При корректном описании структуры ионосферы Земли необходимо учитывать перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ), образование которых обычно связывают с внутренними гравитационными волнами [1,2,3]. ПИВ характеризуются значительными вариациями электронной концентрации, а также высокими горизонтальными и вертикальными скоростями. Важным инструментом для изучения ПИВ являются методы вертикального и наклонного зондирования [4,5], а также доплеровские измерения [6]. ПИВ часто наблюдаются и оказывают существенное влияние на работу систем радиосвязи, радиолокации и радионавигации [2].
В работах [7,8,9,10,11] методами математического моделирования исследованы особенности распространения радиоволн при наличии ПИВ на коротких расстояниях. Рассмотрены амплитудные, угловые и временные характеристики радиосигналов [7,8], отражённых от ПИВ, рассчитано доплеровское смещение частоты, вызванное движением локальной неоднородности [9], исследована каустическая структура лучей, рассеянных ПИВ [10,11].
В настоящей работе с помощью численного моделирования рассмотрены распространение радиоволн на длинных односкачковых трассах (более 2000 км) и влияния ПИВ на особенности ионограмм. Как следует из работ [12,13] на таких дальностях ПИВ наблюдаются на высотах от 150 км до 300 км, а фазовая скорость может равняться 100 м/с. Среднее время наблюдения ПИВ на ионограммах может составлять 10–15 минут. Методом бихарактеристической системы Гамильтона-Лукина [14,15], содержащей семь обыкновенных дифференциальных уравнений, выполнен расчёт лучевых траекторий и волновых векторов и изменения частоты, вызванное движением ПИВ. Решена «задача пристрелки» (задача определения всех лучей, вышедших из передатчика и попавших в приёмник). Методами, разработанными в [16,17], исследована каустическая структура лучей, рассеянных ПИВ. Построены зависимости времени прихода лучей из источника в приёмник от начальной частоты передатчика (ионограммы).

Ключевые слова: ионосфера, распространение радиоволн, декаметровый диапазон, лучи, бихарактеристики, перемещающиеся возмущения

Литература:

Иванов В.А., Иванов Д.В., Рябова Н.В., Лыонг В.Л., Рябова М.И. Исследование влияния перемещающихся ионосферных возмущений на характеристики линий декаметровой связи // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2014. № 2 (21). С. 6-21.
Куркин В.И., Медведева И.В., Подлесный А.В., Думбрава З.Ф., Поддельский И.Н. Влияние внезапного стратосферного потепления на характеристики среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений в азиатском регионе России // Армандовские чтения. Всероссийская открытая научная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн» - Муром 2022.– С. 27–35.
Вертоградов Г.Г., Урядов В.П., Выборнов Ф.И. Моделирование распространения декаметровых радиоволн в условиях волновых возмущений концентрации электронов // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2018. – Т. 61, № 6. – С. 462–473.
Софьин А.В. Зоны влияния ПИВ различных масштабов на ионограммы наклонного зондирования ионосферы // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. Труды XVII Конференции молодых ученых. Иркутск, 2022. С. 406–408.
Софьин А.В., Куркин В.И. Исследование пространственных областей влияния ПИВ на ионограммы наклонного зондирования ионосферы // Труды XXVII Всероссийской открытой научной конференции «Распространение радиоволн», 28 июня — 3 июля 2021 года, Калининград, Издательство Балтийского федерального университета им. И. Канта, 2021. С. 358-363.
Denisenko P.F., Kuleshov G.I., Noranovich D.A The errors in determining the vertical velocities of the ionospheric plasma motion from the doppler measurements. // Geomagnetism and Aeronomy. 1999. Т. 39. № 3. С. 333-337.
Kryukovskii A.S., Lukin D.S., Mikhaleva E.V., Rastyagaev D.V. Mathematical modeling of the amplitude, angular, and time characteristics of short radio waves in slightly oblique sounding of the ionosphere // Journal of Communications Technology and Electronics. 2023. V. 68. No 6. P. 649–658.
Kryukovsky A.S., Mikhaleva E., Rastyagaev D.V. Numerical modeling of ray characteristics along the Earth's surface in the case of an obliquely oriented TIDs // 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC) PROCEEDINGS Nov 25-29, Moscow., 2024. P. 522-526.
Mikhaleva E.V., Kryukovsky A.S., Lukin D.S., Rastyagaev D.V. Simulation of doppler frequency shift in the presence of traveling ionospheric disturbances // Journal of Communications Technology and Electronics. 2023. V. 68. No S2. P. 111-121.
Kryukovsky A.S., Mikhaleva E.V., Rastyagaev D.V. Influence of traveling ionospheric disturbances on the caustic structure of radio waves during low inclination sounding of the ionosphere // Journal of Communications Technology and Electronics. 2023. Т. 68. № S3. P. 275–283.
Mikhaleva E.V., Kryukovsky A.S., Lukin D.S., Rastyagaev D.V. Mathematical modeling of the singularities of caustic structure of electromagnetic waves formed by traveling ionospheric disturbances // Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS). IEEE Xplore, 2024. P. 10618349.
Куркин В.И., Подлесный А.В., Цедрик М.В., Софьин А.В. Сезонно-суточные особенности характеристик среднемасштабных перемещающихся ионосферных возмущений в азиатском регионе России в годы умеренной солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2024. Т. 64. № 3. С. 400–407.
Sofyin A., Kurkin V. Evaluation of Characteristics of Medium-Scale Travelling Ionospheric Disturbances Based on the Data of Oblique Ionospheric Sounding // 2024 IEEE 9th All-Russian Microwave Conference (RMC), Moscow, Russian Federation, 2024, pp. 527-530.
Hamilton, William Rowan, Sir. On a general method of expressing the paths of light, & of the planets, by the coefficients of a characteristic function. Printed by P.D. Hardy. 1833. 34 p.
Казанцев А.Н., Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Метод исследования распространения радиоволн в неоднородной магнитоактивной ионосфере. // Космические исследования, 1967. Т. 5. Вып. 4. С. 593–600.
Крюковский А.С., Лукин Д.С., Растягаев Д.В. Исследование влияния локальных неоднородностей ионосферной плазмы на распространение коротких радиоволн // Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2010. № 3. С. 17–25.
Крюковский А.С., Лукин Д.С., Бова Ю.И. Моделирование поля в окрестности каустик обыкновенной и необыкновенной волн при ионосферном распространении // Радиотехника и электроника. 2020. Т. 65. № 12. С. 1160–1169.

Двадцать третья международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"

XXIII.I.297

Моделирование особенностей распространения радиоволн на односкачковых длинных трассах

Дистанционное зондирование ионосферы