Simulation of stochastic fluctuations of the field under transionospheric radio wave propagation

Abstract

Цель работы состоит в исследовании влияния флуктуаций электронной плотности ионосферы на трансионосферное распространение радиосигнала. Как известно, в первом приближении метода Рытова распределение уровня и фазы флуктуирующего сигнала имеет нормальный характер и подчиняется Гауссову закону. Принятие во внимание приближение теории Рытова второго порядка искажает характер плотности вероятностей распределения уровня поля, распределение становится отличным от нормального. В данной работе представлен расчёт третьего кумулянта распределения, величина которого характеризует отклонение функции распределения от Гауссовой формы, и исследован характер его зависимости от условий распространения и параметров среды. Программа симулятора, позволяющего генерировать стохастические реализации поля на поверхности Земли, модифицирована с учётом второго приближения теории Рытова, и с её использованием исследован характер распределения амплитуды поля синтезированного сигнала.

The purpose of this paper is to investigate the effect of fluctuations in the electron density of the ionosphere on the propagation of a radio signal. As is known, the first approximation of the Rytov method predicts that the distribution of the log-amplitude and phase of the fluctuating signal should be normal and obeys the Gaussian law. Taking account of the second order approximation of the Rytov theory distorts the character of the probability density function of fluctuations of log-amplitude of the field; the distribution becomes different from the normal one. In this paper, the calculation of the third cumulant is presented, which characterizes the deviation of the probability density function from the Gaussian, and the character of its dependence on the propagation and environmental parameters is investigated. The program code of the software simulator is modified taking account of the second order approximation of the Rytov theory, and the character of the amplitude distribution of the synthesized signal is investigated.