Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 104

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

Сложнее обстоят дела при диагностике тропосферной рефракции над поверхностью суши, которая отличается от морской поверхности существенно большей неоднородно­стью, из-за изменчивости ее электрофизических характеристик и наличия растительно­сти, а также обладает существенной шероховатостью. На море наличие провалов в ин­терференционной структуре поля определяется взаимодействием прямого сигнала, зер­кально отраженного от поверхности моря и приподнятых инверсионных слоев. Над су­шей поле в точке приема формируется, кроме того, еще случайными, диффузными отра­жениями от ее неровностей. При движении спутника по орбите может происходить смена диффузных рассеивателей, что усложняет получаемую интерференционную картину поля и делает невозможным по ней восстановление профиля коэффициента преломления.

Метод радиопросвечивания атмосферы с использованием излучения ИСЗ обеспечи­вает измерение параметров тропосферы с периодом обсервации спутников. Использова­ние сигналов, излучаемых телевизионными центрами, позволяет осуществить непрерыв­ный контроль состояния тропосферы, являясь хорошим дополнением к спутниковым ме­тодам диагностики.

В настоящей работе приводятся примеры использование излучений телевизионных центров [2], искусственных спутников Земли [3], для диагностики приземного слоя тро­посферы и сигналов вещательных станций для освещения воздушной обстановки [4].

1. Использование сигналов телевизионных центров и ИСЗ для оценки состоя­ния тропосферы. Существует большое количество теоретических и экспериментальных работ по исследованию множителя ослабления ЭМ поля на загоризонтных трассах и влияния на него состояния тропосферы. Однако для оценки рефракционных показателей тропосферы основной интерес представляет решение обратной задачи: определение эф­фективных градиентов коэффициента преломления по множителю ослабления ЭМ поля. Часто для определения напряженности поля а, следовательно, и множителя ослабления в области тени, с учетом параметров подстилающей поверхности, используют метод Вве­денского. Установлено, что в диапазоне УКВ при не слишком малых высотах расположе­ния антенн экспоненциальный характер зависимости множителя ослабления V характе­рен не только для зоны тени, но и для зоны до радиогоризонта Япр . Удовлетворительную

оценку V в этих областях дает соотношение [5]:

V№] = v,№] - пд^а+-^=)(#-1), (1)

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 84где ^ =-, а К) [дБ] - множитель ослабления ЭМ поля на дальности прямой видимости

Лпр ; а хп = = ^2йэ (л^" + =^у[ + ^у2 . Следует отметить, что погрешность вычис­ления множителя ослабления < 2 дБ достигается при хпр > 0,5.

В период с 02.2001г. по настоящее время проведены измерения множителя ослаб­ления сигнала УКВ на загоризонтных трассах. Использовались сигналы телевизионных центров, находящихся в зонах полутени и тени. Одновременно с измерениями уровней сигналов один раз в сутки (1:00 по местному времени) осуществлялся запуск шаров-зондов. По измеренным температуре, влажности и давлению оценивался профиль гради­ента коэффициента преломления в диапазоне высот от 0 до 5000 м. На рис. 1 а, б приве­дено сезонное изменение коэффициента преломления и градиента коэффициента прелом­ления, усредненные по 10 дням. Видно удовлетворительное соответствие прогнозируе­мых по дисперсии флуктуаций множителя ослабления среднему градиенту коэффициента преломления.

Сезоны Сезоны

а б Рис. 1. Сезонные зависимости среднего и среднеквадратического значений множителя ослабления, коэффициента преломления и его градиента: а, б - □ - данные метеорологического зондирования;      результаты прогнозирования

Результаты суточных измерений уровней сигналов и множителей ослабления по­зволили все многообразие их поведения в течение суток условно разделить на три груп­пы. В осенне-зимний периоды и ранней весной уровень сигнала, в большинстве случаев, практически не изменялся в течение суток. При этом, в пограничном слое тропосферы рефракция близка к стандартной. Ко второй группе относятся сигналы, наблюдаемые весной, летом и в начале осени, суточное изменение характеристик которых, связано с появлением повышенной рефракции в приземном слое, начиная с момента захода Солнца и до его восхода, обусловленные остыванием и прогреванием земной поверхности. К третьей группе относятся ситуации, когда в вечерние часы множитель ослабления носил осциллирующий характер. При этом, в ночное время, как правило, наблюдались слои с повышенной рефракцией, близкой к критической (-0,15 ^дУм). Динамика наблюдения различных рефракционных ситуаций в различные сезоны показана на рис. 2.

