Засоби та результати радіофізичних вимірювань швидкості руху іоносферної плазми

36. Taran V.I. Investigation of circumterrestrial space by means of incoherent scatter radar / V.I. Taran, V.K. Bogovsky, V.N. Lysenko, Ye.I. Grigorenko, L. Ya. Emelyanov // VIII Ukrainian conference and school on plasma physics and controlled fusion, Alushta, Sept. 11-16, 2000: Book of abstracts. - Kharkov. NSC KIPT. - 2000. - P. 93.

37. L. Ya. Еmelyanov. Optimization of ionospheric plasma drift velocity measurement by incoherent scatter technique / L. Ya. Emelyanov // Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics: VIII Joint International Symposium, Irkutsk, June 25-29, 2001: symp. proc. - Tomsk: Institute of Atmospheric Optics SB RAS, 2001. - P. 235.

38. Емельянов Л.Я. Скорость движения ионосферной плазмы по корреляционным измерениям методом некогерентного рассеяния / Л.Я. Емельянов // Первая Украинская конференция по перспективным космическим исследованиям, 8-10 окт. 2001 г.: сб. тр. - Киев, 2001. - С. 110-114.

39. Емельянов Л.Я. Высотно-временные зависимости скорости движения ионосферной плазмы, полученные по корреляционным измерениям методом некогерентного рассеяния / Л.Я. Емельянов, В.А. Пуляев, И.Б. Скляров // Труды XX Всероссийской научной конференции "Распространение радиоволн", 2-4 июля 2002 г. - Нижний Новгород, 2002. - С. 48-49.

40. Григоренко Е.И. Результаты наблюдения процессов в ионосфере, сопутствующих геомагнитной буре 25 сентября 1998 г., при помощи радара некогерентного рассеяния в Харькове / Е.И. Григоренко, Л.Я. Емельянов, В.И. Таран, Л.Ф. Черногор // Труды XX Всероссийской научной конференции "Распространение радиоволн", 2-4 июля 2002 г. - Нижний Новгород, 2002. - С. 56-57.

41. Дзюбанов Д.А. Характеристики рекомбинационных процессов в ночной F-области ионосферы по данным некогерентного рассеяния / Д.А. Дзюбанов, Л.Я. Емельянов, М.В. Ляшенко // Космічна наука і технологія. Додаток до журналу. Матеріали Другої конференції з перспективних космічних досліджень (21-27 вересня 2002 р.). - 2003. - Т. 9, № 2. - С. 106-108. - 1 електрон. опт. диск (CD-ROM): кольор; 12 см. - Систем. вимоги: Pentium; 32 Mb RAM; CD-ROM Windows 98/2000/NT/XP. - Заголовок з титул. екрану.

42. Боговский В.К. Особенности вариаций параметров ионосферы во время геокосмической бури 30 мая 2003 г. / В.К. Боговский, Е.И. Григоренко, Л.Я. Емельянов и др. // Третья Украинская конференция по перспективным космическим исследованиям, 15-19 сент. 2003 г.: сб. тез. - Кацивели, 2003. - С. 142.

43. Емельянов Л.Я. Развитие радиоприемной системы для расширения возможностей радара некогерентного рассеяния / Л.Я. Емельянов Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я: XІI Міжнародна науково-практична конференція, 20-21 травня 2004 р.: анот. доп. - Харків, 2004. - С. 668.

44. emelyanov L. Ya. The peculiarities of plasma drift velocity determination in midlatitude ionosphere over Ukrainian region. / L. Ya. emelyanov, D.A. Dzyubanov // Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics: XI Joint International Symposium, Tomsk, June 23-26, 2004: symp. proc. - Tomsk, 2004. - P.187.

45. Chernogor L.F. Diurnal and seasonal variations of main ionospheric parameters on 23-th solar activity cycle / L.F. Chernogor, L. Ya. Emel'yanov, M.V. Lyashenko // Problems of geocosmos: 6-th International conference, May 23-27, 2006: Book of Abstracts. - St. Petersburg. - P. 185-186.

46. Емельянов Л.Я. Вариации параметров геокосмической плазмы в период минимума 23-го цикла солнечной активности / Л.Я. Емельянов, М.В. Ляшенко, Л.Ф. Черногор // Сьома Українська конференція з космічних досліджень, 3-8 вересня 2007 р.: зб. тез. - Євпаторія: НЦУВКЗ, 2007. - С. 117.

