УДК 621.396.2

МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ЕСТЕСТВЕННО ВОЗМУЩЕННОЙ ИОНОСФЕРЫ С УЧЕТОМ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВАРИАЦИЙ КРИТИЧЕСКИХ ЧАСТОТ И ВАРИАЦИЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФЛУКТУАЦИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

Антонов Владислав Васильевич1, Павлюк Дмитрий Николаевич2, Горденко Дмитрий Владимирович3
1Северо-Кавказский гуманитарно-технический институт (г. Ставрополь), кандидат технических наук, доцент
2Северо-Кавказский гуманитарно-технический институт (г. Ставрополь), кандидат технических наук, доцент
3Ставропольский государственный аграрный университет, кандидат технических наук, доцент

Аннотация
В статье разработана математическая модель распределения электронной концентрации с учетом дифракционных свойств возмущенной ионосферы.е5ккккккккккк34

Ключевые слова: естественное возмущение ионосферы; электронная концентрация ионосферы


MODEL ELECTRON DENSITY DISTRIBUTION OF NATURAL DISTURBANCES OF THE IONOSPHERE ACCOUNT COEFFICIENT OF VARIATION AND THE VARIATION OF THE CRITICAL FREQUENCY OF THE SPATIAL FLUCTUATIONS OF THE ELECTRON DENSITY

Antonov Vladislav Vasilevich1, Pavljuk Dmitry Nikolaevich2, Gordenko Dmitry Vladimirovich3
1North Caucasus Humanitarian and Technical Institute (Stavropol), Candidate of Technical Sciences, docent
2North Caucasus Humanitarian and Technical Institute (Stavropol), Candidate of Technical Sciences, docent
3Stavropol State Agrarian University, Candidate of Technical Sciences, docent

Abstract
In this paper the mathematical model of the distribution of the electron density with the diffraction properties of the disturbed ionosphere.

Keywords: natural disturbances of the ionosphere; the electron density of the ionosphere


Рубрика: Общая рубрика

Библиографическая ссылка на статью:
Антонов В.В., Павлюк Д.Н., Горденко Д.В. Модель распределения электронной концентрации естественно возмущенной ионосферы с учетом коэффициентов вариаций критических частот и вариаций пространственных флуктуаций электронной концентрации // Исследования в области естественных наук. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2015/04/9518 (дата обращения: 03.05.2017).

Как было показано в [1], чтобы разработать модель распределения электронной концентрации (ЭК) неоднородной возмущенной ионосферы и на ее основе объяснить характер изменения дискретно-диффузной многолучевости, определяющей качественные показатели однолучевого декаметрового (ОДКМ) канала связи (КС), необходимо учесть следующие обстоятельства:
1. Известную модель распределения ЭК с учетом влияния ионосферных неоднородностей при нормальной ионосферы (НИ) и особенности проявления естественных возмущений. 
2. Распределение ЭК в НИ является совокупностью изменения по высоте ее среднего значения  и пространственных флуктуаций  в неоднородностях

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (1)

3. Среднеквадратическое отклонение (СКО) относительного значения флуктуаций ЭК по сравнению со средней ЭК , называемое интенсивностью неоднородностей , на высотах  км примерно постоянно и определяется выражением вида

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (2)


Тогда согласно (2) СКО абсолютного значения  в слое F  намного больше, чем в поглощающих слоях D и E и возрастает по мере приближения к высоте h = hm с максимальной средней ЭК . Следовательно, изменение средней ЭК слоя F2 при естественном возмущении ионосферы (ЕВИ) влечет за собой изменение пространственных флуктуаций ЭК в неоднородностях. С учетом этого обстоятельства, выражение (1) можно представить в виде

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (3)

где - отклонение средней ЭК при ЕВИ от среднего значения ЭК в НИ,  - отклонения пространственных флуктуаций ЭК в неоднородностях ионосферы при ее возмущениях. 
Для сравнительной оценки величины отклонений средней ЭК и пространственных флуктуаций возмущенной ионосферы выражение (3) представим в виде, аналогичном (2.1)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (4)

где  - вариации среднего значения ЭК возмущенной ионосферы относительно среднего значения ЭК в отсутствии возмущений,  - вариации среднего значения пространственных флуктуаций ЭК в неоднородностях ионосферы при естественных возмущениях. 
Второе слагаемое в (4)  количественно оценивается его СКО, которое можно выразить через коэффициент вариаций критических частот .
Учитывая выражение

,

где - критическая частота ионосферного слоя, - угол падения радиоволны на нижнюю границу ионосферы и выражение

