Экспериментальная модель искусственных ионосферных неоднородностей и рассеянных на них радиосигналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Коровин, Александр Владимирович

• Коровин, Александр Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Коровин, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОПЕРЕЧНИКОВ РАССЕЯНИЯ.

§ I. Методика и условия измерения интегральных поперечников рассеяния.

§ 2. О ракурсном характере рассеяния.

§ 3. Влияние состояния ионосферы на величину поперечников рассеяния.

ГЛАВА 2* СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГИБАЮЩЕЙ РАССЕЯННОГО СИГНАЛА.

§ 4. Характеристики замираний рассеянного сигнала.

§ 5. Пространственная и частотная корреляции рассеянного сигнала.

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЛАСТИ РАКУРСНОГО РАССЕЯНИЯ.

§ 6. Геометрические параметры рассеивающей области.

§ 7. Спектр флуктуаций электронной концентрации в возмущенной ионосфере.

§ 8, 0 продольных размерах мелкомасштабных искус ственных неоднородностей.

§ 9. Об особенностях развития и релаксации искус ственных неоднородностей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экспериментальная модель искусственных ионосферных неоднородностей и рассеянных на них радиосигналов»

Впервые возможность изменения свойств ионосферы под действием мощного излучения наземных радиостанций была обнаружена в 30-е годы. Она проявилась в переносе модуляции мощного радиоизлучения на сигналы слабой радиостанции. Это явление получило название кроссмодуляции, или люксембург-горьковского эффекта / 64 /.

Позднее, в 60-е годы НИИ Радио (г. Москва) была создана мощная станция специально для изучения воздействия радиоволнами на ионосферу. Систематические исследования в этом направлении начались в 70-е годы, когда были построены стенды в Платтвилле, Аресибо (США) и в Горьком (СССР). В последние годы созданы наг-ревные стенды в Северной Норвегии, вблизи Горького (стенд "Сура") и другие.

Эксперименты показали, что наиболее сильно с ионосферой взаимодействуют волны обыкновенной поляризации, направление распространения которых близко к направлению магнитного поля Земли. Если мощность волны накачки превышает критическое значение, наблюдается резкое уменьшение интенсивности отраженного сигнала: энергия волны накачки переходит к плазменным волнам. В результате этого в ионосфере образуется возмущенная область (ВО). В ней изменяются средние значения температуры и концентрации заряженных частиц, генерируются быстрые электроны. Наблюдается свечение ВО в оптической части спектра и стимулированное радиоизлучение, а также ряд других эффектов. В возмущенной области образуются вытянутые вдоль геомагнитного поля неоднородности с различными размерами.

Крупномасштабные искусственные неоднородности (с поперечными относительно геомагнитного поля размерами » где

Л^г - длина волны накачки) занимают значительную толщу верхней ионосферы / 67 /. Они проявляются в виде диффузных отражений от ионосферы (искусственный Fspzeacd ) / 85,110 / и приводят к мерцаниям радиоизлучения дискретных космических источников / 9, 108 / и бортовых радиопередатчиков ИСЗ / 23,67,89 /.

За счет трансформации радиоизлучения на искусственных мелкомасштабных неоднородностях < vA^) в плазменные волны происходит поглощение волны накачки и усиление генерации искусственного возмущения / 24,85,91 /. Эти неоднородности вызывают ракурсное рассеяние пробных радиоволн в широком диапазоне частот (десятки - сотни мегагерц) / 5,7,22,93 /, что является замечательным свойством искусственных неоднородностей.

Исследование эффектов искусственного воздействия на ионосферу представляет интерес как с точки зрения изучения нелинейных процессов в плазме вообще и в ионосферной плазме в частности, так и для понимания физики естественных явлений в ионосфере и стимулирования их с помощью искусственного воздействия / 26 /. Актуальным в проблеме воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу является изучение характеристик мелкомасштабного расслоения ионосферной плазмы. Оно представляет интерес для изучения механизмов генерации естественных ионосферных неоднородностей, а также построения модели ВО с учетом влияния состояния ионосферы на степень ее возмущения и на характеристики рассеянного на искусственных неоднородностях радиосигнала.

Большой вклад в исследование искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферную плазму внесла горьковская школа радиофизиков. В НИРШ созданы и действуют два негревных стенда, разработана и успешно осуществляется программа исследования воздействия мощной радиоволной на ионосферную плазму.

Часть работ по указанной программе, посвященных исследованию мелкомасштабного расслоения ионосферной плазмы, выполнялась в Казанском университете. Некоторые результаты этих исследований, посвященные уточнению модели мелкомасштабной структуры ВО, ответственной за ракурсное рассеяние KB и УКВ радиоволн, и представлены в настоящей работе. Именно ракурсное рассеяние пробных волн и используется в данной работе для исследования характеристик ВО.

Высокая степень анизотропии искусственных неоднородностей предъявляет определенные требования к геометрии диагностических радиолиний и усложняет интерпретацию экспериментальных данных, требуя учета влияния ракурсного характера рассеяния на характеристики принимаемых радиосигналов. Однако метод исследования ВО, основанный на рассеянии радиоволн, обладает и большим достоинством, связанным с возможностью изучения характеристик неоднородностей дифференцировано как по их масштабам ( -Sin. 9/2. » 9 - угол рассеяния, т.е. угол между падающей и рассеянной пробной волной, А - длина волны пробного радиоизлучения), так и по их пространственному положению в ВО.

Построение модели ВО началось с первых экспериментальных исследований искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу. Впервые модель мелкомасштабной структуры ВО представлена в / 93,107 /. Согласно этой модели, при воздействии мощным радиоизлучением на ионосферу в ней образуется ВО с центром над пунктом нагрева, расположенная на высоте, где частота волны накачки соответствует частоте верхнегибридного резонанса (см / 30 /). Предполагается / 43,107 /, что распределение интенсивности флуктуаций электронной концентрации (J7V) соответствует зависимости

J/lAz ( Xz t/*- ZZ) .

