Coherent multi-frequency multi-track complex for radiophysical monitoring of dynamic processes in the ionosphere

  • Л. Ф. Черногор Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
  • К. П. Гармаш Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина
  • Qiang Guo Harbin Engineering University
  • Yu Zheng Qingdao University
  • В. А. Поднос Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 61022, м. Харків, м. Свободи, 4
  • В. Т. Розуменко Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 61022, м. Харків, м. Свободи, 4
  • О. Ф. Тырнов Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 61022, м. Харків, м. Свободи, 4
  • А. М. Цимбал Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 61022, м. Харків, м. Свободи, 4
Keywords: radio monitoring, coherent system, oblique incidence probing the ionosphere, Doppler spectra, radio propagation paths

Abstract

The coherent multi-frequency multipath radio diagnostic system for oblique incidence probing the ionosphere was developed and placed in operation in April 2018. The system is capable of continuously monitoring ionospheric dynamical processes resulting from space weather variations, impacts on the ionosphere from high-energy sources of space and terrestrial origin. The possibility of observing the dynamical processes in the ionosphere associated with the partial solar eclipse is demonstrated. The system development is based on the software-defined radio (SDR) technology. The radio system is capable of receiving radio signals in the 10 kHz – 30 MHz range of frequencies. The sophisticated software package has been designed that is capable of delivering highly versatile performance. The number of radio propagation paths and their orientation depend on the specifics of problems being solved. The principle of the system operation is based on measurements of the Doppler shift of frequency and signal amplitude. The implementation of Marple’s algorithm for autoregression spectrum analysis has provided an increase in the Doppler resolution down to 0.02 Hz and in a temporal resolution down to 7.5 s. The data on temporal dependences of the Doppler spectra acquired for various propagation paths were subjected to further analysis of the time series corresponding to different radio wave modes.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Черногор Л. Ф. Физика геокосмических бурь: Монография / Л. Ф. Черногор, И. Ф. Домнин. – Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, Институт ионосферы НАН и МОН Украины, 2014. – 408 с.

Афраймович Э. Л. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э. Л. Афраймович, Н. П. Перевалова. – Иркутск, 2006. – 480 с.

Отклик ионосферы на гелио- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS: монография / Ю. В. Ясюкевич, Н. П. Перевалова, И. К. Едемский, А. С. Полякова. – Иркутск: Изд-во ИГУ, 2013. – 259 с.

Пуляев В. А. Зондирующие сигналы для исследования ионосферы методом некогерентного рассеяния: монография / В. А. Пуляев, Д. А. Дзюбанов, И. Ф. Домнин. – Х.: НТУ “ХПИ”, 2011. – 240 c.

Frequency-and-angular HF sounding and ISR diagnostics of TIDs / V. G. Galushko, V. S. Beley, A. V. Koloskov [et al.] // Radio Science. – 2003. – V. 38, №6. – P. 10-1–10-9. doi: 10.1029/2002RS002861.

New Digisonde for research and monitoring applications / B. W. Reinisch, I. A. Galkin, G. M. Khmyrov [et al.] // Radio Science. – 2009. – V. 44, №1. – RS0A24, P. 1–15. doi: 10.1029/2008RS004115.

Chernogor L. F. The physical effects associated with Chelyabinsk meteorite's passage / L. F. Chernogor, V. Т. Rozumenko // Problems of Atomic Science and Technology. – 2013. – Vol. 86, No 4. – P. 136 – 139.

Reinisch B. W. Global Ionospheric Radio Observatory (GIRO) / B. W. Reinisch, I. A. Galkin // Earth, Planets and Space. – 2011. – V. 63, №4. – P. 377 – 381.

Vertical and oblique HF sounding with a network of synchronised ionosondes / T. Verhulst, D. Altadill, J. Mielich [et al.] // Advances in Space Research. – 2017. – V. 60, №8. – P. 1644 – 1656.

Макет портативного когерентного ионозонда / А. В. Зализовский, А. С. Кащеев, С. Б. Кащеев [и др.] // Космічна наука і технологія. – 2018. – Т. 24, №3 (112). – С. 10 – 22. doi: 10.15407/knit2018.03.010.

Chirp Ionosonde and its Application in the Ionospheric Research / V. A. Ivanov, V. I. Kurkin, V. E. Nosov [et al.] // Radiophysics and Quantum Electronics. – 2003. – V. 46, №11. – P. 821 – 851. doi:10.1023/b: raqe.0000028576.51983.9c.

