Доплеровские интерферометрия и разнесенный прием со сверхбольшой базой при просвечивании околосолнечной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

4Г

" ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 31ШЛШ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛШВЕРСИТ2Т . '

иа правах .рукописи

УДК'520.274:523.62-' -726:621.371

ЯКУБОВ ВЛАДИМИР ПЗГРОВИЧ .

Д0ПЛЕР0ВСКИЗ ШГТЕРФ2Р0,'.ЕТРЩ ¡ГРАЗНЕСЕШйЙ ПРИЕМ со СВЕРХБОЛШОЛ БАЗОЯ ПРИ ПРОСВМШАНДО ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ' ■ ' 11ЛАЗШ . '

V

01.04.03 - радиофизика

Автореферат 'диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Томск - 1392

Работа выполнена в Сибирском ордана Трудового Красного Знамени физико-техническом института ярл Томском государственном

университете

Офици&льнив оппоненты!

доктор физико-математических наук (г.Томск}

Банах В.А.

донтор физико-математических наук, профессор Шаригин Г.С. (г.Томск)

доктор физико-математических наук, профессор Троицкий Б.В. (г,Алма-Ата)

Ведущая организация - Московский физико-технический институт ' ч

Защита состоится

" 1992

ОПв!

Г.

в 14 час. 30 кин. на заседании бпециалязированного совета Д 063.53.02 по засдате диссертаций на соискание ученой 'степени доктора наук.при Томском государственном университете (034010, г.Томск, пр.Ленина, 36}.

С диссертацией моано ознакомиться в Научной библиотеке 1Ч«ского государственного университета.

Автореферат разослан ' ¿>*(-/ оч-/^/ 1992 г.

Ученкй секретарь специализированного совета Пойзнер'Б.Н.

! ОЕЩЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

- Одаам из наиболее признаяшх мзтодов исследования кЬсми-ческого'пространства в настоящее время является метод радиопросвечивания с применением космических аппаратов. Радиоволны, излучаемые с борта космического аппарата (КА), дают информацию как о положении источника излучения, так и о структуре сред, которые оял проходят на пути к Рэыяе. С усложнением возняка»-гцнх научлих п прикладных задач в последние два десятилетия усилился кптерео к развито позих методов, реализующих предельно достижишо в земшсс условиях точности. К числу таких методов относится штад евзрхболыаебазовой игаарфзронцш! и разнесенного приема, при котором разнос приомшх пунктов наблюдения арзвниа-ет длину золен используемого радползлучеинн в десятки глин, раз и сшюштся сравшгшл с диаметром земного кара. Уникальные иагигацпеншгэ воекоулостп сверхболъвзбазовта набяэдегтй ограш-чшзяэтел шпшгаем сред распространения радиоволн. Чем сильнее среда распространения влияю на шпкущэк'-я радаоволп, тем хуже точность 1П1терферс;,'этр11чэскс£ ясмэршпй. Но пешащее вяжите ерзд играет и полохнтедьнуэ роль, если предметен псследокпь. л является они сан:!. Лрд отем ридипянтарз^рокатр впетушет как прецозиеншгй прибор для пондировашгя сред, .результаты десятилетних исследований п отел пяпрзвло/пга легли в основу предлагаемой диссертации.

- у. гпчтуп ^арактвр^дтчка, проблещи Следует от. мотнть, что сяма идея мешшзоштя еверхболшебазового пространственного разноса для провэдкг.ш кнтер^оромзтрических наблюдений в радвоаотропошп била высказала еще э 1925 гсду оовет-октгучояига ЛЛЗ.Ча-гпеекко, Н.С.Яардашевкм, Г.Б,Шолснод»пя. Начиная с 1967 года, появилась палая езряя явсаоркмектая&внх работ американских и канадец« ясследсвлгэлей, подтвер-кдящал ¡шрлгне воз^ошоети раяпохФ.терДюрот.'оттш сс ояерздлвдтой базой (РСДЬ) для изучения «стоотввдтвс ясточииков мойного радиоизлучения типа пульсаров, явазггров х шаеров. С улолдотзеи числа заиускайт'их КА и потягаемшам трейсвшгеЗ по точности их наг.таинм усилился интерес к псяатазозашш мзтег.ов РСДВ для •наблидешя за ескуостзштшт радконстсапнает. Первая удачная попытка прсведа-нзш наблюдений КА с использование:« сверхбольшой базн бала реализовала в 1972 году пр.ч ■зопрошядетпп: американского лутшого

вездехода в ходе экспедиции "Апогюн-16,17". Была достигнута уникальная дая наземных средств точность определения скорости вездехода на поверхности Луны порядка 20 мм/с. .

Многочисленные вкоперлменташше и теоретические исследования, выполненные с тех пер в СССР и за рубежом, указывают на то, что, несмотря на почти полную монохроматичность используемого излучения, теоретически ожидаемой точности траектории измерений при сперхбажьяом разносе есэ ке не ¿дается добиться к прежде всего кз-за мешающего глмим сред распространения, в той числе атмосферы Земля, даяплаяетной и околосолнечной гошэш. Практически независимое влияние сред на разнесенных трассах т ослабляется, аьсхорей усиливается, Надежда на то, что положение исправится при использовании опорного космического источника излучения при дифференциальных измерениях оправдалась лишь частично и в основном в отноиении регулярных возмущений параметров. Применение идеи дисперсионного интерферометра, ислользухщего несколько частотных каналов, также нэ позволяет в полкой мере скомпенсировать фяук?>анионные эффекту. Оказывается, влияние сред распространения ка узкополосное излучение Ш. при сверхбольшом пространственном разносе тлеет целый ряд особенностей как но сравнению со ставшей уже традиционной широкополосной РСД5, так к по отношению к эффектам распространения радиоволн в космосе без пространственного разноса. Специфика заключается в малой временной базе сигналов Мин большой чувствительности монохроматических сигналов к коррелировании.: возмущениям в космических средах на пространственно разнесе1шых трасоах.

В общем многообразии влияния сред на интерферометрию космических аппаратов в пределах Солнечной системы выделяется доминирующая роль, околосолнечной плазмы. Однако, полученные разними авторами и в разных условиях известные из литературы данные по влиянию околосолнечной плазмы на пространственно-временные свойства угкополосиых сигналов КЛ при сверхбольшом .разносе трудно сопоставим« между собой, фрагментарны, часто кажутся противоречивыми п но позволяют однозначно интерпретировать на-блвдаешо. зависимости. Примером могут•служить проведенные в 1975 году американские эксперименты с КА "Пионеу-Ю.П", где оказалось, что околосолнечная плазма на разнесенных трассах в трех сеансах имела устойчивую структуру, а в даух - нет. Проведенный в Институте космических исследований РСДБ-эксперпкент

с КА "Венора-15" в I98-C году Н" база Крнм-Лодмосковье (1ЙОО км), показал, что амплитудные спектры линий интерференционных колебаний сально разшти и коррелированной сигнач появляется и исчезает на фона шутлов в случайные момента с разбросом частоты интерференции в несколько Гц. Другие более устойчивне данные бшш чолученн в ИРЭ АН СССР о помощью КА "Венера-Ю" в 1976 году. Условий, которшз могут кардинально изменить результата, множество. Это и состояние солнечной активности, дисперсия скоростей и интенсивность неоднородаостей солнечного ветра, ориентация базы, различна reo- и геляо- расстояний до КА, и, л том числе, инструментальная точность регистрации и обработки, сигналов. Очевидно, что дал проведения объективного исследования влияния околосолнечной плазмы на сверхбольшебазовне узкополосице наблюдения сигналов КА требуется постановка специально спланированных экспериментов о единой методологической и " метрологической основой. Важность и актуальность таких исследований определяется тем, что, во-первых, практически невозможно избежать ситуации, когда бы интерферометрия КЛ в Солнечной системе не велась бы через околосолнечную плазму и, во-вторых, кнтерферометрическое просвечивание околосолнечной плазма, как среда с крайне высоки?,? уровнем неоднородноотеЯ, выявит предель-ине ограничения, которнэ могут-вносить среды. К тому же новые возможности для исследования солнечной атмосфер» имеют фундаментальное значение для развития теории физики Солнца и солнеч-но-земннх связей.

Задачи диссертации. На наш взгляд, особенно интересной является возможность построения сверхбольгаебазового узкопояобно-го интерферометра на основе использования беззапроеннх систем .измерения радиальной скорости КА, которые- штатным образом входят в состав каждого из Центров дальней космической связи (ЦДКС). Вопроо точности таких пнтерферометричйсклх измерений в литературе не обсуждался. Большая удаленность КА и существенное возмущение их сигналов средами распространения определяют малые уровни измеряема* величин, их фяуктуационнчЯ характер а выводят на первый план вопрос об инструментальной точности выделяемых сигналов- и затем уже вопрос об оценке влияния сред распространения я способах их обработки. Выбор ив ели одно полых КД серии "Венера" и двух 1ЩКС, разнесенных на расстояние в 7 тне.км,. обеспечизаег достаточно твердую основу для проведения

полномасштабных сверхбольшебазовых измерений и для изучения общих закономерностей узкополосной интерферометрии.