6-м = (-jr)= — - — , (У ) где Wz и U^., И/у - характерные размеры ВО в вертикальном и горизонтальных направлениях соответственно. Согласно / 93,107 /,<f/V составляет — 1% при верхней границе — 2.6%. Полутолщина ВО и/, =-— 7.5 км, а ее горизонтальные размеры определяются шириной диаграммы направленности нагревной антенны по уровню I/ в от максимальной мощности. Возмущение ионосферы происходит только в той области, в которой мощность волны накачки превышает пороговый уровень возбуждения неустойчивостей, равной —' I * 2 МВт / 42,43,54,58,79 /. При приближении частоты волны накачки ( J. ) к критической частоте слоя F2 (j-Q F£ ) почти прямо над нагревным стендом появляется "дыра" в ВО, обязанная проходу мощной радиоволны через ионосферу без воздействия на нее / 103 /. При этом горизонтальная протяженность ВО может возрасти в 1.5 - 2 раза / 93,103 /, что может быть обусловлено уменьшением пороговой мощности Ррар"^ / 18,28,42 / из-за увеличения масштаба слоя = §/f) ~ * ПРИ приближении к JQ f 2.

Согласно теоретическим представлениям / 19,29,66 / оптимальные условия развития искусственных неустойчивостей имеют место при распространении волны накачки вдоль вектора геомагнитного поля И » когда энергия поперечной волны накачки наиболее интенсивно трансформируется в продольные плазменные волны. Измерения аномального ослабления пробных волн / 86 / и уровня рассеянного сигнала / 7,58 / показали, что возмущение ионосферы прекращается при отклонении волны накачки от этого направления на угол об^-^-ЗО0. Поэтому ВО несимметрична относительно геометрического центра диаграммы направленности и простирается на 90-100 км к югу и 40-50 км к северу / 7,58,103 /.

При наклонном падении волны накачки на ионосферу она отражается ниже области взаимодействия и возбуждение искусственных х) неустойчивостей не происходит / 19 /. По оценкам Метелева С.А. , граничные зенитные углы равны при этом 45° в плоскости магнитного меридиана и 16- в поперечном направлении.

Таковы основные факторы, определяющие размеры ВО, содержащей мелкомасштабные искусственные неоднородности. Имеющиеся в литературе результаты экспериментальных исследований (приведены ниже) не учитывают некоторые особенности формирования ВО. Среди них можно отметить влияние на условия возмущения ионосферы ее состояния до воздействия мощным радиоизлучением. Целью настоящей работы является экспериментальное исследование характеристик мелкомасштабных искусственных неоднородностей верхней ионосферы методом ракурсного рассеяния на них пробных радиоволн для уточнения модели возмущенной области ионосферы и характеристик рассеянных ей радиосигналов. При этом необходимо было исследовать и учест измерительную селекцию, обязанную ракурсному характеру рассеяния и влиянию состояния ионосферы на пространственные и временные характеристики области с мелкомасштабными искусственными неодно-родностями.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Коровин, Александр Владимирович

Выводы к главе 3. Модель ВО

Приведенные в настоящей главе результаты исследований, а также имеющиеся в литературе данные позволяют представить модель мелкомасштабной части ВО верхней ионосферы при воздействии на нее мощным радиоизлучением следующим образом.

После очередного включения волны накачки совокупность различных механизмов развития неустойчивостей приводит к появлению сначала неоднородностей малых масштабов в центральной части ВО. Затем происходит развитие более крупных неоднородностей и одновременно с этим - их "растекание" со скоростью 300 - 700 м/с вдоль геомагнитного поля. При этом, видимо, генерируются неоднородности с существенно различным спектром масштабов в цент -ральных областях ВО и на ее верхнем и нижнем краях. За время 5 -10 с мелкомасштабная часть ВО < А^) оказывается в основном сформированной и генерация искусственных неоднородностей компенсируется их релаксацией.

Мелкомасштабные искусственные неоднородности оказываются сильно вытянутыми вдоль магнитного поля Земли (по оценкам в данной работе С„> 500 м при 3 м). Высокая степень анизотропии искусственных неоднородностей определяет зеркальный характер рассеяния радиоволн возмущенной ионосферой, что приводит к особенностям диагностики параметров ВО методом ракурсного рассеяния радиоволн.В рассеянии в направлении на приемный пункт участвует не вся ВО,а только та ее часть, где с точностью X/в„ выполняются зеркальные условия. Существенным оказывается влияние рефракции на распространение радиоволн даже УКВ диапазона. Так, поправка на рефракцию для частоты 46 МГц, равная приводит к увеличению высоты области зеркального рассеяния на ~ 20 км. Вследствие небольшой толщины рассеивающей области (по расчету при £и-~ 1000 м, 3 м имеем 2-3 км) сильное влияние на размеры рассеивающей области оказывают горизонтальные градиенты электронной концентрации в ионосфере как естественной природы, так и обязанные (в определенных условиях) искусственному воздействию на нее. Зеркальность рассеяния предъявляет требования к размещению приемо-передающих пунктов: при отклонении от зеркальности на угол л/ ~ 0.45° интегральный поперечник рассеяния уменьшается в е. раз. Однако хотя определяющим фактором существования полосы уверенного приема является ракурсная чувствительность, ширина ее определяется размерами ВО.

Измерения показывают, что наиболее активная область возмущенной ионосферы при нагреве в Зименках определяется шириной главного лепестка диаграммы направленности нагревной антенны по уровню половинной мощности от максимальной и на высоте 280км составляет ~ 85 х 54 км^ (вытянута в меридиональном направлении). Однако полный размер ВО определяется, как показывают различные измерения, уровнем мощности, превышающим пороговую. Толщина ВО, содержащей мелкомасштабные неоднородности составляет 5 - 40 км и как впервые получено•в данной работе, определяется масштабом слоя X уу .

