Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы

В работе исследуется влияние магнитного поля Земли на точность восстановления вертикального профиля электронной концентрации ионосферы методом частотно-углового зондирования ионосферы (ЧУЗИ). Оценивается область применимости изотропного приближения в задаче ЧУЗИ в зависимости от длины радиотрассы и...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2003
Hauptverfasser:	Галушко, В.Г., Литвиненко, Г.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2003
Schriftenreihe:	Радиофизика и радиоастрономия
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122409
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы / В.Г. Галушко, Г.В. Литвиненко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2003. — Т. 8, № 2. — С. 137-142. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-122409
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1224092017-07-04T03:03:09Z Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы Галушко, В.Г. Литвиненко, Г.В. В работе исследуется влияние магнитного поля Земли на точность восстановления вертикального профиля электронной концентрации ионосферы методом частотно-углового зондирования ионосферы (ЧУЗИ). Оценивается область применимости изотропного приближения в задаче ЧУЗИ в зависимости от длины радиотрассы и ее ориентации относительно вектора магнитного поля Земли. Даются рекомендации по использованию частотно-угловых зависимостей обыкновенных и необыкновенных магнитоионных волн при восстановлении профиля электронной концентрации ионосферы методом ЧУЗИ в изотропном приближении. Справедливость полученных в работе результатов иллюстрируется расчетами для реальных экспериментальных данных. У роботі досліджується вплив магнітного поля Землі на точність відновлення вертикального профіля електронної концентрації іоносфери методом частотно-кутового зондуваня іоносфери (ЧКЗІ). Оцінюється область застосовності ізотропного наближення в задачі ЧКЗІ в залежності від довжини радіотраси та її орієнтації відносно вектора магнітного поля Землі. Даються рекомендації щодо використання частотно-кутових залежностей звичайних та незвичайних магнітоіонних хвиль при відновленні профіля електронної концентрації методом ЧКЗІ в ізотропному наближенні. Справедливість отриманих в роботі результатів ілюструється розрахунками для реальних експериментальних даних. In the present work the Earth’s magnetic field influence on the accuracy of the vertical electron density profile recovering by the frequency-and-angular sounding method (FASI) is investigated. The domain of applicability of an isotropic approximation in the FASI problem as a function of radiopath length and its orientation relatively to the Earth magnetic field vector is estimated. Recommendations for the electron ionospheric density recovering by the FASI method in the isotropic approximation using the frequency-and-angular dependences of the ordinary and extraordinary magnetoionic waves are given. Validity of the obtained results is illustrated by the real experimental data processing. 2003 Article Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы / В.Г. Галушко, Г.В. Литвиненко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2003. — Т. 8, № 2. — С. 137-142. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122409 550.338 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	В работе исследуется влияние магнитного поля Земли на точность восстановления вертикального профиля электронной концентрации ионосферы методом частотно-углового зондирования ионосферы (ЧУЗИ). Оценивается область применимости изотропного приближения в задаче ЧУЗИ в зависимости от длины радиотрассы и ее ориентации относительно вектора магнитного поля Земли. Даются рекомендации по использованию частотно-угловых зависимостей обыкновенных и необыкновенных магнитоионных волн при восстановлении профиля электронной концентрации ионосферы методом ЧУЗИ в изотропном приближении. Справедливость полученных в работе результатов иллюстрируется расчетами для реальных экспериментальных данных.
format	Article
author	Галушко, В.Г. Литвиненко, Г.В.
spellingShingle	Галушко, В.Г. Литвиненко, Г.В. Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы Радиофизика и радиоастрономия
author_facet	Галушко, В.Г. Литвиненко, Г.В.
author_sort	Галушко, В.Г.
title	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы
title_short	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы
title_full	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы
title_fullStr	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы
title_full_unstemmed	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы
title_sort	анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2003
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122409
citation_txt	Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы / В.Г. Галушко, Г.В. Литвиненко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2003. — Т. 8, № 2. — С. 137-142. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT galuškovg analizprimenimostiizotropnogopribliženiâvzadačečastotnouglovogozondirovaniâionosfery AT litvinenkogv analizprimenimostiizotropnogopribliženiâvzadačečastotnouglovogozondirovaniâionosfery
first_indexed	2025-07-08T21:40:26Z
last_indexed	2025-07-08T21:40:26Z
_version_	1837116505336053760
fulltext	Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹2, ñòð. 137-142 © Â. Ã. Ãàëóøêî, Ã. Â. Ëèòâèíåíêî, 2003 ÓÄÊ 550.338 Àíàëèç ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæåíèÿ â çàäà÷å ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñôåðû Â. Ã. Ãàëóøêî, Ã. Â. Ëèòâèíåíêî Ðàäèîàñòðîíîìè÷åñêèé èíñòèòóò ÍÀÍ Óêðàèíû, Óêðàèíà, 61002, ã. Õàðüêîâ, óë. Êðàñíîçíàìåííàÿ, 4 E-mail: gallitv@rian.kharkov.ua Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 7 îêòÿáðÿ 2002 ã. Â ðàáîòå èññëåäóåòñÿ âëèÿíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè íà òî÷íîñòü âîññòàíîâëåíèÿ âåðòè- êàëüíîãî ïðîôèëÿ ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè èîíîñôåðû ìåòîäîì ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðî- âàíèÿ èîíîñôåðû (×ÓÇÈ). Îöåíèâàåòñÿ îáëàñòü ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæåíèÿ â çà- äà÷å ×ÓÇÈ â çàâèñèìîñòè îò äëèíû ðàäèîòðàññû è åå îðèåíòàöèè îòíîñèòåëüíî âåêòîðà ìàãíèò- íîãî ïîëÿ Çåìëè. Äàþòñÿ ðåêîìåíäàöèè ïî èñïîëüçîâàíèþ ÷àñòîòíî-óãëîâûõ çàâèñèìîñòåé îáûê- íîâåííûõ è íåîáûêíîâåííûõ ìàãíèòîèîííûõ âîëí ïðè âîññòàíîâëåíèè ïðîôèëÿ ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè èîíîñôåðû ìåòîäîì ×ÓÇÈ â èçîòðîïíîì ïðèáëèæåíèè. Ñïðàâåäëèâîñòü ïîëó÷åí- íûõ â ðàáîòå ðåçóëüòàòîâ èëëþñòðèðóåòñÿ ðàñ÷åòàìè äëÿ ðåàëüíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Ó ðîáîò³ äîñë³äæóºòüñÿ âïëèâ ìàãí³òíîãî ïîëÿ Çåìë³ íà òî÷í³ñòü â³äíîâëåííÿ âåðòèêàëüíî- ãî ïðîô³ëÿ åëåêòðîííî¿ êîíöåíòðàö³¿ ³îíîñôåðè ìåòîäîì ÷àñòîòíî-êóòîâîãî çîíäóâàíÿ ³îíîñ- ôåðè (×ÊÇ²). Îö³íþºòüñÿ îáëàñòü çàñòîñîâíîñò³ ³çîòðîïíîãî íàáëèæåííÿ â çàäà÷³ ×ÊÇ² â çà- ëåæíîñò³ â³ä äîâæèíè ðàä³îòðàñè òà ¿¿ îð³ºíòàö³¿ â³äíîñíî âåêòîðà ìàãí³òíîãî ïîëÿ Çåìë³. Äàþòüñÿ ðåêîìåíäàö³¿ ùîäî âèêîðèñòàííÿ ÷àñòîòíî-êóòîâèõ çàëåæíîñòåé çâè÷àéíèõ òà íåçâè- ÷àéíèõ ìàãí³òî³îííèõ õâèëü ïðè â³äíîâëåíí³ ïðîô³ëÿ åëåêòðîííî¿ êîíöåíòðàö³¿ ìåòîäîì ×ÊÇ² â ³çîòðîïíîìó íàáëèæåíí³. Ñïðàâåäëèâ³ñòü îòðèìàíèõ â ðîáîò³ ðåçóëüòàò³â ³ëþñòðóºòüñÿ ðîç- ðàõóíêàìè äëÿ ðåàëüíèõ åêñïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ. Ââåäåíèå Èîíîñôåðà Çåìëè îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà ðàáîòó ñèñòåì ðàäèîñâÿçè, ðàäèî- íàâèãàöèè, ðàäèîëîêàöèè, ïåðåäà÷è ýíåðãèè è ò. ä. Â ñâÿçè ñ ýòèì ðàçðàáîòêà íîâûõ ìåòî- äîâ èññëåäîâàíèÿ è äèàãíîñòèêè èîíîñôåðíîé ïëàçìû áûëà è îñòàåòñÿ îäíîé èç àêòóàëüíûõ çàäà÷ ñîâðåìåííîé ðàäèîôèçèêè. Â ðàáîòå [1] áûëà ïðåäëîæåíà ìåòîäèêà âîññòàíîâëåíèÿ âåðòèêàëüíîãî ïðîôèëÿ ýëåêòðîííîé êîíöåí- òðàöèè èîíîñôåðû ( )eN z â ñëó÷àå ïëîñêîñëî- èñòîé èçîòðîïíîé ñðåäû ïî èçìåðåíèÿì ÷àñ- òîòíîé çàâèñèìîñòè óãëîâ ïðèõîäà ( )α ω êâà- çèìîíîõðîìàòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ íà íàêëîííûõ îäíîñêà÷êîâûõ ðàäèîòðàññàõ. Ìåòîä ïîëó÷èë íàçâàíèå �÷àñòîòíî-óãëîâîå çîíäèðîâàíèå èîíîñôåðû� (×ÓÇÈ). Êàê áûëî ïîêàçàíî, â ïðèáëèæåíèè ãåîìåòðè÷åñêîé îïòèêè îáðàò- íàÿ çàäà÷à ñâîäèòñÿ ê ðåøåíèþ èíòåãðàëüíî- ãî óðàâíåíèÿ Àáåëÿ. Èññëåäîâàíèå óñòîé÷è- âîñòè ðàçðàáîòàííîãî àëãîðèòìà ïîêàçàëî, ÷òî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òî÷íîñòè âîññòàíîâëåíèÿ ( ),eN z õàðàêòåðíîé äëÿ ñîâðåìåííûõ èîíî- çîíäîâ [2], ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèÿ óãëîâ ïðè- õîäà ∆α äîëæíà ëåæàòü â ïðåäåëàõ 0.5 .± ° Äëÿ ïðîâåðêè ýôôåêòèâíîñòè ïðåäëîæåííîé ìåòî- äèêè âîññòàíîâëåíèÿ ( )eN z â ðàáîòå [1] ïðè- âåäåíû ðåçóëüòàòû ñèíõðîííûõ ýêñïåðèìåí- òîâ ïî ÷àñòîòíî-óãëîâîìó è âåðòèêàëüíîìó çîíäèðîâàíèþ èîíîñôåðû âáëèçè òðàññû ðàñ- ïðîñòðàíåíèÿ. ×àñòîòíî-óãëîâûå õàðàêòåðèñ- Â. Ã. Ãàëóøêî, Ã. Â. Ëèòâèíåíêî 138 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹2 òèêè èçìåðÿëèñü ñ ïîìîùüþ ôàçèðîâàííîé àíòåííîé ðåøåòêè äåêàìåòðîâîãî ðàäèîòåëåñ- êîïà ÓÒÐ-2 [3]. Ñîïîñòàâëåíèå ïîëó÷åííûõ äàííûõ ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî ïàðàìåò- ðû ñðåäû, âîññòàíîâëåííûå äâóìÿ ìåòîäàìè, â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ äîñòàòî÷íî õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ äðóã ñ äðóãîì. Òåì íå ìåíåå äëÿ íåêîòîðûõ ðàäèîòðàññ íàáëþäàëîñü ñóùåñòâåííîå ðàçëè÷èå âîññòà- íîâëåííûõ ïðîôèëåé ( ),eN z ÷òî, ïî-âèäèìî- ìó, ñâÿçàíî ñ ïðåíåáðåæåíèåì àíèçîòðîïíû- ìè ñâîéñòâàìè èîíîñôåðû. Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ ìàã- íèòíîãî ïîëÿ Çåìëè íà òî÷íîñòü âîññòàíîâëå- íèÿ ( )eN z ìåòîäîì ×ÓÇÈ è îïðåäåëåíèå îá- ëàñòè ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæå- íèÿ â çàäà÷å ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñôåðû. 1. Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà Ïðè ïàäåíèè íà àíèçîòðîïíóþ èîíîñôåðó ëèíåéíî-ïîëÿðèçîâàííàÿ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ âîëíà ðàñùåïëÿåòñÿ íà äâå, â îáùåì ñëó÷àå ýëëèïòè÷åñêè ïîëÿðèçîâàííûå, íîðìàëüíûå âîëíû � îáûêíîâåííóþ (�o�) è íåîáûêíîâåí- íóþ (�x�). Ðàñïðîñòðàíåíèå o- è x-âîëí îò ïåðåäàò÷èêà ê ïðèåìíèêó ïðîèñõîäèò âäîëü ðàçíûõ òðàåêòîðèé, ñòåïåíü îòëè÷èÿ êîòîðûõ äëÿ çàäàííûõ ãåîìàãíèòíûõ ïàðàìåòðîâ îï- ðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì äëèíîé ðàäèîòðàññû è åå îðèåíòàöèåé îòíîñèòåëüíî ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè, 0.H r Ïîýòîìó îáëàñòü ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæåíèÿ â çàäà÷å ÷àñòîòíî- óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ îöåíèâàëàñü ñëåäóþ- ùèì îáðàçîì. Äëÿ íåêîòîðîãî íàáîðà ïðîôè- ëåé ( )eN z (âîññòàíîâëåííûõ â [1], à òàêæå ñîîòâåòñòâóþùèõ ñòàíäàðòíîé ìîäåëè äíåâ- íîé è íî÷íîé èîíîñôåðû) ðàññ÷èòûâàëèñü óãëû ïðèõîäà îáåèõ ìàãíèòîèîííûõ âîëí, o pα è ,x pα êàê ôóíêöèè äëèíû òðàññû ðàñïðîñò- ðàíåíèÿ, D, óãëà Hψ ìåæäó ãîðèçîíòàëüíîé ïðîåêöèåé âåêòîðà ãåîìàãíèòíîãî ïîëÿ è ïëîñ- êîñòüþ ïàäåíèÿ âîëíû è óãëà 0Hγ ìåæäó 0H r è îñüþ z (ñì. ðèñ. 1). Ïîëó÷åííûå äàííûå ñðàâ- íèâàëèñü ñ ðåçóëüòàòàìè ðàñ÷åòà óãëîâ ïðèõî- äà äëÿ èçîòðîïíîé èîíîñôåðû, .uα Îáëàñòü ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæåíèÿ îïðåäåëÿëàñü êàê îáëàñòü çíà÷åíèé D, Hψ è 0 ,Hγ â êîòîðîé âåëè÷èíû , ,o x o x u p∆α = α − α íàõîäÿòñÿ â ïðåäåëàõ äîïóñòèìîé ïîãðåøíî- ñòè èçìåðåíèé óãëîâ ïðèõîäà (0.5 ).° Äåéñòâè- òåëüíî, â ýòîì ñëó÷àå ïðîôèëü ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè âîññòàíàâëèâàåòñÿ ñ äîñòàòî÷- íî âûñîêîé òî÷íîñòüþ (ñì. [1]) è, ñëåäîâàòåëü- íî, âëèÿíèåì ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Çàäà÷à ðàñ÷åòà òðàåêòîðèè ðåøàëàñü â ñëå- äóþùåé ïîñòàíîâêå. Áåç ó÷åòà ïîãëîùåíèÿ ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ àíèçîòðîïíîé èîíîñôåðû îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé Ýïïëòî- íà-Õàðòðè [4]: 11 22 2 4 4 2 2 2 , 2 sin sin 1 1 cos , 2(1 ) 4(1 )o x Y Y n X Y X X −   γ γ = − − ± γ+  − −    (1) ãäå 2 2 ,pX ω = ω ,HY ω= ω 24 ( )e p e N z m πω = � ïëàçìåííàÿ ÷àñòîòà ýëåêòðîíîâ, 0 H eH mc ω = � ãèðî÷àñòîòà ýëåêòðîíîâ, e è m ñîîòâåòñòâåí- íî çàðÿä è ìàññà ýëåêòðîíà, c � ñêîðîñòü ñâå- òà â âàêóóìå, γ � óãîë ìåæäó íîðìàëüþ N r ê âîëíîâîìó ôðîíòó è âåêòîðîì ìàãíèòíî- ãî ïîëÿ Çåìëè. Âåðõíèé çíàê �+� â âûðàæå- íèè (1) ñîîòâåòñòâóåò îáûêíîâåííîé âîë- íå, à íèæíèé �� íåîáûêíîâåííîé. Äëÿ ðàñ÷åòà ÷àñòîòíî-óãëîâûõ õàðàêòåðèñ- òèê , ( )o x pα ω íåîáõîäèìî ïîñòðîèòü òðàåêòî- Ðèñ. 1. Ãåîìåòðèÿ çàäà÷è Àíàëèç ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæåíèÿ â çàäà÷å ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñôåðû 139Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹2 ðèè î- è õ-êîìïîíåíò â ìàãíèòîàêòèâíîé èîíîñôåðå. Äëÿ ýòîãî âîñïîëüçóåìñÿ àëãî- ðèòìîì, ïðåäëîæåííûì â [5]. Ãåîìåòðèÿ çà- äà÷è ïîêàçàíà íà ðèñ. 1, âîëíà ðàñïðîñòðà- íÿåòñÿ âäîëü îñè x. Èçâåñòíî, ÷òî íàïðàâëå- íèå ïîòîêà ýíåðãèè (âåêòîð Óìîâà-Ïîéíòèí- ãà) âîëíû â àíèçîòðîïíîé ïëàçìå íå ñîâïà- äàåò ñ íàïðàâëåíèåì âîëíîâîé íîðìàëè .N r Ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí ðàçëè÷íû, îòêëîíåíèÿ òðàåêòîðèé ýòèõ âîëí îò èõ âîëíîâûõ íîð- ìàëåé ïðîòèâîïîëîæíû ïî çíàêó è èìåþò ðàçíóþ àáñîëþòíóþ âåëè÷èíó. Ñìåùåíèå ëó÷åé îòíîñèòåëüíî âîëíîâîé íîðìàëè ïðî- èñõîäèò â ïëîñêîñòè, ñîäåðæàùåé âîëíîâóþ íîðìàëü è âåêòîð ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ñîîòâåò- ñòâåííî, òðàåêòîðèè î- è õ-ëó÷åé ðàçëè÷íû è îïèñûâàþòñÿ âåêòîðîì ãðóïïîâîé ñêîðîñ- òè d , d U k ω= r r ãäå k r � âîëíîâîé âåêòîð. Óðàâíå- íèÿ òðàåêòîðèé â äåêàðòîâîé ñèñòåìå êîîð- äèíàò èìåþò âèä: d d d , d d d d d dx y z x y z k k k = =ω ω ω (2) èëè 1 1 1 d d d , x y z= = χ η ρ (3) ãäå 1,χ 1,η 1ρ � óãëîâûå êîýôôèöèåíòû âåêòîðà U r (êîñèíóñû óãëîâ ñ îñÿìè x, y, z). Ââåäåì îáî- çíà÷åíèÿ: 0 ,Hχ 0 ,Hη 0Hρ � óãëîâûå êîýôôèöè- åíòû âåêòîðà ìàãíèòíîãî ïîëÿ 0;H r ,χ ,η ρ � óãëîâûå êîýôôèöèåíòû âåêòîðà âîëíîâîé íîðìà- ëè .N r Òàêèì îáðàçîì, èìååì: 1 1 1( , , ),U U≡ χ η ρ r r 1 1 1( , , ),U U≡ χ η ρ r r è ( , , ).N N≡ χ η ρ r r Â [5] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî äëÿ îïðåäåëå- íèÿ èñêîìûõ óãëîâûõ êîýôôèöèåíòîâ âåê- òîðà ãðóïïîâîé ñêîðîñòè 1 1 1( , , )U U≡ χ η ρ r r íå- îáõîäèìî ðåøèòü ñëåäóþùóþ ñèñòåìó óðàâ- íåíèé: 0 0 0 1 1 1 0, 0 H H H χ η ρ χ η ρ = χ ρ 1 1 cos( ),NUχ χ + ρ ρ = r r (4) 2 2 2 1 1 1 1,χ + η + ρ = ãäå 22 2 1 cos( ) . 1 1 NU n n =  − ρ ∂−  ∂ρ  r r Ïåðâîå óðàâíåíèå ñèñòåìû (4) ïîêàçûâàåò, ÷òî âåêòîð ãðóïïîâîé ñêîðîñòè U r âñåãäà ëåæèò â ïëîñêîñòè 0( , ).N H r r Ïàðàìåòðû 0 ,Hχ 0 ,Hη 0 ,Hρ âõîäÿùèå â (4), îïðåäåëÿþòñÿ ïî ñïðà- âî÷íûì äàííûì äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ãåîãðà- ôè÷åñêèõ êîîðäèíàò. Íåèçâåñòíûå óãëîâûå êîýôôèöèåíòû âîëíîâîé íîðìàëè ,χ η è ρ âû÷èñëÿþòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì. Çàïèøåì èõ â âèäå sin ( ),zχ = α 0,η = cos ( ),zρ = α ãäå ( )zα � óãîë ïàäåíèÿ âîëíû íà ñëîé â âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè. Ðàâåíñòâî η íóëþ ñëåäóåò èç òîãî, ÷òî íîðìàëü ê ôðîí- òó âîëíû îñòàåòñÿ âñþäó ïàðàëëåëüíîé ïëîñ- êîñòè ïàäåíèÿ. Â ëþáîé òåêóùåé òî÷êå òðà- åêòîðèè z óãîë ( )zα îïðåäåëÿåòñÿ èç çàêîíà Ñíåëëèóñà: 2 2 2 0sin ( ) ( , ) sin ( ),z n z zα γ = α (5) ãäå 0z � âûñîòà íà÷àëà èîíîñôåðíîãî ñëîÿ. Êîñèíóñ óãëà γ îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå: 0 0 cos sin ( ) cos ( ).H Hz