Офіційний веб сайт

Визначення висотного розподілу іоносферних параметрів методом некогерентного розсіяння радіохвиль із застосуванням складного сигналу

М48

Автори: Черняк Ю.В., Богомаз О.В.

Представлена Інститутом іоносфери НАН України і МОН України.

Кількість публікацій: 33 наукові публікації, в т.ч. 23 статті, 10 тез доповідей.

Роботу присвячено підвищенню точності та розширенню можливостей радіофізичного методу некогерентного розсіяння радіохвиль для визначення електронної концентрації іоносферної плазми.

Розроблено та реалізовано на харківському радарі некогерентного розсіяння спосіб визначення електронної концентрації в іоносфері з використанням двоімпульсного двочастотного зондуючого сигналу. Представлено розвинену модель вимірювального каналу, з використанням якої проведено оцінку похибок, що виникають під час розрахунку висотного розподілу кореляційних функцій сигналу некогерентного розсіяння у випадку двочастотного двоімпульсного зондування.

Запропоновано методику виділення сигналів когерентних відбиттів від штучних супутників Землі і "космічного сміття", яка підвищує точність визначення електронної концентрації. Проведено дослідження висотно-часових варіацій електронної концентрації іоносферної плазми в діапазоні висот 100 1000 км в спокійних та збурених умовах. Вперше під час сильних магнітних бур виявлено потужні сигнали середньоширотних когерентних ехо, проаналізовано їх характеристики. У центральноєвропейському регіоні в період з 2003 по 2009 роки розробленими методами отримано дані про варіації електронної концентрації одночасно в інтервалі висот 100 1000 км, у тому числі під час сонячних затемнень, надсильних і помірних магнітних бур, а також збурень, викликаних стартами ракет.

Надіслати коментар

Коментарі

И.И. Шагимуратов

И.И. Шагимуратов,
директор Западного отделения Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова РАН

И.И. Шагимуратов

Для изучения и моделирования физических процессов в верхней атмосфере и ионосфере необходим большой объем данных об исследуемой среде, включая динамику, реакцию на солнечные вспышки и вызываемые этими вспышками магнитные, электрические, ионосферные и магнитосферные возмущения. Данные о вариациях параметров околоземного пространства получают в основном дистанционными радиофизическими методами.
Как известно, радары некогерентного рассеяния являются наиболее информативным средством диагностики ионосферы. Работа авторов Черняка Ю.В., Богомаза А.В. направлена на получение более точной и детальной информации о вариациях ионосферной плазмы и ее динамики в различных геофизических условиях.
Авторами усовершенствованы способ и алгоритм определения электронной концентрации ионосферы на высотах от 100 до 1000 км. Так же в работе развита модель измерительного канала и оценены точностные характеристики. Очень интересными являются результаты измерений, в частности в условиях ионосферных возмущений различного характера. В частности результаты наблюдений и анализа аномальных сигналов во время магнитной бури ноября 2004 г. позволяют объяснить некоторые причины флуктуаций сигналов на трассе спутник GPS - земная поверхность. Так же заслуживают внимания результаты измерений и анализа полученных во время слабых ионосферных возмущений (солнечные затмения и старт ракеты) данных.
Считаю, что работа Ю.В. Черняка А.В. Богомаза «Определение высотного распределения ионосферных параметров методом некогерентного рассеяния радиоволн с применением сложного сигнала» интересна и актуальна, а ее авторы достойны присуждения премии Президента Украины для молодых учёных.

Г.В. Павлов

Данная работа посвящена определению высотно-временных вариаций электронной концентрации ионосферной плазмы в диапазоне высот 100 – 1000 км и повышению точности их получения. Особый интерес представляет возможность получения дополнительных данных при зондировании импульсом большой длительности, а именно данных о мощности сигнала рассеяния, полученных с высоким разрешением, что особенно ценно при изучении нижней части области F2 ионосферы. Учет в алгоритмах обработки влияния эффекта Фарадея, изменения мощности сигнала позволяют значительно улучшить качество получаемых на комплексе НР данных. Применение в процедурах исключения помех, которые имеют характер когерентного отражения от искусственных спутников и "космического мусора", в свою очередь повышают точность оценки характеристик, принимаемого НР сигнала.
Работа актуальна для специалистов, работающих в области исследования ионосферы, позволяет получить новые данные о физических процессах, происходящих в геокосмосе, а также при решении ряда прикладных задач, связанных с функционированием широкого спектра радиотехнических средств связи и навигации.
Считаю, что работа авторов Черняка Ю.В., Богомаза А.В. является весьма актуальной, а авторы заслуживают присуждения премии Президента Украины для молодых ученых.

