Прогнозирование эксплуатационных параметров прохождения радиосигналов в канале «Земля - спутник» через возмущенную ионосферу


https://doi.org/10.15217/issnl684-8853.2018.1.85

Полный текст:


Аннотация

Введение: тема исследования стала актуальной в последнее время ввиду глобализации систем беспроводной связи за счет использования дальнего ионосферного распространения радиоволн в каналах связи «Земля - спутник». Цель: анализ ключевых параметров ультракоротких радиоволн в канале «Земля - спутник», которые определяют эффекты фединга при магнитных бурях, происходящих в среднеширотной ионосфере. Результат: при возмущенных параметрах плазмы, вызванных экспериментально магнитным штормом, проанализированы поглощение и фазовые флуктуации радиосигналов. На основе экспериментальных дан- ных исследован индекс сцинтилляции δ2 I соответствующий сцинтилляциям сигналов в многолучевых каналах связи с федингом. Показано, что ~10 % нерегулярностей плотности плазмы во время шторма в области F вызывают сильный фединг высокочастотных радиосигналов диапазона ультракоротких радиоволн со значительными флуктуациями интенсивности сигнала (до 1 %) и изменениями фазы сигнала (до сотен радиан). Практическая значимость: полученные результаты позволяют прогнозировать мультипликативный фединг в ионосферных субканалах и его вклад в определение потерь в полном канале связи «Земля - спутник».

Об авторах

Натан Шаевич Блаунштейн
Негевский университет им. Бен-Гуриона
Россия


Иегуда Бен-Шимол
Негевский университет им. Бен-Гуриона
Россия


Список литературы

1. Kintner P., and B. Ledvina. The Ionosphere, Radio Navigation, and Global Navigation Satellite Systems. Adv. Space Res., 2005, vol. 35, pp. 788-811.

2. Basu Su., et al. Ionospheric Effects of Major Magnetic Storms During the International Space Weather Period of September and October 1999: GPS Observations, VHF/UHF Scintillations and in Situ Density Structures at Middle and Equatorial Latitudes. J. Geophys. Res., 2001, vol. 106, pp. 389-399.

3. Ledvina B. M., Makela J. J., and Kitner P. M. First Observations of Intense GPS L1 Amplitude Scintillations at Midlatitude. Geophys. Res. Lett., 2002, vol. 29, pp. 1659-1662.

4. Erickson P., Foster J., Holt and J. Inferred Electric Field Variability in the Polarization Jet from Millstone Hill E Region Coherent Scatter Radar Observations. Radio Sci., 2002, vol. 37, iss. 2, pp. 1027-1036. doi:10.1029/2000RS002531

5. Mishin E., Burke W., Huang C., and Rich F. Electromagnetic Wave Structures Within Subauroral Polarization Streams. J. Geophys. Res, 2003, vol. 108, pp. 1309-1315.

6. Mishin E., Burke W., and Viggiano A. Stormtime Subauroral Density Troughs: Ion-Molecule Kinetics Effects. J. Geophys. Res., 2004, vol. 109, A10301. doi :10.1029/2004JA010438

7. Mishin E. V., and Burke W. J. Stormtime Coupling of the Ring Current, Plasmasphere and Topside Ionosphere: Electromagnetic and Plasma Disturbances. J. Geophys. Res., 2005, vol. 110, pp. 7209-7216, A07209.

8. Foster J., and Burke W. A New Categorization for Subauroral Electric Fields. EOS Trans. AGU, 2002, vol. 83, pp. 393-401.

9. Mishin E., and Blaunstein N. Irregularities Within Sub-auroral Polarization Stream-Related Troughs and GPS Radio Interference at Midlatitudes. In: Midlatitude Ionospheric Dynamics and Disturbances (eds. P. Kintner, A. Coster, T. Fuller-Rowell, A. Mannucci, M. Mendillo, and R. Heelis). American Geophysical Union, Washington, D. C., 2008. Pp. 291-295. doi:10.1029/181GM26

10. Foster J., and Rich F. Prompt Midlatitude Electric Field Effects During Severe Magnetic Storms. J. Geophys. Res, 1998, vol. 103, pp. 26367-26373.

11. Hardy D., Schmidt L., Gussenhoven M., Marshall F., Yeh H., Shumaker T., Huber A., and Pantazis J. Precipitating Electron and Ion Detectors (SSJ/4) for Block 5D/Flights 4-10 DMSP Satellites: Calibration and Data Presentation. Tech. Rep, AFGL-TR-84-0317, Air Force Geophys. Lab., Hanscom Air Force Base, Mass., 1984.

12. Maynard N., Burke W., Basinska E., Erickson G., Hughes W., Singer H., Yahnin A., Hardy D., and Mozer F. Dynamics of the Inner Magnetosphere Near Times of Substorm Onsets. J. Geophys. Res., 1996, vol. 101, pp. 7705-7715.

13. Rich F. J., and Hairston M. Large-scale Convection Patterns Observed by DMSP. J. Geophys. Res., 1994. vol. 79, pp. 3827-3835.

14. Saunders S. R. Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems. New York, John Wiley & Sons, 1999. P. 409.

15. Blaunstein N., and Christodoulou Ch. G. Radio Propagation and Adaptive Antennas for Wireless Communication Networks: Terrestrial, Atmospheric and Ionospheric. Ed. 2. John Wiley & Sons, 2014. 704 p.

16. Booker H. G., and Gordon W. E. A Theory of Radio Scattering in the Ionosphere. Proc. IRE, 1950, vol. 38, pp. 400-412.

17. Booker H. G., Rateliffe S. A., and Shinn D. H. Diffraction from an Irregular Screen with Applications to Ionospheric Problems. Philos. Trans. Roy. Soc. London, Ser. A., 1950, vol. 242, pp. 579-607.