zγ = χ α + ρ α (6) ×èñëåííî ðåøàÿ óðàâíåíèå (5) äëÿ îáåèõ ìàãíèòîèîííûõ âîëí íà âñåì ïóòè ðàñïðîñ- òðàíåíèÿ, íàõîäèì çíà÷åíèÿ ( )zα è, ñëåäî- âàòåëüíî, óãëîâûå êîýôôèöèåíòû âåêòîðà ( ,0, ).N N= χ ρ r r Â. Ã. Ãàëóøêî, Ã. Â. Ëèòâèíåíêî 140 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹2 Ïîñëå òîãî êàê ñèñòåìà óðàâíåíèé (4) ïîëíîñòüþ îïðåäåëåíà, âû÷èñëÿþòñÿ ïàðà- ìåòðû 1,χ 1,η 1ρ âåêòîðà U r äëÿ âñåõ çíà÷å- íèé z è çàòåì ñòðîÿòñÿ òðàåêòîðèè î- è õ- âîëí â ìàãíèòîàêòèâíîé èîíîñôåðå. Çàìå- òèì, ÷òî çà ïðåäåëàìè èîíîñôåðíîãî ñëîÿ, ò. å. â íàøåì ðàññìîòðåíèè, êîãäà 0[0, ],z z∈ äëÿ êàæäîé èç âîëí âûïîëíÿåòñÿ ñîîòíîøå- íèå 1 0cos ( ) .zρ = α = ρ 2. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ Ðåçóëüòàòû ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ ïîêàçûâà- þò, ÷òî äëÿ êîðîòêèõ ðàäèîòðàññ ( 60D ≤ êì) ïðè ëþáîé îðèåíòàöèè òðàññû îòíîñèòåëüíî âåêòîðà ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè âåëè÷èíû ,o x∆α ïðåâûøàþò äîïóñòèìóþ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðè âîññòàíîâ- ëåíèè ïàðàìåòðîâ èîíîñôåðû íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü àíèçîòðîïíûå ñâîéñòâà ïëàçìû. Íà ðèñ. 2 â êà÷åñòâå ïðèìåðà ïðèâåäåíà çàâèñè- ìîñòü x x u p∆α = α − α îò äëèíû òðàññû D äëÿ ôèêñèðîâàííûõ ïàðàìåòðîâ 10 ,Hψ = ° 0 20 .Hγ = ° Êðèâàÿ o∆α íå ïðèâîäèòñÿ, ò. ê. èìååò àíàëîãè÷íûé õàðàêòåð, à åå çíà÷åíèÿ â êàæäîé òî÷êå íå ïðåâûøàþò ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè÷èí .x∆α Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî äëÿ 60D ≤ êì ðàçíîñòü 0.5 .x∆α > ° Òàêèì îáðà- çîì, â ñëó÷àå êîðîòêèõ òðàññ äëÿ ðåøåíèÿ çà- äà÷è ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñ- ôåðû íå ðåêîìåíäóåòñÿ èñïîëüçîâàòü èçîòðîï- íîå ïðèáëèæåíèå, ò. ê. ýòî ìîæåò ïðèâîäèòü ê ñóùåñòâåííûì ïîãðåøíîñòÿì âîññòàíîâëåíèÿ ïðîôèëÿ ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè. Îðèåíòàöèÿ ðàäèîòðàññû îòíîñèòåëüíî íàïðàâëåíèÿ âåêòîðà ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè òàêæå îêàçûâàåò ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå íà âåëè÷èíû , .o x∆α Â ÷àñòíîñòè, îêàçàëîñü, ÷òî ïðè 0 70Hγ ≥ ° è 70Hψ ≥ ° çíà÷åíèå , 0.5o x∆α > ° äëÿ ëþáîé äëèíû òðàññû, è, ñëå- äîâàòåëüíî, âëèÿíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè òàêæå íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü. Ïðèâåäåííûå íà ðèñ. 3 ãðàôèêè äëÿ íåîáûêíîâåííîé âîëíû (ïðè 552D = êì) íàãëÿäíî äåìîíñòðèðóþò, ÷òî åñëè Hψ è 0Hγ áîëüøå 70 ,° îòëè÷èå óã- ëîâ ïðèõîäà â èçîòðîïíîì è àíèçîòðîïíîì ñëó÷àÿõ ñòàíîâèòñÿ çíà÷èòåëüíûì. Òàêîé æå ðåçóëüòàò ïîëó÷àåòñÿ è äëÿ o-âîëíû. Ðåçóëüòàòû ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ ïîêàçûâà- þò, ÷òî â ïîäàâëÿþùåì áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ÷àñòîòíî-óãëîâûå