^ 0 [12].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Предложенная модель отклика ЕВ-сигнала, распространяющегося в возмущенном ударно-акустическими волнами ионосферном канале связи удовлетворительно описывает экспериментальные данные.
2. Установлено, что в случае асимметричного М-образного отклика сигнала отношение частоты зондирования к максимально применимой для данной трассы частоты не должно превышать ///мпЧ < 0.7. Более сложным формам отклика сигнала соответствует увеличение/и приближение источника возмущения электронной концентрации к острию Поверлайна (трансформация М-образного возмущения в «разорванное петлеобразное»). Дальнейшее увеличение отношения / / /МПЧ ^ 1 приводит к исчезновению М-образных форм, замене возмущения «петлеобразной» формы на возмущения более сложных форм с точками возврата.
3. Большая часть синтезированных при моделировании форм отклика сигнала наклонного ЕВ-зондирования зарегистрирована экспериментально.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 01-05-65274).
ЛИТЕРАТУРА
1. Авдюшин С.И., Ветчинкин Н.В., Козлов С.И. и др. Программа «Активные эксперименты и антропогенные эффекты в ионосфере»: организация, аппаратурно-методическое обеспечение, основные результаты исследований // Космические исследования. 1993. Т. 31. Вып. 1. С. 3-25.
2. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду / Под ред. Адушкина В.В., Козлова С.И., Петрова А.В. М.: Анкил. 2000. 640 с.
3. Великович А.Л., Либерман М.А. Физика ударных волн в газах и плазме. М.: Наука. 1987.
294 c.
4. Смирновский И.Р. Влияние кинетических эффектов на структуру ионной ударной волны в плазме // Физика плазмы. 2000. Т. 26. № 3. С. 1-6.
5. Нагорский П. М. Анализ отклика КВ-радиосигнала на возмущения ионосферной плазмы, вызванные ударно-акустическими волнами // Изв.ВУЗов Радиофизика, 1999. Т. 42. № 1. С. 36-44.
6. Нагорский П. М., Козлов С. И. Ионосферные возмущения, инициированные взрывом в средней атмосфере ракеты «Союз» // Космические исследования. 2000. Т. 38. Вып. 4. С. 363368.
7. Колесник А.Г., Колесник С.А., Нагорский П.М., Шинкевич Б.М. Радиотехнический комплекс диагностики и контроля параметров электромагнитного фона в канале Земля -ионосфера // Ионосферные исследования. № 50. Казань: Изд. КазГУ, 1997. С. 244-252.
8. Hedin A.E. Neutral Atmosphere Empirical Model from the surface to lower exosphere MSISE90 // // J. Geophys. Res. 1991. V. 96. P. 1159-1172.
9. Rawer K., Bilidza D., Ramakrishnan S. Goals and Status of the IRI // Rev. Geophys. Spase Phys. 1987. V.16. № 2. P.177-181.
10. Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Применение метода характеристик для решения на ЭВМ задач распространения электромагнитных волн в неоднородных анизотропных средах // Лучевое приближение и вопросы распространения радиоволн. М.: Наука, 1971. С. 265-279.
11. Прозорова Э.В. Влияние стратификации на расширение струи в разреженном газе // Математическое моделирование. 1999. Т. 11. № 2. С. 115-119.
12. Ипатов Е.Б., Лукин Д.С., Крюковский А.С. Численная реализация метода канонического оператора Маслова в задачах распространения коротких радиоволн в ионосфере Земли // Изв.ВУЗов Радиофизика, 1990. Т. 33. № 3. С. 562-572.