Г.В.Павлов,
директор Института автоматики
и электротехники
Национального университета
кораблестроения, д.т.н., проф.

А.П.ВЕРЕЩАК; Н.Г.БАТУРИН

Работа Черняка Ю.В., Богомаза А.В. “Определение высотного распределения ионосферных параметров методом некогерентного рассеяния радиоволн с применением сложного сигнала” представляет результаты исследований электронной концентрации в период с 2003 по 2009 г.г. в интервале высот 100-1000 км, в том числе во время солнечных затмений, сверхсильных и умеренных магнитных бурь, а также возмущений, вызванных стартами мощных ракет.
Авторами разработан новый способ определения электронной концентрации в ионосфере, который позволит впервые для средних широт Европы получить данные о пространственно-временном распределении неоднородностей электронной концентрации, вызывающих явление “когерентное эхо”. Впервые выполнены исследования ионосферных возмущений, вызванных запуском мощной ракеты, с высоким пространственным разрешением. Использование сложного сигнала зондирования и усовершенствованных методик измерений позволило авторам локализовать возмущение ионосферы в пространстве и времени. Авторами установлены связи между изменениями геомагнитных индексов и параметров солнечного ветра с вариациями эхо-сигнала. Авторами установлено, что квазикогерентный сигнал высокой интенсивности появляется в период, когда концентрация протонов, скорость и температуры плазмы солнечного ветра совместно приобретают максимальные значения.
Полученные авторами экспериментальные результаты могут быть использованы при моделировании спокойной и возмущенной ионосферы, при разработке моделей ионосферных неоднородностей, для оценки воздействия сильных ионосферных возмущений на трансионосферные линии связи и системы навигации.
Работа авторов Черняка Ю.В., Богомаза А.В. является актуальной и имеет большую научную ценность, поэтому авторы заслуживают присуждения премии Президента Украины для молодых ученых.

Председатель правления — директор ОАО “АО НИИРИ”
лауреат Государственной премии Украины,
Заслуженный машиностроитель Украины,
доктор технических наук, профессор А.П.Верещак

Ученый секретарь института
Заслуженный изобретатель Украины,
кандидат технических наук, доцент Н.Г.Батурин

Г.В.Павлов

Данная работа посвящена определению высотно-временных вариаций электронной концентрации ионосферной плазмы в диапазоне высот 100 – 1000 км и повышению точности их получения. Особый интерес представляет возможность получения дополнительных данных при зондировании импульсом большой длительности, а именно данных о мощности сигнала рассеяния, полученных с высоким разрешением, что особенно ценно при изучении нижней части области F2 ионосферы. Учет в алгоритмах обработки влияния эффекта Фарадея, изменения мощности сигнала позволяют значительно улучшить качество получаемых на комплексе НР данных. Применение в процедурах исключения помех, которые имеют характер когерентного отражения от искусственных спутников и "космического мусора", в свою очередь повышают точность оценки характеристик, принимаемого НР сигнала.
Работа актуальна для специалистов, работающих в области исследования ионосферы, позволяет получить новые данные о физических процессах, происходящих в геокосмосе, а также при решении ряда прикладных задач, связанных с функционированием широкого спектра радиотехнических средств связи и навигации.
Считаю, что работа авторов Черняка Ю.В., Богомаза А.В. является весьма актуальной, а авторы заслуживают присуждения премии Президента Украины для молодых ученых.

