Параметри рухомих іоносферних збурень: результати просторово рознесеного похилого ВЧ радіозондування

Анотація

Актуальність. Особливості іоносферного радіоканалу полягають у залежності його параметрів від фази сонячної активності, стану Сонця, стану атмосферно-космічної погоди, пори року, часу доби, географічних координат тощо. Атмосфера й іоносфера, а значить і відповідні радіоканали, рідко бувають спокійними. Зазвичай вони збурюються високоенергетичним джерелами природного та техногенного походження. Саме збурення параметрів радіоканалу обмежують потенційні тактико-технічні характеристики систем радіозвʼязку, радіолокації, радіонавігації, дистанційного радіозондування Землі з космосу та радіоастрономії. Для зменшення впливу нестаціонарних і випадкових збурень необхідна їх діагностика та наступна адаптація до збурених умов. Динамічні процеси в атмосфері досліджуються багатьма радіофізичними методами: трансіоносферним радіозондуванням сигналами Глобальної навігаційної супутникової системи, некогерентного розсіяння, вертикального та похилого зондування іоносфери тощо. Похиле зондування іоносфери має низку переваг. При цьому використовують як власні радіопередавачі, так і передавачі світової мережі радіомовних або службових радіостанцій. Безперервний моніторинг іоносфери та іоносферного радіоканалу стає більш дешевим саме при використанні світової мережі. При цьому метод радіозондування є пасивним. Він дозволяє охопити моніторингом значні території Земної кулі (аж до глобальних). Метод має високу чутливість завдяки вимірюванням допплерівського зміщення частоти та амплітуди сигналу. Його роздільна здатність за часом складає близько 10 с, за частотою – 0.01–0.1 Гц. Точність вимірювання допплерівського зміщення частоти не гірше 0.01 Гц. При цьому вдається моніторити відносні варіації концентрації електронів N не менше 10^–4–10^–3 або досліджувати рух іоносферної плазми зі швидкістю не менше 0.1–1 м/с.

Метою цієї роботи є викладення результатів визначення головних параметрів рухомих іоносферних збурень над КНР за допомогою багатотрасового похилого ВЧ радіозондування іоносфери.

Методи і методологія. Для просторово рознесеного похилого ВЧ радіозондування іоносфери було використано багаточастотний багатотрасовий когерентний радіотехнічний комплекс, розміщений на території Харбінського інженерного університету. Моніторинг проведено на 14 радіотрасах різної протяжності та орієнтації. Для гармонічної моделі рухомих іоносферних збурень з використанням трьох радіотрас визначено фазові зсуви на двох інших радіотрасах по відношенню до опорної радіотраси. Цей зсув дорівнює добутку хвильового вектору на відому базу, що визначається відстанню та орієнтацією між радіопередавачами. В загальному випадку є не одне рухоме іоносферне збурення, а суперпозиція низки рухомих іоносферних збурень різних масштабів і напрямків їх руху. Для визначення параметрів цих збурень спочатку знаходяться крос-спектри, з яких обчислюються періоди та фази крос-спектрів.

Результати. Стосовно просторово рознесеного похилого радіозондування іоносфери зі застосуванням багаточастотного багатотрасового когерентного радіотехнічного комплексу ВЧ діапазону розроблено методику визначення періодів, горизонтальних довжин хвиль і азимуту приходу рухомих іоносферних збурень. За допомогою крос-спектрального аналізу визначено періоди, горизонтальні довжини хвиль, горизонтальну швидкість і азимути переважаючих за амплітудою рухомих іоносферних збурень. Підтверджено, що рухомі іоносферні збурення з періодами ~16–40 хв та швидкостями в декілька сотень метрів за секунду викликані генерацією та поширенням атмосферних гравітаційних хвиль. Хвилі з періодом ~10–13 хв мали електромагнітну природу. Відносна амплітуда збурень концентрації електронів у хвилі зазвичай складала ~1–10%. Як правило, рухомі іоносферні збурення переміщувалися вздовж магнітного меридіану, причому частіше за все з півночі на південь.

Висновки. Успішне функціонування комплексу та працездатність запропонованих методик продемонстровано на прикладі визначення основних параметрів рухомих іоносферних збурень.