(Сезоны

Рис. 2. Динамика изменения рефракционных свойств тропосферного канала распространения по сезону: ■ - нормальная, • - повышенная, ▲ - инверсионные слои

СРРСН'2008

1-ч. 2 - 1 8 5

Следует отметить, что примерно в 50% и более случаев с сентября по март включи­тельно наблюдаются ситуации, когда уровень сигнала в течение суток изменялся незна­чительно, т.е. которые классифицировались, как нормальная рефракция. С апреля по ав­густ повышенная рефракция и слои наблюдались более чем в 80% случаев, причем наи­более часто приподнятые инверсионные слои фиксировались в летние месяцы (июнь, июль - от 30 до 50% случаев).

2. Использование радио заходов навигационных спутников системы GPS для оценки тропосферной рефракции над сушей. Весьма привлекательным является ис­пользование метода радио просвечивания тропосферы излучением ИСЗ. Однако при его использовании над сушей появляются проблемы, связанные с шероховатостью подсти­лающей поверхности. Поэтому использование классического интерферометрического метода затруднительно. Можно использовать его упрощенный вариант и оценку рефрак­ционных свойств тропосферы проводить по первому интерференционному лепестку -моменту появления (исчезновения) сигнала ИСЗ - его радио восходу или радио заходу. Рефракционные свойства атмосферы можно учесть в рамках модели эквивалентного ра­диуса Земли. Используя подход, впервые предложенный А.Г.Аренбергом для учета влия­ния рефракции, несложно показать, что угол захода спутника за радио горизонт опреде­ляется соотношением:

Р*.

2ho

Va0(1 + gNao)

:Po(l + gNa0)

-0,5 (2)

где h0 высота приемника относительно поверхности Земли a0 * 6,37 *106 m - радиус Зем­ли, а g N - градиент коэффициента преломления.

Из соотношения видно, что возрастание градиента коэффициента преломления приводит к увеличению отрицательного относительно горизонта угла, под которым спут­ник попадает в пределы прямой видимости приемника.

В экспериментах использовалась стандартная приемная аппаратура системы GPS. Регистрировались радио заходы спутников, поскольку проще было реализовать автосо­провождение его траектории при удалении от приемника.

 

1

 

 

 

 

 

 

J

If

 

 

 

 

i

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

' 1

 

 

 

 

Угол р, град

300 310 320 330

Коэффициент преломления, N ел.

Рис. 3. Радиозаходы спутников

Рис. 4. Влияние коэффициента преломления на угол радиозахода

На рис. 3 приведены две реализации, характеризующие поведение сигнала £ (в) от угла визирования спутника в относительно горизонта при двух заходах ИСЗ, в различ­ных условиях. Кривая 1 на рис. 3 характеризует ситуацию, когда в осенне-зимний период практически отсутствовали сильные флуктуации в принимаемом сигнале (реализация «нормального» типа). Диапазон флуктуаций не превышал 5дБ. Такие ситуации характер­ны при наличии большого количества диффузно рассеивающих точек. На второй реали­зации - кривая 2, рис. 3 наблюдаются глубокие квазипериодические замирания. Они мо­гут быть вызваны интерференцией сигналов отраженных от подстилающей поверхности и инверсионных приподнятых слоев. На рис. 4 показаны зависимости углов захода ИСЗ от значения коэффициента преломления у Земли Ы0. При возрастании коэффициента преломления (его градиента) в приповерхностном слое происходит увеличение угла ра­

с; <

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 86дио захода спутника. Коэффициент корреляции этих параметров более 0,65. В большин­стве случаев при этом наблюдается и снижение декремента затухания интенсивности сиг­нала.

