Іоносферні процеси, які спостерігались пасивним ВЧ радаром при похилому зондуванні
Анотація
Актуальність. Актуальність обумовлена необхідністю безперервного радіофізичного моніторингу динамічних процесів в іоносфері, викликаних варіаціями космічної погоди, впливом високоенергійних джерел природного й антропогенного походження. Для цього фахівцями з Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна та Харбінського інженерного університету розроблено когерентний багаточастотний багатотрасовий радіотехнічний комплекс похилого зондування іоносфери.
Метою роботи є ілюстрація працездатності комплексу на прикладі вивчення динамічних процесів в іоносфері при русі сонячного термінатора, протягом помірного землетрусу, сильної іоносферної бурі та в період часткового сонячного затемнення.
Методи і методологія. При розробці комплексу використовувалася технологія програмного радіо (SDR). Комплекс здатний приймати радіосигнали в діапазоні частот 10 кГц – 30 МГц. Розроблено оригінальне програмне забезпечення, яке залежить від кола розв’язуваних задач. Кількість радіотрас та їх орієнтація залежать від специфіки розв’язуваних задач. У основі функціонування комплексу лежать вимірювання доплерівського зсуву частоти. За допомогою авторегресійного алгоритму забезпечується роздільна здатність за частотою 0.02 Гц та за часом 7.5 с. Після отримання часових залежностей доплерівських спектрів для різних трас виконується подальша обробка часових рядів, що відповідають різним модам радіохвилі.
Результати: Успішне функціонування комплексу продемонстровано на прикладі дослідження динамічних процесів в іоносфері при русі сонячного термінатора, протягом помірного (M » 5.9) землетрусу 7 липня 2018 р., сильної іоносферної бурі 26 серпня 2018 р. та в період часткового (фаза близько 0.74) сонячного затемнення над Китаєм 11 серпня 2018 р. Виявлено та досліджено реакцію іоносфери на вплив джерел енерговиділення різної природи, яка супроводжувалася посиленням багатопроменевості, уширенням доплерівських спектрів, аперіодичними та квазіперіодичними варіаціями доплерівського зсуву частоти, генерацією знакозмінних варіацій концентрації електронів і хвилевих збурень з параметрами атмосферних гравітаційних хвиль та інфразвуку.
Висновок: Розміщений на території Харбінського інженерного університету комплекс успішно здійснює безперервний радіофізичний моніторинг динамічних процесів в іоносфері, викликаних різними джерелами енерговиділення.
Завантаження
Посилання
Galushko VG, Beley VS, Koloskov AV, Yampolski YM, Paznukhov VV, Reinisch BW, et al. Frequency-and-angular HF sounding and ISR diagnostics of TIDs. Radio Science. 2003 Dec;38(6):10-1–10-9.
Reinisch BW, Galkin IA, Khmyrov GM, Kozlov AV, Bibl K, Lisysyan IA, et al. New Digisonde for research and monitoring applications. Radio Science. 2009 Feb 19;44(1):1-15.
Reinisch BW, Galkin IA. Global Ionospheric Radio Observatory (GIRO). Earth, Planets and Space. 2011 Jun 14;63(4):377-381.
Verhulst T, Altadill D, Mielich J, Reinisch B, Galkin I, Mouzakis A, et al. Vertical and oblique HF sounding with a network of synchronised ionosondes. Advances in Space Research. 2017 Oct 15;60(8):1644-1656.
Ivanov VA, Kurkin VI, Nosov VE, Uryadov VP, Shumaev VV. Chirp Ionosonde and its Application in the Ionospheric Research. Radiophysics and Quantum Electronics. 2003 Nov;46(11):821-851.
Zalizovski V, Kascheyev AS, Kascheev SB, Koloskov AV, Lisachenko VN, Paznukhov VV, et al. Prototype of a portable coherent ionosonde. Space Science and Technology. 2018;24(3(112)):10-22 [in Russian].
