Ученые придумали новый способ расчета распространения радиоволн

Исследователи из Калининграда совместно с коллегами из Иркутска, Ростова-на-Дону и Исландии разработали новый способ нахождения наилучшей траектории для построения 3D-моделей распространения коротких волн. Метод уже применили к расчету траекторий ионосферных радиолучей — радиоволн в заряженном слое атмосферы Земли. Статья опубликована в IEEE Transactions on Antennas and Propagation.

«Разработанный метод и созданный комплекс программ могут стать эффективным инструментом в моделировании поиска радиоволн, направленных от излучателя к приемнику, с поверхности Земли, ракет или космических аппаратов. Метод возможно применять для оптических исследований, при решении задач радиосвязи и навигации спутниковых систем, а также для расчета сейсмических и океанических волн», – отмечает один из исследоваталелей, младший научный сотрудник Калининградского филиала Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н. В. Пушкова РАН Игорь Носиков.

Ионосфера — часть атмосферы на высотах 50–300 километров, где много ионизированных частиц: электроны отрываются от молекул и атомов под действием ультрафиолета, рентгеновских лучей и прилетающих от Солнца протонов. На нее постоянно влияют радиация Солнца, возмущения магнитного поля Земли и атмосферные процессы, что приводит к изменениям в ионосфере и формированию разных по размеру неоднородностей. Наиболее ярко это может проявиться, например, во время северных сияний или потеплений стратосферы над Арктикой.

Для мониторинга ионосферы и связи на больших расстояниях используют высокочастотные радиоволны и компьютерные модели для их расчета. Именно их распространение в ионосфере становится определяющим фактором при выборе характеристик приемо-передающих устройств: радиочастот, параметров антенны и прочего. Проблема расчета радиолучей в аналитически заданной ионосфере — не настолько сложная вычислительная задача, однако на пути распространения радиоволны могут встретиться непредвиденные препятствия, например те же неоднородности. Таким образом, проблема отслеживания траекторий радиолучей возникает, когда необходимо найти соответствующие пути радиосвязи между передатчиком и приемником в трехмерно-неоднородной ионосфере.

«Фундаментальное значение разработки нашего метода мы связываем с теоретическими аспектами распространения электромагнитных волн в неоднородных средах. Большую роль он должен сыграть в интерпретации данных вертикального и наклонного зондирования ионосферы, — считает старший научный сотрудник КФ ИЗИМРАН Максим Клименко. — На данный момент одним из средств проверки разрабатываемых теорий и важнейшим прикладным инструментом является численное моделирование, то есть создание математической модели».

Поддержанные грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда исследователи поставили задачу совершенствовать и искать новые эффективные способы численного моделирования того, как распространяются радиоволны. Разработанный метод отличается от более ранних подходов строгой фиксацией положений передатчика и приемника, а также возможностью избирательно определять разные типы радиолучей.

Последнее позволило создать эффективный метод глобального нахождения траекторий лучей, где они идентифицируются один за другим. В качестве способа решения выступает алгоритм прямой оптимизации, и не требуется работа со сложными вариационными и бихарактеристическими уравнениями. Для различных типов лучей применяют разные способы вычислений, поэтому удается отделить их друг от друга. Это упрощает задачу поиска конкретной радиоволны среди множества остальных.

Материал подготовлен при поддержке Фонда президентских грантов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.