ИСТИНА

Тезисы , 27-30 июня 2006 г., Санкт-Петербург, с. 96. В докладе представлены результаты моделирования распространения сигналов спутников радионавигационной системы GPS по касательным трассам с учетом мелкомасштабной неоднородной структуры коэффициента преломления тропосферы и нижней стратосферы Земли. Актуальность исследования обусловлена широким применением радиозатменного метода [1] для исследования вертикальных профилей рефракции тропосферы и нижней стратосферы. Как тропосфера, так и нижняя стратосфера Земли характеризуется сложной неоднородной структурой поля коэффициента преломления, обусловленной целым рядом факторов, в том числе турбулентностью воздушных течений в атмосфере, неравномерным распределением водяного пара в атмосферном воздухе, орографическими возмущениями ветровых потоков и т.д. и т.п. Сделанные в различное время теоретические и экспериментальные оценки перечисленных возмущений регулярной атмосферы позволяют сделать вывод о наличии в тропосфере и нижней стратосфере широкого спектра неоднородностей с характерным пространственным масштабом сотни метров - единицы километров, что сравнимо с размером зоны Френеля для диапазона длин волн, используемых в системе GPS и подобных. Абсолютная величина значения возмущения регулярного показателя преломления, связанная с указанными неоднородностями, может достигать нескольких N-единиц, что составляет единицы процентов от характерных значений регулярного показателя преломления земной атмосферы. С появлением в последнее время мелкомасштабных наземных сетей приемников GPS были опубликованы первые реконструкции трехмерной структуры неоднородного распределения водяного пара в атмосфере [2]. Систематического исследования влияния мелкомасштабной структуры нижней атмосферы на характеристики распространения сигналов по касательным трассам до сих пор не проводилось. Методы теории переноса излучения также не позволяют получить простого решения для углового распределения интенсивности излучения в связи с пространственно-неоднородными статистическими характеристиками неоднородности коэффициента преломления и наличием регулярной рефракции. С другой стороны, элементарные оценки на основе малоуглового приближения теории переноса излучения дают значение оптической толщины неоднородной атмосферы вдоль касательной трассы порядка нескольких единиц, в то время как характерные углы рассеяния излучения могут оказаться сопоставимы с углами регулярной рефракции. Этот факт согласуется с хорошо известными трудностями наблюдения нижних слоев атмосферы радиозатменным методом в связи со значительными флуктуациями амплитуды и фазы сигнала, частично связанными также и с рассеянием сигналов на сложном рельефе поверхности Земли. По этим причинам, исследование вопроса в настоящее время является весьма актуальным. В докладе на основе большой совокупности ранее опубликованных данных построена модель неоднородного поля коэффициента преломления тропосферы и нижней стратосферы. Для построенной модели неоднородной среды решено параболическое уравнение дифракции в параксиальном приближении. Показано, что влияние мелкомасштабной неоднородности не описывается приближением геометрической оптики, и большую роль в распространении сигнала играют дифракционные эффекты. Флуктуации амплитуды сигнала за счет рассеяния в нижней атмосфере весьма значительны и сравнимы с флуктуациями, созданными ионосферой. В то же время, эти флуктуации не приводят к полному разрушению когерентной структуры сигнала на расстоянии орбиты типичного низкоорбитального спутника. Тем самым, остается открытым вопрос о влиянии рассеяния на рельефе поверхности, не затронутый в настоящей работе. Настоящая работа была частично поддержана грантами РФФИ 05-05-65145 и 06-05-64988.