Поскольку излучение Солнца оказывает основное влияние на ионосферу, солнечные индексы, включая солнечный поток, индекс А, индекс Ар, индекс К и индекс Кр, важны для прогнозирования состояния ионосферы и распространения ионосферного ВЧ-радиосигнала.
По мере распространения электромагнитных волн, а в данном случае радиосигналов, они взаимодействуют с объектами и средами, в которых они распространяются. При этом радиосигналы могут отражаться, преломляться или дифрагировать. Эти взаимодействия заставляют радиосигналы менять направление и достигать областей, которые были бы невозможны, если бы радиосигналы распространялись по прямой линии.
Известно, что ионосферное распространение радиоволн изменчиво. Однако для многих приложений необходимо прогнозирование распространения радиоволн. Например, для радиовещания, а также для пользователей линий двусторонней радиосвязи, использующих ВЧ-диапазоны, а также для мобильной радиосвязи, морской радиосвязи и многих других пользователей двухточечной радиосвязи, знание схем распространения, которые будут востребованы существование в определенное время почти необходимы. Таким образом, пользователи радиосвязи, которым требуется распространение через ионосферу, могут выбрать наилучшее время и частоту для установления радиосвязи.
Изображение предоставлено НАСА
Прогноз распространения радиоволн
Существует множество индикаторов, позволяющих прогнозировать условия распространения ВЧ-радиосигналов. Однако именно показатели уровня солнечной радиации и геомагнитной активности дают наилучшее представление о возможном состоянии условий распространения радиосвязи через ионосферу. Основными солнечными индексами являются солнечный поток и геомагнитные индексы, известные как индексы А и К. Используя их, можно вручную определить, какими могут быть условия. Однако существует несколько доступных пакетов программного обеспечения для прогнозирования распространения радиоволн. Они учитывают различные индексы, а также положение на земном шаре, время суток, сезон и положение в цикле солнечных пятен.
Солнечный поток
Один из основных показателей солнечной активности, используемых для прогнозирования распространения радиоволн, известен как солнечный поток, и он оказывает большое влияние на условия распространения радиосвязи. Он показывает уровень радиации, получаемой от Солнца. Этот солнечный индекс измеряется путем определения уровня радиошума, излучаемого на частоте 2800 МГц (10,7 см/с). Индекс указывается в единицах солнечного потока (SFU). SFU имеет единицы 10 -22 Вт на метр 2 на Гц. Уровень солнечной радиации варьируется по всему земному шару. Даже если были применены поправочные коэффициенты, нелегко получить ряд цифр, состоящих из цифр. Чтобы преодолеть это, за стандарт берутся показания Пентиктонской радиообсерватории в Британской Колумбии, Канада. Таким образом, эти цифры представляют большой интерес для прогнозирования ионосферного распространения радиоволн.
Уровень ионизирующего излучения, получаемого от Солнца, приблизительно пропорционален солнечному потоку. Существует скорее статистическая зависимость, чем прямая, поскольку уровень радиошума, принимаемого на частоте 2800 МГц, примерно в миллион раз меньше по интенсивности, чем излучение, создающее ионизацию в ионосфере. Однако солнечный поток обеспечивает хорошее приближение первого порядка, особенно для области F, которая отвечает за распространение ионосферной радиосвязи на большие расстояния. Наилучшая корреляция наблюдается с уровнями сглаженного числа солнечных пятен (SSN). Можно связать ежедневное количество солнечных пятен с солнечным потоком. Доступен ряд уравнений, но приведенное ниже является простым и достаточно точным для большинства целей:
Несколько более точное, хотя и более сложное уравнение показывает, что связь между двумя значениями не является полностью линейной.
Значения солнечного потока варьируются в широком диапазоне. В самом низком уровне (обычно в периоды минимума солнечных пятен) они могут составлять всего 50, но поднимаются до максимальных значений около 300 (во время максимума солнечных пятен).
Поскольку значения солнечного потока указывают на уровень ионизации в ионосфере. В свою очередь, это дает представление о том, какой может быть максимальная используемая частота (MUF) для радиосвязи. Низкие значения солнечного потока указывают на то, что значения МПЧ могут быть низкими. Высокие значения солнечного потока указывают на то, что МПЧ может быть выше. Следует помнить, что должно быть несколько последовательных дней устойчивого высокого солнечного излучения при отсутствии солнечных возмущений для высоких МПЧ для радиосвязи КВ-диапазона.
Геомагнитные индексы
Помимо солнечного потока, еще одним важным фактором, влияющим на ионосферу и, следовательно, на предсказание распространения радиоволн, является уровень геомагнитной активности. Хотя геомагнитная активность является мерой состояния магнитного поля Земли, на него, в свою очередь, влияет Солнце.
Для обозначения состояния геомагнитной активности используются два индекса, которые связаны друг с другом:
- индекс К;
- индекс.
Несмотря на различия, оба эти индекса указывают на серьезность магнитных флуктуаций и, следовательно, на уровень возмущения ионосферы.
