В.В. Батанов1, Л.Е. Назаров2

1 АО «ИСС» им. академика М.Ф. Решетнева» (г. Железногорск, Россия), 

2 Фрязинский филиал ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Россия)

Постановка проблемы. При распространении сигналов по спутниковым ионосферным радиолиниям они подвергаются набору искажающих факторов за счет влияния земной ионосферы, что снижает верность передачи информации по сравнению с распространением в свободном пространстве. Многолучевость распространения сигналов при их отражении и рассеянии на ионосферных неоднородностях является одним из таких факторов.

Цель. Дать описания статистических моделей трансионосферных радиолиний с амплитудным замиранием сигналов относительно параметра временной стационарности с использованием вероятностного подхода и привести численные оценки этого параметра для рассматриваемых радиолиний с анализируемыми характеристиками ионосферных неоднородностей.

Результаты. Приведены описания статистических моделей узкополосных трансионосферных радиолиний с амплитудными замираниями сигналов за счет влияния земной ионосферы. Отмечено, что модели получены на основе аналитического описания распространения сигналов в случайно-неоднородных средах, порождающих временные вариации амплитуд сигналов за счет их отражения и рассеяния на ионосферных неоднородностях. Представлено аналитическое описание в виде приближенных решений Рытова для волнового уравнения без учета анизотропии за счет влияния магнитного поля Земли. В качестве параметра моделей, важного для приложений, рассмотрена стационарность радиолинии, связанная с временными и пространственными статистическими характеристиками случайных временных и пространственных флуктуаций электронной плотности ионосферных неоднородностей. Получены оценки временной стационарности радиолиний для ряда скоростей движения ионосферных неоднородностей путем вычислений рассматриваемых моделей радиолиний с параметрами стандартной среднеширотной ионосферы.

Практическая значимость. Вычисленные оценочные значения временной стационарности рассматриваемых радиолиний за счет влияния ионосферы будут полезными при разработке спутниковых информационных систем, выборе оптимальных сигнальных конструкций и для создания процедур их обработки во время приема и синхронизации.

Батанов В.В., Назаров Л.Е. Статистические модели трансионосферных радиолиний с амплитудным замиранием сигналов //

Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 5. С. 15−22. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202105-02

1. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. Пер. с англ. М.: Связь. 1979. 592 с.
2. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. М.: Связь. 1969. 156 с.
3. Rino C.L. The theory of scintillation with applications in remote sensing. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey. 2011. 244 p.
4. Ionospheric propagation data and prediction methods required for the design of satellite services and systems. Recommendation ITU-R P.531-11. Electronic Publication. Geneva. 2012. 24 p.
5. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Вероятностные характеристики обнаружения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62. № 9. С. 866−874.
6. Кутуза Б.Г., Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Комбинированный метод, который устраняет влияние ионосферы при обработке сигналов бортовых радиолокаторов Р-диапазона с синтезированной апертурой // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 9. С. 889−895.
7. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Лукин Д.С. Распространение частотно-модулированного излучения электромагнитных волн в ионосфере Земли с учетом поглощения и внешнего магнитного поля // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 1. С. 3−14.
8. Иванов Д.В., Иванов В.А., Михеева Н.Н., Рябова Н.В., Рябова М.И. Распространение коротковолновых сигналов с расширенным спектром в среде с нелинейной дисперсией // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 11. С. 1167−1177.
9. Crane R.K. Ionospheric Scintillation // Proceeding of IEEE. 1977. V. 2. P. 180−199.
10. Назаров Л.Е., Антонов Д.В., Батанов В.В., Зудилин А.С., Смирнов В.М. Модели сцинтилляции сигналов при распространении по ионосферным спутниковым радиолиниям // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2019. Т. 11. № 1. С. 57−64.
11. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Вероятностные характеристики приема сигналов с замиранием при распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям // Физические основы приборостроения. 2020. Т. 9. № 4(38). С. 18−23.
12. Zernov N.N., Gherm V.E. Strong scintillation of GNSS signals in the inhomogeneous ionosphere: 1. Theoretical background // Radio Science. 2015. V. 50. № 2. P. 153−167.
13. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Оценивание вероятностных характеристик приема сигналов с использованием моделей замираний при распространении по трансионосферным линиям // Журнал радиоэлектроники. 2020. № 11. DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.7.
14. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильямс». 2003. 1104 c.
15. Priyadarshi S. Review of Ionospheric Scintillation Models // Surveys in Geophysics. 2015. V. 36. № 2. P. 295−324.
16. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П. и др. Распространение радиоволн. М.: ЛЕНАНД. 2009. 496 с.
17. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Т. 2. Случайные поля. М.: Наука. 1978. 464 c.
18. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 1-я. М.: Советское радио. 1969. 752 с.