Интенсивность флуктуаций электронной концентрации неодно

-3 родностей с 3 м составляет 6>N ~ 4 х 10 при нагреве с р — 20 МВт и возрастает с увеличением мощности нагрева ■МЭ oS л

Рнэ по / 79 Д Она подвержена влиянию ионосферных условий и возрастает при приближении jH к F2. , или, как впервые показано в данной работе, при увеличении L ^ и высоты возмущения, а также при появлении в ионосфере мелкома'ештаб-ных естественных неоднородностей с 5Ne/:~ 1.5 х 10 , которые могут улучшить условия возбуждения искусственных неоднородностей. Спектральная плотность интенсивности флуктуаций АГ , впервые полученная с учетом влияния изменения ионосферных условий, уменьшается с ростом поперечного волнового числа dZ^Zitf/Zj^ по закону ф^ . Дрейфы мелкомасштабных искусственных неоднородностей в среднем соответствуют движениям в невозмущенной ионосфере.

Различные измерения, в том числе и описанные в данной работе, обнаруживают неоднородное распределение возмущения в ВО. Иногда в ней существует несколько независимых рассеивающих центров, возможно, ядро с повышенной интенсивностью возмущения и периферийная область.

После выключения волны накачки искусственные неоднородности релаксируют вследствие диффузии возмущений ионосферной плазмы. Расплывание мелких неоднородностей ( < ) обусловлено диффузией электронной компоненты поперек геомагнитного поля. Продольная ионная диффузия приводит к релаксации более крупных неоднородностей. На верхнем и нижнем краях ВО расплывание искусственных неоднородностей происходит на порядок медленнее, что может быть вызвано различием в спектре неоднородностей Ф^ (д£) в центральных частях ВО и на ее периферии.

Впервые полученные в настоящей работе экспериментальные результаты показывают влияние мелкомасштабных естественных неоднородностей в слое FZ ионосферы на время развития и интенсивность искусственного возмущения ионосферы. Эти неоднородности возникают в ограниченной области с размерами порядка 30 - 100 км / 35 /. Возможно они проникают в слой из внешней ионосферы. Естественные неоднородности вытянуты вдоль геомагнитного поля, что совместно с малой вероятностью их появления (р ^ 0.5$) накладывает ограничение на обнаружение их радиосредствами. В работе показано, что они могут снизить порог генерации искусственных мелкомасштабных неоднородностей, вызванных мощным радиоизлучением.

Исследования статистических характеристик огибающей сигнала, рассеянного мелкомасштабными искусственными неоднородностями верхней ионосферы показали следующее. Распределение амплитуд огибающей рассеянного сигнала в среднем соответствует релеевскому закону и не зависит от его частоты. Но иногда оно лучше описывается квазирелеевским распределением л К где для полученных данных л. изменяется от 0.5 до 2. При этом появляются осцилляции во временной корреляционной функции и боковая составляющая в спектральной функции, отстоящая от основной на 1.5 - 2 Гц. Такие изменения характеристик рассеянного сигнала могут быть вызваны появлением нескольких рассеивающих центров в возмущенной области. Радиус временной корреляции в среднем составляет 0.22 с на частоте 24 МГц и уменьшается до 0.08 с на 77 МГц. Соответственно частоте пробного излучения возрастает ширина частотного спектра от 3 Гц до 7 Гц. Оцененная по этим данным величина скорости дрейфа искусственных неоднородностей составляет 140 м/с, что приблизительно соответствует движениям в невозмущенной ионосфере.Радиус пространственной корреляции на земной поверхности составляет 950 м в направлении на возмущенную область и 70 м в поперечном направлении на частоте пробного излучения ji = 46 МГц. На этой частоте радиус частотной корреляции составляет I кГц ночью, увеличиваясь, по-видимому, до 3 кГц днем.

Оценка возможности наблюдения сигналов, рассеянных естественными неоднородностями нижней части £ -слоя ионосферы ( неоднородностями), на опытных радиолиниях, созданных для исследования характеристик мелкомасштабных искусственных неоднородностей слоя F2, показала следующее. Различие в ориентациях передающих и приемных антенн на эти области и изменение поляризационного множителя приводят к тому, что на средних и длинных радиолиниях ( Л 500 км, сюда относятся радиолинии, на которых проводились представленные в данной работе исследования) прием сигналов от - неоднородностей маловероятен. На коротких радиолиниях рассеянные на -неоднородностях радиоволны могут явиться помехой для исследования характеристик рассеянного искусственными неоднородностями верхней ионосферы сигнала. Этот фактор необходимо учитывать при организации диагностических радиолиний.

Полученные в настоящей работе экспериментальные данные позволили уточнить модель мелкомасштабных искусственных ионосферных неоднородностей, представленную ранее в работе / 107 /, и составить эмпирический прогноз характеристик возмущенной области ионосферы и рассеянного искусственными неоднородностями сигнала. Исходными данными для прогноза являются геометрические и энергетические характеристики диагностической радиолинии, характеристики нагревного стенда, высотный профиль электронной концентрации в ионосфере и ориентация вектора геомагнитного поля .

Известно, что возмущение ионосферы происходит на высоте, где частота волны накачки совпадает с частотой верхнегибридного резонанса (высота Л0 ). При этом распределение интенсивности флуктуаций электронной концентрации в возмущенной области соответствует зависимости где w% » Wy » W2 - характерные размеры возмущенной области.

