30 Дек

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ РАЗНЕСЕНИИ ИСТОЧНИКОВ И ПРИЕМНИКОВ НА СВЧ ТРОПОСФЕРНЫХ ТРАССАХ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Пространственно-временная корреляционная функция поля в случае, когда наряду с эффектом переноса учитываются также и качественные изменения неоднородностей во времени, может быть записана в виде:

   (1)

где V — поперечная составляющая скорости ветра.

Для простоты получения необходимых соотношений при совместной обработке, будем решать задачу на плоскости (x0z), полагая, что флуктуации диэлектрической проницаемости тропосферы  слабые. В этом случае для описания полей применимо первое приближение геометрической оптики.

Для проведения экспериментальной оценки характеристик пространственно-временной корреляционной функции поля при совместном разнесении точек передачи и точек приема необходимо определить элементы матрицы F по результатам измерений.

С использованием статистической обработки измерений были рассчитаны нормированные корреляционные матрицы (4х4) временных флуктуаций амплитуд сигналов, прошедших по четырем трассам. Матрицы были получены по выборкам сигналов в совпадающие моменты времени и с переменным дискретным сдвигом , кратным величине интервала между отсчетами.

Для полученных данных в метровом диапазоне волн наблюдались характерные смещения максимумов взаимно корреляционных функций, связанные с наличием эффекта переноса неоднородностей (рис. 6).

Известно, что поперечную составляющую скорости ветра можно найти путем измерения пространственно-временных статистических характеристик интенсивности принимаемого излучения. Получено выражение для оценки ее величины (7) по измерениям на всех типах трасс при совместном разнесении источников и приемников [1-6].

Значительная “размороженность” турбулентности при загоризонтном распространении радиоволн СВЧ диапазона будет оказывать влияние на точность определения средней поперечной составляющей скорости ветра. Влияние “размороженности” проявляется в первую очередь в дополнительном уменьшении максимумов смещенных взаимно-корреляционных функций, а также в уменьшении смещений этих функций (рис. 6).

Две эти составляющие погрешности в определении характеристик скорости ветра направлены в противоположные стороны. Уменьшение максимумов взаимно-корреляционных функций приводит к заниженным оценкам, а уменьшение величин смещения — к завышенным. Кроме того, при больших значениях скорости переноса, смещение оценки в сторону уменьшения будет сказываться меньше. Эти эффекты дают уверенность в возможности определения характеристик скорости ветра при загоризонтном распространении радиоволн СВЧ диапазона.

Результаты экспериментальной оценки величины  по измерениям в метровом диапазоне показали, что поперечная составляющая скорости ветра (в центре трассы) достигала 15 м/с, а иногда происходила смена направления ветра.

При диагностике условий распространения большой интерес представляют совместные радио- и метеоизмерения, например, характеристик скорости ветра на трассе. Принято считать, что загоризонтное распространение радиоволн СВЧ диапазона происходит из области прямой видимости на пункты приема и передачи, нижняя точка которой поднята над земной поверхностью на некоторую высоту. В этом случае для совместных радио- и метеоизмерений характеристик скорости ветра необходимо проводить метеорологические измерения на различных высотах над земной поверхностью, то есть фактически определять их высотный профиль.

Совместные радио- и метеоизмерения характеристик скорости ветра были проведены для метрового диапазона волн. Высотный профиль характеристик скорости ветра, приведенный к центру трассы, определялся по результатам метеоизмерений путем аэрологического зондирования (с помощью стандартных метеорологических зондов) на четырех метеостанциях, попарно расположенных вблизи приемного и передающего пунктов: Южно-Сахалинск, Поронайск — на о.Сахалин, о.Уруп, г. Южно-Курильск — на Курильских островах. На каждой метеостанции по результатам аэрологического зондирования проводилось измерение направления и силы ветра на четырех фиксированных высотах h = 0, 1, 3, 4 км над уровнем моря. Измерения проводились в метеосроки (00; 06; 12 и 18 часов по Гринвичу).

Обработка результатов метеоизмерений проводилась следующим образом. Для каждой из высот (0; 1; 3 и 4 км) одновременно по данным измерения на каждой метеостанции оценивались координаты вектора скорости ветра, затем определялись координаты вектора средней скорости ветра (Vx и Vy) по измерениям на всех станциях (сумма ветров). Поперечные составляющие вектора скорости ветра для разных высот (высотный профиль), пересчитанные к центру трассы, определялись как

По результатам измерения было установлено, что продольная координата центра области рассеяния (5) в среднем находилась по середине трассы. В результате радиоизмерений характеристик скорости ветра, также производилась оценка средней поперечной составляющей скорости ветра в центре области рассеяния (), и высотный профиль поперечной составляющей скорости ветра Vn(h) (по метеоизмерениям) пересчитывался к центру трассы. Так как средний квадрат минимален для высоты 1 км, можно предположить, что во время совместных измерений средняя высота центра области рассеяния волн находилась вблизи этой точки.