При достаточной инструментальной точности измэрений следу-Вд9й встает задача сценки влияния на интерферометрию атмосферы Беюш,. как постоянно присутствующего фактора. Как далеко простирается ее влияние, насколько оно велико в 06140м, суммарном . воздействии сред, возможность устойчивого решения обратных задач. для тропосферы и ионосферы в отношении регулярных и флун-туационных проявлений - эти и связанные с ниш вопросы задут своего разрешения.

Из всех срэд наибольший вклад в поюшзнкв интерфврометриче-ской точности вноси- околосолнечная плазма. Не вызывает оошо-ний, что при просвечивании околосолнечной плазмы долшш учитываться проотранственно-времензде корреляционные связи в структуре неоднородностей солнечного ветра. Гелиоцентрическая зависимость потери точности, роль гипотезы замироконности дай солнечного ветра, влияние солнечной активности и других то'-чих проявлений важна для раскрытия потенциальных возможностей сверх-больпебазовой интерферометрии КА в дальнем космосе.'Особенно актуальной в развитии физики солнечно-земных связей представляется задача исследования сверхкороны Солнца, где происходит формирование солнечного ветра и закладывается погода в Солнечной системе. Представляется важным построение надежного интерферо-мэтрического метода измерения параметров солнечной атмосферы в этой области.

Задача коррекции влияния сред распространения при сверх-болыиебазовой интерференции допускает различные варианты решения. На наш взгляд, заслуживает особого внимания возможность использования для этого решения обратных задач, применения пространственно-временной корреляционной обработки,-учитывающей структуру фазовых и частотных искажений сигналов в околосолнечной плазме. Представляется также интересной дая повышения точности измерений в условиях шумов возможность использования априорной информация о подобии узкополосних сигналов в плечах интерферометра.

Актуальность решения очерченного круга задач назрела, что и определяет цель диссертации.

Цель диссертанта:

- 8ксперпменталънов и теоретическое исследование совокупного влияния атмосферы Земли и межпланетной и околосолнечной плазмы на работу наземных доплеровских интерфероыетрпческих систем

со сверхбольшие разносом при использовании узкополосного излучения космических аппаратов,

- поиск на этой основе новых возможностей дая дистанционного зондирования просвечиваемых сред и повышения точности узкополосной интерферометрии.

Научная ноьдзка результатов работы определяется тем, что впервые:

- в СССР начато и проведено комплексное исследование суммарного влияния околосолнечной и межпланетной плазмы, атмосферы Земли на работу узкополосной доплэровской интерферометрии

с использованием шести космических аппаратов и двух национальных Центров дальней космической связи, разнесенных на раостоя-лио порядка ? тыс. км, в результата чего выделена особо роль околосолнечной плазмы,

-на основе результатов просвечивания околосолнечной плазмы с одновременным использованием сигналов двух космических аппаратов и сверхбодынэбазовых наблюдений на За,ив осуществлена прямая проверка гипотезы завороженности для солнечного ветра,

- разработан метод однопунктового измерения скорости солнечного ветра по доплоровским данным в режиме одночастотаог когерентного ответа, основанный на эквг. ачентности временного разнооа при двукратном просвечивании сверхб.льшебазовому пространственному разносу и ккэкзцяй наивысшую точность по сравнении о известными методами в области формирования солнечного ветра,

- при просвечивании околосолнечной плазмы в диапазоне гелиоцентрических высот от 8 . ,о 40 солночных радиусов путем корреляционного и спектрального анализа выделены и исследована квазипериодичеекпв вариации частоты сигналов' КА, дано иг/ физическое объясните как результату взаимодействия когерентного излучения-с крупномасштабными неодаородноогями солнечного ветра,

- выявлена и проанализирована посуточная корреляционная связь флуктуациЗ частоты волны радюпросБочиванчя, связанных с вариация!.!« электронной концентрации солнзшгого г.отра, состояния солнечной активности и воличивд критической частоты ионосферы Земли; подтверждено участие солнечного ветра в корпускулярном механизме реализации солнечно-земных езязей,

- предложен метод дифференциальных рефракционных измерений искажений наблюдаемой формы диска Сомща для определения интегрального и призеглиого значений приведенного показателя преломления атмосферы Земли, играющих существенную роль в рефрекцион-

now смещении частоты интерференции,

- продлокен способ восстановления пространственного спектра турбулентных неоднородностей тропосферы и ионосферы по доолеровскцм измерениям нри радиопросвечивании атмосферы Земли,.

- показана возможность лоэшявтш точности измерения частоту инторфорекции и угловой скорости двпкония космических аппаратов на основе совместной пространственно-временной корреляционной обработки и временной фильтрашет частотных данных в даух разпосошшх пунктах при радиопросвечивании сверхкороны

з области формирована солнечного ветра,

- продлокен метод кэкоре:шя разностных задержки и частоты узкополосных сигналов, оснований на взаимном структурном моделировании квадратурных составлчсцих в разнесенных пунктах приема и обеспечивающий полынонке потенциальной точное 'и пнтор-ферометричееккх измерений ь условиях шумов на порядок по ерзв-нешю с традиционным методом оптимизации функции неопределенности,

- предложен онтрошйний принцип выбора параметра регуляризации решения обратных некорректных задач в методе сингулярной регуляризация, не уступающий по эффективности извоогному принципу невязки, но в отдичпэ от него но гребущий априорной информации об уровне цумов а использующий контрастность различия формы спектров шумовой и информационной составляю: во входных данных.

На зся^эту выносятся след тате' положения:

I. Точность долларовских сверхбольшебазовых интерферомэт-рическях измерений сигналов космических аппаратов в дециметро- -вом диапазоне ограничивается совокупный воздействием неоднородностей сред распространения радиоволн, .среди которых в пределах геоцентрических расстояний до 50 шн. км преобладает. влияние атмосферы Земли, вызываюцеэ регулярное увеличение частоты интерференции на величину порядка десятых долей Гц с фдуктуаци-онннм разбросом в сотые доли Гц. На больших расстояниях домшга-рует фдуктуадионков влияние межпланетной,околосолнечной плазмы. • 2. Уровень фгуктуаций частоты интерфер нцци при сверхболь-ыйбазовой интерференции с приближением радиотрасс « Солнцу на 40 и моньо радиусов фотосферы превышает влияние земной аплосфо-ры более чем на порядок, определяется интенсивностью^! прост-рзнотвенно-враменшй корреляцией вариаций ол&ктрошгоЙ коиц&нт-

рации плазмы солнечного ветра ь возрастает о уменьшением прицельного гелиорасстояния по закону, близкому к степенному о показателем 1,4 + 0,2.

3. Проведение моностатического двукратного просвечивания сверхкороны Солнца в режиме одаочаототного когерентного ответа космических аппаратов эквивалентно использованию наблюдений оо сверхбольшим разносом порядка 21-35 туе. км в околосолнечном пространстве и позволяет путем корреляционного и спектрального анализа чаототннх и фазовых временных фяуктуаций волны измерить скорость солнечного ветра с точностью до +3 км/с

ь области его формирования.

4. По 'данным .двукратного моностатического просвечивания и прямых сверхбольшебаэовых наблюдений с одновременным использованием двух космических аппаратов вариации в скоростях движения неоднородностей солнечного ветра в области его формирования не превышают 10-12$ и 10% на дистанциях длиной в 2-3,5

и 21-35 тыс. юл соответствоняоч.что подтверждает применимость гипотезы замороженной турбулентности для солнечной атмосферы.

5. Тонкая временная структура изменений когерентной частоты радиоволн дециметрового диапазона при просвечивании околосолнечной плазмы о относительны'.! весом 20-60$ содержит квази-периодичоские нестационаряне вариации, характерный период которых возрастает по квадратичному закону от 12 до 250 секунд

с удалением от Солнца в диапазоне гелиовысот 8-40 радиусов фотосферы и определяется явленном интерференции при взаимодействии излучения с крупномасштабными неоднородностямк соляач--ного ветра. Интенсивность флуктуационних составляэдих вариаций частоты, определяемая дисперсией электронной концентрации плазмы солнечного ветра, значимо коррелирует с посуточными изменениями солнечной активности л критической частоты ионосферы Земли, что подтверждает участие солнечного ветра в корпускулярном механизме реализации соянечно-эемкых связей.

