Детектирование крупномасштабных ионосферных неоднородностей методом декаметрового радиозондирования с космических аппаратов

• Автор: Марков, Виталий Павлович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Методы дистанционной радиодиагностики крупномасштабных ионосферных неоднородностей
1.1. Крупномасштабные неоднородности верхней атмосферы
1.2. Методы зондирования ионосферных неоднородностей
1.3. Метод декаметрового зондирования ионосферы с космических аппаратов
1.4. Резюме
2. Восстановление параметров крупномасштабных неоднородностей электронной плотности методом декаметрового зондирования с низкоорбитального космического аппарата
2.1. Применение метода возмущений для расчета дистанционно - частотных характеристик трансионосферных радиосигналов
2.1.1. О границах применимости метода геометрической оптики в задачах распространения радиоволн в ионосфере
2.1.2. Использование метода возмущений для расчета дистанционночастотных характеристик радиоволн
2.1.3. Решение траекторной задачи методом возмущений
2.2. Результаты численного моделирования распространения радиоволн на трассе космический аппарат-Земля в условиях невозмущенной ионосферы
2.2.1. Модель регулярной ионосферы
2.2.2. Численная реализация метода характеристик для решения траекторной задачи распространения радиоволн в ионосфере
2.2.3. Результаты расчетов траекторных параметров радиоволн
2.3. Численный синтез возмущенных трансионограмм при декаметровом радиозондировании с космического аппарата
2.3.1. Модели крупномасштабных ионосферных неоднородностей
2.3.2. Результаты численного моделирования трансионограмм с деформацией следа
2.4. Методика определения параметров крупномасштабной неоднородности
2.4.1. Определение области пространственной локализации неоднородности
2.4.2. Восстановление интенсивности неоднородности
2.4.3. Численный эксперимент по восстановлению параметров крупномасштабной неоднородности
2.5. Диагностика крупномасштабной неоднородности при зондировании из области максимума ионосферного слоя Р2
2.6. Восстановление параметров слоистой неоднородности по вариациям фазы сигнала при внешнем вертикальном зондировании
2.6.1. Расчет вариации фазы сигнала методом возмущений
2.6.2. Восстановление параметров слоистой неоднородности
2.7. Резюме
3. Детектирование крупномасштабной неоднородности при декаметровом радиозондировании с геостационарного космического аппарата
3.1. Использование метода возмущений для расчета вариаций ДЧХ трансионосферных радиосигналов с учетом сферичности Земли
3.2. Возможности обнаружения ионосферной неоднородности по вариациям трансионограмм
3.3. Резюме
4. Определение параметров тонкой структуры крупномасштабных неоднородностей по фазовым характеристикам сигнала внешнего вертикального зондирования
4.1. Флуктуации фазы отраженного сигнала при внешнем вертикальном зондировании ионосферы
4.2. Дисперсия фазовых флуктуаций радиоволн при отражении от крупномасштабной неоднородности с монотонным регулярным профилем диэлектрической проницаемости
4.3. Пространственный спектр фазовых флуктуаций
4.4. Определение параметров случайных неоднородностей
4.5. Резюме
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ

Среди современных методов исследования состояния верхней атмосферы дистанционное радиозондирование с космических аппаратов занимает ведущие позиции [1]. В рамках Федеральной космической программы в ближайшей перспективе планируется организация регулярного мониторинга верхней атмосферы на основе совместного использования станций наземного вертикального радиозондирования и специализированных бортовых ионозондов [2]. При этом контроль состояния приземной плазмы методом зондирования в диапазоне плазменных частот основных ионосферных слоев является достаточно перспективным. В настоящее время в целях организации системы мониторинга ионосферы проводится подготовка космического сегмента «Геофизика», состоящего из пяти космических аппаратов, в том числе четырех искусственных спутников «Ионосфера», оснащенных ио-нозондами, работающими в диапазоне 0,1 - 20 МГц, то есть на пороге радиопрозрачности ионосферы. В связи с этим развитие теоретических основ метода дека-метрового радиозондирования с космических аппаратов в целях повышения его оперативности и информативности, представляется особенно актуальным.
Существующие методы спутникового радиомониторинга верхней атмосферы предполагают использование различных космических аппаратов, начиная с низкоорбитальных вплоть до высокоорбитальных и геостационарных. В работах [3, 4] был предложен метод диагностики крупномасштабных неоднородностей ионосферы (с горизонтальными масштабами, сравнимыми или превышающими толщину слоя Г2) на основе ее многочастотного радиопросвечивания с борта космического аппарата, находящегося на геостационарной или высокоэллиптической орбите. Согласно этому методу проводится анализ декаметровых трансионосферных радиосигналов, регистрируемых в нескольких наземных приемных пунктах. Отслеживая характеристики сигналов в этих пунктах, можно контролировать состояние среды за счет изменений в пространстве сканирования трансионосферных сигналов. Другой метод диагностики ионосферы с помощью декаметрового радиозондирования зондирования с борта космического аппарата был рассмотрен в работах [5-8]. Для его реализации было предложено использовать быстродвижущиеся низкоорби-тальпьте космические аппараты. При этом организуется один или несколько назем-

ние ионосферы проводилось как выше, так и ниже максимума электронной концентрации слоя ¥2. Ионограммы, полученные в результате эксперимента, в настоящий момент являются предметом изучения и подробного анализа. При этом основным вопросом является эффективность данного метода для ионосферных исследований и изучения не только области слоя ¥2, но и ионосферы в целом.
Характерное положение зондирующего аппарата имеет ряд особенностей [127-129] для радиозондирования. Во-первых, зондирование ионосферы вблизи максимума слоя ¥2 позволяет более подробно исследовать эту сравнительно малоизученную область. Особенности полученных ДЧХ говорят о сложном строении окрестности максимума слоя ¥2 и наличии значительных горизонтальных градиентов электронной плотности. Во-вторых, изменение положения космического аппарата относительно основного максимума электронной концентрации позволяет проводить зондирование как внешней, так и внутренней ионосферы.
1.4. Резюме
Крупномасштабные ионосферные неоднородности различной природы, наблюдаемые в отдельных экспериментах и при регулярных измерениях параметров верхней атмосферы, требуют пристального изучения. Неоднородности, сформировавшиеся в результате различных естественных процессов или антропогенной деятельности, имеют ряд специфических особенностей. Это не только особенности структуры, интенсивности или масштабов самого возмущения, но и характерные пространственные и временные особенности формирования неоднородности в ионосфере, обусловленные воздействием, оказываемым на приземную плазму внешними процессами. Таким образом, для установления природы неоднородности необходимо получить информацию о ее структуре, параметрах и движении в пространстве.
В настоящее время существует сеть станций наблюдения по всему земному шару, на которых проводится систематическое наземное вертикальное и наклонное радиозондирование. Благодаря применению спутников навигационных систем, появилась возможность регулярного наблюдения за состоянием ионосферы.