Оценка горизонтальных размеров возмущенной области ( V/эс » Wу ) выполнялась нами следующими методами. Размер возмущенной области в меридиональном направлении ( Wx ) оценивался по сравнению результатов расчета размещения области зеркального рассеяния в пределах главного лепестка диаграммы направленности нагревной антенны с измеренными интервалами высот, из которых принимался рассеянный сигнал при проходе возмущенной области через область зеркального рассеяния. Величины Wy~ и VVy оценивались также сравнением измеренных радиусов пространственной и частотной корреляций с модельными расчетами. Расчеты радиусов корреляции поля, рассеянного искусственными неоднородностями показал, что поперечный радиус корреляции определяется поперечными размерами рассеивающей области, а продольный на земной поверхности и частотной и продольными и поперечными ее размерами. Радиусы корреляции не зависят от толщины рассеивающей области и не позволяют оценить продольный размер искусственных неоднородностей. Оценки показали, что

Ч » Л0 ty , ъ л0 ty осУ/ где об ^ и об у- полуширина диаграммы направленности нагрев-ной антенны в меридиональном и поперечном ему направлениях соответственно. Для нагревного стенда в Зименках оС^ zz 9° , сСу « 6°.

Вертикальный масштаб возмущенной области / 2 дЛ Q0 - толщина ВО) оценивался нами по интервалу высот, на котором возрастала величина интегрального поперечника рассеяния при входе возмущенной области в область зеркального рассеяния и уменьшалась - при выходе. С точностью до толщины области зеркального рассеяния, составляющей по оценкам 2-3 км для 1000 ми ^ ^ 3 м, толщина возмущенной области может быть оценена по эмпирическому соотношению лЛ « « 0*35 JL - 8.5 км.

Во ^ s у

Вертикальный масштаб ионосферного слоя Lj^- ( -j^ определялся по высотному профилю электронной концентрации для заданной частоты волны накачки.

Интенсивность флуктуаций электронной концентрации для искусственных неоднородностей с м в среднем равна о

4 х 10 и зависит от высоты возмущенной области и вертикального масштаба ионосферного слоя. Последнее следует из полученной в работе эмпирической зависимости интегрального поперечника рассеяния. d (дБ) = 10 ij id /I м2) 0.П9Ло + 0.036/^+ 19.5. Изменения поперечников рассеяния с Л, и jLj^обусловлены вариациями геометрических размеров рассеивающей области и интенсивности флуктуаций Af . По-видимому, на величину £t/V влияет также интенсивность флуктуаций N в естественных неоднород-ностях в ионосфере, служащих затравочными для развития искусственного возмущения.

Учет влияния изменения ионосферных параметров на величину измеряемых интегральных поперечников рассеяния позволил скорректировать измеренный ранее в / 79 / пространственный спектр флуктуаций электронной концентрации в искусственных неоднород-ностях и получить S^ () ~

Искусственные мелкомасштабные неоднородности ионосферы сильно вытянуты вдоль вектора геомагнитного поля. По оценкам для £ м, их длина превышает 500 м.Высокая степень анизотропии искусственных неоднородностей определяет ракурсный характер рассеяния на них пробных радиоволн. При этом радиоволны рассеиваются эффективно в заданном направлении лишь некоторой частью возмущенной области, в которой выполняются ракурсные условия на опытной радиолинии (областью зеркального рассеяния). Это позволяет исследовать эффекты искусственного возмущения ионосферы при различных ионосферных условиях и в различных частях возмущенной области.

Следует заметить, что приведенная выше модель возмущенной области использовалась в настоящей работе при расчете радиусов пространственной и частотной корреляций рассеянного поля для условий проведения измерений на опытных радиолиниях. Совпадение результатов расчета с экспериментальными данными при реальных значениях параметров модели показывает возможность ее использования для модельных расчетов характеристик рассеянного сигнала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации приведены результаты экспериментальных исследований характеристик возмущенной мощным КВ-радиоизлучением 'области верхней ионосферы и рассеянных на искусственных неоднород-ностях ультракоротких радиоволн. При этом получены следующие данные, позволяющие уточнить эмпирическую модель возмущенной области ионосферы, содержащей мелкомасштабные неоднородности.

I. Исследовано влияние различных факторов на величину интегральных поперечников рассеяния пробных радиоволн на мелкомасштабных искусственных неоднородностях слоя ионосферы, что позволило объяснить ряд наблюдаемых эффектов ракурсного рассеяния радиоволн возмущённой ионосферой. В частности, исследована зависимость интегральных поперечников рассеяния d от ионосферных параметров и впервые получено соотношение, связывающее изменения d с высотой рассеивающей области Ji и масштабом слоя =(±

-Sir \лг дА ) :

4 dssr 0.119 А 0 + 0.036 X. ж + 19.5, где d выражено в децибеллах по отношению к I м^, у^ Q и в километрах. Показано, что увеличение d с ростом иЛ0 обусловлено увеличением геометрических размеров возмущенной области (ВО) и интенсивности флуктуаций электронной концентрации SN . Впервые получено, что толщина возмущенной области, содержащей мелкомасштабные искусственные неоднородности, определяется масштабом слоя / д,:

Л/ лАао~ 0,35 ^ ^ ~ 8'5* Учет влияния ионосферных условий на изменение d позволил скорректировать его частотную зависимость и получить спектр поперечных масштабов искусственных неоднородностей ф^ ) ~ зе^ * в области * V М.

2. Впервые исследовано влияние мелкомасштабных естественных неоднородностей верхней ионосферы на условия возбуждения искусственных неоднородностей. Показано, что при появлении естественных неоднородностей в области взаимодействия мощного радиоизлучения с ионосферной /плазмой резко уменьшается время развития искусственных неоднородностей и увеличивается интегральный поперечник рассеяния. Это показывает, что естественные неоднородности ионосферы при облучении ее мощной радиоволной могут служить затравочными для развития искусственного возмущения.

