Исследование радио- и оптическими методами структуры и динамики области ионосферы, возмущенной мощным КВ радиоизлучением

• Автор: Шиндин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Зондирование возмущенной области ионосферы с помощью коротких радиоимпульсов
1.1. Основные понятия
1.2. Постановка эксперимента
1.3. Методика восстановления профиля электронной концентрации по
измерениям фазы импульсных сигналов
1 .4. Результаты восстановления профиля электронной концентрации
1.5. Вертикальные и горизонтальные движения плазмы в области
ионосферы, возмущенной ВЧ полем
1.6. Выводы по главе
ГЛАВА 2. Искусственные ионосферные слои при частотах волны накачки в области 4-й электронной гирогармоники на стенде НААБР
2Л. Основные понятия
2.2. Постановка эксперимента
2.3. Результаты эксперимента
2.4. Обсуждение результатов
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. Анализ характеристик оптического свечения при активном КБ воздействии на верхние слои ионосферы
3.1. Оптическое свечение при воздействии на ионосферу радиоизлучением
стенда «Сура»: результаты экспериментов 2010 года
3.1.1. Основные понятия
3.1.2. Постановка эксперимента

3.1.3. Результаты эксперимента: свечение в красной линии
3.1.4. Результаты эксперимента: свечение в зеленой линии
3.1.5. Обсуждение результатов
3.2. Пространственная корреляция крупномасштабных неоднородностей плотности (по данным анализа ОРБ-сигналов) и искусственного оптического свечения в линии 630 нм
3.2.1. Основные понятия
3.2.2. Искусственное оптическое свечение и измерение ПЭС как
инструменты исследования крупномасштабных неоднородностей ионосферы
3.2.3. Методика сопоставления данных оптических измерений и данных
измерений ПЭС
3.2.4. Результаты эксперимента
3.2.5. Выводы
3.3. Оптическое свечение на длинах волн 630 и 557,7 нм при КВ воздействии на ионосферу излучением стенда «Сура» в области 4-й гармоники электронного гирорезонанса
3.3.1. Основные понятия
3.3.2. Постановка эксперимента
3.3.3. Результаты эксперимента
3.3.4. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Воздействие на верхние слои ионосферы мощным КВ радиоизлучением может приводить к целому ряду эффектов, например: генерации различных плазменных мод, образованию неоднородностей плотности плазмы с масштабами от десятков сантиметров до десятков километров, генерации искусственного оптического и радиоизлучения, дополнительной ионизации и т.д. Изучение подобных эффектов происходит на нагревных стендах в ходе активных экспериментов. В настоящее время в мире существует несколько радиокомплексов, оснащенных оборудованием для создания и диагностики возмущений в ионосфере. Среди них: нагревный стенд «Сура» (ФГНБУ НИРФИ, р/п Ва-сильсурск, Нижегородская область, Россия), EISCAT (European Incoherent Scatter Scientific Association, Тромсё, Норвегия), HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program, Gakona, Alaska, на стадии консервации), стенд в районе г. Аресибо (Пуэрто-Рико, США, на стадии реконструкции).
Актуальность проблемы
Изучение природы эффектов воздействия КВ радиоизлучения на ионосферу является фундаментальной задачей физики плазмы, позволяющей исследовать закономерности возбуждения турбулентности магнитоактивной плазмы мощным высокочастотным электромагнитным полем, а также моделировать различные естественные процессы. Исследования проводятся с целью детального изучения поведения волн и частиц в околоземной плазме, моделирования естественных процессов в ионосфере и магнитосфере при различных внешних воздействиях, например, под влиянием мощных солнечных вспышек и коро-нальных выбросов массы и т.д. Задача диагностики ионосферных возмущений естественного и антропогенного характера выходит на первый план в вопросах дальнейшего развития систем наземной и спутниковой связи, а также космической безопасности. В этих вопросах также является актуальной задача разра-

а, ограничивает как само решение А2(оор), так и его первую производную А2'(сор), тем самым препятствуя сильным вариациям А2(сор) из-за ошибок измерения правой части у^.
После выполнения конечно-разностной аппроксимации сглаживающего функционала (1.12) задача поиска его минимума сводится к решению системы из ^-линейных алгебраических уравнений, где к - количество частот зондирования:
ВаА2 = ВА2+аСА2 = Д (1.16)
где Ва = В + аС и О — матрица коэффициентов системы и вектор правых частей, соответственно.
По рассчитанной зависимости А2(со, /) и начальному распределению концентрации Ио(г) можно проследить за эволюцией электронной концентрации от высоты Щг, ?)• Для этого перейдем от функции А2{со, 0 к А2(Ы, {), используя однозначную связь между частотой отражения радиоволны и электронной концентрацией со = (4ке2Ы / т)/ Пусть 2{Ыо) - обратная функция от начального распределения. Тогда
2(Ы, Ы0, 0 = 2(М0) + А2Щ /) (1.17)
- зависимость высоты отражения волны от концентрации. Теперь, вновь вычисляя обратную функцию, находим искомое распределение N(2, /).
Восстановление динамики профиля Щг:, I) в ионосфере, возмущенной мощным радиоизлучением, на основе измерений фазы для различных спектральных компонент импульсного диагностического излучения проводилось в среде МабаЬ. В анализируемом эксперименте использовалось спектральное разложение сигнала по 500 частотам с шагом д/= 1 кГц, временное разрешение, определяемое периодом повторения импульсов, составляло <5/= 100 мс. Для общности, за начальный момент времени /0 принималось время начала наблюдений (время начала регистрации файла данных), а значению ? = 0 с соответствовал момент включения ВН. Алгоритм работы программы можно описать