SAPIWI – Программа для моделирования распространения атмосферика в волноводе Земля-Ионосфера с неоднородной проводимостью границ
математическое моделирование динамические процессы уравнения Максвелла широкополосный сигнал волновод неоднородность проводимости компьютерная симуляция MATLAB FDTD
ПО позволяет моделировать распространение атмосферика как электромагнитного широкополосного сигнала через естественный волновод Земля-Ионосфера с неоднородностями, в 2-D сечении волновода ортогональном земле. Математическое моделирование проводится на базе уравнений Максвелла. Неоднородности задаются на основе принципов ABC и PML. ПО реализует численное решение модели методом FD-TD. Пользователь может описывать различные модели, указывая: шаг дискретизации расчётной сетки, время симуляции, толщину областей поглощения, область и степень неоднородности, параметры визуализации. Программа позволяет записывать результат в видео файл.
Электромагнитное излучение естественного происхождения генерируются в грозовых облаках в основном молниевыми разрядами. По данным The World Wide Lightning Location Network (WWLLN) на земле возникает до 50 молний каждую секунду, при этом большая часть молниевых разрядов возникает в мировых грозовых очагах: Американском, Азиатском и Африканском. Это позволяет их рассматривать как постоянно действующие источники импульсного электромагнитного излучения, т.е. атмосфериков. Атмосферик является широкополосным сигналом с максимумом интенсивности в диапазоне 6-10 кГц. Из-за удалённости источника излучения его можно рассматривать как плоскую электромагнитную волну. Также стоит отметить, что атмосферик распространяется не в свободном пространстве, а в сложной проводящей структуре волновода Земля–ионосфера.
	Основным направлением использования разработанной программы SAPIWI являются:  компьютерные симуляции и математическое моделирование процесса взаимодействия атмосферика с неоднородностью нижней границы волновода в свободном пространстве. 
В результате показано, что:
    • имеет место обратное рассеяние электромагнитной волны на трассе волновода;
    • обратное рассеяние возникает в следствии отражения электромагнитной волны, при её взаимодействии с неоднородностью проводимости нижней границы волновода;
    • отражение происходит именно от стенки волновода с неоднородностью, что подтверждает её существование;
    • действительно наличие характерных искажений основной электромагнитной волны может быть следствием взаимной интерференции основной электромагнитной волны и отражённой;
    • для разных приближений неоднородностей проводимости наблюдаются волны обратного рассеяния с разной интенсивностью и разным временем прихода.
Показано, что действительно, моделирование процесса распространения атмосферика и эффектов его взаимодействия при помощи программы SAPIWI может помочь в установлении связи между параметрами излучения и неоднородностей.
	Заметим, что для задаваемой в программе области моделирования распространения сигнала, можно определять параметры, характеризующие физическую среду, по определённому шаблону, т.е. например, размещая там объекты. В свою очередь, алгоритмы программы SAPIWI корректно просчитают их вклад в распространение сигнала в этой области. Также в программе можно задавать разнообразные источники сигнала, что расширяет потенциал применения разработанной программы. 
	Дополнительными возможными направлениями использования программы SAPIWI могут быть:
    • Моделирование распространения электромагнитного излучения в двумерном срезе других типов волноводов, с другими типами границ;
    • Моделирование распространения электромагнитного излучения в двумерном срезе различных проводящих материалов, неоднородных материалов.
Евгений
Малкин
Ильич
научный сотрудник
Отсутствует
Отсутствует
-
-
965080
https://orcid.org/0000-0001-8037-1335
РОССИЯ
Юрий
Марапулец
Валентинович
директор
РОССИЯ
29.35.19
Распространение электромагнитных волн
37.21.77
Моделирование физическое и математическое
29.03.77
Моделирование физических явлений
37.15.29
Ионосфера
37.21.23
Атмосферное электричество
01.01.PN
MATHEMATICS, APPLIED
01.02.EV
COMPUTER SCIENCE, INTERDISCIPLINARY APPLICATIONS
01.05.QQ
METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCIENCES
01.03.UI
PHYSICS, MULTIDISCIPLINARY
01.01.UR
PHYSICS, MATHEMATICAL
Дмитрий
Твёрдый
Александрович
РОССИЯ
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
1187746579690
Петр
Мордовской
Григорьевич
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные казенные учреждения
ИКИР ДВО РАН
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космофизических исследований и распространения радиоволн Дальневосточного отделения Российской академии наук
1024101222639
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ КОСМОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
1024101222639
ЮРИЙ
МАРАПУЛЕЦ
ВАЛЕНТИНОВИЧ
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения