Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Возвратно-наклонное зондирование ионосферы (ВНЗ) является мощным инструментом для мониторинга и прогноза условий функциониро-вания систем КВ-связи. Метод ВНЗ применяется для определения зон покрытия радиопередающих средств, максимальных применимых частот радиосвязи и расстояния по земле до источника рассеяния, а также для получения информации о структуре и состоянии ионосферы. Для решения этих задач в работе предлагается метод прямой диагностики КВ-радиоканала по переднему фронту сигналов ВНЗ на ионограммах. Метод базируется на автоматической обработке и интерпретации ионограмм ВНЗ в режиме реального времени. Приведены алгоритмы определения максимальных применимых частот и характеристик сигналов наклонного зондирования по текущим данным ВНЗ, минуя коррекцию параметров ионосферы. Реализован алгоритм восстановления параметров ионосферы в средней точке радиотрассы.
ионосфера, ионограмма, распространение радиоволн, возвратно-наклонное зондирование ионосферы
ВВЕДЕНИЕ
Возвратно-наклонное зондирование (ВНЗ) прочно вошло в практику исследования ионосферы наряду с вертикальным (ВЗ) и наклонным (НЗ) зондированием начиная с 40-х гг. XX в., и имеется опыт по применению его для прогнозирования условий работы на линиях радиосвязи [Benner, 1949; Кабанов, Осетров, 1965; Чернов, 1971]. При ВНЗ сигнал подвергается влиянию тех же факторов, которые действуют на сигналы магистральных радиолиний. Поэтому естественно ожидать, что по параметрам сигнала ВНЗ и их изменениям можно предсказать условия распространения на линиях связи. Кроме того, сигнал ВНЗ несет в себе информацию о состоянии ионосферы на удалении несколько тысяч километров от места наблюдения в любом заданном направлении. Это существенно дополняет возможности, предоставляемые ионосферными станциями ВЗ в изучении ионосферы и прогнозировании ее параметров. Существует несколько основных подходов к определению характеристик радиосвязи по данным ВНЗ. Наиболее широко распространенный подход связан с решением так называемых обратных задач, когда из данных ВНЗ ионосферы определяются ее количественные параметры. Как правило, в качестве измеряемых характеристик используются задержки зондирующего сигнала, соответствующие переднему фронту сигнала ВНЗ [Benito et al., 2008; Fridman et al., 2012; Norman et al., 2013; Zhu et al., 2015; Feng et al., 2016]. Использование таких методов обычно требует больших временных затрат на ЭВМ, что значительно снижает возможности использования средств ВНЗ для контроля условий работы на коротковолновых трассах.
Одним из возможных путей оперативного прогнозирования характеристик радиосвязи является метод прямой диагностики радиоканала, позволя-ющий по зондирующему сигналу определять ха-рактеристики радиоканала, минуя коррекцию па-раметров ионосферы [Куркин и др., 1993]. Данный подход применяется в случаях, когда диагностиче-ская трасса НЗ совпадает с интересующей радио-трассой или лежит в секторе возвратно-наклонного зондирования. В настоящей работе излагается метод оперативной диагностики КВ-радиоканала по результатам автоматической обработки и интерпретации ионограмм возвратно-наклонного зонди-рования, полученных с помощью ЛЧМ-ионозонда, разработанного в ИСЗФ СО РАН [Brynko et al., 1988; Подлесный и др., 2013]. Результаты интерпретации сигналов ВНЗ и построения треков явля-ются исходными данными для определения максимальных применимых частот (МПЧ) и дистанционно-частотных характеристик (ДЧХ) наклонного зондирования ионосферы на заданные дальности. В дальнейшем результаты оперативной диагностики КВ-радиоканала по текущим данным ВНЗ используются для восстановления параметров ионосферы в секторе зондирования.
1. Грозов В.П., Киселев А.М., Котович Г.В. и др. Программное обеспечение обработки и интерпретации ионограмм зондирования на базе цифрового ЛЧМ-ионозонда // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 4. С. 75-85.
2. Кабанов Н.И., Осетров Б.И. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. М.: Советское радио, 1965. 112 с.
3. Котович Г.В., Ким А.Г., Михайлов С.Я. и др. Определение критической частоты fоF2 в средней точке трассы по данным наклонного зондирования на основе метода Смита // Геомагнетизм и аэрономия. 2006. Т. 46, № 4. С. 547-551.
4. Куркин В.И., Носов В.Е., Пономарчук С.Н. и др. Метод оперативной диагностики КВ-радиоканала // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Cолнца. Новосибирск, 1993. Вып. 100. С. 168-188.
5. Куркин В.И., Ларюнин О.А., Подлесный А.В. и др. Морфологические особенности признаков перемещающихся ионосферных неоднородностей по данным слабонаклонного зондирования ионосферы // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 2. С. 158-163.
6. Михайлов С.Я. Многозначность восстановления профилей плазменной частоты по заданной ВЧХ и их различи-мость для наклонного распространения коротких радиоволн в изотропной ионосфере // Изв. вузов. Радиофизика. 2000. Т. XLII, № 10. С. 855-872.
7. Подлесный А.В., Брынько И.Г., Куркин В.И. и др. Многофункциональный ЛЧМ-ионозонд для мониторинга ионосферы // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 4. С. 24-31.
8. Пономарчук С.Н., Ильин Н.В., Пензин М.С. Модель распространения радиоволн в диапазоне частот 1-10 МГц на основе метода нормальных волн // Солнечно-земная физика. 2014. Вып. 25. С. 33-39.
9. Чернов Ю.А. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. М.: Связь, 1971. 204 с.
10. Benito E., Bourdillon A., Saillant S., et al. Inversion of HF backscatter ionograms using elevation scans // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2008. V. 70, N 15. P. 1935-1948. DOI:https://doi.org/10.1016/j. jastp.2008.09.031.
11. Benner A. Predicting Maximum Usable Frequency from Long-Distance Scatter // Proc. IRE.1949. V. 37, N 1. P. 44-47.
12. Bilitza D., Reinisch B.W. International Reference Ionosphere 2007: Improvements and new parameters // Adv. Space Res. 2008. V. 42. P. 599-609. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.07.048.
13. Brynko I.G., Galkin I.A., Grosov V.P., et al. An automatically controlled data gathering and processing system using an FMCW ionosonde // Adv. Space Res. 1988. V. 8, N 4. P. 121-124.
14. Dyson P.L. A simple method of backscatter ionogram analysis // J. Atmos. Terr. Phys. 1991. V. 53, N 1. P. 75-88.
15. Fridman S.V., Nickisch L.J., Hausman M. Inversion of backscatter ionograms and TEC data for over-the-horizon radar // Radio Sci. 2012. V. 47, RS0L10. DOI:https://doi.org/10.1029/2011RS004932.
16. Grozov V.P., Ilyin N.V., Kotovich G.V., Ponomarchuk S.N. Software system for automatic interpretation of ionosphere sounding data // Pattern Recognition and Image Analysis. 2012. V. 22, N 3. P. 458-463. DOI:https://doi.org/10.1134/S1054661812030042.
17. Ilyin N.V., Khakhinov V.V., Kurkin V.I., et al. The theory of chirp-signal ionospheric sounding // Proc. ISAP’96, Chiba, Japan, 1996. P. 689-692.
18. Ivanova V.A., Kurkin V.I., Polekh N.M., et al. Studying large-scale traveling ionospheric disturbances according to the data of oblique-incidence sounding // Geomagnetism and Aeronomy. 2011. V. 51, N 8. P. 1101-1104. DOI:https://doi.org/10.1134/S00 16793211080196.
19. Feng J., Ni B.-B., Zhao Z.-Y., et al. A method of reconstructing horizontally-inhomogeneous ionospheric structure using HF sky-wave backscatter ionograms // Chinese J. Geophys. 2016. V. 59, N 5. P. 457-473.
20. Krasheninnikov I.V., Liannoy B.E. Estimation of the true ionospheric height profile, with a continuous gradient, from oblique sounding data // J. Atmos. Terr. Phys. 1990. V. 52, N 2. P. 113-117.
21. Li N., Zhao Z., Zhou C., et al. Inversion of sweep frequency backscatter ionogram from monostatic HF sky-wave radar // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2013. V. 10, N 6. P. 1360-1364. DOI:https://doi.org/10.1109/LGRS.2013.2241728.
22. Norman R.J., Dyson P.L. HF radar backscatter inversion technique // Radio Sci. 2006. V. 41, RS4010. DOI: 10.1029/ 2005RS003355.
23. Oinats A.V., Nishitani N., Ponomarenko P., Ratovsky K.G. Diurnal and seasonal behavior of the Hokkaido East SuperDARN ground backscatter: simulation and observation // Earth, Planets and Space. 2016. V. 68, N 1. P. 18. DOI:https://doi.org/10.1186/s40623-015-0378-9.
24. Ponomarchuk S.N, Kurkin V.I., Oinats A.V. The diagnostics of ionosphere and Earth ground surface by backscatter sounding data // PIERS 2009: Proc. Moscow, 2009. V. I, II. P. 1307-1310.
25. Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kotovich G.V., Penzin M.S. The real-time forecast of HF radio channel on the base of ionoshere sounding data // PIERS 2012: Proc. Moscow, 2012. P. 1182-1186.
26. Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kim A.G., et al. The near real-time diagnostics of ionosphere parameters at the middle point of the radio path on the base of oblique sounding data // Proc. SPIE. 2015. V. 9680, 96805E. DOI: 10.1117/ 12.2203589.
27. Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kotovich G.V., et al. Automatic processing and interpretation of backscatter ionosphere sounding ionograms // Proc. SPIE. 2016. V. 10035, 100351E. DOI:https://doi.org/10.1117/12.2248765.
28. Smith M.S. The calculation of ionospheric profiles from data given on oblique incidence ionograms // J. Atmos. Terr. Phys. 1970. V. 32, N 6. P. 1047-1056.
29. Zhu P., Zhou C., Zhang Yu., et al. F region electron density profile inversion from backscatter ionogram based on international reference ionosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2015. V. 129. P