çàâèñèìîñòè, ïîëó÷åííûå â èçîòðîïíîì ïðèáëèæåíèè, ëåæàò ìåæäó àíà- ëîãè÷íûìè êðèâûìè äëÿ o- è x-âîëí. Êðîìå òîãî, äëÿ òðàññ äëèíîé 60D > êì è óãëîâ [0 ,11 ]Hψ ∈ ° ° âåëè÷èíà ~ 0 ,o o u p∆α = α − α ° ÷òî ñâÿçàíî ñ âûïîëíåíèåì óñëîâèé êâàçèïðî- äîëüíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëí. Ýòè îáñòîÿ- òåëüñòâà ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äëÿ ïîâû- øåíèÿ òî÷íîñòè âîññòàíîâëåíèÿ ïðîôèëÿ ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè ìåòîäîì ×ÓÇÈ â Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü x x u p= −∆α α α îò äëèíû ðà- äèîòðàññû D äëÿ ôèêñèðîâàííûõ ïàðàìåòðîâ H = 10ψ °, 0H = 20γ ° Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü x x u p= −∆α α α îò óãëà Hψ äëÿ ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé 0Hγ Àíàëèç ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíîãî ïðèáëèæåíèÿ â çàäà÷å ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñôåðû 141Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹2 èçîòðîïíîì ïðèáëèæåíèè. Íàïðèìåð, åñëè â ýêñïåðèìåíòàõ íàáëþäàåòñÿ ÷åòêîå ðàçäåëåíèå ìàãíèòîèîííûõ âîëí, òî äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ( )eN z ìåòîäîì ×ÓÇÈ ìîæíî èñïîëüçîâàòü ëèáî ÷àñòîòíî-óãëîâóþ çàâèñèìîñòü âèäà ( ) 2,u o xα = α + α ëèáî, ïðè âûïîëíåíèè óñ- ëîâèé êâàçèïðîäîëüíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ, çàâèñèìîñòü, ñîîòâåòñòâóþùóþ îáûêíîâåí- íîé âîëíå. Ðàñ÷åòíûå ðåçóëüòàòû áûëè ñîïîñòàâëåíû ñ íàáëþäàòåëüíûìè äàííûìè, ïîëó÷åííûìè â ýêñïåðèìåíòàõ ïî ÷àñòîòíî-óãëîâîìó çîíäè- ðîâàíèþ èîíîñôåðû íà íåñêîëüêèõ ñðåäíåøè- ðîòíûõ ðàäèîòðàññàõ. Íà ðèñ. 4 (êðèâàÿ 2) ïðèâåäåíà ôóíêöèÿ ( ),uα ω ïîëó÷åííàÿ ïî ðåçóëüòàòàì èçìåðåíèé ÷àñòîòíîé çàâèñèìîñòè óãëîâ ïðèõîäà â âåð- òèêàëüíîé ïëîñêîñòè íà ðàäèîòðàññå Ñóäàê- Õàðüêîâ ( 552D = êì). Âîññòàíîâëåííûé ïî uα â èçîòðîïíîì ïðèáëèæåíèè ïðîôèëü ýëåê- òðîííîé êîíöåíòðàöèè ( )eN z çàòåì èñïîëü- çîâàëñÿ äëÿ ïîñòðîåíèÿ òðàåêòîðèé ìàãíèòî- èîííûõ âîëí è âû÷èñëåíèÿ o pα è x pα (ñì. ðèñ. 4). Ïðè ðàñ÷åòàõ áûëè çàäàíû ãèðî÷àñòî- òà ýëåêòðîíîâ 1.4Hω = ÌÃö è óãîë 0 .Hψ = ° Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî êðèâûå uα è o pα ïðàê- òè÷åñêè ñîâïàäàþò, çíà÷åíèÿ o∆α íå ïðåâû- øàþò 0.1 .° Ðàäèîòðàññà Ñóäàê-Õàðüêîâ ïðî- õîäèò â îáëàñòè ìàãíèòíîãî ìåðèäèàíà ( 0 ,Hψ = ° 0 20 ),Hγ = ° è, ñëåäîâàòåëüíî, ðåàëè- çóþòñÿ óñëîâèÿ êâàçèïðîäîëüíîãî ðàñïðîñò- ðàíåíèÿ ëó÷åé. Îòëè÷èå óãëà ïðèõîäà äëÿ íåî- áûêíîâåííîé êîìïîíåíòû, ,x∆α òàêæå ìàëî è íå ïðåâûøàåò 0.5 .