Д.В. Иванов1, В.А. Иванов2, М.И. Рябова3, В.В. Овчинников4

1-4 Поволжский государственный технологический университет (г. Йошкар-Ола, Россия)

1 IvanovDV@volgatech.net; 2 IvanovVA@volgatech.net; 3 RyabovaMI@volgatech.net; 4 OvchinnikovVV@volgatech.net

Постановка проблемы. Различные виды дисперсии приводят к искажениям широкополосных волновых пакетов, препятствуя получению дополнительных преимуществ для радиотехнических систем дальней радиосвязи и загоризонтной радиолокации. Это и обуславливает актуальность исследований, проведенных в данной работе.

Цель. Представить подход и предложить модели для описания явлений внутримодовой изменчивой ионосферной дисперсии в задачах анализа искажений радиосигналов в ионосферной плазме.

Результаты. Развит подход, основанный на комплексировании физической и канальной моделей распространения в ионосфере широкополосных волновых пакетов, описывающих возможности анализа видов внутримодовой дисперсии и возможности создания методов ее преодоления. В рамках представленных моделей дано научное обоснование проблемы расширения полосы частот сигналов, используемых в радиотехнических системах КВ-диапазона. Проведен анализ действия внутримодовой дисперсии на структурную функцию импульсной характеристики (ИХ) канала, в том числе, эффекта чирпирования ИХ диспергирующего ионосферного канала. Расчетным путем установлено, что скорость чирпа ИХ увеличивается при увеличении протяженности трассы (геометрический фактор) и уменьшается при увеличении рабочей частоты канала. Показано, что удлинение чирплетов ИХ из-за внутримодовой дисперсии приводит к потерям импульсной мощности, которые для NVIS-трасс и полосы канала 1 МГц достигают 13-20 дБ. Установлен эффект уменьшения потерь в области смены вида дисперсии.

Практическая значимость. Полученные с помощью предложенного подхода результаты численного анализа и исследования механизмов возбуждения в ионосферной плазме нормальной и аномальной внутримодовой дисперсии позволяют выявить негативные особенности их воздействия на структурную функцию ИХ канала, которые необходимо учитывать при проектировании перспективных систем широкополосной ионосферной КВ-связи.

Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова М.И., Овчинников В.В. Эффекты дисперсии в ионосферных радиоканалах. Ч. 1. Модели распространения волновых пакетов в диспергирующих ионосферных каналах // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 8. С. 111−126. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202408-11

1. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекция их дисперсионных искажений. Монография. Йошкар-Ола: МарГТУ. 2006. 268 с.
2.  Ivanov V.A., Ivanov D.V., Ryabova N.V., Ryabova M.I., Chernov A.A., Ovchinnikov V.V. Studying the parameters of frequen-
   cy dispersion for radio links of different length using software‐defined radio based sounding system // Radio Science. 2019. V. 54. P. 34–43. DOI: 10.1029/2018RS006636.
3. Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova N.V., Ryabova M.I., Ovchinnikov V.V., Skulkin N.M. Effect of material third-order frequency dispersion on pulse distortions in an optical fiber // Proc. SPIE. 11146. Optical Technologies for Telecommunications 2018. 1114602 (24 June 2019). DOI: 10.1117/12.2527418.
4. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Михалева Е.В., Растягаев Д.В. Математическое моделирование амплитудных, угловых и временных характеристик коротких радиоволн при слабонаклонном зондировании ионосферы // Радиотехника и электроника. 2023. Т. 68, № 6. С. 553–562.
5. Шайдулин З.Ф., Демичев И.В., Лукичев 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.
6. Рябова Н.В. Диагностика и имитационное моделирование помехоустойчивых декаметровых радиоканалов. Монография. Йошкар-Ола: МарГТУ. 2003. 291 с.
7. Коваль С.А., Пашинцев В.П., Скорик А.Д., Сальников Д.В., Михайлов Д.А. Оптимальная рабочая частота по критерию максимального интервала частотной корреляции замираний в однолучевой декаметровой радиолинии // Труды учебных заведений связи. 2022. Т. 8. № 2. С. 37–47.
8. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Овчинников В.В. Новые возможности систем широкополосной когнитивной связи, работающих в ионосферных КВ-радиоканалах с внутримодовой дисперсией // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 11. С. 162–177. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202211-2.
9. Кравцов А.Ю., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука. 1980. 304 с.
10. Лобов Е.М., Кандауров Н.А., Лобова Е.О. и др. Современные методы обработки широкополосных сигналов в условиях дисперсионных искажений в ионосфере Земли // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 12. С. 17–31. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202312-17.
11. Cannon P.S., Angling M.J., Lundborg B. Characterisation and Modelling of the HF Communications Channel // Review of Radio Science 1999–2002. Еdited by W.R. Stone. IEEE-Wiley. 2002. P. 597–623.
12. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Елсуков А.А. Активный и пассивный сенсоры для диагностики квазизенитных ионосферных каналов КВ-связи // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2023. Т. 26. № 4. С. 60–67.
13. Иванов Д.В., Рябова М.И. Подход к использованию широкополосных сигналов в радиотехнических системах КВ-диапазона с учётом влияния частотной дисперсии ионосферы // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2019. № 2(42). С. 6–21.
14. Фридман Л.Б., Синицын Е.А. Особенности когерентной обработки пачек радиолокационных сигналов в первичном радиолокаторе // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2021. № 3. С. 472–473.
15. Иванов Д.В., Иванов В.А., Рябова Н.В., Кислицын А.А. Обеспечение предельной широкополосности систем спутниковой радиосвязи в условиях внутримодовой дисперсии трансионосферных радиоканалов // Радиотехника и электроника. 2023.
    Т. 68, № 6. С. 571–578.
16. Иванов В.А., Иванов Д.В., Рябова Н.В. Зондирование ионосферы и декаметровых каналов связи сложными радиосигналами // Вестник МарГТУ. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2010. Т. 8. № 1. С. 3–37.
17. Горбунов Ю.Н., Акопян Г.Л. Пространственно-временная обработка сигналов в радиолокации и радиоэлектронном подавлении: ограничение возможностей // Журнал радиоэлектроники. 2019. № 6. DOI 10.30898/1684-1719.2019.6.15.
18. Бабанов Н.Ю., Дмитриев В.В., Замятина И.Н. О применении ЛЧМ-зондирующих сигналов в нелинейной радиолокации // Вестник НГИЭИ. 2018. № 3(82). С. 18–27.
19. Ипанов Р.Н., Комаров А.А. Применение зондирующих ФКМ-сигналов с нулевой зоной автокорреляции для улучшения качества измерений в РСА // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 1. DOI 10.30898/1684-1719.2024.1.11.
20. Sakhabutdinov A.Z., Anfinogentov V.I., Morozov O.G., Burdin V.A., Bourdine A.V., Kuznetsov A.A., Ivanov D.V., Ivanov V.A., Ryabova M.I., Ovchinnikov V.V. Numerical Method for Coupled Nonlinear Schrödinger Equations in Few-Mode Fiber. Fibers 2021. № 9. Р. 1. DOI: 10.3390/fib9010001.
21. Ivanov D., Ivanov V., Ryabova N., Ovchinnikov V. Studying the Effect of Chirping of the Impulse Response of an Ultra-wideband Ionospheric HF Channel under the Influence of Intramode Frequency Dispersion // 2022 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Arkhangelsk. Russian Federation. 2022. Р. 1-5. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO55067.2022.9840991.