В.П. Урядов

Исследования ионосферы являются важным звеном в изучении сложного комплекса солнечно-земных связей, определяющих космическую погоду в околоземном пространстве. В настоящее время для исследования околоземного космического пространства используют ряд радиофизических методов. Метод некогерентного рассеяния (НР) относится к одному из наиболее информативных и точных методов дистанционного радиозондирования ионосферы. Метод НР позволяет одновременно измерять ряд ключевых параметров ионосферной плазмы в широком интервале высот от 100 до 1000 км, что делает радар НР уникальным инструментом для ионосферных исследований. Радар НР в Харькове является единственной в среднеширотной Европе установкой, которая дает возможность получать ценную геофизическую информацию о параметрах геокосмоса. Следует отметить, что метод НР позволяет определять экспериментально как регулярные вариации электронной концентрации и других параметров ионосферы, так и исследовать их поведение во время возмущений природного и антропогенного характера. При этом данные ионосферных измерений используются для развития фундаментальных знаний о солнечно-земных связях и физических процессах, происходящих в геокосмосе, а также для решения ряда прикладных задач. В этой связи весьма актуальным представляется дальнейшее развитие и совершенствование аппаратуры и систем зондирования, приёма и обработки сигналов на радаре НР с целью повышения точности измерений электронной концентрации и ее вариаций в большом интервале высот в различных геофизических условиях.
Работа А.В. Богомаза и Ю.В. Черняка посвящена вопросу определения параметров ионосферы методом НР с использованием составного сигнала. Использование такого сложного сигнала позволяет, во-первых, расширить границы исследуемой области ионосферы, во-вторых, повысить высотное разрешение получаемых данных, а также улучшить точностные характеристики исследуемых параметров.
А.В. Богомаз и Ю.В. Черняк выполнили большой объем экспериментальных и теоретических исследований, в работе представлены результаты наблюдений и интерпретации различных эффектов и процессов в ионосфере, полученных с помощью составного сигнала. Авторами получен ряд новых научных результатов, среди которых можно выделить следующие:
1. Разработан и реализован на харьковском радаре НР способ определения электронной концентрации в ионосфере с использованием двухимпульсного двухчастотного зондирующего сигнала.
2. Выполнено моделирование процесса измерения основных параметров ионосферы, оценена точность их определения. Показано, что имеет место существенное уменьшение погрешности при использовании данных элемента измерительного канала с зондирующим импульсом малой длительности в области максимума слоя F2 и ниже.
3. Впервые для центральноевропейского региона в период с 2003 по 2009 гг. получены данные о вариациях электронной концентрации в интервале высот 100 –1000 км с улучшенным высотным разрешением ниже максимума F2, в том числе во время солнечных затмений, сверхсильных и умеренных магнитных бурь, а также возмущений, вызванных стартами мощных ракет.
4. Для оценки достоверности полученных результатов проведено сравнение результатов, полученных экспериментально, и расчетов по международной модели ионосферы IRI-2001. Наблюдается принципиальная сходимость по характеру высотного и временного распределения с данными, полученными на радаре в Харькове.
5. Впервые для средних широт Европы получены данные о пространственно-временном распределении неоднородностей Ne, вызывающих явление «когерентное эхо». Установлены связи между изменениями геомагнитных индексов и параметрами солнечного ветра с вариациями эхо-сигнала. Квазикогерентный сигнал высокой интенсивности появляется в период, когда концентрация протонов, скорость и температура плазмы солнечного ветра совместно приобретают максимальные значения или есть резкие изменения параметров, а индекс Dst – отрицательные значения (100 –300 нТл).
6. Впервые выполнены исследования ионосферных возмущений, вызванных запуском мощной ракеты, с высоким пространственным разрешением. Использование сложного сигнала зондирования и усовершенствованных методик измерений позволило локализовать возмущение ионосферы в пространстве и времени.