47. Емельянов Л.Я. Методические и аппаратурные особенности исследования динамики ионосферы методом некогерентного рассеяния радиоволн / Л.Я. Емельянов // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я: Матеріали XVI Міжнародної науково-практичної конференції, 4-6 червня 2008 р. - Харків, 2008, частина ІІ. - С. 231.

48. Емельянов Л.Я. Региональная модель основных параметров ионосферной плазмы / Л.Я. Емельянов, М.В. Ляшенко, Л.Ф. Черногор // Восьмая Украинская конференция по перспективным космическим исследованиям, 1-7 сент. 2008 г.: сб. тез. - Евпатория: НЦУИКС, 2008. - С. 34.

49. Chernogor L.F. Means, methods and results of investigation of ionosphere plasma movement in the low solar activity period / L.F. Chernogor, L. Ya. Emelyanov // 9^th Ukrainian Conference On Space Research, Yevpatoria, August 31-Sept. 5, 2009: Abstracts. - Kyiv, 2009. - С. 34.

АНОТАЦІЯ

Ємельянов Л.Я. Засоби та результати радіофізичних вимірювань швидкості руху іоносферної плазми. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 - радіофізика. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2010.

Розроблено та впроваджено нові й розвинуто відомі радіофізичні методи визначення швидкості руху іоносферної плазми, що використовують кореляційну обробку некогерентно розсіяного (НР) сигналу. Проаналізовано алгоритми оцінки швидкості плазми за різних умов вимірювань, на основі статистичного підходу вибрано та реалізовано оптимальний варіант.

Розроблено та реалізовано на радарі НР принципи зондування, приймання сигналу та побудови доплерівських приймально-задавальних радіосистем з урахуванням специфіки НР сигналу. Створено багатофункціональні прецизійні радіосистеми для визначення швидкості плазми разом з іншими іоносферними параметрами. Розроблено принципи зменшення або усунення похибок визначення швидкості.

Проведено регулярні радіофізичні вимірювання швидкості іоносферної плазми над Україною, отримано нові дані про вертикальну складову швидкості плазми області F іоносфери у 1986-2009 рр. Виявлено або підтверджено основні закономірності просторово-часових і сезонних варіацій вертикальної швидкості руху плазми в іоносфері центральноєвропейського регіону. Виявлено та проаналізовано особливості варіацій швидкості плазми у період сонячних затемнень та іоносферних бур.

Ключові слова: радіофізичні методи, некогерентно розсіяний сигнал, радар, зондування, кореляційна обробка, швидкість руху іоносферної плазми.

АННОТАЦИЯ

Емельянов Л.Я. Средства и результаты радиофизических измерений скорости движения ионосферной плазмы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. - Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, 2010.

Диссертационная работа посвящена реализации на радаре некогерентного рассеяния (НР) регулярных радиофизических измерений вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы с достаточной для геофизических приложений точностью на основе разработки новых и развития существующих методов анализа некогерентно рассеянного сигнала, принципов построения радиосистем для экспериментального исследования вертикального переноса плазмы F-области ионосферы. Для достижения цели в работе решены следующие задачи: обоснование требований к радару НР для определения скорости вертикального движения плазмы на высотах области F; разработка и внедрение методов обработки НР сигнала, разработка и создание радиосистем для определения скорости движения плазмы; анализ влияния аппаратурных и геофизических факторов на точность определения скорости движения ионосферной плазмы и разработка методов уменьшения погрешностей измерения скорости; проведение регулярных измерений, анализ и обобщение результатов измерения вертикальной скорости движения плазмы в периоды спокойного и возмущенного состояния ионосферы.

В работе представлен аналитический обзор литературы, посвященной измерению скорости движения ионосферной плазмы. Рассмотрены особенности процесса переноса плазмы в ионосфере, проведен аналитический обзор радиофизических методов определения скорости, рассмотрены методические аспекты измерения скорости плазмы с использованием метода НР, выбран корреляционный анализ радиосигналов. Проведен обзор радаров НР, проводивших измерения скорости плазмы. Дано краткое описание технических характеристик радара НР Института ионосферы НАН и МОН Украины.