Galushko VG, Kascheev AS, Paznukhov VV, Yampolski YM, Reinisch BW. Frequency-and-angular sounding of traveling ionospheric disturbances in the model of three-dimensional electron density waves. Radio Science. 2008;43(4):1-10.
Pietrella M, Perrone L, Fontana G, Romano V, Malagnini A, Tutone G, et al. Oblique-incidence ionospheric soundings over Central Europe and their application for testing now casting and long term prediction models. Advances in Space Research. 2009 Jun;43(11):1611-1620.
Mlynarczyk J, Koperski P, Kulak A. Multiple-site investigation of the properties of an HF radio channel and the ionosphere using Digital Radio Mondiale broadcasting. Advances in Space Research. 2012;49(1):83-88.
Paznukhov VV, Galushko VG, Reinisch BW. Digisonde observations of TIDs with frequency and angular sounding technique. Advances in Space Research. 2012 Feb 15;49(4):700-710.
Vertogradov GG, Uryadov VP, Vertogradova EG, Vertogradov VG, Kubatko SV. Chirp ionosonde-radiodirection finder as a new tool for studying the ionosphere and radio-wave propagation. Radiophysics and Quantum Electronics. 2013 Nov 14;56(5):259-275.
Shi SZ, Chen G, Yang GB, Li T, Zhao ZY, Liu JN. Wuhan ionospheric oblique-incidence sounding system and its new application in localization of ionospheric irregularities. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2015 Apr;53(4):2185-2194.
Shi SZ, Yang GB, Zhao ZY, Liu JN. A novel ionospheric oblique-incidence sounding network consisting of the ionospheric oblique backscatter sounder and parasitic oblique-incidence sounder. IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing Letters. 2015 Jul 08;12(10):2070-2074.
Heitmann J, Cervera MA, Gardiner-Garden RS, Holdsworth DA, MacKinnon AD, Reid IM, et al. Observations and modeling of ionospheric disturbance signatures from an Australian network of oblique angle of arrival sounders. 32nd URSI GASS; 2017 Aug 19 – 26; Montreal, Canada. p. 1-4.
Laštovička J, Chum J. A review of results of the international ionospheric Doppler sounder network. Advances in Space Research. 2017 Oct 15;60(8):1629-1643.
Garmash KP, Rozumenko VT, Tyrnov OF, Tsymbal AM, Chernogor LF. Radio Studies of processes in the near-Earth plasma disturbed by high-energy sources. Part 1. Telecommunications and Radio Engineering. 1999;7:3-15.
Blagoveshchenskaya NF. Geophysical effects of active experiments in the near-Earth space. Saint-Petersberg: Gidrometeoizdat; 2001. 287 p. [in Russian].
Chernogor LF, Garmash KP, Podnos VA, Tyrnov OF. V. N. Karazin Kharkiv National University radio physics observatory as a facility for monitoring the ionosphere during space experiments. In "Ionosat-Micro" Space Project". Kyiv: Academperiodika; 2013. p. 160-182 [in Russian].
Garmash KP, Gokov AM, Kostrov LS, Rozumenko VT, Tyrnov OF, Fedorenko YP, et al. Radiophysical Investigations and Modeling of Ionospheric Processes Generated by Sources of Various Nature. 1. Processes in a Naturally Disturbed Ionosphere. Technical Facilities. Telecommunications and Radio Engineering. 1999;53(4-5):6-20.
Garmash KP, Gokov AM, Kostrov LS, Rozumenko VT, Tyrnov OF, Fedorenko YP, et al. Radiophysical Investigations and Modeling of Ionospheric Processes Generated by Sources of Various Nature. 2. Processes in a Modified Ionosphere. Signal Parameter Variations. Disturbance Simulation. Telecommunications and Radio Engineering. 1999;53(6):1-22.
Blagoveshchenskaya NF, Andreev AD, Kornienko VA. Ionospheric wave processes during HF heating experiments. Advances in Space Research. 1995;15(12):45-48.