3. Впервые проведены экспериментальные исследования азимутальной зависимости радиусов пространственной корреляции флук-туаций уровня огибающей рассеянного сигнала, которые показали, что радиусы корреляции образуют на земной поверхности эллипс, сильно вытянутый в направлении на ВО. Продольный радиус корреляции равен cLn~~9bO м, поперечный - cLM< 50 м при частоте пробного излучения J = 46 МГц. Произведено численное моделирование корреляционных функций поля, рассеянного искусственными анизотропными неоднородностями. Показано, что поперечный радиус корреляции определяется поперечными размерами рассеивающей области. Продольный и частотный радиусы корреляции определяются размерами рассеивающей области в различных направлениях, что обязано ее малой толщине в сравнении с горизонтальной протяженностью. С помощью численного моделирования исследовано влияние на радиусы корреляции рефракции пробных волн и горизонтальных градиентов электронной концентрации в ионосфере. Показано, что рефракция пробных волн частотой 46 МГц и естественные горизонтальные градиенты М могут привести к изменениям радиусов корреляции до 30%.

К сильным (до 5 раз) увеличениям радиусов корреляции могут привести искусственные горизонтальные градиенты ЛГ при появлении их после длительного воздействия на ионосферу мощным радиоизлучением. Результаты расчета радиусов корреляции согласуются с данными измерений, что позволяет оценить горизонтальные размеры рассеивающей области и ВО. Они соответствуют облучению ионосферы главным лепестком диаграммы направленности нагревной антенны по уровню половинной мощности.

4. Показано различие времен развития и релаксации искусственных неоднородностей в центральной части ВО и на ее верхнем и нижнем краях (в центре времена приблизительно на порядок меньше, чем на краях). Искусственные неоднородности появляются сначала в центральной части ВО и затем "растекаются" к ее краям вдоль силовых линий геомагнитного поля. При этом в разных частях ВО могут образоваться неоднородности с отличающимися спектрами чем и может быть обусловлено различие в них времен релаксации.

5. На основании полученных в настоящей работе результатов исследований и имеющихся в литературе данных уточнена модель возмущенной области ионосферы, с мелкомасштабными неоднороднос-тями, ответственными за ракурсное рассеяние радиоволн.

Результаты выполненных исследований позволяют углубить наши представления о характеристиках, о возникновении и релаксации мелкомасштабных искусственных неоднородностей ионосферной плазмы. В частности, это относится к отличительным характеристикам искусственных неоднородностей в различных частях ВО, к существованию в ней нескольких рассеивающих центров, а также к зависимости степени возмущения ионосферы от ее параметров, от существования в ней мелкомасштабных естественных неоднородностей.

Сопоставление результатов экспериментальных исследований с данными теорий тепловой параметрической и резонансной неустойчивостей, теории диффузии слабых возмущений в плазме обнаруживает приблизительное их соответствие по ряду характеристик. Это относится, например, к средним временам развития искусственных неоднородностей и интенсивности флуктуаций электронной концентрации в возмущенной области ионосферы, а также к роли естественных ионосферных неоднородностей в развитии искусственных возмущений ионосферной плазмы.

Вместе с тем следует отметить, что в настоящее время теория не может объяснить ряд экспериментальных фактов, к которым можно отнести длительность релаксации искусственных неоднородностей, различие времен развития и релаксации в центральных частях ВО и на ее периферии, пространственный спектр искусственных неоднородностей.

В плане дальнейших работ определенный интерес представляет экспериментальное исследование структуры возмущенной области ионосферы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Коровин, Александр Владимирович, 1984 год

1. Справочник по вероятностным расчетам/ Г.Г.Абезгауз, А.П. Тронь,Ю.Н.Копенкин,И.А.Коровина.-М.:Воениздат,1970.-536 с.

2. Результаты исследований искусственной ионосферной турбулентности методом наклонного радиозондирования ионосферы/ В.А. •Алебастров, Е.А. Бенедиктов, В.Н.Иванов и др.- Препр.№ 173. Горький, 1983.- 30 с.

3. Алимов В.А., Ерухимов Л.М. К вопросу о глубоких замираниях KB сигналов.- Препр. № 48, Горький, 1974.- 19 с.

4. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера.- М.: Наука, 1972.- 563 с.

5. Зондирование ионосферы квазинепрерывными сигналами/ А.Ф.Бе-ленов, В.А.Зиничев, В.А.Иванов и др.-В кн.: 13 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тез. докл. М., 1981, ч. I, с. 12-13.

6. Новые результаты исследований нелинейных явлений в ионосфере/ В.В.Великович, Е.А.Бенедиктов, Г.Г.Гетманцев и др.-Изв.вузов. Радиофизика, 1975, т. 18, № 4, с. 516-526.

7. Аномальное ослабление мощных радиоволн в слое ионосферы/

8. В.В.Беликович, Е.А.Бенедиктов, Л.М.Ерухимов и др.- В кн.: 12 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн:Тез. докл. М., 1978, ч. I, с. 102-103.

9. Бендат Д.М., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов.- М.: Мир, 1974.- 464 с.

10. Блаунштейн Н.Ш.,Цедилина Е.Е. Расплывание искусственных неоднородностей в верхней ионосфере.-В кн.всесоюзный симпозиум "Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли": Тез. докл. М., 1983, с. 51.

11. Влияние искусственных ионосферных возмущений на распространение радиосигналов КВ-диапазона/Г.С.Бочкарев,Г.В.Букин, Г.Г.Гетманцев и др.- Изв.вузов. Радиофизика, 1977, т. 20,1. I, с. 158-160.

12. К вопросу о модели искусственных ионосферных возмущений/ Г.С.Бочкарев,Н.А.Митяков,Ю.Н.Черкашин,Ю.В.1угунов.- В кн.: Дифракционные эффекты декаметровых радиоволн в ионосфере. М., 1977, с. 107-121.

