Способ управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе



Способ управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе
Способ управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе
Способ управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе

 


Владельцы патента RU 2413363:

Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" (RU)

Изобретение относится к технике коротковолновой связи. Технический результат заключается в повышении надежности дальней коротковолновой (КВ) радиосвязи путем управляемости распространения коротких радиоволн в ионосферном волноводе. Для этого в способе, включающем наклонное зондирование ионосферы коротковолновым сигналом с помощью передающего устройства, прием зондирующего сигнала с помощью приемного устройства, дополнительно устанавливают нагревный стенд, состоящий из станции вертикального зондирования и мощного передатчика вертикального излучения, с помощью станции вертикального зондирования измеряют высотно-частотную характеристику ионосферы над нагревным стендом, на основе которой рассчитывают нагревную частоту волны накачки, при работе на которой мощного передатчика вертикального излучения нагревного стенда создают внутри ионосферного волновода искусственные мелкомасштабные магнитно-ориентированные неоднородности, с помощью рассеяния на которых обеспечивают вывод на поверхность Земли сигнала волноводной моды, который приемным устройством принимают синхронно с передающим сигналом, при этом передатчик и приемник зондирующего сигнала выполняют широкополосными, а диаграммы направленности антенн передающего и приемного устройств ориентируют на нагревный стенд. 3 ил.

 

Изобретение предназначено для повышения надежности дальней коротковолновой (КВ) радиосвязи.

Для дальнего распространения коротких радиоволн важное значение имеют приподнятые над Землей межслоевой FE и подслойный F каналы, распространение в которых имеет ряд преимуществ по сравнению со стандартным скачковым распространением. Волноводные моды, распространяясь в приподнятых над Землей каналах, расположенных выше основных поглощающих слоев D и Е ионосферы, испытывают меньшее, чем при скачковом распространении поглощение, и могут распространяться на частотах, превышающих максимальные применимые частоты (МПЧ) скачкового распространения (Гуревич А.В., Цедилина Е.Е. Сверхдальнее распространение коротких радиоволн. М.: Наука, 1979, с.16). Эти особенности волноводного распространения - слабое затухание и возможность распространения на частотах, превышающих максимальные применимые частоты скачкового распространения, - привлекли к нему внимание с точки зрения использования волноводных мод для дальней радиосвязи и радиоразведки, и с этим связаны поиски механизмов, способствующих возбуждению ионосферных волноводов. В естественных условиях захват радиоволн в ионосферные каналы и их вывод из канала может осуществляться за счет рефракции на горизонтальных градиентах электронной концентрации, а также рефракции и рассеяния на ионосферных неоднородностях (Кравцов Ю.А., Тинин М.В., Черкашин Ю.Н. О возможных механизмах возбуждения ионосферных волновых каналов // Геомагнетизм и аэрономия, 1979, т.19, №5, с.769-787).

Известен способ использования ионосферных волновых каналов (ИВК) для дальнего распространения радиоволн на частоте f=34,3 МГц, которая выше МПЧ скачкового распространения, с помощью двух спутников: передающего и приемного, расположенных внутри ИВК на высоте ~250 км на большом удалении друг от друга ~15000-19000 км (Barker J.I., Grossi M.D. Results of the OV4-1 dual satellite experiment on guided ionospheric propagation // Radio Science, 1970, v.5, p.983). Однако реализация этого способа требует оборудования, имеющего высокую стоимость, и весьма критична к техническим неисправностям спутникового комплекса.

Известны способ радиосвязи с выводом радиоволн из ионосферы за счет трансформации волн на естественных плазменных структурах, возникающих при вторжении пучков заряженных частиц в ионосферу (RU 2093959. Горохов Н.А. Способ радиосвязи), а также возбуждение ионосферного канала за счет рассеяния на неоднородностях полярной ионосферы (Успенский М.В., Пудовкин М.И. О наземном волноводном распространении радиоволн в зоне полярных сияний // В сб. «Вопросы распространения коротких радиоволн», ч.II. М., 1974, с.101). Однако последние два способа ориентированы на использование нерегулярно возникающих неоднородных структур, подверженных случайным вариациям, и характеризуются большой неустойчивостью.

