Использование доплеровского метода наклонного радиозондирования для изучения ионосферных возмущений

• Автор: Петрова, Инна Романовна
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение

Г лава 1 Доплеровский метод радиозондирования ионосферы

1.1 Связь доплеровского сдвига частоты зондирующего радиосигнала с изменениями параметров ионосферы
1.2 Использование доплеровского метода радиозондирования в ионосферных исследованиях
1.3 Доплеровское радиозондированея ионосферы на базе фазо-угломерого комплекса «Спектр»
1.4 Выводы
Г лава 2 Обработка и интерпретация результатов наклонного доплеровского радиозондирования

2.1 Характеристика экспериментальных данных

2.2 Методика обработки экспериментальных данных

2.3 Моделирование ДСЧ с использованием профиля электронной концентрации

2.4 Моделирование ДСЧ на основе данных полного электронного содержания
2.5 Выводы
Глава 3 Влияние суточно-сезонных особенности ионосферных возмущений на вариации доплеровского сдвига частоты КВ сигнала
3.1 Суточный ход доплеровского сдвига частоты и вертикальной составляющей скорости перемещения области отражения
3.2 Влияние солнечного затмения на доплеровский сдвиг частоты и вертикальную составляющую скорости перемещения области отражения
3.3 Сезонные особенности вариаций доплеровского сдвига частоты
3.4 Выводы
Глава 4 Особенности спектральных характеристик ионосферных возмущений разных временных масштабов
4.1 Использованные методы спектральной обработки
4.2 Спектры вариаций ДСЧ с периодами от 1 минуты до 60 суток

4.3 Спектр вариаций с периодами от одной минуты до двух часов
4.4 Спектры вариаций с периодами до 72 часов
4.5 Спектры вариаций с периодами несколько дней
4.6 Выводы
Глава 5 Особенности вариаций доплеровского сдвига частоты во время ионосферных возмущений в условиях повышенного уровня геомагнитной активности
5.1 Интенсивность вариаций доплеровского сдвига частоты для разного уровня геомагнитной активности
5.2 Эффекты экстремальной геомагнитной бури 29-31 октября 2003 г. на среднеширотных КВ- радиотрассах
5.3 Влияние ионосферных возмущений в условиях высокой геомагнитной активности на спектральные характеристики вариаций доплеровского сдвига частоты
5.4 Выводы
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы
Экспериментальное и теоретическое исследование возмущений в ионосфере Земли, порождаемых различными источниками естественного и искусственного происхождения, является одной из наиболее интересных и важных задач физики околоземного космического пространства и имеет большое научное и практическое значение.
Практическая важность таких исследований определяется тем, что возмущения в ионосфере существенным образом влияют на распространение электромагнитных волн в широком диапазоне частот. В коротковолновом диапазоне такое влияние приводит к доплеровскому сдвигу частоты (далее -ДСЧ), вариациям амплитуды, фазы и углов прихода сигнала. Для успешного решения задач радиосвязи в диапазоне коротких радиоволн необходимы расчеты характеристик распространения радиосигналов через ионосферу с учетом влияния нестационарных процессов. Также в настоящее время все более возрастают • требования к точности определения координат, скорости и ориентации объекта с
помощью спутниковых навигационных систем. В связи с тем, что ионосфера оказывает весьма существенное влияние на погрешность измерения

) псевдодальностей по сигналам систем ГЛОНАСС и GPS, задача исследования
; ионосферных возмущений приобретает новую актуальность.
Кроме того, нестационарные процессы в ионосфере представляют интерес

как проявления волн разных пространственно-временных масштабов,

распространяющихся из нижележащей атмосферы. Потоки энергии и импульса, переносимые из нижних областей атмосферы в верхние, сравнимы с теми, которые поступают от солнечного излучения или других источников. Поэтому волновые процессы в верхней атмосфере, частью которой является ионосфера, являются важным фактором в системе общей атмосферной циркуляции. Решение вопросов, связанных с динамикой верхней атмосферы, невозможно без учета этих процессов.

На основе выборочной обработки экспериментальных данных ДФУК «Спектр» были получены временные ряды ДСЧ КВ-сигнала. В работах [65, 66] представлены результаты анализа особенностей вариаций ДСЧ для отдельных дней различных сезонов. Были обнаружены квазипериодические колебания ДСЧ. Распределения периодов этих колебаний показывают наличие максимумов интенсивности колебаний с периодами от 5 минут и больше, что соответствует периодам ВГВ на этих высотах. Отмечаются существенные различия в распределениях периодов для зимнего и летнего сезонов. Прежде всего, существенно, в несколько раз по амплитуде, различается интегральная интенсивность вариаций. При переходе от «летнего» типа вариаций к «зимнему» сначала появляются вариации с малыми, а затем с все большими периодами. Были рассмотрены вариации ДСЧ на трассе Краснодар - Казань (частота 11655 кГц) для нескольких дней в течение августа 2003 г. В начале августа отмечаются колебания с периодами 5-8 минут, в середине августа присутствуют колебания до 50 - 60 минут включительно, большие же периоды по-прежнему подавлены. К концу августа наблюдается активность волновых процессов всех периодов. Таким образом, для отдельных примеров суточных вариаций ДСЧ ионосферного сигнала были выявлены интересные особенности, которые нуждались в дальнейшем изучении. Обзор основных результатов, полученных на ДФУК «Спектр» представлен в работе [67].
На основании многочастотных измерений были определены пространственные параметры волновых возмущений. Для расчета траекторий радиолучей, соответствующих разным частотам и модам распространения, использовался профиль электронной концентрации, полученный по модели ионосферы 1Ы. Оценки длин волн ВГВ были сделаны с помощью метода максимума правдоподобия, наиболее вероятные значения получились в диапазоне 10 - 40 км.
Было установлено, что распределение периодов вариаций ДСЧ в области малых масштабов носит степенной характер, что, по-видимому, соответствует турбулентным движениям [41]. На основе многооконного метода для оценивания