Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 34937 10.12737/szf-63202009 Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Inversion of backscatter ionograms into quasiparabolic ionospheric layer parameters Инверсия ионограмм возвратно-наклонного зондирования в параметры квази-параболического ионосферного слоя https://orcid.org/0000-0002-1371-6855 Пономарчук Сергей Николаевич Ponomarchuk Sergey Nikolaevich spon@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Пензин Максим Сергеевич Penzin Maksim Sergeevich penzin.maksim@gmail.com Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 6 3 82 87 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/34937/view

Представлена схема инверсии переднего фронта сигнала возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ) в параметры квазипараболического профиля электронной концентрации на основе сравнения экспериментальных и вычисленных минимальных задержек рассеянных сигналов и соответствующих дальностей до границы освещенной зоны. Входными параметрами являются частотные зависимости минимального группового пути распространения сигналов, полученные в результате обработки и интерпретации ионограмм ВНЗ. Для фиксированной частоты зондирования пара параметров ионосферы — критическая частота и высота максимума слоя F2 — определяется как точка пересечения двух кривых, являющихся решениями задачи минимизации функционалов невязки для минимального группового пути и дальности до границы освещенной зоны. Определение параметров ионосферы по данной схеме инверсии на сетке частот зондирования позволяет построить двумерное распределение электронной концентрации в направлении возвратно-наклонного зондирования.

We present an inversion scheme of the backscatter signal leading edge into parameters of the quasi-parabolic electron density profile, which is based on the comparison of experimental and calculated minimum delays of scattered signals with corresponding distance to the skip zone border. Input parameters are frequency dependences of minimum group path of signal propagation, derived from processing and interpreting backscatter ionograms. For a fixed sounding frequency, the ionospheric parameter pair — the critical frequency and height of the F2-layer maximum — is defined as the intersection point of two curves representing solutions of minimization problems for discrepancy functionals of the minimum group path and the range to the skip zone border. Determining the ionospheric parameters by this inversion scheme on the sounding frequency grid allows us to construct a two-dimensional distribution of electron density in the direction of backscatter sounding.

 ионосфера ионограмма распространение радиоволн возвратно-наклонное зондирование ионосферы ionosphere ionogram radio wave propagation backscatter ionospheric sounding

