波跳传播程序各向异性电离层

1. 引言

本研报介绍了一种使用波跳理论计算水平极化低频（LF）和甚低频（VLF）无线电波在非各向同性电离层中传播的计算机程序 ANIHOP。该程序取代了之前的 NBS Report 8889，并针对非各向同性电离层进行了修正，以提高计算精度。

2. 物理问题和数学模型

该程序解决的核心问题是：给定地面源发射的垂直极化无线电波的频率、地面电学参数以及电离层的反射特性，计算地面上特定距离处的垂直电场振幅和相位。程序假设地球是一个光滑的球体，电离层是一个同心球层，其反射特性由反射系数矩阵 T(φ) 描述，其中 φ 是入射角。

3. 数学解决方案

程序使用波跳理论来计算电场，将电场表示为多次反射的地面波和波跳的总和。对于每次反射，程序计算反射系数和相位，并使用以下方法之一进行积分：

• 几何光学方法：适用于短距离传播，忽略电离层的影响。
• 鞍点近似：适用于中等距离传播，考虑电离层的影响。
• 数值积分：适用于长距离传播，使用高斯求积法进行积分。
• 留数级数：适用于数值积分难以进行的情况，通过计算留数来求解。

4. 计算机实现

程序使用 FORTRAN 语言编写，并包含以下主要部分：

• 频率管理支持部门：提供电离层频率使用和分配的集中技术和管理支持。
• 电信分析部门：进行长期的技术和经济研究，为政策问题提供信息和选择。
• 电信科学研究所：负责无线电波传播的研究，包括电磁波传播、噪声和干扰以及电磁频谱的更有效利用。

程序的主要功能包括：

• 计算地面上特定距离处的垂直电场振幅和相位。
• 计算反射系数和相位。
• 生成输入数据文件。
• 打印输出结果。

5. 应用

该程序可用于计算 LF 和 VLF 无线电波在非各向同性电离层中的传播特性，例如：

• 预测无线电波的覆盖范围。
• 设计无线电通信系统。
• 研究电离层对无线电波的影响。

6. 结论

ANIHOP 程序是一种功能强大的工具，可用于计算 LF 和 VLF 无线电波在非各向同性电离层中的传播特性。该程序可以提供准确的结果，并帮助研究人员和工程师更好地理解电离层对无线电波的影响。