13. Бочкарев Г.С.,Пахотин В.А.,Рудыка Л.В.Распространение KB сигналов через искусственно возмущенную область ионосферы.-В кн:Дифракционные эффекты коротких радиоволн.М,1981,38 -43

14. Букер Г. Радиолокационные исследования полярных сияний.- Вкн.: Физика верхней атмосферы, М., 1963, с. 319-338.

15. Васьков В.В., Гуревич А.В. Резонансная неустойчивость мелкомасштабных возмущений плазмы.-Журн. эксперим. и теорет. физики, 1977, т. 73, № 3, с. 923-936.

16. Васьков В.В., Гуревич А.В. Самофокусировочная и резонансная неустойчивость в F -области ионосферы.- В кн.: Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький, 1979, с. 81-138.

17. Математическое моделирование крупномасштабных возмущений ионосферы при воздействии мощных радиоволн/ В.В.Васьков, В.Б.Иванов, Н.Н.Павлов, И.М.Сидоров.- В кн.: Межпланетные плазменные потоки и магнитосферные возмущения. М., 1978, с. 86-97.

18. Гершман Б.Н. Динамика ионосферной плазмы.- М.: Наука, 1974.256 с.

19. Ракурсное рассеяние коротковолновых радиосигналов на искусственных ионосферных неоднородностях/ Г.Г.Гетманцев, Л.М. Ерухимов, Н.А.Митяков и др.- Изв. вузов. Радиофизика, 1976, т. 19, № 12, с. I909-I9I2.

20. Некоторые результаты исследования индуцированных мощным радиоизлучением ионосферных неоднородностей с помощью наземного приема сигналов ИСЗ/ Г.Г.Гетманцев, Л.М.Ерухимов, Э.Е.Ми-тякова и др.- Изв. вузов. Радиофизика, 1976, т. 19, № 4, с. 505-509.

21. Некоторые результаты исследований нелинейных явлений в F слое ионосферу/ Г.Г.Гетманцев, Г.П.Комраков, Ю.С.Коробков и др.- Письма в "Журн. эксперим. и теорет. физики", 1973, т.18, № 10, с. 621-624.

22. Гинзбург В.Л., Гуревич А.В. Нелинейные явления в плазме.-Успехи физ. наук, I960, т. 70, № 2, с. 202-206.

23. Гинзбург В.Л., Гуревич А.В. Перспективы исследований нелинейных явлений.- В кн.: Всесоюзный симпозиум "Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли": Тез. докл. М., 1983, с. 10-12.

24. Тепловая параметрическая неустойчивость в неоднородной плазме: Линейная теория/ С.М.Грач, А.Н.Караштин, Н.А.Митяков и др.- Препр. № 114, Горький, 1978.- 30 с.

25. Тепловая параметрическая неустойчивость в неоднородной плазме: Нелинейная теория/ С.М.Грач, А.Н.Караштин, Н.А.Митяков и др.- Физика плазмы, 1978, т. 4, № 6, с. 1330-1340.

26. Тепловая параметрическая неустойчивость в ионосферной плазме/ С.М.Грач, Н.А.Митяков, В.О.Рапопорт и др.- В кн.: Тепловые нелинейные явления в плазме. Горький, 1979, с. 46-81.

27. Гуревич А.В. Искусственное ионосферное зеркало: Тезисы докладов на сессии отделения общей физики и астрономии АН СССР.-Успехи физ. наук, 1975, т. 117, № I, с. 186.

28. Гуревич А.В. Нелинейные явления в ионосфере.- Успехи физ. наук, 1976, т. 120, № 2, с. 319-322.

29. Гуревич А.В., Цедилина Е.Е. Движение и расплывание неоднородностей в плазме.- Успехи физ. наук, 1967, т. 91, вып. 4, с. 609-643.

30. Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн.- М.: Связь, 1971.- 183 с.

31. Ерухимов Л.М. Исследование неоднородностей электронной плотности в ионосфере радиоастрономическими методами и с помощью искусственных спутников Земли.- Изв. вузов. Радиофизика, 1962, т. 5, № 5, с. 839-865.

32. Ерухимов Л.М. Неоднородности в ионосфере.- В кн.: Физика ионосферы. М., 1976, с. 58-61.

33. Ерухимов Л.М. Экспериментальные исследования искусственной ионосферной турбулентности.- В кн.: Всесоюзный симпозиум "Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли": Тез. докл. М., 1983, с. 27-29.

34. Нагрев ионосферной плазмы мощным радиоизлучением/ Л.М.Еру-химов, В.А.Зюзин, Г.П.Комраков и др.- Изв. вузов. Радиофизика, 1982, т. 25, № 7, с. 843-844.

35. Ерухимов Л.М., Комраков Г.П., Фролов В.Л. О спектре мелкомасштабной части искусственной ионосферной турбулентности.-Геомагнетизм и аэрономия, 1980, т. 20, № 6, с. III2-III4.

36. О диффузии мелкомасштабных искусственных неоднородностей верхней ионосферы/ Л.М.Ерухимов, А.В.Коровин, Н.А.Митякови др.- Изв. вузов. Радиофизика, 1982, т. 25, № II, с. 13601362.

37. Явление гистерезиса при искусственном возбуждении неоднородностей в ионосферной плазме/ Л.М.Ерухимов, С.А.Метелев, Н.А. Митяков, В.Л.Фролов.- Изв. вузов. Радиофизика, 1978, т. 21, № 12, с. I738-I74I.

38. Ерухимов Л.М., Мясников Е.Н., Фролов В.Л. Релаксация искусственной ионосферной турбулентности.- В кн.: Всесоюзное совещание по неоднородной структуре ионосферы: Тез. докл. Ашхабад, 1979, с. 38-39.