6. Совместное взедение корреляционной задержки и временной фильтрации частотных данных з разнесенных пунктах приема уиемь-шает в 2-3 раза погрешность сверхболыгебазоЕых измерений частоты интерференции и угловой скорости дажеяия носшческих аппаратов при наблвдешшх через солнечную атмосферу в о&гзсте прицельных расстояний 5-20 радпусоЕ фотосферы... Определение частоты, интерференции как параметра взаимной алшитудно-ф»зсзсЯ

структурной модели узкополосных сигналов в плечах интерферометра позволяет повысить потенциальную точность измерений :;п порядок по сравнению с методом оптимизации функции неопределенности в условиях аддитивных и мультипликативных шумов.

Практическая значимость положений и результатов исследований определяется тем, что:

- полученные фактические данные по влиянию на точность измерений атмосферы Земли,. ¡ложпяакетноА и околосолнечной плазмы в широком диапазоне гао- и гелиорассгтшШ. с использованном шести космических аппаратов дают твердую основу для проведение теоретических н конструкторских работ по создшпш постоянно действующей узкополосно'5 га1торс}срсметрпческоП сота контроля .объектов околоземного пространства,

- предложенные новые подходы дчя реизшш обратных задач просвечивания регулярных и флуктуоцаониых неоднородностей атмосферы Земли, мезшланетней и оксжосолнечной плазмы с использованием излучения космических аппаратов и Солнца, фактов дву-кретного просвечивать имеют самостоя.елькое значение длл развития мониторинговых систем контроля с&гсючно-замнкх связей и зколотеческой безопасности,

- обнаруженные квазляариодичоскш вариации частоты когэ-рентного излучения при просвечиишшя околосолнечной плазмы объясняют знакопеременный вид коррозионной картшш фчуктуаций при моностатическом « разнесенном призме и могут бить использованы для исследования тонкой структуры неоднородностей солнечной атмосферы, \

- фактически данные о гелиоцентрическом среднем профиле

л разброса скоростей неоднородностей солнечного вотра ч области его формирования обладают достаточной состоятельностью и имеют фукдглюнталыгсе значении дли построения общей Физической картгны формирования солнечной атмосферы,

- предложенный способ узкополосных интррфорометрпчеекг.к измерений на основа использования метода взаимного структурного моделирования квадратурных составлягагих сигналов в разносадшх пактах приема позволит на порядок уь-личнть точность действующих и перспективных систем,

- метод сингулярной регуляризации с предложенным антропий-ннм принципом выбора параметра регуляризации способен стать эффективным инструментом решения разнообразных некорректных

~ а -

задач как интер|>ерометрических измерений, так и восстановления изображений, распознавания образов, адаптивпнх антенних решеток и т.д.,

- проведение просвечивания восточной части сверхкорон« Соляца позволяет прогнозировать солнечную активность v проявления ее гвиэффекгивности на несколько суток вперед.

Обоснованность п достоверность вндаитаамнх научи их полоео-ний и основных результатов работ» опроделяется:

- ицательннм и критичным анализом реальных инструментальных пограииостэй ин tepfeрометрнчо снлх измерений при использовании средств национальтхх LULK0 с учэтсм взаимной синхронизации, стабильности чаэомних и бортових стшгдартов иастотн, ре.' 'тнвнот-екнх-аффектов и других факторов,

- согласием результатов тоо^таческого анализа и окспери-мвнталькюс даннш: ыотзду собой, согласие» с ранее яэвестнша даиннш, полученными другим путем, например, по скорости солнечного ветра.

- большим объемом ансамбля иоходанх акспераыентальяих данных, сохранением результатов наблвдвккй для Восточного и Западного аДКС при широком диапазоне изменения íeo- к гэлио-расстоя-ний", а также ьсчитных утлоа наблюдения,

-.сравнением результатов, получаемых иовыме методами, о результата).« ■ известии* методов при близких условиях, использованием для тестирования общеизвестных примеров и независимых данных, приданием результатам ясного физического смысла.

Апробрхои работы, Результаты исследования по теме диссертации доклацнвалясь и обсуядаллсь на 16 симпозиумах, конференция, совещаниях и семинар ах международного, всесоюзного н местного значения, а именно: на ХП, XIV, ХУ, 7.У1 Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн, яроводишх в городах Гсрышй, Ленинград, Алма-Ата, Харьков в Í98I, I9b4, 1987, 1900 годах; на Всесоюзной конференции по и?"вритвльнш» комплексам и системам, проводимой в горогэ Томске в -1981 году; на Бсесиюзном совещании по рефракции электромагнитных волн в атмосфере, проводимом в городе Томске в 1983 году; на XX Всесоюзной конференции по радиофизическим исследованиям Солнечной сшпеш, проводимой в городе Сим^рополз в 1388 году; на У Международном симпозиуме КАПГ по солявчно-земяой физике, проводимом в городе Самарканде в 1989 году; на Всесоюзном совещания по приземному распроатране-шш радиоволн а электромагнитной совместимости, проводимом в

города Алан-Удэ в IS90 голу» ПУ Научних чтениях по космонавтика, посвященных псшти академика С.П.Королева п других советских учшшх-шгонеров осзоошш космического пространства, проводимых в городе Москве в 1990 году; на Всесоюзной научно-•-технической конференции no теория и технике простраиствекко--врс-модюй обработки сигналов, проводимой в городе Свердловске в 1Я85 году; на Всесоюзном се-лшара "Распространение радиоволн в ионосфере", проводимом в городо Калгап'кграде в IS8? году; на XI Всесоюзном симпозиуме по распространений лазерного излу-чзкия в атмосфере и водных сродах, проводимом в городо Томско з 1991 году; на Ойластной кси^ронщгц HF0 РЗС ш. А.С.Попова по проблемам радиотехники, электроники л связи, проводимой в городе Томска в 1989 году; на EL гсоюзной научно-технической конференции'по применению сверхширсксполосяых сигналов в радио-' ьлектрошкз и геофизике в 1991 го,ну; на П.Всесоюзной научной конференции по методам предстазлэю'л к обработки случайных сигналов и' полей, проводимой в городе Туапсе в 1991 году Х0рьков-сюш ИРЭ.

Публикации. Основные материала диссертации опубликованы в 26 научных статьях, 23 тезисах докладов и 1 учебном пособии /1-50/.

Связь с плановнми работами. 3 диссертации обобаены многолетние исследования, выполненные в Сибирском физико-техническом институте в рамках плановых наушо-исследовательских работ "Тантал", ""Телестих", "Талок", "Бежа-Ветер", "Бега" и "Таймер", отнесенных к важнейшей гемамка и заданных директивными органами в период с 1979 по I93Q годы. Автор диссертация являлся ■ научным руководителем и ответственным исполнителем работ, выполнявшихся в Сибирском физико-техническом институте по определенному этими темами научному направлению. Ряд разработанных катодов используется в учебном процессе на радиофизическом факультете Томского университета.

Интерферометричеокае измерения а их обработка проводились ао совместной программе с Институтом радиотехники и электроники АН СССР (г.Ыосква), который проводил измерения в Западном ЩКО (г.Евпатория), a Сибирский физико-технический институт обесточивал измерения в Восточном ЦДКС (г.Уссурийск). Это потребовало пркэдпчешш большого коллектива научных и 'инженерных сотрудников Сибирского физико-технического института, Института -радиотехники и электроники и Центров дальней космической связи.

Осуществленные впервые в СССР jверхбслылоба з овне интерферомет-рическив измерения с использованием монохроматического излучения космических аппаратов стали возможны благодаря усилиям инициаторов этих исследований Н.А.Арманда, О.И.Яковлева, В.А. Филоненко, Е.Д.Тельпуховского. Автор диссертации принимал дз-< ятельное участие в организации и постановке ьтнх исследований в Сибирском физико-техническом институте.

Соавторстпо. Масштабность работ определяет коллективность исследований, что отражено в списке соавторов опубликованных работ. Часть работы, связанная о обеспечением функционирования и взаимосвязи ЦДКС, выполнялась А.О.Еышовым, Б.М.Молотовнм, С.А.Азархом, В.А.Гриимановским, В.М.Рогальскта?, И.,"..Церошшшл и др. В проведении экспериментальных иоследовшшй и их обра -ботке принимали участие А.С.Кафтснов, О.М.Корсак, Н.А.Сш.гакова, Р.С.Хатоев, а также В.М.Разманов и С.Н.Рубцов, А.С.Набатов, В.Н.Губенко. Вала tan чаоть корреляционного анализа пространственно разнеезнннх наблюдений проведена О.М.Корсаком. Результаты этого анализа легли в основу его кандидатской дассертащш, выполненной под согаеитншл руководством автора настоящей диссертации и О.И.Яковлева (ИРЭ АН COOP). Больсая часть работы по теоретическому анализу экспериментальных долиих, развитию методов решения обратных задач к регуляризации внпалнзка с участием Н.А.Симаковofl» А.Л.Ерофеева, М.А.Ерофеевой я Е.Ю.Чуйкова . Часть алгоритмов и программ по обработке экспериментальных данннх и моделированию тяотовых зала? бнла использована э учебном процесса по курсу Статистическая радиофизика, изучаемому в Томском госунизероитето, и отражены в учебном пособии, написанием совместно о Г.А.Пономаревым и В.Н.Пономарввсй. Работа вряд ли была вкаолнена без заинтересованного и направленного участия О.И.Яковлева и А.И.Ефимова. Так 0.11.Яковлевым была впервые предложена возможность проведешш совместных ИРЭ и СФТИ доплеровских иитерферометрических измерений, а А.И.Ефимовым была изначально высказана мысль о потенциальной вовшшос-ти использования режима когерентного ответа для измерения скорости солнечного ветра по однопунктовым частотным наблюдениям. Автор благодарит их и всех коллег из ИРЭ и СФТИ зэ помощь в в' "полного® работы и за согласие на использование совместных результатов.

