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Revista de Matemática Teoría y Aplicaciones

Print version ISSN 1409-2433

Rev. Mat vol.20 n.1 San José Jan. 2013

 

Simulation of decametric wave propagation in the ionospheric plasma

Simulación de propagación decamétrica de ondas en el plasma ionosférico

Kseniya S. Kiryanova*+, Andrey S. Kryukovsky*, Dmitriy  S. Lukin+

*Dirección para correspondencia

Abstract

The decametric radiowaves propagation in the ionospheric plasma was considered.  Bicharacteristic system of equations was used in the modeling  ray structures.  This  system, which allows finding the ray paths with  great precision,  was obtained  by D.S. Lukin.   Models of the ionosphere  with horizontal gradients were used  in the calculations; local inhomogeneities, such as reduced  electron density in the maximum  layer and  increased  electron density below the maximum layer,  were taken into account.  The  features of shortwave propagation,  such as getting  a wave of interlayer  channel,  distribution  and out of it, reflection of waves from different ionospheric  layers  were explored.  Was  shown that the rays can be ejected from the field of distribution and  curled  when hit in the inhomogeneity of the ionosphere.  The  formation of caustic surfaces  and  its dynamics  were studied.  The  radiowaves  propagation in the Earth’s ionosphere was studied.   This  ionosphere  profiles were restored  the scientific  group led by Professor V.E. Kunitsyn by radiotomography method based on real observations.  Ray structures in the area of “equatorial anomaly” were built.  The  models,  both including  and  excluding  the effect of Earth’s magnetic field and  the influence of the equatorial anomaly were considered.  Ray structures at the different positions of the radiation source, as well as different operating frequency,  were investigated.  Dynamic  model of the ray’s propagation was developed.

Keywords: Decameter radiowaves,  the bicharacteristic system, ionospheric plasma, the equatorial anomaly,  ray structures.

Resumen

Se considera  la  propagación de  radioondas  decamétricas en  el plasma  ionosférico. Se usa un sistema bicaracterístico de ecuaciones para  modelar  las estructuras radiales.  Este sistema, que permite encontrar los caminos radiales con gran precisión, fueobtenido por D.S. Lukin.  En los cálculos se usaron  modelos de la ionosfera con gradientes horizontales; se tomaron en cuenta inhomogeneidades locales, tales como densidad  reducida  de electrones en la capa máxima y dendidad  aumentada de electrones ba jo la capa máxima.  Se exploraron características de la propagación de las ondas cortas.  Se muestra que los rayos  pueden  ser expulsados  del campo  de distribución  y hacer un  bucle  cuando  chocan  con la inhomogeneidad dela  ionosfera.   Se estudia la formación de superficies cáusticas y su dinámica.  También se estudia la propagación de radioondas en la ionosfera de la Tierra. Los perfiles de esta ionosfera fueron  dados  al grupo liderado  por el Profesor  V.E.  Kunitsyn por  medio  del método de radiotomografía basado en observaciones reales.  Se construyeron estructuras de rayos en el área de “anomalía ecuatorial”.  Se consideraron  que incluyen y que excluyen  el efecto del campo  magnético de la Tierra  y la influencia de la anomalía ecuatorial.  Se investigaron estructuras radiales en diferentes posiciones de la fuenta de la radiación, así como diferentes frecuencias operativas. Se desarrolló el modelo dinámico de la propagación de los rayos.

Palabras clave:  Radioondas  decamétricas,  el sistema bicaracterístico, plasma ionosférico, anomalía ecuatorial, estructuras radiales.

Mathematics Subject Classification: 78A40.

 
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*Correspondencia a:
Kseniya S. Kiryanova. Postgraduate  student, Russian  New University, 22, Radio  Street,  Moscow,  105005, Russia.  E-Mail:  2661348@mail.ru
Andrey S. Kryukovsky. Head  Chair  of Information  Technologies  and  Natural  Sciences,  Russian  New University, Moscow, Russia.  E-Mail:  kryukovsky@rambler.ru
Dmitriy  S. Lukin. Head  Chair   of Physics   and  Mathematical  Problems of Wave  Processes,  Moscow Physical and  Technical   Institute (State University),  9,  Institutskiy  pereulok,   Dolgo- prudniy,  Moscow region, 141700, Russia.  E-Mail:  lukin@mail.mipt.ru 
* Postgraduate  student, Russian  New University, 22, Radio  Street,  Moscow,  105005, Russia.  E-Mail:  2661348@mail.ru
Head  Chair  of Information  Technologies  and  Natural  Sciences,  Russian  New University, Moscow, Russia.  E-Mail:  kryukovsky@rambler.ru
Head  Chair   of Physics   and  Mathematical  Problems of Wave  Processes,  Moscow Physical and  Technical   Institute (State University),  9,  Institutskiy  pereulok,   Dolgoprudniy,  Moscow region, 141700, Russia.  E-Mail:  lukin@mail.mipt.ru

Received: 31/Dec/2011; Revised: 10/May/2012; Accepted: 27/Nov/2012

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