Куркин В.И., Орлов И.И., Попов В.Н. Метод нормальных волн в проблеме коротковолновой радиосвязи. М.: Наука, 1981. 122 с. Benito E., Bourdillon A., Bourdillon A., Rannou V. Inversion of HF backscatter ionograms using elevation scans. J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2008, vol. 70, no. 15, pp. 1935-1948. DOI: 10.1016/j.jastp.2008.09.031. Подлесный А.В., Брынько И.Г., Куркин В.И. и др. Многофункциональный ЛЧМ-ионозонд для мониторинга ионосферы // Гелиогеофизические иссл. 2013. Вып. 4. С. 24-31. Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., Shubin V., Galkin I., Reinisch B., Huang X. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space Weather. 2017, vol.15, no. 2, pp. 418-429. Пономарчук С.Н., Грозов В.П., Котович Г.В. и др. Диа-гностика КВ-радиоканала по данным возвратно-наклонного зондирования ионосферы непрерывным ЛЧМ-сигналом // Солнечно-земная физика. 2018. Т. 4, № 2. С. 47-54. DOI: 10.12737/szf-42201804. Croft T.A. Hoogansian H. Exact ray calculations in a quasi-parabolic ionosphere with no magnetic field. Radio Sci. 1968, vol. 3, no. 1, pp. 69-74. Пономарчук С.Н., Куркин В.И., Пензин М.С. Исследование особенностей возвратно-наклонного зондирования ионосферы на базе ЛЧМ-ионозонда // Солнечно-земная физика. 2017. Т. 3, № 3. С. 61-69. DOI: 10.12737/szf-33201706. Davies K. Ionospheric Radio Waves. Blaisdell, London, 1969. 460 p. Benito E., Bourdillon A., Bourdillon A., Rannou V. Inversion of HF backscatter ionograms using elevation scans // J. Atm. Solar-Terr. Phys. 2008. V. 70, N 15. P. 1935-1948. DOI: 10.1016/j.jastp.2008.09.031. Kurkin V.I., Orlov I.I., Popov V.N. Metod normalnykh voln v problem korotkovolnovoi svyazi [Normal Wave Technique in HF Radio Communication Problem]. Moscow, Nauka, 1981. (In Russian). Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., Shubin V., Galkin I., Reinisch B., Huang X. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions // Space Weather. 2017. V. 15, N 2. P. 418-429. Li N., Zhao Z., Zhou C., Chen G., Yang G., Huang S., Li T. Inversion of sweep frequency backscatter ionogram from Monostatic HF Sky-Wave Radar. IEEE Geoscience and Remote Sensing Lett. 2013, vol. 10, no. 6, pp. 1360-1364. Croft T.A. Hoogansian H. Exact ray calculations in a quasi-parabolic ionosphere with no magnetic field // Radio Sci. 1968. V. 3, N 1. P. 69-74. Norman R.J., Dyson P.L. HF radar backscatter inversion technique. Radio Sci. 2006, vol. 41, RS4010. DOI: 10.1029/2005RS003355. Davies K.. Ionospheric Radio Waves. Blaisdell, London, 1969. 460 p. Penzin M.S., Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kurkin V.I. Real-time techniques for interpretation of ionospheric backscatter sounding data. Radio Sci. 2019, vol. 54, iss. 5, pp. 480-491. DOI: 10.1029/2018RS006656. 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 Lett. 2013. V. 10, N 6. P. 1360-1364. Podlesnyi A.V., Brynko I.G., Kurkin V.I., et al. Multifunctional chirp ionosonde for monitoring the ionosphere. Geliogeofizicheskie issledovaniya [Heliogeophys. Res.]. 2013, no. 4, pp. 24-31. (In Russian). Norman R.J., Dyson P.L. HF radar backscatter inversion technique // Radio Sci. 2006. V. 41. RS4010, DOI: 10.1029/2005RS003355. Ponomarchuk S.N, Kurkin V.I., Oinats A.V. The diagnostics of ionosphere and earth ground surface by backscatter sounding data. Proc. PIERS-2009. Moscow, 2009. vol. I-II, pp. 1307-1310. Penzin M.S., Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kurkin V.I. Real-time techniques for interpretation of ionospheric backscatter sounding data // Radio Sci. 2019. V. 54, iss. 5. P. 480-491. DOI: 10.1029/2018RS006656. Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kotovich G.V., Kurkin V.I., Penzin M.S. Diagnostics of HF radio channel: based on data from backscatter ionospheric sounding by continuous chirp signal. Solar-Terrestrial Physics. 2018, vol. 4, iss. 2. pp. 17-23. DOI: 10.12737/stp-42201804. Ponomarchuk S.N, Kurkin V.I., Oinats A.V. The diagnostics of ionosphere and earth ground surface by backscatter sounding data // Proc. PIERS-2009. Moscow, 2009. V. I-II, P. 1307-1310. Ponomarchuk S.N., Kurkin V.I., Penzin M.S. Features of backscatter ionospheric sounding as studied with a chirp ionosonde. Solar-Terr. Phys. 2017, vol. 3, iss. 3, pp. 54-60. DOI: 10.12737/stp-332017062017. Rao N.N. Inversion of sweep-frequency sky-wave backscatter leading edge for quasiparabolic ionospheric layer parameters // Radio Sci. 1974. V. 9, N 10. P. 845-847. Rao N.N. Inversion of sweep-frequency sky-wave backscatter leading edge for quasiparabolic ionospheric layer parameters. Radio Sci. 1974, vol. 9, no. 10. pp. 845-847.