Волновые возмущения в околоземной плазме по данным спутникового зондирования

• Автор: Хомяков, Артем Александрович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Введение
ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Волновые возмущения околоземной плазмы и методы их исследования

1.1 Перемещающиеся ионосферные возмущения

1.2 Методы исследования перемещающихся ионосферных возмущений

1.2.1 Ионозондовые методы

1.2.2 Метод некогерентного рассеяния

1.2.3 ОР8-измерсния и радиотомография ионосферы

1.2.4 Внешнее спутниковое зондирование

1.3 Характеристики перемещающихся ионосферных возмущений

но данным наземных методов и СР8-измерений
1.4 Основные результаты первой главы
2 Диагностика волновых возмущений по данным спутникового зондирования
2.1 Исходные экспериментальные данные и их обработка
2.2 Обращение иопограмм спутникового вертикального
зондирования в профили электронной концентрации
2.2.1 Теоретическое решение обратной задачи спутникового вертикального зондирования
2.2.2 Практическая реализация метода
2.2.3 Восстановление полного профиля электронной концентрации
2.2.4 Построение пространственных распределений
электронной концентрации
2.3 Выделение квазиволновых структур на фоне шума и
регулярных вариаций ионосферы методом 88А
2.3.1 Базовый алгоритм метода ББА

2.3.2 Оценка частоты и экспоненциального показателя
гармоники методом 88А
2.3.3 Определение параметров волновых возмущений
ионосферы
2.4 Применение метода 88А к модельным данным
2.5 Основные результаты второй главы
3 Исследование квазиволновых возмущений ионосферы по данным
ИСЗ «1818-2» и ИСЗ «Космос-1809»
3.1 Исходная экспериментальная информация
3.2 Выделение квазиволновых вариаций элек тронной концентрации
3.3 Параметры перемещающихся ионосферных возмущений
3.4 Основные результаты третьей главы
Заключение
Литература

Введение
Характерной особенностью ионосферы является ее изменчивость и неоднородность. Возмущения (неоднородности) проявляются в виде вариаций различных параметров среды (локальной электронной концентрации, полного электронного содержания, температуры иоиов и электронов). Часто горизонтальное распределение электронной концентрации в ионосфере имеет четко выраженную квазипериодическую составляющую, которую называют волновыми возмущениями. Такие волноподобные возмущения, образующиеся под воздействием атмосферных гравитационных волн [1, 2], называются перемещающимися ионосферными возмущениями (ПИВ). Они играют фундаментальную роль в энергетике и динамике атмосферы и ионосферы.
ПИВ возникают под воздействием естественных и искусственных факторов. Различными методами волновые возмущения зарегистрированы при движении солнечного терминатора [3], во время магнитных бурь [4], солнечных вспышек [5], землетрясений [6], взрывов [7] и т.д. Подобные возмущения являются индикатором состояния окружающей среды (индикатором процессов, генерирующих ПИВ). Это дает предпосылки использования ионосферных наблюдений для диагностики и прогноза различных процессов естественного и техногенного происхождения.
Интерес к проблеме изучения волновых возмущений околоземной плазмы обусловлен тем, что эти исследования имеют важные прикладные аспекты. Ионосфера как среда распространения радиоволн существенным образом влияет на работу различных систем навигации, локации и связи. Например, рефракция радиосигналов системы GPS (Global Positioning System) при пересечении крупномасштабного ионосферного возмущения вносит значительные ошибки в определение координат [8]. Рассеяние на мелкомасштабных неоднородностях электронной концентрации [9] может приводить к полной потере сигнала навигационных спутников. Учет влияния ионосферных возмущений необходим при разработке спутниковых телекоммуникационных систем [10]. Перемещающиеся ионосфер-

непосредственной передачей данных по шине ПК позволяет одновременно оцифровать все 6 каналов магнитографа. Для сопряжения входа АЦП с выходом магнитографа по спектру и амплитуде сигналов в схему дополнительно введены фильтр нижних частот и ограничитель уровня сигнала по амплитуде. Контроль уровня сигнала и его структуры ведется по осциллографу, а дополнительный контроль - через акустическую систему ЭВМ (слышно 60 Гц строчной частоты).
Для записи сигналов с магнитографа разработано специальное программное обеспечение (ПО). Основная программа позволяет производить аналого-цифровое преобразование и запись сигналов на жесткий диск персонального компьютера. Вспомогательные программы позволяют разделить данные для каналов по отдельным файлам и просмотреть сигналы на экране монитора в виде осциллограмм. ПО написано на языке С и может использоваться в операционных системах МЗ-БОБ, Windows и Ілпих.
Для дальнейшей обработки данных в среде МабаЬ было разработано ПО, с помощью которого ионограммы программно воспроизводятся в панорамном виде, удобном для обзора и интерпретации. Далее они отбираются по признаку пригодности для реконструкции пространственно-временных параметров ионосферы. Отобранные данные перенесены в виде jpg-фaйлoв на лазерные диски для хранения и использования в электронной базе данных.
Магнитограф дополнительно искажает в сигнал за счет несовершенства метода аналоговой магнитной записи и погрешностей, вносимых магнитной лентой (деформация, деградация магнитного слоя и т.д.). Для устранения подобных искажений разработан алгоритм коррекции ионограмм, основывающийся на автоматическом поиске синхроимпульса видеосигнала ионозонда ИОН-1. На рисунке 2.2 представлен пример применения ПО, реализованного па основе данного алгоритма.
Для использования ионограмм в расчетах Ме(/і)-профилей необходимо идентифицировать и оцифровать следы отражений зондирующих сигналов [68], Т.с. получить дискретный набор точек Р[ (/і) для о- и х-компонент. С этой целью был разработан пакет программ в среде МабаЬ.