Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
Иркутск, Россия
В статье представлен новый метод восстановления профиля электронной концентрации (Ne) по данным Иркутского радара некогерентного рассеяния (ИРНР). Данный метод разработан с учетом эффекта Фарадея — вращения плоскости поляризации волны, приводящего к замираниям сигнала на выходе линейно поляризованной антенны ИРНР. Концепция метода заключается в фитировании высотного хода электронной концентрации параметрической моделью. В качестве модели использовалась комбинация двух слоев Чепмена. Данный подход позволил реализовать полностью автоматический режим обработки данных и повысить устойчивость восстановления профиля Ne, особенно по данным, полученным в период низкой солнечной активности, когда отношение сигнал/шум мало. Повышение точности стало возможным благодаря исключению ряда операций, приводящих к неустойчивости восстановления данных в присутствии шумов. Новый метод позволил в полностью автоматическом режиме провести обработку длинных рядов данных в период 2007–2015 гг.
некогерентное рассеяние, ионосфера, электронная концентрация, слой Чепмена
1. Алсаткин С.С., Медведев А.В., Ратовский К.Г. Особенности поведения ионосферы вблизи максимума ионизации по данным Иркутского радара некогерентного рассеяния для низкой и умеренной солнечной активности // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 3. C. 28-36. DOI:https://doi.org/10.12737/11450.
2. Ахиезер А.И., Ахиезер И.А., Половин P.B. и др. Электродинамика плазмы. М.: Наука, 1974. 719 с.
3. Бернгардт О.И. Радиолокационные уравнения в задаче однократного обратного рассеяния радиоволн: дис. … к.ф.-м.н. Иркутск, 2000. 145 с.
4. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М.: Наука, 1967. 685с.
5. Григоренко Е.И. Исследования ионосферы по наблюдениям эффекта Фарадея при некогерентном рассеянии радиоволн // Ионосферные исследования. 1979. Т. 27. С. 60-73.
6. Даффет-Смит П. Практическая астрономия с калькулятором. М.: Мир, 1982. 176 с.
7. Жеребцов Г.А., Заворин А.В., Медведев А.В. и др. Иркутский радар некогерентного рассеяния // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47, № 11. С. 1339-1345.
8. Клименко В.В., Клименко М.В., Брюханов В.В. Численное моделирование электрического поля и зонального тока в ионосфере Земли - постановка задачи и тестовые расчеты // Математическое моделирование. 2006. Т. 18, № 3. С. 77-92.
9. Намгаладзе А.А., Кореньков Ю.Н., Клименко В.В. и др. Глобальная численная модель термосферы, ионосферы и протоносферы Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 1990. Т. 30, № 4. С. 612-619.
10. Потехин А.П., Медведев А.В., Заворин А.В. и др. Развитие диагностических возможностей Иркутского радара некогерентного рассеяния // Космические исследования. 2008. Т. 46, № 4. С. 356-362.
11. Суни А.Л., Терещенко В.Д., Терещенко Е.Д., Худукон Б.З. Некогерентное рассеяние радиоволн в высокоширотной ионосфере. Апатиты, 1989. 182 с.
12. Ткачев Г.Н., Розуменко В.Т. Эффект Фарадея некогерентного рассеяния радиолокационных сигналов // Геомагнетизм и аэрономия. 1972. Т. 12, № 4. С. 657-661.
13. Шпынев Б.Г. Методы обработки сигналов некогерентного рассеяния с учетом эффекта Фарадея: дис. … к.ф.-м.н. Иркутск, 2000. 142 с.
14. Bard Y. Nonlinear Parameter Estimation. New York, Academic Press, 1974. 341 p.
15. Bilitza D., Reinisch B. International Reference Ionosphere 2007: Improvements and new parameters // J. Adv. Space Res. 2008. V. 42, N 4. P. 599-609. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.07.048.
16. Dennis J.E., Schnabel R.B. Numerical methods for unconstrained optimization and nonlinear equation. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1983. 378 p.
17. Dougherty J.P., Farley D.T. A Theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma // Proc. of the Royal Society of London. Ser. A: Math., Phys. and Engin. Sci. 1961. V. 259, iss. 1296. P. 79-99. DOI:https://doi.org/10.1098/rspa.1960.0212.
18. Evans J.V. Theory and practice of ionosphere study by Thomson scatter radar // Proc. IEEE. 1969. V. 57. P. 496-530.
19. Holt J.M., Rhoda D.A., Tetenbaum D., van Eyken A.P. Optimal analysis of incoherent scatter radar data // Radio Sci. 1992. V. 27, N 03. P. 435-447. DOI:https://doi.org/10.1029/91RS02922.
