Mathematical modeling of the influence of Earth’s ionosphere inhomogeneities on the propagation of electromagnetic waves

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

New methods for diagnostics of the fine structure of the Earth’s ionosphere and their verification by comparing the results of their application with the results of modeling and independent direct measurements are presented. Techniques for reconstructing the profiles of electron density and electron collision frequency in the ionosphere are developed using information on the polarization and amplitude characteristics of the ordinary and extraordinary components of the recorded signals with linear frequency modulation during vertical and oblique sounding. Mathematical and numerical modeling of the influence of ionospheric inhomogeneities on the propagation of short-wave radiation, as well as an analysis of temporal variations in the amplitude, polarization and trajectory characteristics of decameter radio signals reflected from the ionosphere, have been carried out. Based on the bicharacteristic method and the wave theory of catastrophes, methods for mathematical modeling of the features of the propagation of frequency-modulated radio signals in the ionospheric plasma in the presence of local inhomogeneities of the medium are developed. Numerical algorithms for programs for constructing ionograms of oblique and vertical sounding in the presence of local inhomogeneities in the ionosphere are developed.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

A. Kryukovsky

Russian New University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: kryukovsky56@yandex.ru
Ресей, 22, Radio St., Moscow, 105005

D. Lukin

Russian New University

Email: kryukovsky56@yandex.ru
Ресей, 22, Radio St., Moscow, 105005

E. Mikhaleva

Russian New University

Email: kryukovsky56@yandex.ru
Ресей, 22, Radio St., Moscow, 105005

E. Palkin

Russian New University

Email: kryukovsky56@yandex.ru
Ресей, 22, Radio St., Moscow, 105005

D. Rastyagaev

Russian New University

Email: kryukovsky56@yandex.ru
Ресей, 22, Radio St., Moscow, 105005

Әдебиет тізімі

  1. Иванов Д. В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекции их дисперсионных искажений. Йошкар-Ола: Марийский гос. технич. ун-т, 2006.
  2. Куницын В.Е., Терещенко Е. Д., Андреева Е. С. Радио-томография ионосферы. М.: Физматлит, 2007.
  3. Софьин А.В., Куркин В. И. // Распространение радиоволн. Труды XXVII Всерос. открытой науч. конф. Калининград, 28 июня‒3 июля 2021. Калининград: БФУ им. И. Канта, 2021. Ч. 3. С. 358.
  4. Цедрик М.В., Подлесный А. В., Куркин В. И. // Всерос. открытые Армандовские чтения. Матер. Всерос. открытой науч. конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Муром. 28–30 июн. 2022. Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2022. С. 223.
  5. Казанцев А.Н., Лукин Д. С., Спиридонов Ю. Г. // Космич. исслед. 1967. Т. 5. № 4. С. 593.
  6. Лукин Д.С., Палкин Е. А. Численный канонический метод в задачах дифракции и распространения электромагнитных волн в неоднородных средах. М.: МФТИ, 1982.
  7. Ипатов Е. Б., Крюковский А. С., Лукин Д. С. и др. // РЭ. 2014. Т. 59. № 12. С. 1180.
  8. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973.
  9. Крюковский А.С., Лукин Д. С., Растягаев Д. В., Скворцова Ю. И. // РЭ. 2015. Т. 60. № 10. С. 1001.
  10. Лукин Д.С., Спиридонов Ю. Г. // РЭ. 1969. Т. 14. № 9. С. 1673.
  11. Крюковский А. С., Лукин Д. С., Кирьянова К. С. // РЭ. 2012. Т. 57. № 9. С. 1028.
  12. Kryukovsky A. S., Rastyagaev D. V., Bova Y. I., Popchenko O. V. // 2020 7th All-Russian Microwave Conf. (RMC-2020). Moscow. 25–27 Nov. N.Y.: IEEE, 2020. P. 220.
  13. Kryukovsky A.S., Lukin D. S., Popchenko O. V., Rastyagaev D. V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1991. № 1. Article No. 012002.
  14. Бова Ю. И., Крюковский А. С., Лукин Д. С. // РЭ. 2019. Т. 64. № 1. С. 3.
  15. Крюковский А. С., Лукин Д. С., Бова Ю. И. // РЭ. 2020. Т. 65. № 12. C. 1160.
  16. Bova Yu. I., Kryukovsky A. S. Kutuza B. G. et. al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1632. № 1. Article No. 012009.
  17. Egorov D. P., Kutuza B. G., Kryukovsky A. S. et. al. // 2022 Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS). Hangzhou. 25–29 Apr. N.Y.: 2022, P. 1108.
  18. Бова Ю. И., Крюковский А. С., Лукин Д. С., Растягаев Д. В. // Всерос. открытые Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. Матер. Всерос. открытой науч. конф. Муром. 23–25 июн. 2020. Муром:: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2020. С. 54.
  19. Крюковский А.С. // Междунар. Байкальская молодеж. науч. школа по фундаментальной физике. Труды XVII Конф. молодых ученых. Иркутск 5–10 сент. Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 2022. C. 3.
  20. Bova Yu. I., Kryukovsky A. S., Lukin D. S., Rastyagaev D. V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1632. № 1. Article No. 012005.
