Ray theory formulation and ray tracing method. Application in ionospheric propagation

Riassunto

Questo lavoro descrive la teoria del raggio d’onda indicata, nella letteratura internazionale, come “ray theory” e la tecnica del ray tracing. Per affrontare questo problema, viene presentata la teoria dell’ottica classica relativa al raggio d’onda e viene descritta l’applicazione nella propagazione ionosferica. Così vengono fornite utili basi teoriche per I ricercatori coinvolti nelle ricerche della radio propagazione nei mezzi disomogenei e anisotropi, quale è il magneto-plasma ionosferico. Le applicazioni nella radio propagazione ad alta frequenza (HF), nelle radio comunicazioni, nelle tecniche radar over-the-horizon-radar (OTHR) per la tecnica di coordinate registration, nella relativa tecnica di homing per la direction finding dell’onda HF si basano tutte su algoritmi di ray tracing numerici. Questa teoria tratta la formulazione delle equazioni canoniche o Hamiltoniane relative al raggio d’onda che permettono di calcolare la direzione di propagazione nei mezzi anisotropi, continui o con piccoli gradienti di disomogeneità. Sono necessarie almeno sei equazioni che possono essere scritte in coordinate cartesiane o sferiche nella maniera più semplice. Queste possono essere ottenute introducendo l’equazione della superficie degli indici di fase e della superficie dei raggi, in un opportuno spazio adimensionale. Dalla combinazione di quest’ultime equazioni può essere derivato anche il principio di Fermat per conferire più generalità alla ray theory. Viene dimostrato che le equazioni canoniche dipendono da una quantità costante H, dalle coordinate cartesiane e dalle componenti del vettore d’onda lungo l’intero ray path. Queste quantità, rispettivamente indicate come ri(t), pi(t), sono dipendenti dal parametro t che è una quantità che cresce monotonamente lungo il ray path. Di fatto, la procedura sopra descritta contiene il concetto stesso di ray tracing. Nella tecnica computazionale del ray tracing, può essere adottata la Hamiltoniana più conveniente per descrivere il mezzo e viene discusso il modo più semplice per scegliere H opportunamente. Infine, viene generato un sistema di equazioni che può essere numericamente risolto.
I