Личное .участие автора при выполнении работы заключалось в научном руководстве, постановке, организации исследований,

творческим .непосредственном участии во всех экспериментальных и теоретических работах, прово,пушх силами С-ЛЛ по выбранному научному направлению. В выполненных совместно с ИРЗ АН СССР разноплановых исследованиях автору диссертации была дана приоритетная руль в части организации и проведения иитерферомэтрп-ческой обработки и анализа общих частотных данных. Часть работ теоретического характера выполнена автором'единолично.

Структура, и рбгем. .дпомргатпи Работа состоит из Введения, вести разделов и Сщюшчонкя. Она содортат 376 страниц, в том числе, 245 шшиописннх страниц основного текста, 0 таблиц, 114 рисунков л список литературы из 252 наименований.

крат;;оз совершив работы

Во Вводешш формулируется цель работа, вннссимыо на засти ту положения, актуальность проблемы, новизна, достоверность, практическая значимость исследований, их апробация. Определяется последовательность задач, решаемых для достижения поставленной цели. Дается общая характеристика работы и обсуждается распределение материала по разделам диссертации. Отмечается вклад автора э проведенные исследования и выракается признательность коллегам оа помощь в выполнении коллективных иссле-' довакий.

В первом разделе определено 7юсто узкополосной доплеровской интерферометрии с большой базой- (ИВБ) в общем мзтодо радиоин-терфороматрни со сверздлишой бззсй (РСДБ) к космических исследованиях о использованием КА. Обосновывается необходимость постановки и проведения прямых экспериментальных исследований но влнягога срод распространенна на возможность реализация предельных возмогшоотзи 11Б5 для целей навигат'лп 1СА и фундаментальных исследований космического пространства раднсфпзическмш сред-стваэт.

Сопоставление чувствительности и разрешите» способности РСДБ иибб позволяет выделить рад особенностей последной. Наи-Оолое ватшыгл здесь выступает малая временная оаза сигналов ка, связанная с их узковолосностью и с относительно малой длительностью. В связи с этим основные информационным параметром .при ЙЕБ выступает частота интерфереищш, к для ее измерения нот необходимости применения сложных рогистрируязщих комплексов. Для узкополоышх сигналов КА частота интерференции Р может быть определена просто как разность синхронных доллс-.ровскшс сдвигов

частота FI к F2 сигналов, фиксируемых а пле«ах интерферометра. Для измерения и передачи этьх дайнах з Центр обработки с успехом могут сыть использован« штзтние срэдства Центров дальней космической связи (ЦДКС). Отот путь создания ИББ и бил использован к предлагаемой диссертации.

Влияние сред распространены радиоволн на синхронные частотные измерения в плечах интерферометра, разнесенних но расстояние сривши.юо с диаметром земного шара, имеет ряд особен-_ ностой по отношонид к однопунктовим измерении.! при связи с КА. Воздействие земной атмосферы, межпланетной и околосолнечло.1 плазмы но разность частот сигналов, фиксируемых со столь большим разносом, по компенсируется, а в ряда случаев даже усиливается. Причина тому в специфических проя&шпшх пространственно-временных корроляционньк свойств просвечиваемых космических сред.

Из приведенного в работе обзора известных экспериментальных данных следует, что общая картина влияния космических сред па НКБ-изморония сигналов КА нуждается в дополнении и уточнении проведением специальных прямых исследований в широком диапазоне изменения reo- и гелнорассгоянмй и других условий. В конечном счете ото доляно да;ь возможность определить пути повшиетш точности траекториях измерений. Мекающее Елияние сред распространения играот и пол-яигелыгу» роль, если объектом исследования является cai.ni космические среды. 1ГГБ выступает при атом как высокоточный прибор для таких фундаментачыиас исследований. Например, в настоящей работе разностные наблюдения били использованы для измерения скорости солнечного ветра и обоснования примсшшост!: длл наго гипотози ьаморокяшюсти. Раскрыт.,ю результатов оригинальных окспериментальних исследований и теоретического анализа г. о влняшш сред распространения на сверх-большобазовне частотные изменения посвящены олидущне разделы.

Во втором раздел.; даотся обзор приведенных ß работе окспе-риментальних нсслодовшшЯ н оцениваемая инструментальная точность измерений сопоставляется с эффектами влияния срод. Описывается методика порвиччоЗ обработки дашад;.

Экспериментальный измерения по схема ИББ проводились в течение 1979-1905 годов с использованием монохромагических сигналов шести космических аппаратов "Ввпера-11-16" и двух аппаратов "Бега-1,2". Для приема использовались два наземных Центра дальний космической свяоИ (г.Уссурийск, г.Евпатория), разнесенных

по широте на расстояние в 7 тис. км.

В слуше с ICA "Зешра-11-1в" для ИЕБ использовался штатный дециметровый канал космической связи ( Л, = 32 ом). Б котировочных экспериментах с КА ''Вега-1,2" бил' задействован также сантиыатровий канал связи {Хг- 5 см). Все эксперименты условно делятся на три этапа: первый - проверка аппаратурой точности и сценка влшпяя аигосфгрл Еемяи, второй - солеставдощщ влияния атмосферы Земли и межпланетной плазш с опробованием дифференциальных измерений, третий - по иомасштабного использования разнесению и интерферометрических наблюдений для зондг ч>-вашш срод в условиях крайне неоднородной околосолнечной плаэмц.

Показано, что инструментальная точность узконолосных допле-ровских ннтерфероиетрмеоких измерений зависит от стабильности стандартов бортовых передатчиков и иазомных приемный пунктов, погрешности времешой синхронизации и усреднения в каждом из плеч интерферометра при использовании для измерения частота боззапросной системы измерения раздельной скорости космических аппаратов. В целом * инструментальная точность йыбракной охем» измерений определяется погрешностью метода периодомара-чаотото-мора, оцениваемой как.2ЛСГ3 Хц, Проанплизирозегш погрешности, которые может вносить в намерзши система ФАПЧ, используемая для отслеживания сигналов КА. Показана необходимость согласования ее постоянной времени с полосой сигнала так, чгобц система ФАПЧ успевала перестраиваться за изменениями информационных составляющих сигнала, На основа анализа влияния конечной скорости и дальности до КА на чаототу интерференция показана необходимость использования для ее оценки строхйх релятивистских формул. Проанализирована структурная схема созданного автоматизированного комплекса регистрации и первичной обработки штер-ферометричеоклх данных, вклвчаящего в себя шнро-ШУ "Элсжтро-ника-60", отличающегося за очот трехкратного дублирования повышенной иадзгшоотыо при относительной алемантной простоте.

В целом бало проведало, обработано и проанализировано порядка 150 оешюсв измерений, общей длительностью более 120 часов. Обработка и анализ данных проводились в течение всего периода о 1979 по 1991 годы. Показано, что ородотоа ДЦКС и использованная методика регистрации и обработки частотных данных позволяют реализовать доплеровокие интерферометричеокие измерения и надежно ввделить влияние сред при этом.

