Доплерівське зміщення частоти ВЧ радіохвиль у іоносфері на gохилих радіотрасах
Анотація
Актуальність. Іоносфера широко використовується в якості каналу в радіозв’язку, радіонавігації, радіолокації, дистанційному зондуванні Землі з космосу, а також в радіоастрономії. Для виявлення змін параметрів радіоканалу та динамічних процесів у іоносфері доцільно використовувати вимірювання доплерівського зміщення частоти та амплітуди радіосигналів ВЧ діапазону на похилих радіотрасах різної орієнтації. Доплерівське радіозондування має високу чутливість до динамічних процесів у іоносфері. Актуальною задачею є подальший розвиток теоретичних основ похилого ВЧ радіозондування іоносфери як основного простого та дешевого методу моніторингу іоносферного радіоканалу.
Метою цієї роботи є розвиток теоретичних основ доплерівського радіозондування іоносфери на похилих радіотрасах і отримання простих аналітичних співвідношень для доплерівського зміщення частоти.
Методи і методологія. Для розвитку теоретичних основ похилого ВЧ зондування використано сферично-шарувату модель незбуреної іоносфери, періодичну та аперіодичну моделі збурень у іоносфері. В якості вихідних залучені показник заломлення ізотропної іоносфери без втрат, закон Снелліуса, загальна формула для доплерівського зміщення частоти. Основний метод – аналітичні обчислення.
Результати. Для сферично-шаруватої іоносфери отримано скоригований закон секанса, який описує умову відбиття ВЧ радіохвилі від ізотропної іоносфери без втрат. Встановлено просте аналітичне співвідношення для оцінки максимальної застосовної частоти на похилих ВЧ радіотрасах за відомим значенням максимальної плазмової частоти. Для умов похилого ВЧ зондування іоносфери отримано прості аналітичні співвідношення для оцінки відносної амплітуди квазіперіодичних збурень та величини аперіодичних збурень концентрації електронів
у іоносфері. Продемонстрована застосовність отриманих співвідношень при використанні на практиці.
Висновки. Розроблена методична база для практичного її використання під час похилого ВЧ зондування іоносфери.
Завантаження
Посилання
2. Vilella C, Miralles D, Pijoan JL. An Antarctica-to-Spain HF ionospheric radio link: Sounding results. Radio Sci. 2008;43:RS4008. https://doi.org/10.1029/2007RS003812
3. Chen G, Zhao Z, Yang G, Zhou C, Yao M, Li T, Huang S, Li N. Enhancement and HF Doppler observations of sporadic-E during the solar eclipse of 22 July 2009. J. Geophys. Res. 2010;115:A09325. https://doi.org/10.1029/2010JA015530
4. Zhou C, Zhao Z, Deng F, Ni B, Chen G. Midlatitude ionospheric HF channel reciprocity: Evidence from the ionospheric oblique incidence sounding experiments. Radio Sci. 2010:45:RS6017, https://doi.org/10.1029/2010RS004477
5. Ads AG, Bergadà P, Vilella C, Regué JR, Pijoan JL, Bardají R, Mauricio J. A comprehensive sounding
of the ionospheric HF radio link from Antarctica to Spain. Radio Sci. 2012;48:1-12. https://doi.org/10.1029/2012RS005074
6. Chernogor LF, Garmash KP, Podnos VA, Rozumenko VT, Tsymbal AM, Tyrnov OF. The Upgraded Kharkiv V. N. Karazin National University Radiophysical Observatory. Sun and Geosphere. 2012;7(2):133-139. http://www.sungeosphere.org/
7. Laštovička J, Chum J. A review of results of the international ionospheric Doppler sounder network. Advances in Space Research. 2017;60(8):1629-1643. https://doi.org/10.1016/j.asr.2017.01.032
8. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Zheng Yu, Podnos VA, Rozumenko VT, Tyrnov OF, Tsymbal АМ. A coherent multi-frequency multiple path radio system for monitoring dynamical processes in the ionosphere. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series «Radio Physics and Electronics». 2018;28:88-93.
