СПОСОБ КВАЗИТРАНСАВРОРАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ В ДКМВ-ДИАПАЗОНЕ
METHOD FOR QUASI-TRANSAURORAL RADIO COMMUNICATION IN SHORT WAVE RANGE

Изобретение относится к области техники радиосвязи, а более конкретно - радиосвязи с использованием пассивных ретрансляторов, и может быть использовано для связи в ДКМВ диапазоне в высоких широтах.
Известен способ связи ДКМВ диапазоне с использованием пространственной (ионосферной) радиоволны, распространяющейся между передатчиком и приемником по кратчайшему расстоянию - дуге большого круга (А.И. Калинин, Е.Л. Черенкова. Распространение радиоволн и работа радиолиний. - М.: Связь, 1971, 482 с.). Качество связи при этом зависит от состояния ионосферы вблизи точек отражения радиоволны, которое, в свою очередь зависит от многих факторов, к важнейшим из которых относится освещенность ионосферы солнцем, а в высоких широтах (авроральной зоне) от аномального поглощения радиоволн. (Мизун Ю.Г. Распространение радиоволн в высоких широтах. - М.: Радио и связь, 1986, стр.18). Для обеспечения связи в эти часы обычно используют другие виды связи, что не всегда технически или экономически целесообразно, а для Арктики и возможно. Поэтому поиск способов расширения времени устойчивой связи в ДКМВ диапазоне в высоких широтах является актуальным.
Одной из возможностей расширения времени радиосвязи является использование естественных пассивных ретрансляторов, в роли которых может использоваться рассеяние сигналов неровностями земной поверхности в стороне от дуги большого круга (Патент РФ №2273095, опубл. 27.03.06). Известный способ эффективен при наличии подходящих особенностей окружающего земного рельефа, что не может быть использовано при организации радиолиний определенных направлений.
В качестве прототипа выбран способ трансэкваториальной радиосвязи в ДКМВ диапазоне (Патент РФ №2323524, опубл. 27.04.08). В известном способе используют пассивный ионосферный ретранслятор, для чего передаваемый радиосигнал излучают в направлении области интенсивного рассеяния сигнала ионосферными неоднородностями экваториальной зоны, несовпадающим с направлением на корреспондента, а приемную антенну ориентируют на ту же область для его приема. Недостатком известного способа является постоянное отслеживание азимутов излучения и приема, так как, вследствие суточного вращения Земли направление на область рассеяния будет постоянно меняться.
Изобретение направлено на увеличение времени связи в ДКМВ диапазоне на высокоширотных радиотрассах за счет использования аномального механизма распространения сигналов.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе квазитрансавроральной радиосвязи в ДКМВ диапазоне, включающем ионосферное распространение радиоволн между передатчиком и приемником, с использованием пассивного ретранслятора, в качестве последнего используют неоднородности высокоширотной возмущенной ионосферы, вытянутые вдоль магнитного поля Земли, как замедляющую структуру. Для этого передаваемый радиосигнал излучают в направлении приема с областями ионосферных возмущений трассы распространения на частотах, не превышающих плазменную частоту неоднородностей ионосферы, причем при приеме излучаемого сигнала приемную антенну ориентируют под углом к направлению силовых линий геомагнитного поля Земли.
Отличительными признаками заявляемого способа является то, что для связи используют авроральные неоднородности, расположенные на высотах 100-140 километров, вытянутые вдоль магнитных линий Земли почти вертикально. Имея форму четко ограниченной по дальности цели в слое толщиной больше 15 километров, при классическом использовании, они дают дискретные радиоотражения в обратном направлении. (Мизун Ю.Г. Распространение радиоволн в высоких широтах. - М.: Радио и связь, 1986, стр.31-33). В заявляемом способе для связи используют вертикально вытянутую неоднородность электронной концентрации как антенну бегущей волны со свойственной ей пространственной диаграммой направленности в виде разности телесных углов наружного кругового конуса и внутреннего кругового конуса провала, обращенных основаниями к поверхности земли, осью которых является направление геомагнитной линии. Вертикальные углы приема, находящиеся в зоне между конусом провалом и наружным круговым конусом, будут отклоняться от зенита в зависимости от рабочей частоты, вертикальной протяженности неоднородности и ее электронной концентрации.