K-индекс
Индекс K представляет собой трехчасовое измерение изменения магнитного поля Земли по сравнению с условиями «тихого дня». Измерение производится с помощью магнитометра. Это указывает на изменение магнитного потока в нанотеслах. Затем это показание преобразуется в индекс К. Зависимость является квазилогарифмической, то есть почти прямо пропорциональной в логарифмическом масштабе.
Индекс К измеряется во многих разных местах по всему миру. Магнитное поле меняется по всему земному шару, и, соответственно, на каждой станции измерения создается разное значение индекса К. Из-за того, что магнитное поле меняется по-разному по всему земному шару в зависимости от того, как воздействует магнитосфера, невозможно установить простую связь между одной станцией и глобальным K-индексом. Вместо этого отдельные K-индексы усредняются по всему миру, чтобы получить то, что называется Kp или планетарным K-индексом.
Индекс Кр
Планетарный или Kp-индекс имеет значения в диапазоне от 0 до 9. Значения kp-индекса дают хорошее представление о геомагнитной активности: значения от 0 до 1 указывают на тихие магнитные условия и практически не приводят к ухудшению качества радиосвязи в диапазоне ВЧ. условия. Значения индекса kp от 2 до 4 указывают на нестабильные магнитные условия, которые указывают на возможность некоторого ухудшения характеристик радиосвязи в диапазонах ВЧ. Значение 5 означает слабый шторм, а 6 — более сильный. Значения до 9 указывают на неуклонное ухудшение условий, при этом 9 соответствует сильному шторму, который, вероятно, приведет к отключению ВЧ-ионосферного распространения на несколько часов.
Индекс
Индекс А является линейной мерой поля Земли. В результате этого его значения распространяются на гораздо более широкий диапазон. Он получается из индекса K путем его масштабирования для получения линейного значения, которое называется индексом «а». Затем он усредняется за период дня, чтобы получить индекс А. Как и индекс K, значения усредняются по всему миру, чтобы получить планетарный индекс Ap. Значения индекса А колеблются до 100 во время бури и могут достигать 400 во время сильной геомагнитной бури.
Отношение индекса и индекса Kp
Хотя индекс А и индекс К являются разными значениями, эти индексы можно связать вместе. Краткое изложение этих отношений приведено в таблице ниже.
СВЯЗЬ МЕЖДУ ИНДЕКСОМ KP И ИНДЕКСОМ
| АР-ИНДЕКС | ИНДЕКС КР | ОПИСАНИЕ |
|---|---|---|
| 0 | 0 | Тихо |
| 4 | 1 | Тихо |
| 7 | 2 | Неустроенный |
| 15 | 3 | Неустроенный |
| 27 | 4 | Активный |
| 48 | 5 | Небольшой шторм |
| 80 | 6 | Сильный шторм |
| 132 | 7 | Сильный шторм |
| 208 | 8 | Очень сильный шторм |
| 400 | 9 | Очень сильный шторм |
Геомагнитные и ионосферные бури очень тесно связаны между собой. Однако это отдельные эффекты. Геомагнитные бури связаны с возмущениями магнитного поля Земли, а ионосферные бури связаны с возмущениями ионосферы. Однако установлено, что геомагнитные бури часто приводят к ионосферным, но не всегда.
Интерпретация фигур
Самый простой способ использовать эти цифры для прогнозирования распространения радиоволн — ввести их в программу прогнозирования распространения радиоволн. Это позволит наиболее точно предсказать, что может произойти. Эти программы будут учитывать такие факторы, как пути прохождения сигналов, потому что некоторые из них пересекают полюса, и на них гораздо больше повлияют штормы, чем на экваторе.
Однако все же можно получить хорошее представление о том, что означают цифры с точки зрения распространения радиоволн для всех форм радиосвязи, использующих ионосферное распространение, просто оценивая их в уме. Очевидно, что для хорошего распространения радиосвязи необходимы высокие уровни солнечного потока. Как правило, чем выше поток, тем лучше условия. Однако уровни необходимо поддерживать в течение нескольких дней. Таким образом будет нарастать общий уровень ионизации в слое F2. Обычно значения 150 и более обеспечивают хорошие условия распространения ВЧ, хотя уровни 200 и более гарантируют, что они находятся на пике. Таким образом, максимально используемые частоты возрастут, что обеспечит хорошие условия для радиосвязи в диапазоне ВЧ. Уровень геомагнитной активности оказывает негативное влияние, снижая максимально используемые частоты. Чем выше уровень активности и, следовательно, чем выше индексы Ар и Кр, тем больше депрессия МПЧ. Фактическая величина депрессии будет зависеть не только от силы шторма, но и от его продолжительности.
Понимание солнечных индексов очень помогает при использовании ВЧ-радиосвязи, будь то двусторонняя радиосвязь, мобильная радиосвязь, радиовещание или любая форма двухточечной радиосвязи с использованием ионосферного или ВЧ-излучения. Это помогает прогнозировать распространение радиоволн и позволяет быстро оценить возможность нарушения связи. Кроме того, общее понимание позволяет быстро замечать и исправлять любые ошибки при вводе данных в программы. Таким образом, это позволяет наилучшим образом использовать оборудование радиосвязи и получать наиболее надежную связь.