АНАЛИЗ ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ НЕВЗАИМНОСТИ МЕТЕОРНЫХ РАДИООТРАЖЕНИЙ
|
Введение 4
1. ТЕОРЕТИЧЕСИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ МЕТЕОРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН 6
1.1. Метеорные следы 6
1.1.2. Формирование метеорного следа 6
1.1.3. Теория радиоотражения 7
1.2. Отражения от недоуплотненного и переуплотненного следов 9
1.2.1 Типы радиоотражений 9
1.2.2. Основная модель недоуплотненного следа 10
1.2.3. Отражение от переуплотненного следа 13
1.3. Фаза радиометеорного отражения 15
1.4. Резонанс в плазме 16
1.5. Метеорная синхронизация и метеорные системы генерации ключей .... 17
1.6. Основные причины нестабильности и невзаимности метеорного радиоканала 21
2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕВЗАИМНОСТИ МЕТЕОРНОГО РАДИОКАНАЛА 26
2.1. Формат исходных данных 26
2.2. Методика обработки временных характеристик метеорных радиоотражений 28
2.3. Типичные затруднения при обработке данных 31
2.4. Программа для обработки временных характеристик метеорных
радиоотражений 33
2.5. О взаимосвязи текущей невзаимности с текущей нестабильностью
метеорного радиоканала 52
3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ НЕВЗАИМНОСТИ МЕТЕОРНОГО РАДИОКАНАЛА 54
3.1. Анализ временной динамики амплитудной невзаимности метеорного радиоканала 54
3.2. Анализ временной динамики фазовой невзаимности метеорного радиоканала 61
3.3. Взаимная корреляция динамики амплитудной и фазовой невзаимности
метеорного радиоканала 70
3.4. Анализ временной динамики амплитудной нестабильности метеорного
радиоканала 71
3.5. Анализ временной динамики фазовой нестабильности метеорного
радиоканала 81
3.6. Взаимокорреляционные свойства динамики нестабильности метеорных
радиоотражений 91
3.7. Анализ взаимосвязи динамики невзаимности и нестабильности
метеорного радиоканала 95
3.8. Точность оценки момента минимальной невзаимности метеорного
радиоканала по динамике его нестабильности 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
Список литературы 105
1. ТЕОРЕТИЧЕСИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ МЕТЕОРНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН 6
1.1. Метеорные следы 6
1.1.2. Формирование метеорного следа 6
1.1.3. Теория радиоотражения 7
1.2. Отражения от недоуплотненного и переуплотненного следов 9
1.2.1 Типы радиоотражений 9
1.2.2. Основная модель недоуплотненного следа 10
1.2.3. Отражение от переуплотненного следа 13
1.3. Фаза радиометеорного отражения 15
1.4. Резонанс в плазме 16
1.5. Метеорная синхронизация и метеорные системы генерации ключей .... 17
1.6. Основные причины нестабильности и невзаимности метеорного радиоканала 21
2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕВЗАИМНОСТИ МЕТЕОРНОГО РАДИОКАНАЛА 26
2.1. Формат исходных данных 26
2.2. Методика обработки временных характеристик метеорных радиоотражений 28
2.3. Типичные затруднения при обработке данных 31
2.4. Программа для обработки временных характеристик метеорных
радиоотражений 33
2.5. О взаимосвязи текущей невзаимности с текущей нестабильностью
метеорного радиоканала 52
3. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ НЕВЗАИМНОСТИ МЕТЕОРНОГО РАДИОКАНАЛА 54
3.1. Анализ временной динамики амплитудной невзаимности метеорного радиоканала 54
3.2. Анализ временной динамики фазовой невзаимности метеорного радиоканала 61
3.3. Взаимная корреляция динамики амплитудной и фазовой невзаимности
метеорного радиоканала 70
3.4. Анализ временной динамики амплитудной нестабильности метеорного
радиоканала 71
3.5. Анализ временной динамики фазовой нестабильности метеорного
радиоканала 81
3.6. Взаимокорреляционные свойства динамики нестабильности метеорных
радиоотражений 91
3.7. Анализ взаимосвязи динамики невзаимности и нестабильности
метеорного радиоканала 95
3.8. Точность оценки момента минимальной невзаимности метеорного
радиоканала по динамике его нестабильности 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
Список литературы 105
Метеорная связь предназначена для специфических, экстремальных условий и чрезвычайных ситуаций, в которых менее устойчиво работают иные типы систем связи. Например, для работы в труднодоступных и приполярных районах.
Метеорная радиосвязь может быть использована для высокоточной (субнаносекундной) синхронизации разнесенных шкал времени. В последнее время появились новые методы защиты информации, передаваемой через метеорный канал. В частности, можно отметить методы метеорной генерации и распределения секретных ключей шифрования. Принцип действия систем метеорной синхронизации и метеорной генерации ключей шифрования основан на взаимности метеорного радиоканала. Тем не менее, на практике взаимность соблюдается лишь приближённо. Для обеспечения успешного функционирования указанных метеорных систем необходимо определить локализацию промежутка времени с минимальным уровнем невзаимности и нестабильности радиоканала.
Целью данной работы является:
Оценка момента наименьшей невзаимности метеорного радиоканала путем выявление характерных особенностей поведения её динамики для различных типов метеорных радиоотражений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Изучить основные механизмы невзаимности и нестабильности метеорного радиоканала;
2) Разработать комплекс программ для обработки амплитудновременных и фазово-временных характеристик метеорных радиоотражений с целью построения усреднённых профилей динамики невзаимности и нестабильности метеорного канала для радиоотражений заданного типа;
3) Построить усреднённые профили динамики невзаимности и нестабильности метеорного канала для семи различных типов метеорных радиоотражений, выявить и систематизировать их характерные особенности;
4) Исследовать взаимокорреляционные свойства динамики изменения амплитуды и фазы метеорного радиоотражения ( 4а) взаимную корреляцию характеристик, зарегистрированных на разных концах радиолинии; 4б) взаимную корреляцию динамики амплитудных и фазовых характеристик);
5) Исследовать статистическую взаимосвязь текущего уровня невзаимности метеорного канала с текущим уровнем его нестабильности;
6) Проверить состоятельность оценки момента наименьшей невзаимности метеорного канала по наблюдениям за текущим уровнем его нестабильности.
Настоящая работа состоит из трёх глав. В первой главе рассматриваются основные сведения о физических механизмах образования и ионизации метеорных следов. Во второй главе представлено описание методики и программы, реализующей обработку временных характеристик метеорных радиоотражений. В третьей главе представлены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы. В заключении сформулированы основные выводы по работе и дана оценка степени полноты достижения поставленной цели.
Метеорная радиосвязь может быть использована для высокоточной (субнаносекундной) синхронизации разнесенных шкал времени. В последнее время появились новые методы защиты информации, передаваемой через метеорный канал. В частности, можно отметить методы метеорной генерации и распределения секретных ключей шифрования. Принцип действия систем метеорной синхронизации и метеорной генерации ключей шифрования основан на взаимности метеорного радиоканала. Тем не менее, на практике взаимность соблюдается лишь приближённо. Для обеспечения успешного функционирования указанных метеорных систем необходимо определить локализацию промежутка времени с минимальным уровнем невзаимности и нестабильности радиоканала.
Целью данной работы является:
Оценка момента наименьшей невзаимности метеорного радиоканала путем выявление характерных особенностей поведения её динамики для различных типов метеорных радиоотражений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Изучить основные механизмы невзаимности и нестабильности метеорного радиоканала;
2) Разработать комплекс программ для обработки амплитудновременных и фазово-временных характеристик метеорных радиоотражений с целью построения усреднённых профилей динамики невзаимности и нестабильности метеорного канала для радиоотражений заданного типа;
3) Построить усреднённые профили динамики невзаимности и нестабильности метеорного канала для семи различных типов метеорных радиоотражений, выявить и систематизировать их характерные особенности;
4) Исследовать взаимокорреляционные свойства динамики изменения амплитуды и фазы метеорного радиоотражения ( 4а) взаимную корреляцию характеристик, зарегистрированных на разных концах радиолинии; 4б) взаимную корреляцию динамики амплитудных и фазовых характеристик);
5) Исследовать статистическую взаимосвязь текущего уровня невзаимности метеорного канала с текущим уровнем его нестабильности;
6) Проверить состоятельность оценки момента наименьшей невзаимности метеорного канала по наблюдениям за текущим уровнем его нестабильности.
Настоящая работа состоит из трёх глав. В первой главе рассматриваются основные сведения о физических механизмах образования и ионизации метеорных следов. Во второй главе представлено описание методики и программы, реализующей обработку временных характеристик метеорных радиоотражений. В третьей главе представлены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы. В заключении сформулированы основные выводы по работе и дана оценка степени полноты достижения поставленной цели.