где - текущее значение критической частоты слоя F2, - среднее значение критической частоты, - СКО критической частоты слоя F2 при ЕВИ можно представить как
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (5)

где  - СКО величины .
Согласно экспериментальным данным [2,3,4], коэффициент вариаций критических частот среднеширотной ионосферы  при ЕВИ может изменяться на (20...40%), хотя могут быть возмущения, когда вариации указанного коэффициента могут достигать 100 %. 
Третье слагаемое в (4)  количественно оценивается его СКО (интенсивностью неоднородностей ) и определяется выражением (2).
Для количественной оценки четвертого слагаемого , в выражении (4) проанализируем сначала относительное значение флуктуаций ЭК  по сравнению со средней  с учетом их отклонений  и при ЕВИ
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (6)

Согласно (2) в условиях НИ величина СКО относительного значения  на любой высоте остается неизменной

Выражение (6) существенно упрощается, если исходить из следующего допущения: СКО относительного значения флуктуаций ЭК по сравнению со средней (т.е. фона) остаются постоянными не только при отсутствии ЕВИ (т.е.), но и при их наличии ()

Согласно (6) введенное допущение  справедливо при выполнении равенства
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (7)

Тогда четвертое слагаемое в (4) можно представить как 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (8)

С учетом равенства (7) выражение (8) сводится к виду

Отсюда СКО четвертого слагаемого (4), которое назовем коэффициентом вариаций пространственных флуктуаций ЭК в неоднородностях ионосферы при ЕВИ (), с учетом (2) и (5) выражается как
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      (9)

поскольку отклонения средней ЭК при ЕВИ и пространственные флуктуации ЭК в отсутствие ЕВИ  статистически независимы.
На рисунке 1 представлена модель распределения ЭК и ее пространственных флуктуаций в неоднородностях при наличии ЕВИ, соответствующая выражениям (3) и (4). 

Данная модель отличается от используемой в настоящее время (1) до­полнительным учетом вариаций средней ЭК  и пространствен­ных флуктуаций ЭК в неоднородностях ионосферы  при ее возмущениях. На рисунке 1 затемненные области характеризуют различную степень пространственных флуктуаций ЭК в неоднородностях ионосферы. При этом с увеличением значения средней ЭК во время положительных возмущений уве­личивается степень ее пространственных флуктуаций в неоднородностях и наоборот для отрицательных возмущений. 
Благодаря полученным аналитическим выражениям для количественной оценки указанных вариаций с помощью коэффициентов  (5) и  (9), разработанная модель является основой для построения математической модели ОДКМ КС в условиях ЕВИ. Достоверность модели косвенно подтверждается имеющимися результатами экспериментов по исследованию возмущенной ионосферы, приведенными в [3,4,5]. Достоверность полученных аналитических выражений (3) и (4) обусловлена тем, что в случае отсутствия ЕВИ они сводятся к зависимости (1), определяющей распределение ЭК в НИ. 
Таким образом, разработанная модель ЭК, описываемая выражениями (3,4,5,9) позволяет перейти к разработке многолучевой модели РДВ возмущенной ионосферы.


Библиографический список
  1. Антонов В.В., Павлюк Д.Н. Подход к разработке модели распределения электронной концентрации естественно возмущенной ионосферы // Исследования в области естественных наук. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/?p=9004.
  2. Черенкова Е.Н., Чернышев О.В. Распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1984. -  272 с.
  3. Ионосферные возмущения и их влияние на радиосвязь. / Ответственные редакторы Зевакина Р.А., Ляхова Л.Н. - М.: АН. СССР, 1971. - 239 с.
  4. Сомов А.М., Старостин В.В. Распространение радиоволн – М: Издательство «Гелиос АРВ», 2010 г. – 264 стр.
  5. Долуханов М.П. Флуктационные процессы при распространении радиоволн. - М.: Связь, 1971. - 183 с.
  6. Ткачук Р.В., Горденко Д.В., Павлюк Д.Н., Малофей А.О. Активная безопасность на основе криптографического мультинейропроцессора обработки данных. //Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки//. 2007.№ 4. С. 17-18.
  7. Горденко Д.В., Горденко Н.В., Павленко Н.А., Павлюк Д.Н., Ткачук Р.В. Коррекция ошибок в системе остаточных классов с минимальной временной сложностью на основе метода расширения оснований.//Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки//. 2007.№ 4. С. 12-14.
  8.  Авторское свидетельство СССР N 1601672, кл. H 01G 15/16, 1988.
  9. Павлюк Д.Н., Горденко Д.В., Кондрашов А.В. Алгебра полиномов в цифровой фильтрации // Исследования в области естественных наук. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2015/02/8915


Все статьи автора «pavlyukd»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: