Prévisions de propagation ionosphérique


La propagation par voie ionosphérique

La prévision des conditions de propagation

Principes de la méthode

Détermination de la MUF

Détermination de la LUF

Paramètres ionosphériques pris en compte


La propagation par voie ionosphérique

L'ionosphère est une région de la haute atmosphère terrestre, comprise entre environ 70 km et 1000 km d'altitude, dont les constituants sont ionisés sous l'influence essentiellement des radiations solaires. L'ionosphère est stratifiée en couches superposées. Les couches les plus ionisées sont situées entre 250 km et 400 km d'altitude environ et forment la région "F" dont l'ionisation se maintient de nuit. On trouve ensuite, par altitudes décroissantes, la couche "E" régulière, présente uniquement de jour vers 100 à 150 km d'altitude, les couches "Es" (E sporadiques) vers 100 km, puis la couche "D" entre 70 km et 90 km.

La présence de particules ionisées dans l'ionosphère confère à cette dernière la particularité de réfracter les ondes radioélectriques qui s'y propagent. Les rayons électromagnétiques sont ainsi courbés lors de leur propagation au sein du milieu ionosphérique. Pour les ondes de la gamme décamétrique (fréquences comprises entre 3 MHz et 30 MHz), les rayons peuvent, dans certaines conditions, être renvoyés au sol, permettant ainsi une propagation au-delà de l'horizon optique. Ces rayons sont ensuite réfléchis par le sol et peuvent retourner dans l'ionosphère où le même processus peut se dérouler de nouveau. Il en résulte une propagation par bonds multiples sur des distances pouvant atteindre plusieurs milliers de kilomètres. D'un point de vue pratique, seules les couches des régions "F" et "E" de l'ionosphère participent à la réfraction des ondes décamétriques. La couche "D", trop faiblement ionisée, absorbe l'énergie de l'onde, provoquant une atténuation du signal.

Une onde émise selon un angle d'élévation fixé pénètre d'autant plus les couches ionosphérisques que sa fréquence est élevée. Au-delà d'une certaine fréquence, l'onde traverse l'ionosphère sans être réfractée vers le sol. Il existe donc une limite supérieure de fréquence, imposée par la réfraction ionosphérique, au-dessus de laquelle la liaison n'est plus possible. Cette limite est dénommée MUF (Maximum Usable Frequency). C'est la fréquence la plus élevée qui permet à un moment donné d'assurer une liaison radioélectrique par voie ionosphérique entre deux stations données. Une limite inférieure dénommée LUF (Lowest Usable Frequency) est imposée par la nécessité de disposer d'un champ suffisant à la réception. Une liaison utilisant la voie ionosphérique ne peut donc être exploitée que dans une  bande de fréquence entre la LUF et la MUF.

Le milieu de propagation ionosphérique présente cependant une grande variabilité, tant spatiale que temporelle. Il en résulte que la planification, la mise en service et l'exploitation de liaisons par voie ionosphérique nécessitent généralement l'emploi de prévisions de propagation. Etant donné les fluctuations importantes des conditions de propagation, ces prévisions se présentent sous forme statistique. Ainsi le calcul des caractéristiques de la propagation prévues sur une liaison donnée se fera, par exemple, pour un niveau de probabilité déterminé.

Si l'on s'intéresse, au seuil de probabilité 90%, on définira pour une heure donnée la MUF 90% et la LUF 90% telles que la bande de fréquences entre ces 2 valeurs corresponde à une probabilité d'établissement de liaison de 90% (soit une liaison établie 27 jours sur 30 à cette heure).

Le logiciel de Prévisions de Propagation Ionosphérique Point à Point permet l'établissement de telles prévisions pour des liaisons dont l'émetteur et le récepteur sont spécifiés.

La prévision des conditions de propagation

Principes de la méthode

La prévision de l'état futur des conditions de propagation est basée sur des analyses statistiques des caractéristiques de l'ionosphère. Il ressort de ces analyses que les valeurs médianes mensuelles (pour un mois, une heure et un lieu donnés) des principales caractéristiques de l'ionosphère sont statistiquement corrélées à un paramètre externe unique : l'indice d'activité solaire. Cet indice rend compte de l'état du soleil et résulte d'observations quotidiennes de la surface solaire.

Il est donc en principe possible de déterminer à l'avance les caractéristiques médianes de l'ionosphère à partir d'une prévision de la valeur de l'indice solaire pour cette période. L'indice d'activité solaire utilisé dans le logiciel de prévisions de propagation ionosphérique "Point à Point" est l'indice IR5 dont une prévision est établie et diffusée mensuellement par le CNET pour les 6 mois à venir.

Détermination de la MUF

La prévision de propagation pour une liaison donnée est obtenue à partir d'une modélisation de la trajectoire des rayons électromagnétiques entre l'émetteur et le récepteur. On considère des trajets par bonds entre les couches ionosphériques principales E et F et le sol. La géométrie de ces trajets détermine les modes de propagation possibles. A partir des prévisions des caractéristiques ionosphériques on calcule la fréquence maximale utilisable pour chacun des modes de propagation considérés. La MUF correspond à la plus grande de ces fréquences.

Détermination de la LUF

Connaissant les modes de propagation susceptibles d'exister, il faut aussi calculer les limites inférieures de la bande de fréquences utilisables pour chacun de ces modes. On calcule l'affaiblissement total du signal sur le trajet. Cet affaiblissement comprend entre autres l'affaiblissement spatial dû à la dispersion du flux radioélectrique émis, les pertes par absorption ionosphérique engendrées par les traversées de la couche D et les pertes par réflexion sur le sol lorsque le mode considéré implique plusieurs bonds.

La fréquence minimale utilisable pour un mode donné se ramène au calcul de la fréquence pour laquelle l'affaiblissement de propagation de l'onde est égal à l'affaiblissement maximal toléré, déterminé à partir des performances des équipements utilisés et du bruit radioélectrique à la réception. La LUF est la plus petite des fréquences minimales utilisables pour chacun des différents modes considérés.

Paramètres ionosphériques pris en compte

Le logiciel de Prévisions de Propagation Ionosphérique Point à Point prend en compte :


Voir aussi : Présentation de la méthode de prévisions ionosphériques  Introduction


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