В качестве прототипа взят способ радиосвязи (RU 2093959), действие которого основано на том, что поток заряженных частиц, вторгающийся во время ионосферной бури вдоль силовых линий геомагнитного поля в ионосферу, вызывает дополнительную локальную ионизацию. Появившиеся при этом вытянутые вдоль геомагнитного поля ионосферные неоднородности используют в качестве открытых плазменных волноводов. Сигнал излучают в направлении ионосферных неоднородностей. Излучение сигнала осуществляют на частотах, которые могут трансформироваться в волноводные моды. Поэтому плоская волна от передатчика, падающая на неоднородность, трансформируется в поле собственных колебаний плазменного волновода (волноводные моды). При инжекции пучка заряженных частиц вдоль оси волновода медленные волны усиливаются пучком. Наиболее эффективно в ионосфере усиливаются (или возбуждаются) те волноводные моды, фазовые скорости которых соответствуют скорости вторгающихся заряженных частиц. Усиленные медленные волны переизлучаются в свободное пространство либо с открытого конца плазменного волновода, либо за счет появляющейся волны утечки. Оптимальные условия для приема переизлученного ионосферными неоднородностями усиленного сигнала реализуются, когда максимум диаграммы направленности соответствует направлению переизлучения сигнала, т.е. вдоль направления геомагнитного поля. Поэтому диаграмму направленности антенны приемного устройства ориентируют вдоль направления силовых линий геомагнитного поля.

Существенным недостатком данного способа радиосвязи является низкая надежность, обусловленная в первую очередь неконтролируемым характером образования плазменных волноводных структур вследствие неопределенности пространственно-временного распределения пучков заряженных частиц и параметров плазменных волноводов в период естественных возмущений ионосферной плазмы.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности дальней KB радиосвязи.

Решение указанной технической задачи обеспечивается с помощью технического результата, заключающегося в управляемости распространения коротких радиоволн в ионосферном волноводе.

Для достижения указанного результата способ управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе за счет модификации ионосферы мощным радиоизлучением осуществляется следующим образом.

На основе предварительных расчетов лучевых траекторий выбирают протяженную трассу, на которой имеет место рефракционный захват радиоволн в ионосферный волновой канал на градиентах электронной концентрации.

На концах этой трассы устанавливают передающее устройство для наклонного зондирования ионосферы коротковолновым сигналом и нагревный стенд, состоящий из станции вертикального зондирования и мощного передатчика вертикального излучения. С помощью излучения мощного передатчика создают в ионосфере искусственные мелкомасштабные магнитно-ориентированные неоднородности.

Для заданного положения нагревного стенда и удаленного передающего устройства проводят расчет рассеяния излученных радиоволн на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях. На основе расчета зон приема на Земле рассеянного сигнала выбирают место расположения приемного устройства.

В передающем устройстве используют широкополосный передатчик KB диапазона. Использование широкополосного излучения позволяет получать полномасштабную картину состояния ионосферного канала, подверженного значительным суточным вариациям, и четко идентифицировать сигнал волноводной моды.

В приемном устройстве используют широкополосный приемник KB диапазона.

В передающем и приемном устройствах используют антенны с диаграммами направленности, ориентированными на нагревный стенд.

Для обеспечения синхронной работы передающего и приемного устройств в них используют GPS приемники со штатными антеннами для привязки шкал времени передающего и приемного устройств к мировому времени.

С помощью станции вертикального зондирования нагревного стенда измеряют высотно-частотную характеристику ионосферы над нагревным стендом и на основе этих измерений с помощью компьютера вычисляют высотное распределение электронной концентрации Ne(h) и потенциал ионосферного канала U(h).

На основе расчета потенциала ионосферного канала U(h) определяют высоты расположения ионосферного волноводного канала (ИВК) и для высоты hc, соответствующей оси ИВК (высоте скольжения луча), находят нагревную частоту волны накачки работа на которой будет приводить к созданию искусственных неоднородностей внутри ИВК.

По заданной программе проводят зондирование ионосферы в направлении нагревного стенда.

Осуществляют работу нагревного стенда по заданной программе с периодическим включением и выключением мощного передатчика (например, 5 минут нагрев, 5 минут пауза) на рассчитанной частоте волны накачки fc для создания в ионосфере на высотах ИВК искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностей.

Осуществляют прием на Земле сигнала волноводной моды, выводимого из ионосферного волновода за счет рассеяния радиоволн на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях электронной концентрации, создаваемых внутри ионосферного волновода посредством воздействия мощным вертикальным излучением передатчика нагревного стенда на ионосферную плазму.

С помощью компьютера приемного устройства осуществляют регистрацию ионограмм как прямых сигналов передающего устройства, принимаемых на боковой лепесток диаграммы антенны приемного устройства, так и сигналов передающего устройства, рассеянных на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях, создаваемых нагревным стендом и принимаемых на главный лепесток диаграммы антенны приемного устройства.

В естественных условиях на трассе большой протяженности сигнал волноводной моды, распространяющийся на частоте выше максимально применимой частоты, может присутствовать на высотах ионосферы, но вывести сигнал из ионосферного волновода на поверхность Земли за счет нерегулярных естественных механизмов и идентифицировать его весьма проблематично. Посредством воздействия на ионосферу мощным радиоизлучением нагревного стенда на высотах ионосферного волновода создают контролируемые искусственные мелкомасштабные магнитно-ориентированные неоднородности, рассеяние на которых позволяет осуществлять управляемый вывод сигнала волноводной моды из ИВК на поверхность Земли в пункт приема. Таким образом, за счет модификации ионосферы мощным декаметровым радиоизлучением нагревного стенда достигается искомый результат управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе.

По сравнению с известным способом радиосвязи, основанном на выводе радиоволн из ионосферы за счет трансформации волн на плазменных волноводных структурах естественного происхождения, новым является то, что для управления выводом радиоволн из ионосферного волноводного канала (ИВК) используют механизм рассеяния радиоволн на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях, создаваемых на высотах ИВК мощным контролируемым наземным декаметровым радиоизлучением.

Физическая основа предлагаемого способа состоит в следующем.

В естественных условиях использование механизма волноводного распространения для решения практических задач дальней радиосвязи сталкивается со значительными трудностями, обусловленными в первую очередь сложностью идентификации волноводных мод и неконтролируемым характером механизмов возбуждения ионосферных волновых каналов.

Целенаправленное изменение параметров ионосферной плазмы под действием мощного декаметрового радиоизлучения дает возможность создавать на высотах ионосферного канала контролируемые искусственные неоднородности электронной концентрации. Искусственная ионосферная турбулентность развивается в области верхнего гибридного резонанса (ВГР) при отражении от ионосферы мощной радиоволны обыкновенной поляризации (Грач С.М., Митяков Н.А., Рапопорт В.О., Трахтенгерц В.Ю. Тепловая параметрическая неустойчивость в ионосферной плазме // Сборник «Тепловые нелинейные явления в плазме», Горький, 1979, с.48). Волна обыкновенной поляризации отражается от уровня, где плазменная частота ионосферы ωp и частота волны накачки ωн совпадают, т.е. ωрн. Уровень ВГР находится ниже этой точки на 3-8 км и определяется условием где ωВГР - частота верхнего гибридного резонанса, ωH - гирочастота электронов. Затравочные мелкомасштабные ионосферные неоднородности приводят к рассеянию обыкновенной волны накачки в медленные плазменные волны, при этом поглощение волны накачки в области ВГР приводит к увеличению тепловой энергии среды. В результате нагрева электронов и вытеснения плазмы из-за термодиффузии из области локализации теплового источника происходит усиление низкочастотных возмущений концентрации электронов. Вследствие сильной анизотропии диффузии электронов вдоль и поперек магнитного поля искусственные неоднородности электронной концентрации сильно вытянуты вдоль магнитного поля Земли, т.е. l||>>l, где l|| и l - масштабы неоднородности вдоль и поперек магнитного поля соответственно. Формируется спектр неоднородностей электронной концентрации с поперечными масштабами l от долей метра до нескольких десятков метров. Наличие интенсивных искусственных ионосферных неоднородностей открывает перспективу управления волноводным распространением радиоволн за счет контролирования механизма ввода радиоволн в ИВК и их вывода из канала. При этом наиболее эффективным механизмом возбуждения ИВК является рассеяние радиоволн на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях, так как позволяет выводить из ИВК любые моды, в том числе высокодобротные с малым поглощением, распространяющиеся вблизи оси ионосферного волновода на частотах, заметно превышающих МПЧ стандартных скачковых мод.

Реализация управления волноводным распространением радиоволн за счет модификации ионосферы мощным радиоизлучением позволяет использовать дополнительный канал распространения для повышения надежности дальней KB радиосвязи, особенно в период сильных ионосферных возмущений, когда увеличивается поглощение радиоволн в нижней ионосфере, а также для радиоразведки связных и радиолокационных систем, работающих на частотах, превышающих МПЧ скачкового распространения.

Способ может быть реализован с помощью устройства, блок-схема которого показана на фиг.1. Устройство состоит из трех отдельных блоков 1, 2 и 3. Передающее устройство 1, нагревный стенд 2 и приемное устройство 3 обведены пунктиром на фиг.1.

В состав передающего устройства 1 входят: антенна GPS 4, подключенная к входу приемнику GPS 5, блок временной синхронизации 6, антенна передатчика ЛЧМ сигналов 7, подключенная к выходу передатчика ЛЧМ сигналов 8, ЛЧМ генератор 9, компьютер 10 (для управления работой передающего устройства 1). При этом выход приемника GPS 5 подключен к входу блока временной синхронизации 6, вход передатчика ЛЧМ сигналов 8 подключен к выходу ЛЧМ генератора 9, вход которого соединен с выходом компьютера 10, вход компьютера 10 подключен к выходу блока временной синхронизации 6.

В состав нагревного стенда 2 входят: антенна 11 (нагревного стенда), подключенная к выходу мощного передатчика вертикального излучения 12, компьютер 13 (для управления работой мощного передатчика нагревного стенда 2 и расчета), антенна станции вертикального зондирования ионосферы 14, подключенная к приемо-передающей станции вертикального зондирования ионосферы 15, выход которой подключен к входу компьютера 13, выход компьютера 13 подключен к входу мощного передатчика 12.

В состав приемного устройства 3 входят: антенна GPS 16, подключенная к входу приемника GPS 17, блок временной синхронизации 18, вход которого подключен к выходу приемника GPS 17, антенна приемника ЛЧМ сигналов 19, приемник ЛЧМ сигналов 20, к первому входу которого подключена антенна приемника ЛЧМ сигналов 19, ЛЧМ генератор 21, выход которого подключен ко второму входу приемника ЛЧМ сигналов 20, компьютер 22 (для управления работой приемника, регистрации, обработки, записи данных и отображения информации), первый вход которого подключен к выходу блока временной синхронизации 18, второй вход компьютера 22 подключен к выходу приемника ЛЧМ сигналов 20, а выход компьютера 22 подключен к входу ЛЧМ генератора 21.

Блоки временной синхронизации 6 и 18 предназначены для временной синхронизации запуска ЛЧМ генераторов 9 и 21 соответственно передатчика ЛЧМ сигналов 8 и приемника ЛЧМ сигналов 20 по сигналам GPS.

ЛЧМ генератор 9 предназначен для формирования широкополосного сигнала на входе передатчика ЛЧМ сигналов 8.

ЛЧМ генератор 21 работает в качестве 1-го гетеродина приемника ЛЧМ сигналов 20 и обеспечивает синхронную перестройку по частоте с излучаемым ЛЧМ сигналом.