В третьем разделе проводится последовательный теоретический и экспериментальной анализ влияния. на интерферометрическио и разнесенные наблюдения с большой базой атмосфера Земли, как постоянно присутствугацего фактора во всех наземн'нх экспериментах. В первом приближении влияние атмосферы Земли равно сумме( регулярных и флуктуационнах изменений частоты в тропосфере и ■ ионосфере над. приемными пунктами,

Показано, что взаимодействие волны с регулярны?™ профилями показателя преломления трспосфары и ионосферы в делом приводит к регулярное/ уваличожш частоты интерференции, величина которого зависит от локальных углов визирования КА и динамики атмосферы над пунктаюГлряема в ИББ. Как показывают расчеты для экспоненциального профиля, и это лодтверлсдают независимые экспериментальные данные, рефракция в тропосфера приводит » регулярному увеличении частоты интерфшенции, изменяющемуся прямо-пропорционально скорости изменения углового положения источника и достигающему в дециметровом диапазоне максимального значения порядка 0,1-0,3 Гц при локальных углах визирования КА вблизи горизонта. Аналогичны? сдвиг частоты в ионосфере киеот противоположный знак и достигает максимального значения порядка 0,03 Гц при углах места источ1глка порядка 15°. При предельно малых, углах места этот вклад для сферически сгая.кгричной модели стр?-мится к нулю. Наибольший регулярный сдвиг частоты интерференции в сторону ее увеличения возникает за счет временного изменения электронного содержания ионосферы,•определяемого ее суточный динамикой . Максимальное значение-этого сдвига порядка 0,3 Гц тлеет место, когда база интерферометра ориентирована приблизительно ортогонально к направлению иа Солнце. При этом существенным образом проявляется семичасовое запаздывание в динамике ионосферы над Западным и Восточным ЦДКС. Над Восточным ВДКС электронное содержание ионосфера уменьшается, а над Западным - ЦДКС, наоборот, увеличивается. При вычитании доплеровских частот з плечах интерферометра это к приводит к увеличению чаевты интерференции. .

Экспериментально подтверждена перспективность использования дая устранения регулярного сдвига частоты интерференция метода дифференциальной интерферометрии с большой базой (ДИББ), когда одновременно используются два КА п измеряется'двойная разность частот. Регулярные эффекты атмосферы могут быть уменьшены до уровня флуктуационкого разброса частотных измерений. Этот вывод

основан на експеркментах о КА "Венера-13'-16",

Далее проанализирована возможность использования регуляр- . ного рефракционного смещения частоты для решения обратных задач восстановления вертикального профиля показателя нредомле-кия атмосферы при наклонном радиопросвечивании излучением КА.. Показана существенная некорректность этой задачи, связанная главным образом о близостью структуры атмосферы Земли к плоско-слоистой модели, дая рефракции в которой, как известно, внутренняя структура не играет роли! чем больше здесь различие, тем устойчивей решение. На основе асимптотического и численного анализа удалось вид„лить области наибольшей устойчивости обратной задачи. Для тропосферы эта область примыкает к горизонту, • но из нее исключаются предельно малые скользящие угли визирования так, что она ограничеьа сектором [ 1°Д0°] по углу места. Для ионосферы эта область шире к ограничена диапазоном углов меньших 45°. Предложены варианты аналитического и чиелгчиого решения обратной задачи наклонного просвечивания атмосферы на основе полиэкспоненциальной модели с использованием сингулярной регуляризации. Показано, что точность решшш приближается к 1 -2 М-ед., что в пересчете в частоту шгерфорвнции зквква-лентис коррекции регулярного ее сшщешк до уровня 1 достижимого при дифференциальных измерениях. ■ ;

Показано,- что за пределам границ 'усто1!чпвости решения обратных вадач для смещения частоты опродслящимп становятся такие параметры как интегральный и приземный приведенные показатели преломления. Для восстановления этих параметров предложено использовать назэьлше дифференциальные' рефракционные наблюдения за.искажениями формы диска Солнца или Луны, Основным измеряемым параметром здесь является производная угла рефракция» определяемая как отношение разности наблюдаемых вертикальных и горизонтальных размеров диска к горизонтальному размеру. Простая асимптотическая, формула позволяет восстанавливать, определяющие параметры атмосфера с погрешностью порядка единиц процента * что равнозначно сшшэют регулярное атмосферного сдвига частоты интерференции до уровня фяуктуационной составляющей.

Флуктуационнно изменения частоты интерференции в первом приближении гипотезы заморожениссти определяются пространственным спектром кеоднородностей атмосферы и скоростью их поперечного пересечения лучевой липке;?, и сильно зависят от локального состояния атмосферы и углов визирования в плечах ИББ. По резуль-

татам теоретического и экспериментального анализа вариации частота интерференции в дециметровом диапаз онемеют порядок 0,014 Гц, где за счот тропосферы получается 0,0052 Гц и за счет ионосфера - 0,0086 Гц при измерении с усреднением за I секунду. На основе развития работ А.С.Гур'Вича предложен способ восстановления пространственного спектра турбулентных не-однородностей тропосферы и ис ;осферн по доплеровспад измерениям . В рамках геометрооптичсского приближения этот cnocoJ сводился к совместному использованию интегральных преобразований Абеля и Фурье о предварительным регулярипустцим скользящим усреднением временного спектра частотных флуктуацлй. Путем обработки по зтой методике дисперсионных экспериментальных данных, полученных с чочощь» КА "Вага-1 ,-2'', восстановлены спектры флуктуацлй в диапазоне размеров от 40 до 20С0 м и от 0,4 до 20 км для тропосферы п ионосферы соответственно; показало, что спектральный индекс для тропосфера и ионосферы близок у колмагоровскому. Такой подход совместного восстановления распределения неоднородноотей терглосферы и ионосферы может бы^ важен для изучения трансатмосфорных процессов.

Объективная оценка флуктуяодонннх возмущений частоты интерференции за счет атмосфера монет быть дана в сравнительном анализ« с влиянием мсяшланотной пла мы, которое должно возрастать по мере увеличения геоцентрических расстояний до КА. Проведанные эксперпментачьнио исследования с шестью КА серии "БеНе-ра" подтверждают теоретически ожвдаемув линейную зависимость дисперсий частоты интерференции с увеллчош™ дальности до КА: 6"р = б'о + б"/ L / I. юн , где L1g3= 100 млн. км. Величина 6"„= = 0,012 0,005 Гц момт быть отнесена к влиянию зелмой атмосферы, а величина = 0,022 + 0,005 Гц - к влиянию меаплшшт- . ной среды, на расстоянии в 100 млн. ил. На ра.сстоятш в = = 50 шн. юл вклады сравтгш. Приведенные данные относятся к дециметровому-диапазону.О-переходом в сантиметровый диапазон преобладающе,! в !ШБ будет влияние тропосферы Земли,

Совокупность этих результатов определяет меру постояшш присутствующего влиягаш эеш.^й атмосфера на узкополосну» допле-ровскуи 11£Б и дает пути для коррекции этого влияния.

- D четвертом разделе, приводятся результатц нитерферсметри-ческих и разнесенных наблюдений с больной базой при просвечивании околосолнечной плазмы с использованием КА "Бенера-15,-16м,

На основе известных моделей структуры околосолнечной о плазмы показано, что регулярное смещение частоты интерференции на преьыиает тысячных долей Гц и основное значение могут иметь только флуктуацкошыо эффекты. По данным 18 экспериментов ИБЕ, проведенных ка различных прицельных расстояниях в солнечной атмосфере, уровень флуктуаций частоты интерференции при з^ом более чем на порядок превыиаэт суммарное влиязше земной атмос-сферы и фоновой мегшланетной плазш. Гелиоцентрическая зависимость интенсивности флуктуация частоты интерференции в ИББ начинает проявляться с погружением области просвечивания в солнечную атмосферу ка глубину в 40 радиусов фотосферы Й0 и описывается степенной зависимостью с показателем 1,4 + 0,2. .

Это иеньие показателя 1,8 0,4, имеющего место для часур-ты а каждом из плеч интерферометра. Причина установле кого отличия заключается в существующей корреляционной связи флуктуация частоты на пространственно разнесенных трассах распространим радиоволн з солнечной атмосфере.

Экспериментально проанализирована зависимость от временного сдвига корреляционной функции флуктуация фазы и частоты при езерхбольиом пространственном разносе в условиях околосолнечной плазш. Установлено, что хотя опектр флуктуаций частоты близок к описчваемоыу законом Колыагорова, корреляционная картина в 'отите от теория не имеет монотонный характер, а знакопеременная и в ряде случаев может тлеть несколько соизмеримых максимум®, положение центрального из которых определяется его устойчивостью в сеансе просвечивания. Показано, что центральный максимум кросскорреляционной функции сдвинут во времени в направлении, которое определяется согласно гипотезе заморошншостя ориентацией скорости переноса неодаороднсстей солнечного ветра относительно базы интерферометра. В результате статистической обработки установлена значимач гелиоцентрическая'зависимость корреляционного сдвига флуктуаций частоты и фазы волны при радиопросвечивания западной и восточной областей сверхкороны Солнца.