20. Korenkov Y.N., Klimenko V.V., Forster M., et al. Calculated and observed ionospheric parameters for Magion-2 passage above EISCAT on July 31 1990 // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N A7. P. 14,697-14,710. DOI:https://doi.org/10.1029/98JA00210.
21. Lehtinen M.S., Huuskonen A. General incoherent scatter analysis and GUISDAP // J. Atmos. Terr. Phys. 1996. V. 58, N 1-4. P. 435-452. DOI:https://doi.org/10.1016/0021-9169(95)00047-X.
22. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., Kushnarev D.S. Method for studying the spatial-temporal structure of wave-like disturbances in the ionosphere // Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49, N 6. P. 775-785. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793209060115.
23. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. Studying of the spatial-temporal structure of wavelike ionospheric disturbances on the base of Irkutsk Incoherent Scatter Radar and digisonde data // J. Atmos. Solar.-Terr. Phys. 2013. V. 105-106. P. 350-357. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2013.09.001.
24. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. A statistical study of internal gravity wave characteristics using the combined Irkutsk Incoherent Scatter Radar and digisonde data // J. Atmos. Solar. Terr. Phys. 2015. V. 132. P. 13-21. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp.2015.06.012.
25. Medvedev А.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., et al. Relation of internal gravity wave anisotropy with neutral wind characteristics in the upper atmosphere // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2017. V. 122, N 7. P. 7567-7580. DOI:https://doi.org/10.1002/2017JA024103.
26. Potekhin A.P., Medvedev A.V., Zavorin A.V., et al. Recording and control digital systems of the Irkutsk Incoherent Scatter Radar // Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49, N 7. P. 1011-1021. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793209070299.
27. Ratovsky K.G., Medvedev A.V., Tolstikov M.V., Kushnarev D.S. Case studies of height structure of TID propagation characteristics using cross-correlation analysis of incoherent scatter radar and DPS-4 ionosonde data // Adv. Space Res. 2008. V. 41, N 9. P. 1453-1457. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2007.03.008.
28. Ratovsky K.G., Dmitriev A.V., Suvorova A.V., et al. Comparative study of COSMIC/FORMOSAT-3, Irkutsk Incoherent Scatter Radar, Irkutsk digisonde and IRI model electron density vertical profiles // Adv. Space Res. 2017. V. 60, N 2. P. 452-460. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.12.026.
29. Shcherbakov A.A., Medvedev A.V., Kushnarev D.S., et al. Calculation of meridional neutral winds in the middle latitudes from the Irkutsk Incoherent Scatter Radar // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2015. V. 120, N 12. P. 10,851-10,863. DOI:https://doi.org/10.1002/2015JA021678.
30. Shpynev B.G. Incoherent scatter Faraday rotation measurements on a radar with single linear polarization // Radio Sci. 2004. V. 39, RS3001. DOI:https://doi.org/10.1029/2001RS002523.
31. Tarantola A. Inverse Problem Theory. New York, Elsevier Science, 1987. 644 p.
32. Tashlykov V.P., Setov A.G., Medvedev A.V., et al. Ground clutter deducting technique for Irkutsk Incoherent Scatter Radar // 2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP), Kazan, Russia. 2019. P. 175-178. DOI:https://doi.org/10.1109/RWP.2019.8810369.
33. Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry: 1. Mathematical structure // J. Geophys. Res. 2002a. V. 107, N A8. Р. 12,1-12,15. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA 000219.
34. Tsyganenko N.A. A model of the near magnetosphere with a dawn-dusk asymmetry: 2. Parameterization and fitting to observations // J. Geophys. Res. 2002b. V. 107, N A8. P. 10,1-10,17. DOI:https://doi.org/10.1029/2001JA000220.
35. Vierinen J., Setov A.G., Medvedev A.V., et al. Ground clutter deducting technique for Irkutsk Incoherent Scatter Radar // IEEE Transactions on Information Theory. 2007. V. 1, N 11, P. 1-7.
36. Voronov A.L., Shpynev B.G. Excluding of convolution with sounding impulse in experimental incoherent scatter power profile // Proc. of SPIE. 1998. V. 3583. P. 414-418.
37. Zherebtsov G.A., Ratovsky K.G., Klimenko M.V., et al. Diurnal variations of the ionospheric electron density height profiles over Irkutsk: Comparison of the incoherent scatter radar measurements, GSM TIP simulations and IRI predictions // Adv. Space Res. 2017. V. 60. P. 444-451. DOI:https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.12.008.
38. URL: http://ckp-rf.ru/usu/77733 (дата обращения 30 сентября 2019).
39. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056 (дата обращения 30 сентября 2019).