Frequency-and-angular sounding of traveling ionospheric disturbances in the model of three-dimensional electron density waves / V. G. Galushko, A. S. Kascheev, V. V. Paznukhov [et al.] // Radio Science. – 2008. – V. 43, №4, – RS4013, P. 1–10. doi: 10.1029/2007RS003735.

Oblique-incidence ionospheric soundings over Central Europe and their application for testing now casting and long term prediction models / M. Pictrella, L. Perrone, G. Fontana [et al.] // Advances in Space Research. – 2009. – V. 43, №11. – P. 1611 – 1620.

Mlynarczyk J. Multiple-site investigation of the properties of an HF radio channel and the ionosphere using Digital Radio Mondiale broadcasting / J. Mlynarczyk, P. Koperski, A. Kulak // Advances in Space Research. – 2012. – V. 49, №1. – P. 83 – 88.

Paznukhov V. V. Digisonde observation of TIDs with frequency and angular sounding technique / V. V. Paznukhov, V. G. Galushko, B. W. Reinisch // Advances in Space Research. – 2012. – V. 49, №4. – P. 700 – 710. doi:10.1016/j.asr.2011.11.012

Chirp ionosonde-radiodirection finder as a new tool for studying the ionosphere and radio-wave propagation / G. G. Vertogradov, V. P. Uryadov, E. G. Vertogradova [et al.] // Radiophysics and Quantum Electronics. – 2013. – V. 56, №5. – P. 259 – 275. doi: 10.1007/S11141-013-9431-3.

Experimental demonstration for ionospheric sensing and aircraft detection with a HF sky-wave-multistatic radar / S. Z. Shi, Z. Y. Zhao, J. N. Liu [et al.] // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. – 2014. – V. 11, №7. – P. 1270 – 1274.

Wuhan ionospheric oblique-incidence sounding system and its new application in localization of ionospheric irregularities / S. Z. Shi, G. Chen, G. B. Yang [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2015. – V. 53, №4. – P. 2185 – 2194.

Shi S. Z. A novel ionospheric oblique-incidence sounding network consisting of the ionospheric oblique backscatter sounder and parasitic oblique-incidence sounder / Shi S. Z., G. B. Yang, Z. Y. Zhao, J. N. Liu // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing Letters. – 2015. – V. 12, №10. – P. 2070 – 2074.

Observations and modeling of ionospheric disturbance signatures from an Australian network of oblique angle of arrival sounders / A. J. Heitmann, M. A. Cervera, R. S. Gardiner-Garden [et al.] // 32nd URSI GASS, Montreal, 19 – 26 August 2017. – P. 1–4.

Laštovička J. A review of results of the international ionospheric Doppler sounder network / J. Laštovička, J. Chum // Advances in Space Research. – 2017. – V. 60, №8. – P. 1629 – 1643.

Радиофизические исследования процессов в околоземной плазме, возмущенной высокоэнергичными источниками. Часть 1 / К. П. Гармаш, В. Т. Розуменко, О. Ф. Тырнов [и др.] // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. – 1999. – № 7. – С. 3 – 15.

Благовещенская Н. Ф. Геофизические эффекты активных воздействий в околоземном космическом пространстве / Н. Ф. Благовещенская. – Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001. – 287 с.

The Upgraded Kharkiv V. N. Karazin National University Radiophysical Observatory / L. F. Chernogor, K. P. Garmash, V. A. Podnos [et al.] // Sun and Geosphere. – 2012. – V. 7, №2. – P. 133 – 139.

Радиофизическая обсерватория Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина – средство для мониторинга ионосферы в космических экспериментах / Л. Ф. Черногор, К. П. Гармаш, В. А. Поднос, О. Ф. Тырнов // Космический проект «Ионосат-Микро». Киев: Академпериодика, 2013. – С. 160–182.

Marple S. L. Digital Spectral Analysis with applications / S. L. Marple. – Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1987. – 512 p.

Published
2018-06-10
Cited
How to Cite
Черногор, Л. Ф., Гармаш, К. П., Guo, Q., Zheng, Y., Поднос, В. А., Розуменко, В. Т., Тырнов, О. Ф., & Цимбал, А. М. (2018). Coherent multi-frequency multi-track complex for radiophysical monitoring of dynamic processes in the ionosphere. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University, Series “Radio Physics and Electronics”, (28), 88-93. Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/radiophysics/article/view/13407