При загоризонтном распространении СВЧ радиоволн нижняя граница области, участвующей в формировании однократно рассеянного сигнала при нормальной рефракции (приближенно соответствующая области прямой видимости на передатчик и приемник), для трассы протяженностью 495 км (загоризонтный участок — 450 км) составляет 3 км. То есть, оцененная по результатам измерения высота центра области рассеяния (1 км) находилась значительно ниже характерного для однократного рассеяния ее значения. Этот факт может служить косвенным подтверждением того, что экспериментальные данные получены в условиях преобладания механизмов повышенной регулярной рефракции либо многократного рассеяния [6].

Результаты измерений также позволяют сделать вывод, что при разработке методов диагностики и прогнозирования условий загоризонтного распространения СВЧ радиоволн основное внимание должно быть уделено изучению свойств индекса преломления тропосферы в приземном слое до высот в 1 — 2 км [6].

Результаты обработки измерений в метровом (185 см) диапазоне волн (было обработано 188 пяти минутных сеансов через каждые 30 минут) представлены на рис. 1 — 6.

Рис.1. Распределение коэффициентов корреляции для 188 сеансов

В результате обработки измерений получены следующие результаты — экспериментально установлено, что коэффициенты корреляции на пересекающихся трассах выше, чем на расходящихся (сходящихся) и тем более параллельных (см. рис.1) в 90% случаев всех измерений, то есть сечения экспериментальных ФПК имеют вид эллипсов. Установлено, что при загоризонтном распространении радиоволн СВЧ диапазона на морских трассах происходит значительное изменение формы ФПК, величины коэффициента эллиптичности её сечения распределены в пределах 0,3 — 0,9, но в большинстве случаев превышает 0,5, причем в сеансах с большими значениями , как правило, наблюдается более высокие уровни сигналов. Расчетное значение  для экспериментальной трассы при однократном рассеянии даже при самых мелких неоднородностях не превышает 0,3–0,5. Таким образом, распространение радиоволн при измерениях не было обусловлено лишь механизмом однократного рассеяния при нормальной рефракции или только многократным рассеянием.

Список литература

  1. Акулиничев Ю.П., Анализ корреляционных характеристик случайно-неоднородных каналов при комплексном разнесении источников и приемников / Ю.П. Акулиничев., А.М. Голиков // Радиотехника и электроника. – 1987. – Т.32, вып.8. – С.1646-1654.
  2. Акулиничев Ю.П. Радиолокационный способ определения характеристик скорости ветра / Ю.П.Акулиничев, А.М.Голиков // Авт. свид. СССР N 1569759 с приоритетом 6. 05. 88. Зарегистрировано 7. 06. 90. Класс G 01S 13/95.
  3. Акулиничев Ю.П., Предельная форма функции коге­рентности поля в слоисто-неоднородной среде / Ю.П. Акулиничев, А.М. Голиков // Оптика атмосферы. – 1990. – Т.3, №10. – С.1060-1063.
  4. Akulinichev Yu.P. Limiting Form of the Coherence Function of Waves Scattered from Layer of Inhomogeneities / Yu.P Akulinichev, A.M. Golikov // Progress in Electromagnetics Research Symposium.Proceedings. 24-28 July 1995. Seattle, USA. — P.126.
  5. P. Wave scattering from moving turbulence and wind velocity measurements / Yu.P Akulinichev, A.M. Golikov and G.S. Sharygin. // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. -1996.- V.58, Nos. 8/9.- P.1039-1045.
  6. Акулиничев Ю.П. Анализ эффективности пеленгования сканирующих по углу источников СВЧ излучения на загоризонтных морских трассах / Ю.П. Акулиничев, А.М.Голиков // Доклады ТУСУР. «Радиотехнические системы и распространение радиоволн», Том 4, 2000 г., с.171-182
    ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИГНАЛОВ ПРИ СОВМЕСТНОМ РАЗНЕСЕНИИ ИСТОЧНИКОВ И ПРИЕМНИКОВ НА СВЧ ТРОПОСФЕРНЫХ ТРАССАХ
    Наиболее полную характеристику свойств функции пространственной когерентности (ФПК) при совместном разнесении точек передачи и точек приема, а также ее связи с характеристиками случайно-неоднородной среды можно получить, если проводить совместную обработку сигналов для всех возможных в данной ситуации комбинаций пар трасс: двух пар расходящихся, двух пар сходящихся, пары параллельных и пары пересекающихся трасс, а также учесть временную изменчивость, определяя авто- и взаимно корреляционные функции. В работе приведены результаты экспериментальных исследований на морских загоризонтных трассах протяженностью 495 км (п. Взморье, Сахалинской области и г. Курильск, Курильские острова). На одном конце трассы были использованы два СВЧ передатчика с длиной волны 185 см, разнесенные поперек трассы на 200 м, а на другом конце трассы два приемника, антенны которых были разнесены поперек трассы также на 200 м. В качестве передатчиков использовались РЛС П-12. В работе впервые получены экспериментальные оценки характеристик ФПК при совместном разнесении точек передачи и точек приема, а также получены экспериментальные оценки поперечной и угловой скоростей ветра. Результаты совместных радио- и метеоизмерений показали возможность многократного рассеяния на загоризонтных тропосферных трассах.
    Written by: Голиков Александр Михайлович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 01/12/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.12.16_33(2)
    Available in: Ebook