О возможности изменения направления рассеяния радиоволн с векторами падающей и рассеянной волн с малыми ракурсными углами, когда при рассеянии назад (в заднюю полусферу с углом рассеяния больше 90 градусов) и при рассеянии вперед (в переднюю полусферу с углом рассеяния меньше 90 градусов) при отражении от аномальных авроральных неоднородностей с горизонтальной протяженностью известно давно. (М.В. Успенский, Ю.Л. Свердлов. Авроральное ионосферное рассеяние УКВ вперед. В кн. Высокоширотные геофизические явления. Л., «Наука», 1974, стр.312-327). Характерной особенностью является их проявление в периоды поглощения ДКМВ при стационарном ионосферном прохождении, с полной потерей радиосвязи в высоких широтах. Сведения использования авроральных неоднородностей повышенной электронной концентрации, вытянутых вдоль геомагнитных линий после точек поворота для радиосвязи неизвестны, хотя можно предположить, что в практике радиосвязи он зачастую проявлялся неосознанно, когда на высокоширотных трассах при использовании на приеме антенн зенитного излучения удавалось обеспечивать односторонний радиоприем в точках, расположенных в авроральной зоне.
Существование авроральных неоднородностей повышенной электронной концентрации, вытянутых вдоль геомагнитных линий сомнений не вызывает, так как подтверждается при использовании радиолокационных установок. Для получения возможности передачи информации с использованием авроральных неоднородностей повышенной электронной концентрации, вытянутых вдоль геомагнитных линий, на нисходящем участке траектории необходимо использовать частоту, не превышающую максимально применимую частоту и плазменную частоту неоднородностей ионосферы. В случае такого использования плоская волна от передатчика, падающая на неоднородность создает в ней поле собственных плазменных колебаний. Вдоль осей авроральных неоднородностей повышенной электронной концентрации, вытянутых вдоль геомагнитных линий, направленных к поверхности земли, за счет колебаний образуется бегущая волна, как в прямом так и в обратном направлениях. Известно, что ориентированная бегущая волна тока создает электромагнитное излучение с углом относительно оси тока в зависимости от протяженности токового участка к длине волны. Поэтому диаграммы направленности, переизлученной неоднородностями волны, будут иметь по оси вытянутых вдоль геомагнитных линий неоднородностей, конический раскрыв с провалом. В некоторой степени, поэтому появляются ракурсные углы при рассеянии вперед и назад от аномальных авроральных неоднородностей с горизонтальной протяженностью.
Способ осуществляется следующим образом.
На основании известных расчетов определяют максимально применимую частоту трассы ионосферной радиосвязи и проверяют возможность увеличения времени связи за счет использования способа квазитрансавроральной радиосвязи расчетом возможных собственных колебаний вытянутых авроральных неоднородностей повышенной электронной концентрации изложенных в (А.А. Веденов, Н.А. Горохов, А.И. Рогашкова, В.Р. Чечеткин. Механизм взаимодействия радиоволн и частиц в ионосфере. В кн. Влияние мощного радиоизлучения на ионосферу. Изд. АН СССР, Кольский Филиал АН СССР, Апатиты, 1979, стр.105-114). Передающая антенна ориентируется на место нахождения приемной станции, расположенной в авроральной зоне. Приемная антенна для реализации предлагаемого способа, кроме ориентации на передающую станцию, должна иметь возможность приема зенитных радиоволн, чему полностью соответствуют широко используемые горизонтальные диполи и антенны типа ВГД и ВГДШ. При обеспечении связи в высоких широтах, в периоды ионосферных возмущений, с пропаданием ионосферной радиосвязи, при выборе расчетной для реализации предлагаемого способа рабочей частоты и использовании на приеме зенитной антенны, с возможностью приема в диапазоне вертикальных углов от 2-5 до 85-88 градусов, время связи будет увеличиваться на время реализации способа квазитрансавроральной радиосвязи в ДКМВ диапазоне.