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 Nov;7(2):133-139.
Huang D, Liu E, Hu H, Liu J. Algorithm for the estimation of ionosphere parameters from ground scatter echoes of SuperDARN. Sci. China Technol. Sci. 2018 Nov;61(11):1755-1764.
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.
Guo Q, Zheng Y, Chernogor LF, Garmash KP, Rozumenko VT, Passive HF Doppler Radar for Oblique-Incidence Ionospheric Sounding. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering. Lviv, Ukraine, 2019 July 2-6, Lviv, Ukraine. p. 88-93.
Chernogor LF, Domnin IF. Physics of geocosmic storms Kharkiv: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ.; 2014. 408 p. [in Russian].
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.
Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Y. Physical Processes Operating in the Ionosphere after the Earthquake of Richter Magnitude 5.9 in Japan on July 7, 2018. Astronomy and Space Physics in the Kyiv University. Book of Abstracts. International Conference; 2019 May 28-31; Kyiv, Ukraine. Kyiv, Ukraine, 2019: p. 87-88.
Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Y. Effects of the Severe Ionospheric Storm of 26 August 2018. Astronomy and Space Physics in the Kyiv University. Book of Abstracts. International Conference; 2019 May 28-31; Kyiv, Ukraine. Kyiv, Ukraine, 2019: p. 88-90.
Guo Q, Zheng Y, Chernogor LF, Garmash KP, Rozumenko VT. Passive HF Doppler Radar for Oblique-Incidence Ionospheric Sounding. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering; 2019 Jul 2-6; Lviv, Ukraine. Lviv, Ukraine; 2019. p. 88-93.
Guo Q, Zheng Y, Chernogor LF, Rozumenko VT, Shevelev MB. The Parameters of the Infrasonic Waves Generated by the Chelyabinsk meteoroid: System Statistic Analysis Results. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering; 2019 Jul 2-6; Lviv, Ukraine; 2019. p. 938-941.
Chernogor LF, Garmash KP, Guo Q, Rozumenko VT, Zheng Y. Physical Effects of the Severe Ionospheric Storm of 26 August 2018. Fifth UK–Ukraine–Spain Meeting on Solar Physics and Space Science; 2019 Aug 26-30; Kyiv, Ukraine; 2019. p. 33.
Marple SL, Jr. Digital spectral analysis: with applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, Inc.; 1987 Jan 01. 492 p.
Bradley PA, Cander LR, Kutiev I, Hanbaba R. PRIME (COST 238) Studies of Ionospheric Storm Effects. Adv. Space Res. 1997;20(9):1669-1678
Danilov AD, Lastovička J. Effects of geomagnetic storms on the ionosphere and atmosphere. Inter. J. Geomagn. Aeron. 2001 Dec;2(3):209-224.
Danilov AD, Morozova LD. Ionospheric storms in the F2 region. Morphology and physics (review) Geomagnetism and Aeronomy. 1985;25(5):705-721 [in Russian].
Prölss GW. Ionospheric F-region storms. Handbook of Atmospheric Electrodynamics. Vol. 2. Volland H., editor. Florida: CRC Press, Boca Raton; 1995. p. 195-248.
Buonsanto MJ, Ionospheric Storms-a Review. Space Sci. Rev. 1999;88:563-601.
Chernogor LF. Physical effects of solar eclipses in atmosphere and geospace: Monograph. Kharkiv: Kharkiv National University; 2013. 487 p.
Ji W, Chi W, Quanlin F. Introduction to meridian space weather monitoring project. J. Space Sci. 2006;26:17-24.
Цитування
Supertyphoon Hagibis action in the ionosphere on 6–13 October 2019: Results from multi-frequency multiple path sounding at oblique incidence
Chernogor L.F., Garmash K.P., Guo Q., Rozumenko V.T., Zheng Yu & Luo Y. (2021) Advances in Space Research
Crossref
