О возможном механизме “эффекта саморассеяния” мощных ВЧ сигналов в ионосфере

Abstract

Предложено возможное объяснение “эффекта саморассеяния”, который был обнаружен в экспериментах по наблюдению излучения нагревного стенда EISCAT в трех сильно разнесенных в пространстве пунктах и заключался в синхронных вариациях уровней и доплеровских смещений частоты (ДСЧ) сигналов на всех приемных позициях. В частности, проведено численное моделирование с использованием данных радара некогерентного рассеяния EISCAT и показано, что девиации фазового пути на восходящем участке траектории распространения волны накачки могли играть определяющую роль в возникновении синхронных вариаций ДСЧ саморассеянных сигналов, наблюдавшихся в эксперименте. Кроме того, рассчитаны характеристики рассеяния ВЧ полей в ракурсном направлении с учетом регулярной рефракции в ионосфере и рассмотрено условие запитки межслоевого ионосферного волновода в заданном направлении ракурсно-рассеянными сигналами. Расчеты выполнены методом геометрической оптики в борновском приближении для анизотропной степенной модели спектра случайных неоднородностей верхней ионосферы. Показано, что рассмотренный механизм обеспечивает практически одинаковые характеристики рассеяния сигналов в направлении всех трех приемных пунктов.

Запропоновано можливе пояснення “ефекту саморозсіювання”, що був виявлений в експериментах зі спостереження за випромінюванням нагрівного стенда EІSCAT у трьох сильно рознесених у просторі пунктах і полягав у синхронних варіаціях рівнів та допплерівських зсувів частоти (ДЗЧ) сигналів на всіх приймальних позиціях. Зокрема, виконано чисельне моделювання з використанням даних радара некогерентного розсіювання EІSCAT та показано, що девіації фазового шляху на висхідній ділянці траєкторії поширення хвилі накачки могли відігравати визначальну роль у виникненні синхронних варіацій ДЗЧ саморозсіяних сигналів, що спостерігалися в експерименті. Крім того, розраховано характеристики розсіювання ВЧ полів у ракурсному напрямку з урахуванням регулярної рефракції в іоносфері та розглянуто умови збудження міжшарового іоносферного хвилеводу в заданому напрямку ракурсно-розсіяними сигналами. Розрахунки виконано методом геометричної оптики у борнівському наближенні для анізотропної степеневої моделі спектру випадкових неоднорідностей верхньої іоносфери. Показано, що розглянутий механізм забезпечує практично однакові характеристики розсіювання сигналів у напрямку всіх трьох приймальних пунктів.

The paper suggests a possible explanation to the “self-scattering effect” which has been revealed in the experiments on monitoring the EISCAT heater emissions at three greatly dispersed sites and consisted in synchronous variations in the signal amplitudes and Doppler frequency shifts as observed at all the receiving positions. In particular, numerical simulations have been performed with the use of data from the EISCAT incoherent scatter radar which results show that phase path deviations at the upgoing segment of the pump wave trajectory might play the determinative role in producing synchronous variations in the Doppler frequency shifts of the self-scattered signals observed in the experiments. In addition, the characteristics of HF fields scattered in aspect-sensitive directions are determined with allowance for the regular refraction effects in the ionosphere, and a condition for excitation of the ionospheric interlayer duct channel by HF signals aspect-sensitive scattered in a given direction is analyzed. The geometrical optics calculations are made within the Born approximation for an anisotropic power-law model spectrum of random irregularities of the upper ionosphere. It is shown that the suggested mechanism could provide practically identical HF signal scattering characteristics toward all the three receiving sites.