Результаты работы авторов могут быть использованы при решении широкого круга научных и практических задач физики ионосферы, геокосмоса, радионавигации и связи, например, при моделировании возмущенной ионосферы, при разработке моделей ионосферных неоднородностей, при оценке воздействия сильных ионосферных возмущений на работу трансионосферных линий связи и систем навигации.
Результаты работы хорошо представлены в ведущих научных журналах, личный вклад авторов определен и четко сформулирован.
На мой взгляд, работа Богомаза А.В. и Черняка Ю.В. «Определение высотного распределения ионосферных параметров методом некогерентного рассеяния радиоволн с применением сложного сигнала» заслуживает внимания, а ее авторы – присуждения премии Президента Украины для молодых учёных.

Зав. сектором ФГНУ
“Научно-исследовательский
радиофизический институт”, Россия, г. Нижний Новгород
доктор физ.-мат.наук
В.П.Урядов

О.С. Мазманішвілі

Роботу на здобуття щорічної премії Президента України для молодих вчених «Визначення електронної концентрації іоносферної плазми методом некогерентного розсіяння радіохвиль у режимі двочастотного зондування» авторів Черняка Ю.В., Богомаза О.В. присвячено підвищенню точності та розширенню можливостей радіофізичного методу некогерентного розсіяння (НР) радіохвиль для визначення електронної концентрації іоносферної плазми. Актуальність теми обумовлена необхідністю отримання даних, що призначені для загальнонаукового користування щодо варіацій електронної концентрації та інших параметрів іоносферної плазми залежно від сезону, часу доби в спокійних умовах та особливостей їх поведінки в умовах збурень різного характеру. Метою роботи є визначення висотно-часових варіацій електронної концентрації іоносферної плазми методом НР, а також підвищення точності їх одержання.
Для досягнення поставленої мети авторами було розроблено спосіб визначення електронної концентрації в діапазоні висот 100–1000 км з урахуванням особливостей структури іоносфери і процесу НР радіохвиль в цьому діапазоні висот. Також було удосконалено комплекс вимірювальної апаратури на радарі НР, що дало можливість поліпшити процедуру визначення висотних залежностей електронної концентрації.
Реалізація на харківському радарі НР вдосконаленого способу діагностики іоносфери дозволила отримати нові дані про висотно-часовий розподіл електронної концентрації в діапазоні 100–1000 км у спокійних та збурених умовах, а також дані про характеристики сигналів, розсіяних іоносферними турбулентностями.
Вважаю, що робота «Визначення електронної концентрації іоносферної плазми методом некогерентного розсіяння радіохвиль у режимі двочастотного зондування» може бути відміченою, а її автори – Черняк Ю.В. та Богомаз О.В. – заслуговують присудження премії Президента України для молодих вчених.

Доктор фізико-математичних наук, професор,
професор Сумського Державного Університету О.С. Мазманішвілі

А.Ф. Яковец

Радары некогерентного рассеяния (НР) позволяют осуществить наиболее полную диагностику ионосферы в диапазоне высот ~ 100 – 1000 км. Мировая сеть радаров НР, каждый из которых является уникальным научным инструментом, насчитывает лишь 9 установок, а харьковский инструмент является единственным в Европе, расположенным на средних широтах.
Радиосигналы, рассеянные на тепловых флуктуациях ионосферной плазмы чрезвычайно слабы, поэтому совершенствование методов и аппаратуры их обработки является актуальной задачей.
Работа Богомаза А.В. и Черняка Ю.В. посвящена внедрению на харьковском радаре НР сложного сигнала зондирования, а также разработке новых программ обработки полученной геофизической информации. Применение двухимпульсного двухчастотного сигнала, безусловно, расширяет возможности метода НР и позволяет получать параметры ионизированной среды в широком диапазоне высот. Использование такого сигнала дало возможность опустить нижнюю границу до высоты 100 км, а также улучшить точностные характеристики получения экспериментальных данных.
В работе также представлена развитая авторами обобщенная модель измерительного канала. С использование такой модели измерительного канала авторам удалось провести моделирование влияния сигнала отражения от ИСЗ и «космического мусора» на процесс определения основных параметров ионосферной плазмы.
Получены результаты зондирования ионосферы сложным сигналом для спокойных и возмущенных условий, а также во время солнечного затмения 29 марта 2006 г. и старта мощной ракеты-носителя «Протон-К». Интересны результаты наблюдения и исследования сигналов обратного рассеяния (когерентного эхо), возникающих в периоды геомагнитных бурь.
На мой взгляд, работа Богомаза А.В., Черняка Ю.В. «Определение высотного распределения ионосферных параметров методом некогерентного рассеяния радиоволн с применением сложного сигнала» представляет значительный вклад в метод диагностики ионосферной плазмы с помощью радаров НР, а авторы заслуживают присуждения премии Президента Украины для молодых учёных.