Проведен сравнительный анализ предложенных методов корреляционных измерений скорости. Выполнен анализ разработанных автором алгоритмов оценки скорости движения плазмы при различных условиях измерений, выбран (на основе статистического подхода) и реализован оптимальный вариант. Рассмотрены варианты определения скорости по корреляционным функциям НР сигнала, выделенного на промежуточной частоте, а также в области низких частот. Обоснованы требования к радару НР для определения скорости плазмы области F на основании анализа процессов в ионосфере.

Рассмотрены вопросы аппаратурной реализации измерений, разработки принципов зондирования, приёма сигналов и построения доплеровских приемно-задающих радиосистем с учетом специфики НР сигнала. Созданы многофункциональные прецизионные приёмно-задающие радиосистемы для измерения скорости плазмы совместно с другими ионосферными параметрами. Проведен анализ влияния аппаратурных факторов на точность измерения скорости плазмы, разработаны принципы уменьшения или устранения погрешностей определения скорости. Решены вопросы эффективных методов контроля и калибровки канала измерения скорости.

Впервые проведены регулярные измерения вертикальной составляющей скорости движения ионосферной плазмы V_z над Украиной, получены новые данные о движении плазмы ионосферы в спокойной геофизической обстановке, а также в условиях природных возмущений в ионосфере. Получен большой объём данных регулярных измерений скорости V_z плазмы области F ионосферы в 1986-2009 гг.

Приведены результаты измерений V_z совместно с другими ионосферными параметрами при различных состояниях космической погоды, в том числе в условиях спокойной ионосферы и при естественных возмущениях, вызванных солнечными затмениями и ионосферными бурями. В результате анализа данных выявлены или подтверждены основные закономерности пространственно-временных и сезонных вариаций вертикальной скорости движения плазмы в среднеширотной ионосфере центральноевропейского региона.

Впервые наблюдались динамические эффекты в ионосфере при солнечном затмении 11 августа 1999 г. над Харьковом до высоты 1500 км. Показано, что эффекты в ионосферной плазме, сопровождающие четыре затмения Солнца, качественно подобны между собой. Подтверждено, что солнечное затмение приводит к изменению поведения вертикальной скорости плазмы, особенно на высотах, больших высоты максимума ионизации. В момент времени, близкий к фазе максимального покрытия диска Солнца, высотный профиль скорости V_z подобен профилю в ночные часы. Выявлены значительные изменения вертикальной скорости плазмы области F в периоды ионосферных бурь.

Проведено сопоставление полученных результатов измерения вертикальной скорости плазмы спокойной ионосферы как с результатами других радаров, так и с результатами моделирования. Выявлены отличия вариаций скорости движения ионосферной плазмы над Харьковом по сравнению с данными зарубежных низкоширотных установок, что объясняется различными механизмами движения ионосферы в средних и низких широтах.

Ключевые слова: радиофизические методы, некогерентно рассеянный сигнал, радар, зондирование, корреляционная обработка, скорость движения ионосферной плазмы.

SUMMARY

Emelyanov L.Ya. Means and results of ionosphere plasma drift velocity radiophysical measurements. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of the candidate of physical and mathematical sciences by specialty 01.04.03 - radio physics. - V.N. Karazin Kharkiv National University, 2010.

New radiophysical techniques оf ionosphere plasma drift velocity measurement with correlation processing of incoherent scatter (IS) signal are developed and introduced, and known ones are improved. The analysis of algorithms for drift velocity estimation under various conditions of measurement is carried out. The optimum variant is chosen (on basis of statistical approach) and realized.

The principles of sounding, signal reception and construction of Doppler receiver-driver radio systems are developed subject to specific of the IS signal. The multifunctional precision radio systems for measurement of plasma drift velocity together with other parameters of ionosphere are created and implemented. The principles of reducing or eliminating errors of velocity determination are developed.

Regular radiophysical measurements of ionosphere plasma drift velocity over Ukraine are carried out. New data of vertical drift of the F region plasma in the 1986-2009 are obtained. The basic regularities of space-time, and seasonal variations of vertical plasma drift velocity of the Central European region ionosphere are revealed or confirmed. The features of plasma velocity variations during solar eclipses and ionospheric storms are revealed and analyzed.

Key words: radiophysical techniques, incoherent scatter signal, radar, sounding, correlation processing, ionosphere plasma drift velocity.

Размещено на Allbest.ru