Временной корреляционный сдвиг использован для восстановления в рамках гипотезы заморо&енностн гелиоцентрической завп-.симости средней скорости солнечного ветра, что позволило уточнить профиль его ускорения в диапазоно высот 10-20 солнечных радиусов, где кинетическая энергия солнечного ветра увеличила-

ется приблизительно в 40 раз. Показано, амщштуднне измерения в области висот меньше 14 радиусов Солнца дают завшешше значения скорости солнечного ветра,

Применимость гипотезы заморояеннооти определяется долей неодпородностей, для которых она вшолдаэтся, и разбросом око- ' росте!! неоднородиостей солнечного ветра вблизи среднего значения. По зелцчине максимума коэффициента крэоокорреляции флуктуации частотц установлено, что доля "заглорожешшх" неоднородиостей составляет 20-40$. Прямив гворхбольшабазовиа измерения флувтуаций частотц пря одновременном использовании двух космических аппаратов и даух наземных измерительных пунктов позволили установить, что вариации скорости солнечного ветра на дис-танциноноло 3 тис,км не превипают 105? Для гелиорасотояний в ld солнечных радиусов и 12!? для галиораоотояяиЯ в 4 солнечных радиуса.

На основе частотных'даиних радиопроовечивенот показана Бначшая корреляционная ¡авксимость флуктуаций алоктрошгой концентрации оверхкорони Солнца от ооотоянш среднесуточной солнечной активности. Установлено, что взятий с учетом вращения Сошща вокруг своей оси уровень малых относительных вариаций электрогаюй концентрации линейно зависят от относительного уровня солнечной активности о коэффициентом пропорциональности С|,025 + 0,005. Этот результат обобщает ранее изваотннз зависимости на случай яоротнопвриодачеохмх изменений солнечной актшз-нооти. Подтйвредона значимая посуточная геовффективнооть влияния солнечной актпвиоотя на величину критической частоты ионосферы Оемли через флуктуации электронной концентрации солнечного ветра. Это позволяет использовать данные радиопросвечивания восточной чаоти солнечной атмосферы для, прогнозирования солнечной активности яа 6 суток и состояния земной атмосферы на II суток вперед.

На основе скользящего усреднения чаотетннх флуктупцнй волны в 36 сеансах радаоярооввчиванш околооолнечной плазма в области высот 8-40 ООЛ30ЧКЯХ радиусов установлено существование квазипериодичооких составляквдис, относительный энергетический вес которых составляет 20-60$, Путем корреляционного и,спектрального анелиза показана существенная нестационарность этих вариаций и независимость их периода от времени предварительного усреднешм. Характерный период осщшший имеет большой разброс, но в среднем возрастает от 12 до' 260 секунд с удалением от Сол-

нца по закону, близкому к степенному о показателем 2,1 + 0,2. Проанализированы различные теоретические мсдели возникновещш КБазиперисдаческих вариаций частоты и фазы при просвечивании околосолнечной плазмы, основанные как на предположении о существовании волн плотности, гак и на возникновении картины много-лучевости. Показано, что хорошее согласие с экспериментальной загастлоотью хзр -шторного периода осцилляции То наблюдается в рамках модели интернаро:щии воли при многолучевой рефракции но крупномасштабных неоднородностях солнечного ветра, дойснзукщгас подобно собирающим лш;зрм. В дециметровом диапазоне при зтом получается, что Т^ = 0,12 ( p/ftD)2. Наличие квазипериодических составляющих объясняет знакоперомешшЬ вид кросскоррелч-ционных зависимостей при большобазовых иитерфоромотрических и рознесонша измерениях. Сдэлагошо выводы подтверждаются независимыми наблюдениями двух ЦЦКС.

В пятом раздела рассматриваются возможности использования сверхбольшейазового разноса, позшлсаюгого при двукратном про-свечлваши околосолнечной плазмы в, режиме когерентного отаота, когда за счет взаимного движения Зешш и КА трассы радиопросвечивания вперед и назад оказываются пространственно разнесены ' между собой даже при использовании одного и того же наземного приемопередающего пункта космической связи. Одна и та ко неоднородность солнечного вотра прбевочиваотел дважды.

В теоретических работах Н.А.Савича, Д.П.Сомознасва и М.Б. Васильева была показана перспективность использования многочастотного когерентного ответа для исследования неоднородностой межпланетной плазмы. Первая практическая попытка использования когерентного ответа для исследования солнечного вэтра была предпринята Е.Лгеебергом иП.Б.Экспознто в 1979 году с ГА "Го-лиос-2". Однако краткость опубликованной аннотации,да отсутствие последующих публикаций но позволяют, оценить достигнутые результаты, В настоящем раздела предлагается самостоятельное экспериментальное и теоретическое исследова:шо возможностей • режима одночастотиого когерентного от ота.

Проведенный в диссертации анализ показач, что временное запаздывашо .Гп взаимодействия сигналив с -одной и той же неоднородностью при двукратном просвечивании солнечного ветра зависит от соотношения средней скорости солнечного вотра У и скоростей движения Зошш tig ц изманенил прицельного рпсстоя!ШЛ

KA LL_p~ c¡p /di , Эквивалентный пространственны*} разнос течек первичного и вторичного взаимодействия в один с неоднородное тями солнечного ветра так :гл зависит от этих скороотой я меняемся в пределах от 21 до 35 тис. км для случая просвечивания солнечной атмзсфер.ч с нспольэовлшом когерентного ответа КА "Венора-15,-16". Величина задорккп "Сд варьируется в пределах от 100 до МСО с ,и для эо нзизронгл могут быть кспользова- -на корреляционные и споктрзльяко методы.

В работе в. np;tdr,cse!nnt гипотеза зпмороу.ошой туобулентно-_ сти показана зависимость корреляционной и спектралыгих функгшЛ флуктуацпй частот» и фазы волн» в pesarae когерентного ответа от волтпши адерчтп! *Сс п пространственного спектра г здно-родностой средн. Характерным является то, пго при это;.' проявляется усредняющее действие конечной толстпн просвечиваемого потока ноо.цнородностей и, например, огибавдял энергетического спектра флуктуаций фазы или частоты но сет информация о распределении интенсивности неодпородностай вдоль трассы просвечивания.

На основе теоретической модели разработана методика обработки доаторовекпх данных в ре.тпме когерентного ответа, позяо-лякгчая определить ~С0 и ргщналыгу» скорость V солнечного гстрз в золе просвочиваиия. Примечательным является го, что точность измере?м,1 улучшается с прпСипгссмше.л радиолуча к Солнцу и имеет порядок 3 зат/с на высоте трех радиусов фотосферы. По данным ?А сеансов двукратного просвечивания определен гелиоцентрически;! профиль средней скорости солнечного ветра, который хорспо согласуется о найденным в прелндуцем разделе профилем по -данным разнесенного приема с использовагтам двух наземных пунктов 11ДКС, Ссвокупнсзть отих да;пшх ппдтворждасг утгерж-д?ии£, что на расстоглпшх G-20 скорость солнечного ветра увеличивается от 35 + 10 км/с до 300 + 50 км/с.

На основе спектральной обработки показана позмотдость ис-пользевагин ретома когерентного ответа длл восстановления показателя рэдаадьноЗ зяг пакости имтонсгаигести флуктуацкй электрм. • ной концентрат околосачночнсЛ плаэмч. По дэнннм обработки он близок к '!. Показана чувствительность пзашлгого спектра флукту-сщ:Л сдвинутых во времени вариации частоты (фазы) в режиме когерентного ответа к дисперсии скоростей по размерам неоднородноотей солнечного ветра. 3 результате обработки оксперпкенталв-

них данных установлено, что реальный разброс скоростей неоднородно с те й от среднего значения не яревышает 40$ на дистанциях в 21-35 тыс. км ч это служит еще одшш подтверждением применимости гипотезы замсрояонности для солнечной атмосферы. Досто- ■ верность результатов подтверждается их сохранением душ двух независимых ЦДКС.

На основе обобщешк полученных результатов показана возможность применения предложенной методики для зондирования атмосферы Земли при моностатнчасноя радиолокации движущихся объектов с целыо „определения сродней скорости ветра и высотного профиля структурной постоянной.

Б .местом разделе проведен анализ точностных возможностей сверхбольвебазоЕЫХ измерений и определены пути увеличения точ-. поста.

На основе анализа выборочных статистик проведена оценка точности корреляционных измерений скорости солнечного вотра по разнесенным частотным к фазовыгл данным. Пека за ю, что погрешность оценки времени корреляционного запаздывания частотных и фазовых флуктуаций с большим пространственным разносом в условиях околосолнечной плазмы составляет +1 с; т.е. порядок шага дискретизации при относительной погрешности измерения максимума коэффициента корреляции 0,2-0,4. Это'обеспечивает''необходимую точность измерений гелиоцентрического профиля скорости солнечного ветра.

Показано, что точность доплеровской 5ШБ в измерении угловой скорости космического аппарата определяется влиянием неод-нородностой среды распространения радиоволн и соответствующие погрешности I -езкугошых измерений в дециметровом диапазоне имеют порядок: 4.1СГ^ рад/с за счет атмосферы Земли и до 3.10"^ рад/с за счет межпланетной и околосолнечной плазмы. С переходом в сантиметровый диапазон соответствующие погрешности уменьшатся в 30-40 раз.

