Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Приводятся результаты прогноза максимальных применимых частот (МПЧ) на среднеширотных трассах на основе комплексного алгоритма, включающего модули глобальной модели ионосферы и плазмосферы (ГМИП) и модели распространения радиоволн. Расчет характеристик распространения декаметровых радиоволн проводится в рамках метода нормальных волн. ГМИП, разработанная в ИСЗФ СО РАН, позволяет по минимальному набору входных данных рассчитывать профили электронной концентрации и эффективной частоты соударений с учетом физических процессов в верхней атмосфере Земли. Для оценки эффективности использования ГМИП при долгосрочном прогнозе условий распространения радиоволн были проведены расчеты МПЧ радиосвязи в различных гелиогеофизических условиях. Для получения точностных характеристик прогноза МПЧ привлекались экспериментальные данные наклонного зондирования на трассах Магадан–Иркутск, Хабаровск–Иркутск, Норильск–Иркутск. Данные трассы оборудованы современными средствами диагностики ионосферы при наклонном зондировании непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом. Проведено сопоставление результатов прогноза МПЧ по ГМИП с расчетами, выполненными по модели IRI.
ионосфера, ионограмма, распространение радиоволн
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в связи с потребностями радиосвязи предъявляются новые требования не только к теории распространения радиоволн, но и еще в большей степени к качеству алгоритмов расчета характеристик сигналов. В связи с этим задача разработки эффективных, практически значимых алгоритмов расчета характеристик декаметровых сигналов на базе современных глобальных моделей ионосферы является актуальной. Разработка вычислительной схемы в рамках волноводного подхода позволила реализовать комплексный алгоритм расчета пространственно-частотных характеристик на основе метода нормальных волн [Алтынцева и др., 1987; Пономарчук и др., 2014]. Отличительной особенностью алгоритма является его универсальность, позволяющая единообразно, в рамках единой схемы, рассчитывать амплитудные, временные и угловые характеристики КВ-сигналов для произвольных точек расположения пунктов приема и передачи. Комплексный алгоритм расчета характеристик распространения был реализован в виде пакета программных средств, включающего модули расчета модели ионосферы и характеристик распространения радиоволн в рамках волноводного подхода. Выходными параметрами модели ионосферы являются высотные профили электронной концентрации N(h) и эффективной частоты соударений ν(h). Для регулярного радиоканала с плавными продольными градиентами достаточно иметь высотные разрезы N(h) и ν(h) с шагом по дальности порядка 300-400 км. В программном комплексе расчета характеристик распространения реализована возможность использования различных моделей ионосферы: международной справочной модели IRI [Bilitza, Reinisch, 2008], полуэмпирической модели ионосферы [Поляков и др., 1986], теоретической модели ионосферы [Котович и др., 2010], а также разработанной в ИСЗФ СО РАН глобальной модели ионосферы и плазмосферы (ГМИП) [Кринберг, Тащилин, 1984; Tashchilin, Romanova, 2002]. ГМИП позволяет по минимальному набору входных данных рассчитывать профили N(h) и ν(h) с учетом физических процессов в верхней атмосфере Земли. Для оценки эффективности ГМИП при долгосрочном прогнозе условий распространения радиоволн были проведены расчеты МПЧ радиосигнала в различных гелиогеофизических условиях. Для получения точностных характеристик прогноза МПЧ привлекались экспериментальные данные наклонного зондирования на трассах Магадан-Иркутск, Хабаровск-Иркутск, Норильск-Иркутск, оснащенных современными средствами диагностики ионосферы при наклонном зондировании непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом [Иванов и др., 2003; Подлесный и др., 2013]. Проведено сопоставление результатов прогноза МПЧ по ГМИП с расчетами, выполненными по модели IRI.
ЭКСПЕРИМЕНТ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
В работе приведены результаты тестирования комплекса программных средств прогноза МПЧ по данным ЛЧМ-зондирования ионосферы на трассах Магадан-Иркутск, Хабаровск-Иркутск, Норильск-Иркутск. Были выбраны следующие периоды наблюдений: январь, март, июль, сентябрь, октябрь 2010 г.; январь и ноябрь 2012 г. Интервал наблюдений в каждом из этих месяцев составлял не менее десяти дней. Средняя активность Солнца, выраженная в индексе F10.7, в 2010 г. была равна 80, что соответствует периоду низкой солнечной активности. В 2012 г. средний индекс F10.7 был равен 121.
В выбранные периоды наблюдений в интерактивном режиме интерпретации ионограмм НЗ по выделенным точкам моментов прихода сигналов со значимой амплитудой были сформированы массивы экспериментальных значений максимальных наблюдаемых частот (МНЧ) в суточном ходе. Рассматривались стандартные моды распространения при отражении радиоволн от слоя F. В летний период, в условиях многослойности ионосферы и присутствия спорадического слоя Es вдоль трассы распространения радиоволн, на ионограммах НЗ регулярно регистрировались сигналы с выраженной диффузностью. Обработка ионограмм и идентификация треков с последующим определением истинных значений МНЧ в данной ситуации затруднены. Так, ошибка определения МНЧ для мода минимальной кратности из-за диффузности трека могла достигать 1 МГц. Отметим, что в отдельные летние дни в дневное время спорадический слой Es полностью экранировал отражение сигналов от слоя F.
1. Алтынцева В.И., Ильин Н.В., Куркин В.И. и др. Моделирование декаметрового радиоканала на основе метода нормальных волн // Техника средств связи. Серия СС. М.: Экос, 1987. Вып. 5. С. 28-34.
2. Иванов В.А., Куркин В.И., Носов В.Е. и др. ЛЧМ-ионозонд и его применение в ионосферных исследованиях // Известия вузов. Радиофизика. 2003. Т. 46, № 11. С. 919-952.
3. Котович Г.В., Грозов В.П., Ким А.Г. и др. Применение теоретической модели ионосферы для расчета характеристик распространения декаметровых радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50, № 4. С. 530-534.
4. Кринберг И.А., Тащилин А.В. Ионосфера и плазмосфера. М.: Наука, 1984. 189 с.
5. Подлесный А.В., Брынько И.Г., Куркин В.И. и др. Многофункциональный ЛЧМ-ионозонд для мониторинга ионосферы // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 4. С. 24-31.
6. Поляков В.М., Суходольская В.Е., Ивельская М.К. и др. Полуэмпирическая модель ионосферы: Для широкого диапазона гелиогеофизических условий. М., 1986. 140 с. (Материалы Мирового центра данных Б.)
7. Пономарчук С.Н., Ильин Н.В., Пензин М.С. Модель распространения радиоволн в диапазоне частот 1-10 МГц на основе метода нормальных волн // Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 33-39.
8. Bilitza D., Reinisch B.W. International Reference Ionosphere 2007: Improvements and new parameters // Adv. Space Res. 2008. V. 42. P. 599-609.
9. Tashchilin A.V., Romanova E.B. Numerical modeling the high-latitude ionosphere // Solar-Terrestrial Magnetic Activity and Space Environment: Proc. COSPAR Colloquium. Amsterdam, 2002. P. 315-325. (COSPAR Colloquia Series. V. 14).
