Деполяризация электромагнитного поля при рассеянии на трехмерной крупномасштабной неоднородности нижней ионосферы

Работа посвящена развитию численно-аналитического метода решения трёхмерных задач теории распространения радиоволн на примере векторной трёхмерной задачи о поле вертикального электрического диполя в плоском волноводе Земля-ионосфера с локальной крупномасштабной неоднородностью отрицательных характеристик на анизотропной ионосферной стенке такого волновода. Компоненты полей на граничных поверхностях подчиняются условиям Леонтовича. Задача сводится к системе двумерных интегральных уравнений, учитывающих перевозбуждение и деполяризацию поля, рассеянного на неоднородности. Путём асимптотического по параметру kr» 1 интегрирования по поперечной к трассе распространения координате, где r - расстояние от приёмника или источника до ближайшей точки неоднородной области, k=2π/λ, λ -- длина радиоволны, эта система преобразуется к системе одномерных интегральных уравнений. Контуром интегрирования в последних является геометрический контур неоднородности. Система решается численно в диагональном приближении методом, сочетающим прямое обращение интегрального оператора типа Вольтерра и последовательные приближения. Предлагаемый метод позволяет уменьшить требуемое для решения задачи машинное время и пригоден для исследования как мелкомасштабных, так и крупномасштабных неоднородностей. Получены ранее неизвестные оценки величин компонентов поля, не возбуждаемых рассматриваемым источником, а возникающих только за счёт рассеяния поля на модельной трёхмерной ионосферной неоднородности.

This paper develops analytical and numerical methods for the solution of three-dimensional problems of radio wave propagation. We consider three-dimensional vector problem on electromagnetic field of vertical electric dipole in planar Earth-ionosphere waveguide with local large-scale irregularity of negative characteristics on its anisotropic ionospheric boundary. The field components on the boundary surfaces obey the Leontovich boundary conditions. The problem is reduced to the system of two-dimensional integral equations taking into account re-excitation and depolarization of the field scattered from the irregularity. Using the asymptotic (with respect to the parameter kr» 1, where r is the distance from the source or receiver to the nearest point of the irregularity, k=2π/λ, and λ is the radio wavelength) integration over the direction perpendicular to the ray path, we transform this system to one-dimensional integral equations in which the integration contours comprise the geometrical contour of the irregularity. The system is solved numerically in the diagonal approximation, which combines direct inversion of the Volterra integral operator and subsequent iterations. The proposed numerical algorithm reduces the computer time necessary to solve the problem. It is thus applicable to studying both small- and large-scale irregularities. We obtain novel estimates for the filed components that do not excited by the considered source and originate only due to scattering from the sample three-dimensional ionospheric irregularity.