39. Геометрия рассеяния радиоволн магнитноориентированными неоднородностями/ Л.В.Жаворонкова, А.В.Коровин, А.М.Насыров и др.-В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань, 1981, вып. 17, с. 40-52.

40. Игнатьев Ю.А., Кротова З.Н., Митякова Э.Е. Расчет электронной концентрации в области F , нагретой полем мощной радиоволны.- Изв. вузов. Радиофизика, 1977, т. 20, № 12, с. 18461850.

41. Анизотропное рассеяние KB и УКВ из области F искусственно модифицированной ионосферы/ Н.В.Калитенков, Ю.П.Лукосяк, Ю.Г. Мирошников и др.- В кн.: Исследования ионосферы и магнитосферы методами активного воздействия. Апатиты, 1977, с. 55-61.

42. Каменецкая Г.Х. Образование мелкомасштабных неоднородностей в ионосферных токовых струях: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук.- Горький, 1972.- 15 с.

43. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи.- М.: Связь, 1969.- 155 с.

44. Коробейщиков В.В., Намазов С.А. Функция рассеяния ионосферы при ракурсном эффекте.- В кн.: 13 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тез. докл. Горький, 1981, ч. I, с. 154-157.

45. Коровин А.В.О влиянии мелкомасштабных естественных неоднородностей верхней ионосферы на развитие искусственных неус-тойчивостей.- Изв. вузов. Радиофизика, 1984, т.27, И0,с.1339.

46. Экспериментальные исследования ракурсного рассеяния УКВ на искусственных ионосферных неоднородностях/ А.В.Коровин, С.А. Метелев, А.М.Насыров и др.- В кн.: Влияние мощного радиоизлучения на ионосферу. Апатиты, 1979, с. 5-21.

47. Коровин А.В., Насыров A.M. Удельное сечение рассеяния радиоволн Не неоднородностями в средних широтах.- В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань, 1980, вып. 15, с. 7281.

48. Аппаратурный комплекс для исследования характеристик области F ионосферы, возмущенной мощной KB радиоволной/ А.В.Коровин, А.М.Насыров, Е.В.Проскурин, Н.Н.Ягнов.- В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань, 1981, вып. 17, с. 7588.

49. Об анизотропии искусственных мелкомасштабных неоднородностей в области F ионосферы/ А.В.Коровин, А.М.Насыров, Е.В.Проскурин, Н.Н.Ягнов.- В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань. 1983, вып. 18, с. 67-80.

50. Результаты угловых измерений при рассеянии УКВ на искусственных неоднородностях/ А.В.Коровин, А.М.Насыров, Е.В.Проскурин, Н.Н.Ягнов.- Изв. вузов. Радиофизика, 1981, т. 24, № 6, с.675-679.

51. Экспериментальная модель области рассеяния УКВ на искусственных неоднородностях/ А.В.Коровин, А.М.Насыров, Е.В.Проскурин, Н.Н.Ягнов.- В кн.: 13 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн: Тез. докл. М., 1981, ч. I, с. I5X-I54.

52. Коровин А.В., Насыров A.M., Ягнов Н.Н. Зависимость сечения ракурсного рассеяния УКВ от состояния ионосферы.- В кн.: Всесоюзный симпозиум "Эффекты искусственного воздействия мощным радиоизлучением на ионосферу Земли": Тез. докл. М., 1983, с. 64-65.

53. Коровин А.В., Насыров A.M., Ягнов Н.Н. Пространственная и частотная корреляция поля, рассеянного мелкомасштабными искусственными неоднородностями области F ионосферы.- Изв. вузов. Радиофизика, 1983, т. 26, № 2, с. 148-154.

54. Космические данные: Обзор.- М., ИЗМИРАН, 1972-1982.

55. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике.- М.: Сов. радио, 1957.- 496 с.

56. Львович Р.В. Люксембург-горьковский эффект.- Радиотехника, 1937, № 2, с. 5-14.

57. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений.- М.: Наука, 1971.- 576 с.

58. Митяков Н.А., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. 0 рассеянии обыкновенной волны вблизи точки отражения на мелкомасштабных неоднородностях.- Изв. вузов. Радиофизика, 1975, т. 18,№ 9, с. 1273-1278.

59. Митякова Э.Е., Мясников Е.Н., Рахлин А.В. Предварительные результаты измерений высотного распределения неоднородностей ионосферы, возбуждаемых мощным коротковолновым радиоизлучением.- Изв.вузов. Радиофизика, 1977, т.20, № 6, с. 939-940.

60. Мясников Е.Н. Экспериментальные исследования механизмов образования неоднородностей верхней ионосферы с помощью приема сигналов ИСЗ: Автореф. дис. . канд. физ.-мат.наук.-Горький, 1982.- 17 с.

61. Намазов С.А., Коробейщиков В.В. Особенности ракурсного эффекта при зондировании ионосферы на декаметровых волнах.-Радиотехника и электроника, 1978, т. 23, № б, с. II2I-II28.

62. Насыров A.M. Суточные и сезонные изменения среднего уровня сигнала при рассеянии через We область на частоте 25 МГц.-В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань, 1876, вып. 13, с. 195-205.

63. Насыров A.M., Каримов Р.А. Суточные вариации уровня рассеянной компоненты Не сигналов на частоте 25 МГц.- В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань, 1975, вып. II, с. 197-202.

64. Насыров A.M., Каримов Р.А. Эффективность различных механизмов рассеяния на трассе Москва Казань на частоте 25 МГц.-В кн.: Метеорное распространение радиоволн. Казань, 1975, вып. II, с. 203-205.

65. Руководство URST по интерпретации и обработке ионограмм.-М.: Наука, 1977.- 342 с.

66. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику: Ч. 2: Случайные поля.- М.: Наука, 1978.- 464 с.

67. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере.- М.: Наука, 1967.- 548 с.

68. Филипп Н.Д. Ракурсное рассеяние УКВ среднеширотной ионосферной.- Кишинев: Штиинца, 1980.- 244 с.

69. Филипп Н.Д. Рассеяние радиоволн мелкомасштабными анизотропными неоднородностями ионосферы, ориентированными вдоль магнитного поля Земли.- Радиотехника и электроника, 1977, т. 22, № 3, с. 433-442.

70. Фролов В. Л. Экспериментальные исследования воздействия мощного коротковолнового радиоизлучения на плазму F слоя ионосферы: Дис. . канд. физ.-мат. наук.- Горький, 1979.145 с.

71. Чемберлен Дж. В. Физика полярных сияний и излучения атмосферы.- М.: Иностранная лит., 1963.- 777 с.

72. Чеча В.А.- Корреляционный метод вычисления параметров неоднородной ионосферы.- В кн.: Ионосферные исследования. М., 1961, № 9, с. 32-39.

73. Шоя Л.Д., Апарина Р.В., Прилежаева Н.А. Оценка горизонтальной неоднородности ионосферы по данным вертикального зондирования.- В кн.: Теоретические и экспериментальные исследования распространения декаметровых радиоволн. М., 1976, с. 120-133.

74. Радиолинии ионосферного рассеяния метровых волн/ Под общ. ред. Н.Н.Шумской.- М.: Связь, 1973.- 192 с.

75. Эгеланд А. Рассеяние радиоволн от авроральной ионизации.- В кн.: Космическая геофизика. М., 1976, с. 488-511.

76. Ютло У., Коэн Р. Изменение ионосферы под действием мощных радиоволн.- Успехи физ. наук, 1973, т. 109, № 2, с. 371-383.

77. The angular distribution of spread~F returns from an artificially modified ionosphere/ ЕЛ.1 .Allen, G.D.Thome, P.B.

78. Rao e»a.~ Journal of Geophysic Research, 1974, vol. 79,1. H 22, p. 3161-3165.

79. Barry G.H.HF-VHF communications experiment using man-made field aligned ionospheric scatterers.- Radio Science, 1974, vol. 9, N =11, p. 1025-Ю32.88» Booker H.G. Radio scattering in the lower ionosphere.

80. Journal of the Radio Research laboratories, 1959, vol. 64, H 12, p. 2164—2177.

81. Bawhill S.A. Satellite transmission studies of spread-P produced by artificial heating of the ionosphere.- Radio Science,1974, vol. 9, К 11, p. 975-986.

82. Carpenter G.B. VHF^UHF bistatic observations of a region of the ionosphere modified by a high power radio transmitter.— Radio Science, 1974, vol. 9, N 11, p. 965-970.

83. Cohen R., Whitehead J.D. Radio reflectivity of artificial modification of the ionospheric P-layer.- Journal of Geophy-sic Research, 1970, vol. 75, N 31, p. 6439-6445.

84. Parley D.T. Artificial heating of the electrons in the F-re— gion of the ionosphere.- Journal of Geaphysic Research, 1963, vol. 68, N 2, p. 401-413.

85. Pialer P.A. Pield-aligned scattering from a heated region of the ionosphere-observations at HE and VHP.- Radio Science, 1974, vol. 9, N 11, p. 923-940.

86. Greenhow J.S., Nenfeld E.L., Watkins C.D. The scattering of 36 Mc/s radiowaves by weak auroral ionizationJournal of Atmospheric and terrestrial Physics., 1960, vol. 18, N 1, p. 174-180. .

87. Heritage I.L., Pay W.S., Еатсеп E.D. Evidence that Keteor trails produce a field-aligned signal at VHP.- Journal of Geophysic Reserarch, 1962, vol. 67, И 3, P. 953-964.

88. Further experimental study of scattering propagation caused "by the field aligned irregularites in VHF Bands/ J.Koriku, K.Uchikura, S*Kainuma e.a»~ Journal of the Radio Research Laboratories, 1967, vol. 14, N 72, p* 57-78.

89. Lowell A*C. Meteor Astronomy»— Clarendom Press, Oxford, 1954,- 121 p.

90. Meltz G., Holway L*H., Jr*, Toml^anovich N.LI.Ionospheric heating by powerful radio waves*- Radio Science, 1974, vol* 9, N 11, p. 1049-1064*

91. Meltz G*, Le Levier R*E*Heating the F-region by deviation absorption of radio waves.- Journal of Geophysie Research, 1970, vol. 75, N 31, P* 6406-6416.

92. Minkoff J* Radio frequency scattering from a heated ionospheric: Volume 3, cross section calculgtions«-Radio Science, 1974, vol. 9, N 11, p* 997-1004*

93. ЮЗ» Minkoff J., Kugelman P*, Weissman I* Radio frequency scattering from a heated ionospheric: volume 1, VHF/UHF field aligned and plasma line backscatter measurments*- Radio Science, 1974, vol* 9, N 11, p* 941-956.

94. Rao P.B. Thome G.D. A model for RF-scattering from field-aligned heater-induced irregularities.- Radio Science, 1974, vol. 9, N 11, p. 987-996.

95. Utlaut W.F., Violette E.J., Paul A.K. Some ionosonde observations of ionosphere modification by very high power,high frequency ground-based transmission.- Journal of Geophysic Research, 1970, vol. 75, N 31, p. 6429-6435.

96. Catkins C.D», Suteliffe H.K. Radar observations of weak field aligned ionisation at a frequency of 300 Ыс/s.- Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 1965, vol. 27,1. N 2, p. 309-320.

97. Stube P., Корка H. Summary of ionospheric heating experiments at Tromso.- Active Exp. Space. Pros. Int. Symp.» Alpbach, 24-28 Kay, 1983. Paris, 1983, p. 47-50.