° Èñõîäÿ èç ïîëó÷åííûõ â ðàáîòå îöåíîê ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî â äàí- íîì ñëó÷àå ïîãðåøíîñòü âîññòàíîâëåíèÿ ïðî- ôèëÿ ýëåêòðîííîé êîíöåíòðàöèè ( )eN z ìåòî- äîì ×ÓÇÈ â èçîòðîïíîì ïðèáëèæåíèè íåñó- ùåñòâåííà. Ýòîò ðåçóëüòàò õîðîøî ñîãëàñóåò- ñÿ ñ äàííûìè ñèíõðîííûõ ýêñïåðèìåíòîâ ïî âåðòèêàëüíîìó çîíäèðîâàíèþ èîíîñôåðû âáëèçè òðàññû ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Çàêëþ÷åíèå Â ðàáîòå íà îñíîâå ÷èñëåííûõ ðàñ÷åòîâ îïðåäåëåíà îáëàñòü ïðèìåíèìîñòè èçîòðîïíî- ãî ïðèáëèæåíèÿ ïðè ÷àñòîòíî-óãëîâîì çîíäè- ðîâàíèè èîíîñôåðû â çàâèñèìîñòè îò äëèíû ðàäèîòðàññû è åå îðèåíòàöèè îòíîñèòåëüíî ìàãíèòíîãî ïîëÿ Çåìëè. Äàíû ðåêîìåíäàöèè ïî èñïîëüçîâàíèþ ÷àñòîòíûõ çàâèñèìîñòåé óãëîâ ïðèõîäà ìàãíèòîèîííûõ âîëí, oα è ,xα ñ öåëüþ óòî÷íåíèÿ ïàðàìåòðîâ ïðîôèëåé ýëåê- òðîííîé êîíöåíòðàöèè èîíîñôåðû, âîññòàíîâ- ëåííûõ ìåòîäîì ×ÓÇÈ â èçîòðîïíîì ïðèáëè- æåíèè. Ïîëó÷åííûå â ðàáîòå ÷èñëåííûå ðå- çóëüòàòû ïîäòâåðæäåíû ðàñ÷åòàìè íà îñíîâå ðåàëüíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ôèíàíñîâîé ïîääåð- æêå Óêðàèíñêîãî íàó÷íî-òåõíîëîãè÷åñêîãî öåíòðà (ÓÍÒÖ) â ðàìêàõ ïðîåêòíîãî ñîãëàøå- íèÿ ¹ 827ñ. Ëèòåðàòóðà 1. Â. Ã. Ãàëóøêî. Î âîçìîæíîñòè ÷àñòîòíî-óãëîâîãî çîíäèðîâàíèÿ èîíîñôåðû. Èçâ. âóçîâ. Ðàäèîôèçè- êà. 1991, 34, ¹7, ñ. 850-853. 2. B. W. Reinish. Modern Ionosondes, in Modern Ionospheric Science. Edited by H. Kohl, R. Ruster, and K. Schlegel. EGS. 1996, pp. 440-458. 3. Ñ. ß. Áðàóäå, À. Â. Ìåíü, Ë. Ã. Ñîäèí. Ðàäèîòå- ëåñêîï äåêàìåòðîâîãî äèàïàçîíà âîëí ÓÒÐ-2. Àí- òåííû. Ìîñêâà, Ñâÿçü, Âûï. 25, 1978. 4. Á. Å. Áðþíåëëè, À. À. Íàìãàëàäçå. Ôèçèêà èîíîñ- ôåðû. Ìîñêâà, Íàóêà, 1988, 527 ñ. 5. ß. Ë. Àëüïåðò. Ðàñïðîñòðàíåíèå ýëåêòðîìàã- íèòíûõ âîëí è èîíîñôåðà. Ìîñêâà, Íàóêà, 1972, 563 ñ. Ðèñ. 4. Ðàñ÷åòíûå ÷àñòîòíî-óãëîâûå çàâèñèìîñ- òè u ,α o pα è x pα äëÿ ðàäèîòðàññû Ñóäàê-Õàðüêîâ (D = 552 êì, H = 0ψ °, 0H = 20γ °) Â. Ã. Ãàëóøêî, Ã. Â. Ëèòâèíåíêî 142 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹2 Anaysis of Applicability of Isotropic Approximation in a Problem of Frequency-and-Angular Sounding of Ionosphere V. G. Galushko, and G. V. Litvinenko In the present work the Earth�s magnetic field influence on the accuracy of the vertical electron density profile recovering by the frequency-and- angular sounding method (FASI) is investigated. The domain of applicability of an isotropic ap- proximation in the FASI problem as a function of radiopath length and its orientation relatively to the Earth magnetic field vector is estimated. Rec- ommendations for the electron ionospheric den- sity recovering by the FASI method in the isotro- pic approximation using the frequency-and-an- gular dependences of the ordinary and extraordi- nary magnetoionic waves are given. Validity of the obtained results is illustrated by the real ex- perimental data processing.

Анализ применимости изотропного приближения в задаче частотно-углового зондирования ионосферы

Institution

Ähnliche Einträge