З.Ф. Шайдулин1, И.В. Демичев2, Д.А. Лукичёв3, В.А. Огнев4

1−4Военный университет радиоэлектроники (г. Череповец, Россия)

Постановка проблемы. Определение параметра положения «дальность» в теории однопозиционного определения местоположения (ОМП) источников радиоизлучений (ИРИ) диапазона высоких частот (ВЧ) неразрывно связано с описанием траектории распространения радиоволны (РРВ) в ионосфере. Традиционным является лучевое представление, при котором луч в каждой точке пространства совпадает с вектором, определяющим направление распространения волны и перпендикулярным к поверхности постоянной фазы электромагнитной волны (ЭМВ). Оценить аналитически траекторию РРВ таким образом довольно легко за счет траекторных расчетов Смита, базирующихся на теореме об эквивалентном пути волны в ионосфере. Эквивалентная траектория позволяет определить углы падения волны на ионосферу, углы возвышения и прихода по известным значениям действующих высот. Однако такой подход справедлив для изотропной среды. Кроме того, результаты эксперимента по восстановлению высотного профиля концентрации электронов указывают на то, что средний модуль абсолютной ошибки определения действующей высоты отражения различными методами ведет к неудовлетворительным показателям точности оценивания дальности до ИРИ.

Цель статьи. Предложить метод восстановления траектории РРВ в трехмерно-неоднородной анизотропной ионосфере с учетом пространственно-поляризационных параметров источника для систем однопозиционного ОМП ИРИ ВЧ‑диапазона.

Результаты. На основе моделей произвольно поляризованной ЭМВ, плоскослоистой и анизотропной среды распространения с использованием алгебры кватернионов разработан метод восстановления траектории РРВ, позволяющий определить пространственно-поляризационные параметры принятой радиоволны ВЧ-диапазона на всем этапе ионосферного распространения. Для качественной оценки работоспособности метода проведено имитационное моделирование точности оценивания траектории РРВ при различных углах места и состояниях ионосферы. По результатам моделирования определены: зависимость точности оценивания траектории РРВ от дальности до ИРИ для различных значений среднеквадратической ошибки измерения высоты отражения; выигрыш в точности определения дальности до ИРИ, предоставляемый разработанным методом в сравнении с традиционным; требования к входным данным метода для достижения оптимальных значений в точности оценивания траектории ИРИ.

Практическая значимость. За счет принципиально нового подхода к измерению параметров электромагнитного поля в трехмерно-неоднородной анизотропной среде, основанного на совместном представлении пространственно-временных зависимостей изменения параметров поляризации радиоволны в гиперкомплексном пространстве, разработан метод восстановления траектории РРВ в ионосфере, реализация которого дает возможность потенциально повысить точность ОМП ИРИ ВЧ‑диапазона.

Шайдулин З.Ф., Демичев И.В., Лукичёв Д.А., Огнев В.А. Восстановление траектории распространения радиоволны в трехмерно-неоднородной анизотропной ионосфере с учетом пространственно-поляризационных параметров // Электромагнитные волны и электронные системы. 2022. Т. 27. № 2. С. 12−18. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202202-02

1. Альперт Я.Л. Распространение ЭМВ и ионосфера. М.: Наука. 1972. 564 с.
2. Брюнелли Б.Е., Негмаладзе А.А. Физика ионосферы. М.: Наука. 1988. 528 с.
3. Жеребцов Г.А., Медведев А.В., Бернгардт О.И. [и др.]. Радиофизический кластер инструментов национального гелиогеофизического комплекса РАН: задачи и текущее состояние // Труды 26 Всерос. открытой научной конф. «Распространение радиоволн». Казань. 1−6 июля 2019. Институт радиотехники и электроники РАН. Казань: 2019. Т. 1. С. 12−19.
4. Демичев И.В., Огнев В.А. Концептуальный подход к построению системы однопозиционного определения местоположения источников радиоизлучения высокочастотного диапазона с учетом пространственно-поляризационных параметров ионосферных радиоволн // Электромагнитные волны и электронные системы. 2019. Т. 24. № 8. С. 5−14.
5. Демичев И.В., Шмаков Н.П., Иванов А.В. Пространственно-поляризационная обработка радиосигналов в гиперкомплексном пространстве // Наукоемкие технологии. 2018. № 10. С. 25−29.
6. Демичев И.В., Толстов А.П., Огнев В.А. Модель распространения электромагнитной волны в ионосфере на основе алгебры кватернионов // Научная мысль (Череповец: ЧВВИУРЭ). 2019. Т. 8. № 2 (32). С. 84−88.