3. Обнаружение воздушных объектов с использованием в качестве подсветки ионосферных сигналов связных станций. Впервые идея использования сигнала веща­тельных станций для обнаружения воздушных объектов была высказана И.С.Тургеневым. Нами были проведены эксперименты для оценки возможности обнару­жения воздушных объектов с использованием в качестве сигнала подсвета излучения связных станций КВ диапазона. В качестве объектов пеленгования использовались тур­бореактивные самолеты типа АН-74-ТК200 и турбовентиляторные самолеты типа АН-140. На рис.5 приведены спектры сигналов несущей (станция Свобода г.Мюнхен) и сме­щенной на доплеровскую частоту линии корпуса самолета.

Отраженные от самолета сигналы на горизонтальной и вертикальной поляризациях имеют примерно одинаковую величину. Соотношение сигнал шум превышало 30 дБ при отстройке на 10Гц и 20 дБ на 3Гц относительно несущей при дальностях наблюдения самолета 15-20км. Формирование провала, глубиной около 40 дБ в направлении станции подсветки при незначительном ослаблении сигнала объекта позволит реализовать его об­наружение на дальностях более 100км.

Выводы. В работе показана возможность использования излучений телевизионных центров, связных станций, навигационных ИСЗ, для решения как фундаментальных -диагностики состояния тропосферы, так и прикладных задач - освещения воздушной об­становки.

Литература

1. B.Lusignan Sensing the Earth's atmosphere with occultation satellites / B.Lusignan, G.Modrell, A.Morrison, J.Pomalaza, S.G.Ungar // Procceed. IEEE.- April 1969.- V.57, №4.-P. 438-467.

2. V.I.Lutsenko The Troposphere Refraction Estimation by Attenuation Factor of Radiowave beyond-the-Horizon Propagation / V.I.Lutsenko, Ye.N.Belov, I.V.Lutsenko, and S.I.Khomenko // Telecommunications and radio engineering.- 2003.- V.60, №10,11,&12.- P. 1-14.

3. В.И.Луценко Диагностика тропосферной рефракции по сигналам УКВ на загори-зонтных трассах и излучению ИСЗ / В.И.Луценко, И.В.Луценко, В.Б.Синицкий // 18th Int. Crimean Conference "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2008).-10-14 September 2008, Sevastopol, Crimea, Ukraine, 2008: CriMiCo'2008 (в печати).

4. И.В. Попов Освещение воздушной обстановки с использованием излучения ве­щательных станций КВ диапазона / И.В. Попов, И.В. Луценко, В.И. Луценко // "Совре­менные проблемы радиоэлектроники" Сборник научных трудов. Под редакцией Громыко А. И., Сарафанова А. В.- М.: Радио и связь.- 2006.-С25-28

5. А.И.Калинин К расчету напряженности поля в зонах тени и полутени при рас­пространении ультракоротких волн вдоль гладкой сферической поверхности Земли/ А.И.Калинин // Радиотехника.- 1956.- Т. 11, №6.- С. 43- 49.

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 87

ИССЛЕДОВАНИЯ ОТРАЖЕНИЙ ОТ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПРИВОДНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ

Миронов В.А., Хоменко С.И. Институт Радиофизики и Электроники имени А.Я. Усикова Национальной Академии Наук Украины,31 отдел «Физических основ радиолокации» ул. Академика Проскуры, д.12, г. Харьков. Тел.: 8(066)244-52-19; e-mail: vla220671@yandex.ru In the lecture the results of experimental researches are given on registration of reflections of radio-locations signals from «clean sky», determination of their descriptions conformities to the law of appearance.

Отражения от визуально ненаблюдаемых объектов получили название «ангел-эхо» (АЭ). Общепринятая классификация этих отражений включает радиолокационные отра­жения от «ясного неба», обусловленные рассеянием радиоволн от турбулентных и слои­стых неоднородностей атмосферы, температурных неоднородностей (термиков) и паров в приводном слое атмосферы. Кроме того, за «ангел-эхо» часто принимают отражения от физических объектов (птицы, скопления насекомых и др.). В табл. 1, составленной по данным ряда публикаций [1,2,3,5] приведены имеющиеся обобщённые данные распреде­ления «ангел-эхо» по координатам, а также информация о скорости их движения и значе­ний эффективной поверхности рассеяния (ЭПР).