Мощный передатчик 12 с антенной вертикального излучения 11 предназначен для создания искусственных ионосферных неоднородностей на высотах ионосферного волновода за счет взаимодействия мощного радиоизлучения с ионосферной плазмой.

Станция вертикального зондирования 15 с антенной 14 предназначена для регистрации высотно-частотной характеристики ионосферы над нагревным стендом 2.

Компьютер 10 предназначен для управления работой передающего устройства 1.

Компьютер 13 предназначен для расчета лучевых траекторий, расчета высотного профиля электронной концентрации Ne(h), расчета потенциала U(h) ионосферного канала, расчета рабочих частот мощного нагревного передатчика и управления работой мощного передатчика нагревного стенда 2.

Компьютер 22 предназначен для управления работой приемника, регистрации, обработки, записи данных и отображения информации.

Способ управления волноводным распространением коротких радиоволн за счет модификации ионосферы мощным радиоизлучением осуществляется следующим образом.

Для заданного расположения нагревного стенда 2 на основе предварительных расчетов лучевых траекторий между удаленным передающим устройством 1 и нагревным стендом 2 выбирают протяженную трассу (длина трассы L≥5-10 тыс.км), на которой имеет место рефракционный захват радиоволн в ионосферный волновой канал на градиентах электронной концентрации. Далее для заданного положения нагревного стенда 2 и удаленного передающего устройства 1 производится расчет рассеяния радиоволн, излученных передающим устройством 1, на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях (так называемое ракурсное рассеяние), локализованных над нагревным стендом на высотах F-области ионосферы (200-350 км), на трассе "Передающее устройство - Нагревный стенд". Сильно вытянутые вдоль магнитного поля Земли неоднородности электронной концентрации рассеивают радиоволны под углом Брэгга-Вульфа, так что где и - волновые векторы падающей и рассеянной волн - вектор рассеяния, θs - угол рассеяния. При этом векторы и расположены на поверхности двух сопряженных конусов, ось которых направлена вдоль , а совпадающая вершина конусов лежит в центре рассеивающей области. Пересечение образующих конуса, составляемых волновыми векторами рассеянных волн с поверхностью Земли определяет зоны приема рассеянного сигнала для заданного расположения передатчика и нагревного стенда. На основе расчетов выбирают место расположения приемного устройства 3. В северном полушарии, с учетом ориентации магнитного поля Земли, расчеты дают место расположения приемного устройства 3 на расстоянии ~900-1300 км к югу от нагревного стенда 2.

В передающем устройстве 1 и приемном устройстве 3 используют антенны 7 и 19 соответственно с диаграммами направленности, ориентированными на нагревный стенд 2.

В передающем устройстве 1 используют широкополосный передатчик KB диапазона (3-30 МГц) типа передатчика с линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом 8. Использование широкополосного излучения позволяет получать полномасштабную картину состояния ионосферного канала, подверженного значительным суточным вариациям, и четко идентифицировать сигнал волноводной моды.

В приемной части 3 используют широкополосный приемник KB диапазона (3-30 МГц) типа приемника с линейно-частотно-модулированным сигналом 20.

В передающем 1 и приемном 3 устройствах используют GPS приемники 5 и 17 со штатными антеннами 4 и 16 для привязки шкал времени соответственно передатчика ЛЧМ сигналов 8 и приемника ЛЧМ сигналов 20 к мировому времени и обеспечения синхронной работы.

В месте расположения нагревного стенда работает маломощная станция вертикального зондирования 15 со своей антенной 14 и по данным зондирования вычисляется профиль электронной концентрации Ne(h) с помощью компьютера 13. Данные высотного профиля электронной концентрации используются для расчета на базе компьютера 13 потенциала ионосферного канала где Ro - радиус Земли, h - высота, f - рабочая частота. Потенциал U(h) входит в уравнение Шредингера для радиальной части поля радиоволны. При наличии минимумов U(h) возникают приподнятые над Землей каналы, в которых может распространяться электромагнитная волна (Гуревич А.В., Цедилина Е.Е. Сверхдальнее распространение коротких радиоволн. М.:Наука, 1979, с.23, 24, 61). На основе расчета потенциала U(h) определяют высоты расположения ИВК и для высоты hc, соответствующей оси ИВК (высоте скольжения луча), находят нагревную частоту волны накачки работа на которой будет приводить к возбуждению искусственных неоднородностей внутри ИВК.