  21. Kryukovsky A. S., Lukin D. S., Rastyagaev D. V., Bova Y. I. // XXXIV General Assembly and Scientific Symp. Int. Union of Radio Sci. (URSI GASS). Rome. 28 Aug- 04 Sept. 2021. Paris: URSI, 2021. Рaper Th-B08-PM1–2.
  22. Карепов С. Л., Крюковский А. С. // РЭ. 2001. Т. 46. № 1. С. 40.
  23. Палкин Е. А., Петрович А. А. // РЭ. 2021. Т. 66. № 1. С. 18.
  24. Ipatov E., Palkin E., Rastyagaev D. // 2020 7th All-Russian Microwave Conf. (RMC). Moscow. 25–27 Nov. N.Y.: IEEE, 2020. P. 216.
  25. Ипатов Е. Б., Палкин Е. А., Петрович А. А., Растягаев Д. В. // Тр. XXVII Всерос. открытой науч. конф. Калининград. 28 июн. – 03 июл. 2021. Калининград: БФУ им. И. Канта, 2021. С. 893.
  26. Крюковский А. С., Лукин Д. С., Попченко О. В., Растягаев Д. В. // Всерос. открытые Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. Муром., 25–27 июн. 2021. Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2021. С. 32.
  27. Kryukovsky A. S., Lukin D. S., Popchenko O. V., Rastyagaev D. V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1991. Article No. 012002.
  28. Крюковский А. С., Лукин Д. С., Михалёва Е. В., Растягаев Д. В. // РЭ. 2023. Т. 68. № 6. С. 553.
  29. Михалева Е. В., Крюковский А. С., Растягаев Д. В. // Всерос. открытые Армандовские чтения. Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. Матер. Всерос. открытой науч. конф. Муром. 27–29 июн. 2023. Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2023. С. 47.
  30. Kryukovsky A. S., Lukin D. S., Mikhaleva E. V. et. al. // 2020 7th All-Russian Microwave Conf. (RMC). Moscow. 25–27 Nov. N.Y.: IEEE, 2020. P. 211.
  31. Kryukovsky A. S., Lukin D. S., Mikhaleva E. V., Rastyagaev D. V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 1991. № 1. Article No. 012001.
  32. Крюковский А. С., Лукин Д. С., Михалёва Е. В., Растягаев Д. В. // РЭ. 2022. Т. 67. № 2. С. 117.
  33. Крюковский А. С., Лукин Д. С., Михалева Е. В., Растягаев Д. В. // Всерос. открытые Армандовские чтения «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Матер. Всерос. открытой науч. конф. Муром. 28–30 июн. 2022. Муром: Изд.-полиграфический центр МИ ВлГУ, 2022. С. 36.
  34. Kryukovsky A. S., Mihaleva E. V., Lukin D. S., Rastyagaev D. V. // 2022 IEEE8th All-Russian Microwave Conf. (RMC). Moscow. 23–25 Nov. N.Y.: IEEE, 2022. P. 334.
  35. Palkin E. A., Petrovich A. A. // 2022 IEEE8th All-Russian Microwave Conf. (RMC). Moscow. 23–25 Nov. N.Y.: IEEE, 2022. P. 301.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Examples of real ionograms obtained on the paths: a) Tory–Tory (01/09/2023, 05:52 UT), b) Tory–Tory (02/07/2022, 03:00:00 UT), c) Usolye–Tory (02/07/2022, 03:00:00 UT), d) Tory–Tory (01/09/2023, 05:30:00).

Жүктеу (53KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Dependence of electron concentration N on height z.

Жүктеу (13KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Dependence of the electron collision frequency on the height z.

Жүктеу (13KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Ray structures in the (x, z) plane: o-wave (a) and x-wave (b).

Жүктеу (39KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Divergences of the o-wave (a) and x-wave (b).

Жүктеу (40KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Dependence of the electric field strength modulus on the distance without taking into account absorption: uniform asymptotics (a), GO approximation (b); point ‒ position of the caustic.

Жүктеу (36KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Dependence of the electric field strength modulus on the distance taking into account absorption.

Жүктеу (13KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Geometry of ray families, manifold features and maps of the canonical atlas for reflection of radio waves from the plasma layer: A2, A3 – main features, B3, B4 – boundary features [23, 24].

Жүктеу (59KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Dependences of the electron concentration N on the height z in the case of inhomogeneity with reduced (a) and increased (b) electron concentration.

Жүктеу (29KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Dependence of the effective height on frequency, local inhomogeneity with reduced (a) and increased (b) electron concentration: o-wave (1) and x-wave (2).

Жүктеу (25KB)
Метадеректер
12. Fig. 11. Ray structure in the (x, z) plane; the PIV forms a caustic point.

Жүктеу (16KB)
Метадеректер
13. Fig. 12. Dependence of the beam exit angle (a) and group signal arrival time (b) on the horizontal coordinate at xd = 10 (1), –20 (2), –40 (3) and –60 km (4).

Жүктеу (30KB)
Метадеректер
14. Fig. 13. Comparison of the dependence of the model (light line) and calculated (dark) electron collision frequency on altitude.

Жүктеу (13KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024