В результате выполнения данной работы были выявлены основные закономерности и оценены численные параметры временной динамики невзаимности и нестабильности метеорного радиоканала для 7 различных типов радиоотражений. Были выявлены условия, при которых наблюдается минимальная (в течение регистрации радиоотражения) невзаимность метеорного радиоканала, а также выявлен ряд специфических признаков, присущих существенно невзаимным метеорным радиоотражения.
В частности, в ходе выполнения работы были получены следующие результаты:
1) Разработан комплекс программ для обработки временных характеристик метеорных радиоотражений и построения усреднённых профилей динамики невзаимности и нестабильности метеорного канала;
2) Установлено, что минимальная невзаимность и нестабильность метеорного радиоканала наблюдаются в конце радиоотражения. Типичный уровень фазовой невзаимности составляет 12,5°, амплитудной невзаимности 0,3 мкВ. Типичный уровень фазовой нестабильности составляет - 1,28 рад/с, амплитудной нестабильности - 6 мкВ/с;
3) Доказана единая природа изменения амплитудной и фазовой невзаимности во времени. Коэффициент взаимной корреляции динамики амплитудной невзаимности с динамикой фазовой невзаимности не менее 0,75;
4) Показано, что динамика изменения нестабильности канала протекает одинаковым образом на обоих концах радиолинии. Взаимная корреляция динамики нестабильности канала по наблюдениям в пункте А с динамикой нестабильности по наблюдениям в пункте В не менее 0,9;
5) Выявлены отличительные признаки невзаимных радиоотражений, позволяющие оперативно отбраковать их. В частности, это наличие минимума нестабильности в начале радиоотражения и низкая корреляция
усредненных профилей временных характеристик;
6) Показана согласованность изменения нестабильности метеорного канала и уровня его невзаимности (корреляция не менее 0,7). Это позволяет оценивать момент минимальной невзаимности по достижению минимума нестабильности. Вследствие малой длительности типичных радиоотражений от недоуплотнённых следов коэффициент корреляции для них оказался неоправданно заниженным;
7) Показана состоятельность оценки условий минимальной невзаимности метеорного радиоканала на основании независимых наблюдений за динамикой его нестабильности на каждом из концов метеорной радиолинии. Средняя погрешность оценки минимального уровня фазовой невзаимности не превосходит 25% для недоуплотнённых следов и 2% - для переуплотнённых следов.
На основании результатов работы можно сделать вывод о том, что проведение двусторонних измерений, опирающихся на предположение о взаимности метеорного радиоканала, целесообразно проводить во второй половине регистрации радиоотражения.
В частности, в ходе выполнения работы были получены следующие результаты:
1) Разработан комплекс программ для обработки временных характеристик метеорных радиоотражений и построения усреднённых профилей динамики невзаимности и нестабильности метеорного канала;
2) Установлено, что минимальная невзаимность и нестабильность метеорного радиоканала наблюдаются в конце радиоотражения. Типичный уровень фазовой невзаимности составляет 12,5°, амплитудной невзаимности 0,3 мкВ. Типичный уровень фазовой нестабильности составляет - 1,28 рад/с, амплитудной нестабильности - 6 мкВ/с;
3) Доказана единая природа изменения амплитудной и фазовой невзаимности во времени. Коэффициент взаимной корреляции динамики амплитудной невзаимности с динамикой фазовой невзаимности не менее 0,75;
4) Показано, что динамика изменения нестабильности канала протекает одинаковым образом на обоих концах радиолинии. Взаимная корреляция динамики нестабильности канала по наблюдениям в пункте А с динамикой нестабильности по наблюдениям в пункте В не менее 0,9;
5) Выявлены отличительные признаки невзаимных радиоотражений, позволяющие оперативно отбраковать их. В частности, это наличие минимума нестабильности в начале радиоотражения и низкая корреляция
усредненных профилей временных характеристик;
6) Показана согласованность изменения нестабильности метеорного канала и уровня его невзаимности (корреляция не менее 0,7). Это позволяет оценивать момент минимальной невзаимности по достижению минимума нестабильности. Вследствие малой длительности типичных радиоотражений от недоуплотнённых следов коэффициент корреляции для них оказался неоправданно заниженным;
7) Показана состоятельность оценки условий минимальной невзаимности метеорного радиоканала на основании независимых наблюдений за динамикой его нестабильности на каждом из концов метеорной радиолинии. Средняя погрешность оценки минимального уровня фазовой невзаимности не превосходит 25% для недоуплотнённых следов и 2% - для переуплотнённых следов.
На основании результатов работы можно сделать вывод о том, что проведение двусторонних измерений, опирающихся на предположение о взаимности метеорного радиоканала, целесообразно проводить во второй половине регистрации радиоотражения.