Диагностика стохастического ионосферного канала по данным
системного радиозондирования в декаметровом диапазоне

В настоящее время для обеспечения надежной работы ионосферных радиоканалов большое внимание уделяется мониторингу стохастической структуры ионосферы и анализу ее воздействия на характеристики распространения радиоволн. Актуальным является вывод функциональных соотношений между характеристиками принятого сигнала и параметрами ионосферных неоднородностей для прогнозирования оптимальных условий прохождения сигнала и улучшения его качества. В реальных радиоканалах сведения о параметрах неоднородностей среды весьма ограничены, поэтому расчет статистических моментов сигнала носит приближенный характер и в ряде случаев не достаточен для требований практики. В этих условиях оценка характеристик сигнала возможна с привлечением информации о неоднородностях, полученной путем обращения данных зондирования на реперных трассах. Диагностику параметров неоднородностей обычно проводят путем обращения треков ионограмм, полученных для какого-либо отдельного метода зондирования (вертикального, наклонного, трансионосферного и др.). Между тем, в последние годы получены важные результаты благодаря системным исследованиям, направленным на повышение точности диагностики состояния ионосферного радиоканала посредством совместного анализа дистанционно-частотных (ДЧХ) и других характеристик декаметровых сигналов для наземных и бортовых ионозондов. В основе этого анализа лежит численный синтез треков ионограмм и вариаций других характеристик сигналов с использованием современных моделей ионосферы. Системное зондирование ионосферы применяют для определения параметров детерминированных и случайных неоднородностей электронной плотности. Выполненный в работе анализ показал, что диагностика неоднородностей с помощью численного моделирования характеристик сигналов с последующим фитированием результатов расчетов до их совпадения с экспериментально-наблюдаемыми величинами в ряде случаев не однозначна, а метод фитирования не устойчив. Значительные трудности возникают при численном решении стохастической краевой задачи распространения декаметровых радиоволн на различных рабочих частотах в случайно-неоднородной ионосфере. Для диагностики неоднородностей в работе получены приближенные функциональные соотношения между параметрами моделей неоднородностей и характеристиками сигналов наземных и бортовых ионозондов. Совместное использование данных о флуктуациях отраженных и прошедших сквозь ионосферу сигналов позволяет снимать неоднозначность при обращении найденных функциональных соотношений.
В работе предложен метод прямой диагностики стохастического ионосферного канала, позволяющий непосредственно рассчитать ожидаемые характеристики передаваемого сигнала по характеристикам принятых декаметровых сигналов на реперных трассах наклонного и трансионосферного зондирования. Апробация метода прямой диагностики канала выполнена путем численного моделирования. Результаты численных экспериментов показали работоспособность используемого математического аппарата для оценки ожидаемых вторых статистических моментов фазы, групповой задержки и доплеровского сдвига частоты сигналов в ионосферном канале в различных геофизических условиях.
Работа поддержана Минобрнауки России (тема FZZE-2024-0005).