Нагревный стенд 2 работает по заданной программе с периодическим включением и выключением мощного передатчика (например, 5 минут нагрев, 5 минут пауза) на рассчитанной частоте волны накачки fc для создания в ионосфере на высотах ИВК искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностей. Периодическое включение и выключение нагревного стенда необходимо для контроля и сравнения условий распространения радиоволн в естественной и искусственно-возмущенной ионосфере для установления взаимосвязи появляемости принимаемых дополнительных сигналов с работой нагревного стенда. Длительности циклов нагрева и паузы определяются решаемыми задачами, исходя из экспериментально установленных значений времен развития и релаксации искусственных мелкомасштабных неоднородностей, которые составляют величины единицы/десятки секунд. Кроме того, за каждый цикл нагрева и паузы передатчик ЛЧМ сигналов 8 и приемник ЛЧМ сигналов 20 должны пройти весь диапазон частот зондирования, так, для Δf=30-3 МГц и скорости перестройки частоты длительность одного сеанса зондирования составляет

По заданной программе начинается зондирование ионосферы в направлении нагревного стенда с помощью передатчика ЛЧМ сигналов 8 и синхронный прием ЛЧМ сигналов с помощью приемника ЛЧМ сигналов 20.

В приемном устройстве 3 в компьютере 22 происходит регистрация ионограмм как прямых сигналов передатчика ЛЧМ сигналов 8, принимаемых на боковой лепесток диаграммы антенны приемника ЛЧМ сигналов 19, так и ЛЧМ сигналов передатчика 8, рассеянных на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях, создаваемых нагревным стендом 2.

При наличии условий захвата радиоволн в ИВК за счет рефракции радиоволн на горизонтальных градиентах электронной концентрации и создании искусственных неоднородностей за счет модификации ионосферы мощным радиоизлучением на высотах ИВК сигнал волноводной моды выводится из ИВК на поверхность Земли в пункт приема за счет ракурсного рассеяния на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях.

Если диапазон частот радиоволн, выводимых из ИВК, превышает МПЧ скачкового распространения, то эти частоты можно использовать для ведения скрытной дальней KB радиосвязи через искусственный ретранслятор на радиолинии "Передающее устройство - Нагревный стенд - Приемное устройство". Тем самым достигается искомый результат управления волноводным распространением коротких радиоволн за счет модификации ионосферы мощным декаметровым радиоизлучением нагревного стенда 2, когда в обычных (естественных) условиях волноводные моды присутствуют на высотах ионосферы, но без воздействия на ионосферу мощным радиоизлучением с помощью нагревного стенда 2 не выводятся на поверхность Земли.

Реализуемость данного способа подтверждена в серии экспериментов, проведенных автором в 90-е годы XX века и в 2000-е годы на трассах широтной ориентации Хабаровск - СУРА - Темрюк и Иркутск - СУРА - Ростов-на-Дону.

В качестве передатчика ЛЧМ сигналов использовался широкополосный ЛЧМ передатчик «Севан - AT», который работал в диапазоне частот 6-30 МГц, скорость перестройки частоты составляла 100 кГц/с.

В качестве мощного передатчика нагревного стенда СУРА использовались синфазно работающие три передатчика, каждый мощностью 250 кВт, нагруженные на антенну с коэффициентом усиления G=100. Мощный передатчик нагревного стенда СУРА работал на частоте волны накачки fH=4,3 МГц с вертикальным излучением волны обыкновенной поляризации с эффективной мощностью излучения ~75 МВт в режиме 5 минут нагрев, 5 минут пауза. В качестве станции вертикального зондирования ионосферы использовалась станция «Базис».

