Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
We propose a method for direct diagnostics of a stochastic ionospheric radio channel. This method can recalculate probe signal characteristics into transmitted signal characteristics. We derive analytical equations of second-order statistical moments for trajectory characteristics of the main and probe signals propagating in a three-dimensional randomly inhomogeneous ionosphere. We take into account boundary conditions at signal transmission and reception points. As a model of random irregularities of permittivity of the ionosphere, we utilize the concept of a changing space-time correlation ellipsoid, which is self-consistent with spatial changes in the average ionosphere. Time fluctuations of random irregularities are taken into account by the hypothesis of frozen transfer. We use analytical relationships to calculate the expected statistical characteristics of decameter signals along oblique probing paths of the ionosphere. An operational numerical algorithmization of the formulas derived is proposed. We report results of numerical experiments to determine the expected phase variances, group delay, and Doppler frequency shift of the main signal on a given single-hop path, based on measurements of these characteristics of a probe signal on a secondary path. We demonstrate the efficiency of the proposed method for diagnosing statistical trajectory characteristics of a decameter signal along single-hop paths under conditions when ground points of transmission and reception of the main and probe signals are outside the vicinity of focusing points of the wave field.
ionosphere, random irregularities, fluctuations, statistical moments, ray approximation, radio signal, decameter band
1. Агеева Е.Т., Афанасьев Н.Т., Багинов А.В. и др. Диагностика состояния информационного канала по статистическим траекторным характеристикам реперного сигнала // Современные наукоемкие технологии. 2020. № 5. С. 9-14.
2. Алимов В.А., Рахлин А.В., Выборнов Ф.И. Модель взаимодействия ДКМВ-ДМВ радиоволн с сильно неоднородной среднеширотной ионосферой // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. 40, № 11. С. 1323-1341.
3. Арнольд В.И. Математические методы классической механики. М.: Наука, 1989. 472 с.
4. Афанасьев Н.Т., Ларюнин О.А., Марков В.П. Флуктуации фазы радиоволны при полном внутреннем отражении от случайно-неоднородной ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 2009. Т. 52, № 10. С. 779-784. DOI:https://doi.org/10.1007/s11141-010-9177-0.
5. Благовещенский Д.В. Короткие волны в аномальных радиоканалах: Эксперимент, моделирование. Saarbrücken: LAP Lambert Academic Publ., 2011. 422 c.
6. Благовещенский Д.В., Жеребцов Г.А. Высокоширотные геофизические явления и прогнозирование коротковолновых радиоканалов. М.: Наука, 1987. 272 с.
7. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Лукин Д.С. Распространение частотно-модулированного излучения электромагнитных волн в ионосфере Земли с учетом поглощения и внешнего магнитного поля // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64, № 1. С. 3-14. DOI:https://doi.org/10.1134/S1064226919010030.
8. Вологдин А.Г., Власова О.К., Приходько Л.И. Флуктуации группового пути и времени группового запаздывания сигнала при наклонном отражении волн от плоскослоистой среды // Радиотехника и электроника. 2007. Т. 52, № 10. С. 1194-1198.
9. Вологдин А.Г., Приходько Л.И., Широков И.А. Статистика доплеровского смещения частоты радиоволн, отраженных от параболического ионосферного слоя // V Всероссийские Армандовские чтения «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред»: материалы докладов. Муром, 2012. С. 159-163.
10. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука, 1984. 392 с.
11. Гусев В.Д., Овчинникова Н.П. Модельное определение объемных характеристик неоднородностей ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 1980. Т. 20, № 4. С. 626-631.
12. Ипатов Е.Б., Крюковский А.С., Лукин Д.С. и др. Методы моделирования распространения электромагнитных волн в ионосфере с учетом распределений электронной концентрации и магнитного поля Земли // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59, № 12. С. 1180-1187. DOI:https://doi.org/10.1134/S1064 226914120079.
13. Казанцев А.Н., Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Метод исследования распространения радиоволн в неоднородной магнитоактивной ионосфере // Космические иссл. 1967. Т. 5, вып. 4. С. 593-600.
14. Кляцкин В.И. Стохастические уравнения. М.: Физматлит, 2008. Т. 1. 317 с.
15. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980. 304 с.
16. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Кирьянова К.С. Метод расширенной бихарактеристической системы при моделировании распространения радиоволн в ионосферной плазме // Радиотехника и электроника. 2012. Т. 57, № 9. С. 1028-1034. DOI:https://doi.org/10.1134/S1064226912080177.
17. Крюковский А.С., Куркин В.И., Ларюнин О.А. и др. Численное моделирование амплитудных карт для скорректированной модели IRI-2012 с плавными возмущениями ионосферы // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61, № 8. С. 794-799. DOI:https://doi.org/10.7868/S0033849416080118.
18. Куркин В.И., Носов В.Е., Пономарчук С.Н. и др. Метод оперативной диагностики КВ-радиоканала // Иссл. по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука, 1993. Вып. 100. С. 168-188.
19. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть 2: Случайные поля. М.: Наука, 1978. 464 с.
20. Терещенко В.Д. К вопросу о влиянии горизонтальных градиентов электронной концентрации на величину МПЧ и траекторию распространения радиоволн в ионосфере // Морфология и физика полярной ионосферы. Ленинград: Наука, 1971. С. 228-235.
21. Afanasiev N.T., Afanasiev A.N., Larunin O.A., Markov V.P. Phase fluctuations of radio waves experiencing total reflection from a randomly inhomogeneous plasma layer // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2010. V. 72, iss. 7-8. Р. 583-587. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2010.02.014.
22. Davies K. Ionospheric Radio. Stevenage, United Kingdom: Institution of Engineering and Technology Publ., 1990. 600 р.
23. Ishimaru A. Wave Propagation and Scattering in Random Media. John Wiley & Sons, 1999. 604 p.
24. Mitra S.K. The Upper Atmosphere. Calcutta: Royal Asiatic Society of Bengal, 1947. 616 р.
25. Rawer K. Wave Propagation in the Ionosphere. Dordrecht: Springer Netherlands, 1993. 479 p.