9. Guo Q, Zheng Y, Chernogor LF, Garmash KP, Rozumenko VT. Ionospheric processes observed with the passive oblique-incidence HF Doppler radar. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series «Radio Physics and Electronics». 2019;30:3-15. https://doi.org/10.26565/2311-0872-2019-30-01
10. Guo Q, Chernogor LF, Garmash KP, Rozumenko VT, Zheng Y. Dynamical processes in the ionosphere following the moderate earthquake in Japan on 7 July 2018. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2019 May;186:88-103. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2019.02.003
11. Luo Y, Guo Q, Zheng Y, Garmash KP, Chernogor LF, Shulga SM. HF radio-wave characteristic variations over China during moderate earthquake in Japan on September 5, 2018. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series «Radio Physics and Electronics». 2019;30:16-26. (In Ukrainian). https://doi.org/10.26565/2311-0872-2019-30-02
12. Chernogor LF, Garmash KP, Zhdanko YH, Leus SG, Podnos VA. Software and hardware system of multi-frequency oblique sounding the ionosphere. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series «Radio Physics and Electronics». 2020;33:42-59. (In Ukrainian). https://doi.org/10.26565/2311-0872-2020-33-04
13. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Luo Y, Rozumenko VT, Zheng Y. Ionospheric storm effects over the People’s Republic of China on 14 May 2019: Results from multipath multi-frequency oblique radio sounding. Advances in Space Research. 2020;66(2):226-242. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.03.037
15. Guo Q, Chernogor LF, Garmash KP, Rozumenko VT, Zheng Y. Radio Monitoring of Dynamic Processes in the Ionosphere Over China During the Partial Solar Eclipse of 11 August 2018. Radio Science. 2020;55(2):e2019RS006866. https://doi.org/10.1029/2019RS006866
15. Luo Y, Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Yu. Dynamic processes in the magnetic field and in the ionosphere during the 30 August – 2 September, 2019 geospace storm. Annales Geophysicae. 2021;39(4). https://doi.org/10.5194/angeo-39-657-2021
16. Luo Y, Guo Q, Zheng Y, Garmash KP, Chernogor LF, Shulga SM. Geospace storm effects on August 5—6, 2019. Space Science and Technology. 2021;27(2(129)):45-69. (In Ukrainian). https://doi.org/10.15407/knit2021.02.045
17. Nakata H, Nozaki K, Oki Y. et al. Software-defined radio-based HF doppler receiving system. Earth Planets Space. 2021;73(209). https://doi.org/10.1186/s40623-021-01547-5
18. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Yu, Luo Y. Supertyphoon Hagibis action in the ionosphere on 6–13 October 2019: Results from multi-frequency multiple path sounding at oblique incidence.Advances in Space Research. 2021;67(8):2439-2469. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.01.038
19. Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Y, Luo Y. Disturbances in the ionosphere that accompanied typhoon activity in the vicinity of China in September 2019. Radio Science. 2022;57:e2022RS007431. https://doi.org/10.1029/2022RS007431
20. Zheng Y, Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Luo Y. Disturbances in the Ionosphere and Distortion of Radio Wave Characteristics That Accompanied the Super Typhoon Lekima Event of
4 – 12 August 2019. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2022;127:e2022JA030553. https://doi.org/10.1029/2022JA030553
21. Chernogor LF. Kamchatka Meteoroid Effects in the Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere–Magnetosphere System. In: Kosterov A, Bobrov N, Gordeev E, Kulakov E, Lyskova E, Mironova I. (eds) Problems of Geocosmos–2020. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer, Cham. 2022:365-377. https://doi.org/10.1007/978-3-030-91467-7_27
22. Chernogor L. F., Blaunstein N. Radiophysical and Geomagnetic Effects of Rocket Burn and Launch in the Near-the-Earth Environment. Boca Raton, London, New York: CRC Press. Taylor & Francis Group, 2013. 542 p.
23. Davies K. Ionospheric radio. Peter Peregrinus Ltd., London, 1990. 580 p.