В качестве приемника ЛЧМ сигналов использовался приемник «Катран».

На фиг.2 показан пример работы устройства, реализующего заявляемый способ, на трассе Хабаровск - Темрюк (Краснодарский край), когда нагревный стенд СУРА (Нижегородская область) не работал (фиг.2а) и когда нагревный стенд СУРА работал (фиг.2б, в). В Хабаровске и Темрюке для передачи и приема зондирующих ЛЧМ сигналов использовались горизонтальные ромбические антенны , ориентированные на нагревный стенд СУРА.

На фиг.2 различными маркерами обозначены следующие моды распространения: мода 2F (распространение с двумя отражениями радиоволн от слоя F ионосферы на трассе Хабаровск - Темрюк), мода 3F (распространение с тремя отражениями радиоволн от слоя F ионосферы на трассе Хабаровск - Темрюк), мода 4F (распространение с четырьмя отражениями радиоволн от слоя F ионосферы на трассе Хабаровск - Темрюк), PC - рассеянный сигнал на трассе Хабаровск - СУРА - Темрюк во время работы нагревного стенда. На фиг.2в показан случай, когда с высот ионосферы на поверхность Земли выводятся волноводные моды за счет рассеяния на искусственных мелкомасштабных магнитно-ориентированных неоднородностях на частотах f≈17,7-19,2 МГц, которые превышают максимально наблюдаемую частоту (МНЧ) скачкового распространения fМНЧ≈17,5 МГц, т.е. реализуется способ управления волноводным распространением радиоволн за счет модификации ионосферы мощным радиоизлучением на частотах, которые в естественных условиях распространяются в приподнятых над Землей каналах и не могут быть приняты на Земле (см. фиг.2а). Фиг.2б иллюстрирует случай, когда градиент электронной концентрации вдоль трассы распространения Хабаровск - СУРА был недостаточен для захвата радиоволн в ИВК и имело место рассеяние скачковых мод распространения на частотах меньше МНЧ 2F.

Фиг.3 подтверждает результаты эксперимента и иллюстрирует расчетные траектории радиоволн на трассе Хабаровск - СУРА (для случая фиг.2в) на частоте f=18.5 МГц для углов излучения 6-10°, когда для данных ионосферных условий происходил захват радиоволн в ИВК за счет рефракции на сумеречном градиенте электронной концентрации. Пунктиром на фиг.3 показаны изолинии плазменных частот ионосферы в МГц.

Способ управления распространением коротких радиоволн в ионосферном волноводе, включающий наклонное зондирование ионосферы коротковолновым сигналом с помощью передающего устройства, прием зондирующего сигнала с помощью приемного устройства, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают нагревный стенд, состоящий из станции вертикального зондирования и мощного передатчика вертикального излучения, с помощью станции вертикального зондирования измеряют высотно-частотную характеристику ионосферы над нагревным стендом, на основе которой рассчитывают нагревную частоту волны накачки, при работе на которой мощного передатчика вертикального излучения нагревного стенда создают внутри ионосферного волновода искусственные мелкомасштабные магнитно-ориентированные неоднородности, с помощью рассеяния на которых обеспечивают вывод на поверхность Земли сигнала волноводной моды, который приемным устройством принимают синхронно с передающим сигналом, при этом передатчик и приемник зондирующего сигнала выполняют широкополосными, а диаграммы направленности антенн передающего и приемного устройств ориентируют на нагревный стенд.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к беспроводным системам подвижной связи. .

Изобретение относится к комбинированному обслуживанию, в рамках которого одновременно осуществляются две или более услуги. .

Изобретение относится к электросвязи. .

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для выделения ресурсов связи каналу управления. .

Изобретение относится к области связи. .

Изобретение относится к радиоинтерфейсам беспроводных сетей и, в частности, к радиоинтерфейсам мобильных сетей

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для эксплуатации мобильного терминала

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для управления межсотовой мощностью для регулирования помехами в OFDM-системе

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах беспроводной связи
Наверх