Таблица 1

Назва­ние

«ангел-эхо»

Распределение по высоте

Ско­рость

м/с

Распределе­ние по дальности

Распределе­ние по ЭПР

Время существова­ния

Распреде­ление по углу места

 

АЭ

%

высота км

 

АЭ

%

даль­ность км

АЭ

%

ЭПР

м2

АЭ с

исчез-но-

вение АЭ с

АЭ

%

угол места гра­дус

Отраже­ния от ясного неба

8

0-0.2

10-40

80

2-8

80

10-4­10-1

5-60

5-15

расчиты­вается

 

90

0.2-0.3

1-15

10

0.5-2

10

5х10-5-5х10-4

 

 

 

 

2

3000­6000

1-15

10

2-10

2

10-5-5х10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

10-6­10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

10-5-4х10-5

 

 

 

Термики

-

0-2

0.4-1

-

0.5-10

10

10-5-5х10-4

5-60

5-15

расчиты­вается

 

 

 

 

 

 

10

5х10-4-10-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

10-9­10-5

 

 

 

АЭ при­водного слоя

-

расчиты­вается

0-25

-

0.5-10

аналогичны ЭПР ясного неба

5-60

5-15

80

0-6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

6-10

Из табл. 1 следует, что сигналы «ангел-эхо» имеют широкий диапазон распределения по дальности от 500 до 10000 м, высоте от 0 до 6000 м и скорости от 0 до 40 м/с. Их эф­фективная поверхность рассеяния распределена в диапазоне от см2 до 0.1 м2, что сравни­мо с эффективной поверхностью рассеяния реальных целей. Время жизни «ангел-эхо» составляет от нескольких десятков секунд до нескольких минут. Движение «ангел-эхо»

СРРСН'2008

I-ч. 2 - 1 8 8может быть хаотическим, одинаково направленным, совпадающим с направлением ветра, а также разнонаправленным с противоположными или пересекающимися направлениями движения в различных эшелонах по высоте.

В связи с этим, для решения проблемы выделения «ангел-эхо» от полезного сигнала недостаточно использования традиционных методов селекции, реальный путь решения проблемы борьбы с «ангел-эхо» - это селекция сигналов по совокупности возможных от­личительных признаков, таких как:

• ширина спектра;

• доплеровский сдвиг частоты;

• время существования;

• траектория движения;

• эффективная поверхность рассеяния и др.

Экспериментальные исследования проводились с помощью когерентной РЛС, рас­положенной на берегу Чёрного моря. Подсчёт числа источников отражений производился по экрану индикатора в секторе 45° по азимуту и 30 км по дальности. Характер движения определялся методом фотографирования экрана индикатора с временем экспозиции 7—10 мин. Основные исследования проводились в диапазоне ^=10.6 см, частично в диапазоне Х=3.2 см. Регулярные наблюдения и измерения показали, что источники дискретных по­мех над морской поверхностью существуют практически в течении всего года при раз­ных метеорологических условиях и состоянии морского волнения. Количество сеансов наблюдения, в которых зафиксированы источники дискретных помех в течении года, по­казаны в табл. 2.

Таблица 2

Параметры

Месяцы

 

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Общее число сеансов наблюдения

59

46

63

56

32

51

43

41

36

17

Число сеансов, в которых наблюдались дискретные помехи

34

33

57

40

27

48

41

37

16

3

Таблица 3

Дата

Ослабление аттенюатора дБ

Угол места антенны 8, (град)

Условия наблюдения

 

 

0.75

1.25

3.25

5.25

7.25

 

24.09

0

229

192

199

63

46

штиль, скорость ветра 1.5—2.5 м/с

 

3

117

100

109

51

23

 

 

6

81

49

66

32

13

 

 

9

58

18

18

7

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа