Введение 3
Глава 1. Поглощение коротких радиоволн в ионосфере 4
1.1 Теория поглощения 4
1.2 Существующие эмпирические модели поглощения радиоволн 7
1.3 О методах современного моделирования ионосферы 9
Глава 2. Построение модели регулярного поглощения 11
2.1 Практические данные 11
2.2 Расчёт поглощения коротких радиоволн 15
Глава 3. Полученные результаты 17
Заключение 29
Благодарности 30
Список литературы 31
Короткие радиоволны диапазона 1-10Мгц имеют свойство отражаться от ионосферы. Благодаря этому свойству и возможна передача таких радиоволн на дальние расстояния и в отличие от волн другого диапазона для их распространения не требуется наличия дополнительных устройств на всем пути следования луча.
Амплитуда радиоволны определяется двумя факторами - его модовой структурой и поглощением. Основное неотклоняющее поглощение происходит в слое D, который радиоволна проходит без отражения, но в котором теряет часть своей энергии. В слоях E и F так же происходит поглощение, но именно в этих слоях происходит отражение. От какого именно слоя отразиться радиоволна зависит от её частоты и времени суток. Кроме того, неотъемлемой частью распространения радиоволн является их поглощение за счет ультрафиолетового излучения Солнца, что приводит к уменьшению диапазона частот, способных к отражению от ионосферы. Этот диапазон в среднем меняется от 1-2МГц до 6-12МГц. Описанный тип поглощения называется регулярным.
Современный уровень развития радиосвязи и геофизики требует качественного моделирования ионосферы и распространения радиоволн, для проведения точных расчётов. Такое моделирование невозможно без использования формул, которые бы описывали эффекты, связанные с процессами, происходящими в ионосфере. Многие формулы, которые позволяют рассчитать коэффициент поглощения коротких радиоволн в ионосфере, используемые при моделировании распространения радиоволн, недостаточно хорошо применимы в определенных условиях, а так же вносят существенные погрешности.
Целью работы является оптимизация модели поглощения коротких радиоволн, основанной на простой эмпирической формуле, которая бы описывала зависимость интенсивности поглощения ионосферой энергии радиоволны от ультрафиолетового излучения Солнца и при этом не требовала бы сложных вычислений. При правильном построении модели поглощения коротких радиоволн, расчётные ионограммы должны максимально точно совпадать с экспериментальными. В таком случае можно утверждать, что полученную формулу можно применять для расчёта регулярного поглощения коротких радиоволн в средних широтах.
В данной работе была проведена модификация формулы регулярного поглощения коротких радиоволн в средних широтах. Были проведены расчёты регулярного поглощения коротких радиоволн для различных дат в течение 2012 и 2013 года для нескольких станций, а именно Fairford (FF051), Juliusruh (JR051), Pruhonice (PR052).
При попытке варьировать только коэффициент I0 в первоначальной формуле (12), включённой в пакет NIM-RT, не было получено улучшений результатов. Поэтому в её знаменатель было добавлено слагаемое v = 10, после чего был варьирован коэффициент I1. Полученная формула позволила улучшить точность моделирования регулярного поглощения коротких радиоволн. Её итоговый вид представлен ниже.
А uv = I1 * (1 + 0.0035 * Ssn) * соs(x)0.75/((fop ± fl)2 + v) (dB)
где полученное оптимальное значение , а коэффициент принимает следующие значения. В Январе I1 = 430, в Апреле I1 = 250, в Июне I1 = 430, в Октябре I1 = 330. Были проведены расчёты регулярного поглощения коротких радиоволн для различных дат в течение 2012 и 2013 года для нескольких станций, а именно Fairford (FF051), Juliusruh (JR051), Pruhonice (PR052). Несмотря на то, что в данной работе ионозонды выбирались на приблизительно одной широте, данный метод позволяет так же выбирать станции и на разных широтах для получения зависимости коэффициента и от координаты.
Применять использованный в работе метод моделирования позволяет наличие обширной сети ионозондов по всему миру. Именно благодаря способности ионозондов правильно регистрировать энергию радиоволны и существует возможность исследования поглощения коротких радиоволн. До появления сети ионозондов и компьютеров достаточной вычислительной мощности получение формул, описывающих поглощение коротких радиоволн, было крайне затруднительным.
В настоящее время разрабатываются программы для автоматического составления формул поглощения коротких радиоволн. Возможно с их появлением, будет предложена ещё более качественная модель поглощения. Однако на данном этапе, полученная модифицированная формула амплитуды регулярного поглощения коротких радиоволн даёт большую точность при моделировании их распространения, чем ранее имеющаяся формула. А значит, поставленная нами цель была достигнута.