18. Booker H. G. A Theory of Scattering by Non-isotropic Irregularities with Application to Radar Reflection from the Aurora. J. Atmos. Terr. Phys., 1956, vol. 8, pp. 204-221.

19. Booker H. G., and Majidi Ahi G. Theory of Refractive Scattering in Scintillation Phenomena. J. Atmos. Terr. Phys, 1981, vol. 43, pp. 1199-1214.

20. Booker H. G. Application of Refractive Scintillation Theory to Radio Transmission through the Ionosphere and the Solar wind and to Reflection from a Rough Ocean. J. Atmos. Terr. Phys., 1981, vol. 43, pp. 12151233.

21. Blaunstein N., and Plohotniuc E. Ionosphere and Applied Aspects of Radio Communication and Radar. London-New York, CRC Press, 2008. 599 p.

22. Blaunstein N., and Christodoulou Ch. Radio Propagation and Adaptive Antennas for Wireless Communication Links: Terrestrial, Atmospheric and Ionospheric. Wiley & Sons, 2007. 614 p.

23. Farley D. T. Incoherent Scatter Radar Probing. In: Modern Ionospheric Science. Ed. by H. Kohl, R. Ruster, and K. Schlegel. Katlenburg-Lindau, Copernicus GmbH, 1996. Pp. 415-439.

24. Denisov N. G., and Erukhimov L. M. Statistical Properties of Phase Fluctuations During Total Reflection from a Layer. Geomagn. and Aeronomy, 1966, vol. 5, pp. 695-702.

25. Erukhimov L. M., and Rizhkov V. A. Study of Focusing Ionospheric Irregularities by Methods of Radio-Astronomy at Frequencies of 13-54 MHz. Geomagn. and Aeronomy, 1971, vol. 5, pp. 693-697.

26. Erukhimov L. M., Komrakov G. P., and Frolov V. L. About the Spectrum of the Artificial Small-Scale Ionospheric Turbulence. Geomagn. and Aeronomy, 1980, vol. 20, pp. 1112-1114.

27. Gajlit T. A., Gusev V. D., Erukhimov L. M., and Shpiro P. I. Spectrum of the Phase Fluctuations at the Ionosphere Sounding. Izvestija vuzov. Radiofizika, 1983, vol. 26, no. 7, pp. 795-801 (In Russian).

28. Backley R. Diffraction by Random Phase Screen with Very Large RMS Phase Deviation. Two-dimensional screen. Austral. J. Phys., 1971, vol. 24, pp. 373-396.

29. Titheridge J. E. The Diffraction of Satellite Signals by Isolated Ionospheric Irregularities. J. Atmos. Terr. Phys., 1971, vol. 33, pp. 47-69.

30. Crain C. M., Booker H. G., and Fergusson S. A. Use of Refractive Scattering to Explain SHF Scintillations. Radio Sci., 1974, vol. 14, pp. 125-133.

31. Wernik A. W., and Liu C. H. Application of the Scintillation Theory to Ionospheric Irregularities Studies. J. Artificial Satellites, 1975, vol. 10, pp. 37-58.

32. Rino C. L., and Fremouw E. J. The Angle Dependence of Single Scattered Wave Fields. J. Atmos. Terr.Phys, 1977, vol. 39, pp. 859-868.

33. Knepp D. L. Multiple Phase-Screen Calculation of the Temporal Behavior of Stochastic Waves. Proc. IEEE, 1983, vol. 71, pp. 722-737.

34. Rino C. L. On the Application of Phase Screen Models to the Interpretation of Ionospheric Scintillation Data. Radio Sci., 1982, vol. 17, pp. 855-867.

35. Gurevich A. V., and Tsedilina E. E. Sverkhdal’nee rasprostranenie korotkikh radiovoln [Long-Range Propagation of Short Waves]. Moscow, Nauka Publ., 1979. 344 p. (In Russian).

36. Burke W., Rubin A., Mayanard M., et al. Ionospheric Disturbances Observed by DMSP at Mid to low Latitudes During Magnetic Storm of June 4-6, 1991. J. Geophys. Res., 2000, vol. 105, pp. 18391-19402. doi:10.1029/1999JA000188

37. Shkarofsky I. P., Johnston T. W., and Bachynski M. P. The Particle Kinetics of Plasmas. London, Addison-Wesley, 1966. 518 p.

38. Gurevich A. V. Nonlinear Phenomena in the Ionosphere. Berlin, Springer-Verlag, 1978. 465 p.

39. Gel’berg M. G. Neodnorodnosti vysokoshirotnoi ionosfery [Inhomogeneities of High-Latitude Ionosphere]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1986. 193 p. (In Russian).

40. Silin V. P. Vvedenie v kineticheskuiu teoriiu gazov [Introduction in the Kinetic Theory of Gases]. Moscow, Nauka Publ., 1971. 332 p. (In Russian).


Дополнительные файлы

Для цитирования: Блаунштейн Н.Ш., Бен-Шимол И. Прогнозирование эксплуатационных параметров прохождения радиосигналов в канале «Земля - спутник» через возмущенную ионосферу. Информационно-управляющие системы. 2018;(1):85-95. https://doi.org/10.15217/issnl684-8853.2018.1.85

For citation: Blaunstein N.S., Ben-Shimol Y... Prediction of Operational Parameters of Radio Signals Passing a Land-Satellite Link through StormTime Ionosphere. Information and Control Systems. 2018;(1):85-95. (In Russ.) https://doi.org/10.15217/issnl684-8853.2018.1.85

Просмотров: 24


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-8853 (Print)
ISSN 2541-8610 (Online)