Зав. лабораторией физики и моделирования
ионосферы Института ионосферы АО “НЦКИТ”
Казахстана, канд. физ.-мат. наук А.Ф. Яковец

Фелікс Яновський

Робота на здобуття премії Президента України для молодих вчених «Визначення електронної концентрації іоносферної плазми методом некогерентного розсіяння радіохвиль у режимі двочастотного зондування» підсумовує дослідження авторів Черняка Ю.В., Богомаза О.В. у цьому напрямку за останні сім років. У роботі представлено розроблений спосіб визначення електронної концентрації, який базується на використанні двочастотного зондувального сигналу, та імітації висотного розподілу сигналу, некогерентно розсіяного іоносферою. За участю авторів було розроблено апаратуру (двочастотний вимірювальний канал), що реалізує спосіб визначення електронної концентрації, алгоритми і програми отримання іоносферних даних. Ці розробки у теперішній час використовуються на радарі НР Інституту іоносфери. Реалізація способів дала змогу отримати результати спостережень іоносферних збурень з високим просторовим розділенням, а також дозволила локалізувати збурення іоносфери у просторі та часі.
Вважаю, що автори роботи «Визначення електронної концентрації іоносферної плазми методом некогерентного розсіяння радіохвиль у режимі двочастотного зондування» Черняк Ю.В., Богомаз О.В. заслуговують присудження премії Президента України для молодих вчених.

Завідувач кафедри радіоелектроніки
Національного авіаційного університету
лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки
доктор техн. наук, професор
IEEE Fellow
Ф. Й. Яновський

Гість

Работа авторов Черняка Ю.В. и Богомаза А.В. "Определение высотного распределения ионосферных параметров методом некогерентного рассеяния радиоволн с применением сложного сигнала", которая участвует в конкурсе на соискание премии Президента Украины для молодых учёных, основана на данных харьковского радара некогерентного рассеяния (НР). Надо отметить, что на территории бывшего СССР функционируют всего два таких радара: в Харькове и в Иркутске; несколько аналогичных установок развернуто в других странах, однако далеко не каждая страна может позволить себе создание и эксплуатацию столь сложной и дорогостоящей установки. Так что сам факт использования данных радара НР в научных работах обуславливает высоких интерес научной общественности, в том числе мировой, к таким работам.
Для наиболее полной реализации потенциала радара НР и получения новых научных данных особенно перспективными являются разработка новых измерительных методик, применение новых методов цифровой обработки сигналов и построение новых математических моделей для интерпретации результатов. Именно над этими проблемами работают молодые ученые Черняк Ю.В. и Богомаз А.В. В рассматриваемой работе авторами создан новый способ определения электронной концентрации в ионосфере; развита обобщенная модель измерительного канала в соответствии с функционированием системы обработки радара НР; выполнено сравнение оценок погрешностей, возникающих при расчете высотного разделения корреляционных функций в случае двухчастотного двухимпульсного зондирования; за счет развития процедур исключения помех, повышены точности оценки характеристик принятого сигнала. Благодаря перечисленному развитию измерительных методик, впервые для средних широт центральноевропейского региона удалось зарегистрировать сигналы когерентных эхо и проанализировать их характеристики, а также получить данные о вариациях электронной концентрации в интервале высот 100-1000 км с улучшенным высотным разрешением.
Высокий научный уровень работ подтверждается публикациями авторов в ведущих научных журналах и наличием патентов на изобретения.
Считаю, что работа авторов заслуживает внимания, а сами авторы присуждения премии Президента Украины для молодых учёных.

Доцент Марийского государственного университета (Россия),
кандидат технических наук
Щирый А.О.