На примере обработки частотных данных показано, что использование корреляционной связи флуктуаций на разнесенных трассах к скользящэо временное усреднение лозволяют увеличить точность ЛБЕ-кзмерений до 2-3 раз при визировании космического аппарата через солнечную атмосферу. Наибольший выигрыш достигается на прицельном расстоянии в 10-15 Й0 . 0

Далее рассмотрен новкй, основанный на Е-заямном амгоштудчо-

-фазсвок моделировании разнесениях сигналов, метод измерение в узкопслосноЯ интерферометрии. Представление квадратурных составляйте сигнала в одном плечо ИББ через квадратуршю составляющие в другом плечо позволяет свести определение, разностной задержи и частоты интер^вретош к задаче минимизации остаточной срздпеквадратической невязи» модели и фактической реализа-шш сигнала с использованием итерационной процедура. Рассмотрен» численные примера тестирования метода для временной базы сигнала 5 и СО. Показано, что точность метода почти на порядок выше по сравнении с традиционным методом оптимизации функции неопределенности при одном и том же уроано аддитивных шумов,' соответствующем отношению сигнал/шум, ыешгаазмуся в пределах от 0 до 20 дБ, Продемонстрирована работоспособность метода и з случав дополнительных частотных флуктуаций до I Гц. Зашумленив производилось датчиком псевдослучайных чисел в равномерна законом распределения. Инфорыациошшй сигнал представлялся как фазомшшпулированный сложный сигнал. Достигаемый зыпгрша по точности объясняется максимально.! использованием априорной информации при измерениях. Такой подход идейно близок к, так называемым, методам сверхразрешения, развиваемым в- теории спектральных оценок. Характерно, что при этом разнесенные сигналы как бы подгоняются один под другой и происходит их взаимная фильтрация. После такой процедуры отношение сигнал/шум уволит-ваетия на 10-15 дБ и дал измерения могут бить приемлемы традиционные корреляционные методы.

Основным инструментом навиггционннх измерений к решения обратных задач является метод наименьшие квадратов (МЯК). Для * повышения устойчивости ШК в условиях существенной некорректности предложено использовать сингулярную регуляризацию как развитие теории Л.Н.Тихонова. Проанализированы возможные пути выбора параметра'регуляризации. Предложен ноэый энтропийный'принцип зябора параметра регуляризации, основанный на оптимизации отношения энтропии спектров остаточного шума и выделяемого шгформа-шонного сигнала. Такой принцип использует лишь контрастность I форме энергетических спектров щума и сигнала и никак нз требу-¡т информации об уровне шумов. Ко уступая по точности игвеотко- . й принципу невязки, предлагаемый принцип работоспособен яри тносительной норме шумов до 20$. Справедливость выводов под-верздается ¡¡а общепринятых 'гестовюс примерах.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы настоящей диссертации, даются рексмандацта по их использованию.

В целом диссертация представляет собой законченную работу по разностороннему исследованию проблемы совокупного влияния земной атмосфоры, ыежпланотной и околосолнечной плазш на узкополосную дошюровскую интерферометрию со сверхбольшим разносом, имеющей вакноо научное г. прикладное значение в изучении космического прс ;транстса радйоЛизичэскга.м методами. Результат« могут найти примошние а научных и промышленных учреждениях космической направленности, а тагам в учебных курсах радиофи-. зических вузов.

основные работы по та® диссертации

1. Яковлев О.И., Ефимов А.И., Якубов В.iL, Корсак 0,U., Кантонов A.C., Ерофеев А.Л., Рубцов С.И. Флуктуации.частоты и фаза радиоволн в двух разнесенных лудатах при просвечивании околосолнечной плазш и скорость салечного ветра // Изв. вузов. Радиофизика. - 19Б5. - Т.32, №5. - С.531-537.

2. Ефимов А.И., Корсак О.М., Яковлев О.И., Якубов В.П.-, Цере-тш И.Д. О влиянии околосолнечной плазмы на работу интерферометра с большой базой // Радиотехника' и электроника. -1967. Т.32, JA 12. - С.<¡640-2643.

- 3. Арманд H.A., Ефимов А.11., Яковлев О.И., Якуооа В.Я., Вшзлов A.C.i Набатов A.C., Кантонов A.C., Рубцов С.П., Корсак О.М. Флуктуации частоты дециштрових и сантиметровых радиоволн при связи с аппаратами "Венера~1э, --I6" через околосолнечную • плазму // Радиотехника и олоктрмшка. - 1988. - Т.33, it В. - С, 1574-1582.

4. Яковлев O.K., Ефимов А.И., ¡¿слотов E.H., Рубцов С.Н., Якубов В.П., Кучерявс1гков А.И., Кантонов A.C. Флуктуации ш.яиш-туды дециметровых и сантиметровых радиоволн, излучаемых опудаикаш "Ввнера-15" и "Вонера-16", при распространении через околосолнечную плазму // Изв. вузов. Радиофизика. -1988. -г T.3I, й I. - С.2-9.

5. Арманд H.A., Яковлев О.И., шлонен. э В.А., Гришаиосский Б.А Молотов S.U., Тельпуховсккй Е.Д., Якубсв В.П., Ефимов А.И., Корсак О.М.', Вышюв A.C., Раамшоь Ь.И., Симакова H.A. Интер фэрса^трия с большой базой с использованием-аппаратов "Венера" // Радиотехника и электроника. - TD87. - Т.32, й 10. -С.2017-2025. •

в, Якубов В.П., Яковлев О.И., Ефимов Л.И., Ерофеев А.Л., Корсак О.М., Ерофеева U.A. Бол;, i плотности з околосолнечной плазма по данным радаопросвочнпаыхч // Космические нсследо-. аамя. - 1989. - Т.27, в.5. - С.772-776,

7. ¿фпмов А.И., Яковлев 0.11., Рубцов O.K., Кучорхвонкэв А.И., Молотов л.П., Рогадхскн" К.Якубов З.П., Кантонов A.C., ламоев P.C. Зромошши спактры -{пуктупци!! амплнтудч сантиметровых и дециметровых радловолн аппаратов "Huiiepa-Io и -16" про просве'тваник околосо-шочно;"; плазм:! // Радиотехника и электроника. - I3Ü7. - Т.32, 'Л 10. - С.2025-2032.

8. Ирофоев Л.Л., Якубсо В.П., Кафтонов A.C. Споктралышо искажения сиг алов в системах ФАПЧ // Радиотехника. - К 7. -

Je 8. - С .43-4'!.

9. Якубов В.П., Волшвдп П.С. К локации поверхностей планет методом дифференциальной рад;юш<тар£>орС'Митр::и // Электроника и распространение пели: Dun. 4. - Томск: Пзд-во Том.ун--та, 1984. - С.133-137.

10. Якубов Ь.П., Симакова H.A. Обратная задача рефракции в атмосфере Земли П Радиотехника и электроника. - 1987. - Т.32,

Я 7. - С.1367-1373.

11. Филононко З.А., Якубсн З.П., Картонов А С., Корсак 0.!.!., Симакова H.A., Хакеев P.C. Автоматизированный лзмерительно--вычизлктэлышй комплекс регистрация и обработки частоты радиосигналов комических аппаратов /У Электродинамика и распространенна воля, B"ti. 6.' - Томск: Пзд-во Том.ун-та. -C.2I5-22Ü,

12. Симакова H.A., Якубсв В.II. Численное решение обратной задачи исследования атмосферы Земли // Электродинамика и распространение волн. - Вып. 3. Томск- Пзд-во Том.ун-та, I9Ö7. -С.209-214.

13. Якубов В.П., Симакова U.A. Оценка атмосфйрнс!1. рефракции по доплерогскоглу о-'Лекту ff Оптика атмосферы. - 1988. - T.I, .4 10. С.43-51.

Ij. Симакова H.A., Якубов Б.П. К решений обратной задачи транс--атмосферного радиоироовечизатая f1 Геомагнетизм и аэрономия. - ISoS. - Т.29, 5 I. - С.147-149.

15. Якубов В.П., Симакова H.A., Ерофеева'М.А, К оценке интегральней толщины атмосферы по рефракциошнм данным // Оптика атмосферы. - 1989. - Т.2, Л 6. - С.671-672.

16. Симакова H.A., Якубов В.П., Сингулярная регуляризация в" решении обратной" задачи рефракции // Радиотехника и елект-роника. - 1982.- - Т.44, J6 7. - C.I329-I33S.

17. Якубов В.П. Радаоинтерферометричеокая локация неровных по- , верхноотей планет // ХШ Воес.конференция по раопростране-' нию радиоволн: Тез. докл. 4.1. - Горький, 1981. - С.265-266.

18. Якубов В.П., Симакова H.A., Макаров A.A. Роль рефракции в прецезионном определении континентальных расстояний методом радиоинтерферомегрии // Измерительные комплексы и системы: Тез.докл. Всес.конференции, 4.1- Томск, 1981. - 0. 36-38.

19. Симакова H.A., Якубов В.Б. К решению обратной задачи радиопросвечивания атмосферы.Seva // Всес. совещание по рефракции электромагнитных волн в атмосфере: Тез. докл. - Томск, IS83. - С.174-176.

20. Якубов В.П., Тельпуховский I.E., Симакова H.A. Доплеровский сдвиг частоты в атмосфере Земли с горизонтальными градиентами показателя преломления // Всес. совещание по рефракции

■ электромагнитных во,га в атмосфере: Тез.докл. - Томск, 1983. - 0.157-159.

21. Яковлев О.И., Филоненко В.А., Азарх С.Д., Ефимов А.И., Матюгов С.С., Молотов E.H., Анцибор Н.М., Бышлов A.C., Куче-ршзенков А.М., Солнцев Е.Б., Штрыков В.К., Якубов Б.Ц., Разманов В.Ы., Корсак О.М., Губенко В.Н., Симакова H.A., Катаиников Н.Э., Рубцов С.Н,, Швачкин K.M., Бадер-В.А. Предварительные результаты радиопросвечивания атмосферы Еенеры с помощью спутников "Венера-15,-16" // Х1У Всес. конференция по распространению радиоволн: Тез.докл, 4.1. -Ленинград, 1984, - С. 198-199.

'22. Арманд H.A., Филоненко В.А., Яковлев О.И., Азарх С,Л., Выш- -лов A.C., Ефимов А.И., Корсак 0.1,1., Медведев-Ö.H., Молотов E.H., Разманов В.М., Симакова H.A., Тихонов В.Ф., Церешш И.Д., Штрыков В.К., Щетинников С.А., Якубов В.П. Доплеров-ская интерференция с большой базой с использованием аппаратов "Венера" // 117 Бсео. конференция по распространению радиоволн: Тез.докл. 4.1. - Ленинград, 1984. - C.2I0-2II.

¡23. Бышлов A.C., Ефимов А.И., Кафтонов A.C., Корсак О.С., Ку-чзрявэнков А.П., Набатов A.C., Рубцов С.М.', Яковлев 0.11., Якубов В.Д. Результаты радаспросвечиванш околосолнечной плазмы с помощью аппаратов "Венера-15,-16" // ХУ Всес.коп-

ференция по распространению радиоволн: Тез.докл. - Алма-Ата, 1937. - C.IG5-I66.

24. Ефимов А.И., Кафтонов A.C., Корсак О.М., Яковлев О.И., Якубов З.П. Разнесенные наблюдения фяуктуаций частоты фазн радиоволн, прошедших через околосолнечную плазму // ХУ Воэс. конференция по распространению радиоволн: Тез.докл.

- Алма-Ата, 1907. С.Г67.

25. Ерофеев A.JI., Ефимов А.И., Корсак 0,Iii., Яковлев О.И., Якубов В.П. Периодические пульсации концентрация околосолнечной плазмы по данным радиозатенешых экспериментов // XX Бсео. конференция по радиофизическим исследованиям Солнечной системы: Тез. докл. •• Симферополь, 1938. - С.115.

26. Якубов B.II., Чужксв Е.Ю. Радиопросвечивание сверхкороне Солнца и его активность // У Симпозиум КА11Г по солнечно-земной физике: Тез.докл, - Самарканд, 1989. - С.54-55.

2?. Якубов B.ü., Сишксва H.A. Восстановление параметров атмо-сфоры пс рефракциашым данным // Всесоюзный семинар: Распространение радиоволн в ионосфере. - Тез.докл. - Калининград, 1989. - С.4^.

28. Якубов В.П., Чукков Л.1й Метод наименьших квадратов в пространственно-временной нелинейном спектральном оценивании сигналов // Всео. научно-техническая конференция. Теория

и техника пространственно-временной обработки сигналов. Тзз.докл. - Свердловск, 1989. - С.78-79.

29. Якубов В.П., Чуйков Е.Ю. Адалтппннй метод измерения спектра пространственных частот поля рассеяния в ближней зоне // Проблем! радпотехгашг, электроники и,связи: Тез,докл. областной конфэренщшНТО РЗС им. А.С.Попова. 4.1. - Томск, 1989. - С.14. •

30. Якубов В.П., Ерофеева М.А. Использование полиномов Чебыше-ва в цифровой интерполяции сигналов // Проблемы радиотах-кикл, электрощит и связи: Тез.докл. областной конференции НТО РЗС им. Л.С.Попова. 4.2. - Томск, 1989. - 0.43.

31. Пономарев Г.А., Пономарева В.П.-, Якубов В.П. статистгческио жтод'з в радиофизике: Практикум о применением аналого-вк-чпсллтолышх комплексов. - Томск: Изд-во Том. ун-та, I95S.

- 235 с.

32. Якубов B.II. Двукратное моностатдчзское просвечивание потока турбулентных пеодпороднсотей с использованием движущегося

отражателя // Оптика атмосферы,' - 1990. - Т.З, № 7. -С.716-722.

33. Якубов В.Л.т-Лрсков ЕЛО. Флуктуации электронной концентрации сверхкороны и геоэффективнооть активности Солнца //

„.Геомагнетизм и аэрономия. - 1990. - Т.30, й 4. - С.563-565.

34. Симакова H.A., Якубов В.П. О решении обратной задачи рефракции в атмосфере Земли при ограниченной выборке и погрешностях исходных данных // Рассеяние электромагнитных волн. Вып. 7. - Таганрог: Изд-во ТРТИ, 1989. - C.8G-92.

35. Симакова H.A., Якубов В.П, Флуктуации параметров рефракции на наклонной радиотрассе в атмосфера Земли // Воес.совещание по приземному распространению радиоволн и электромагнитной совместимости: Тез.доил. - Улан-Удэ, 1990. - С.9.

36. Ерофеева М.А., Якубов В.П. К восстановлению высотного профиля коэффициента преломления тропосферы // Всео. совещание по приземному распространению радиоволк и электромагнитной совместимости: Тез.докл. - Уляч-Удэ, 1990. - 0.51,

37. Якубов В.П., Симакова H.A., Корсак O.U.'Интегральный приведенный коэффициент преломления атмосфера по данным радиопросвечивания // Всео. совещание по приземному распространению радиоволн и электромагнитной совместимости: Тез.докл.

- Улан-Удэ, 1990. - С.52.

38. Якубов В.П., Яковлев О.И., Ефимов А.И., Ерофеев А,Л. Двукратное радиопросвечивание.атмосферы Солнца с помощью аппаратов "Бенера-15,-16" // Х1У Всес.конференция по распространению радиоволн: Тез.доил. - 4.2. - Харьков, 1990. -С.128. '

39. Якубов В.П, Радаоиросьечиза. из космического пространства с использованием сверхбольшебазовоюпроотранственно-

- временного разноса // Труды Х1У научных стений по космонавтике. Комжческие экологические исследования. '- Москва,

.1990. - С.I80-181.

40. Пономарев Г.А., Сшлаков» H.A., Якубов В.Л. Интегральное уравнение ДаЗсона и нормальные ьолны плоского турбулентного слоя //.Изв. вузов. Физика. - 1971. - k 3. - C.II2-II5.

41. Пономарев Г.А., Симакова H.A., Якубоз В.П. Среднее дола точечного источника г плоском турбулентном слое // Язв. вузов.Радиофизика. - 1971. Т.14, tö I; - С.72-79.

42. Якубов 13.П., Симакова Н.Л. Восстановление спектра турбулент-ностой по фазовым флуктуациям волн -в атмосфера // И Всес. научная конференция!. 1;!етодя представления и обработки случайных гаинаюз и полей: Тез.докл. - Харьков, 1991. -

43. Пономарев Г.А., Якубов З.П. О геомэтрооптлческом приближении в задаче рассеяния волн на неровной поверхности // Изв. вузов. Радиофизика. - 1976. - T.I9, Л 3. - С.40?-41?.

44. Симакова H.A., Якубов В.П. Недель спектра флуктуаций фазы в атмосфере с учетом движения источника излучения //

II Всес. научная конференция. Метода преде 'авлента и обработки случайных сигналов и полей: Тез.докл. - Харьков, 1991. - С.39.

45. Якубов В.П., Симакова H.A., Зрофееза М.А. Восстановление неоднородной структуры атмосферы по наблюдениям космических п'сточ1П1ков //' XI Всес. симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах: Тез.докл. -Томск, 1991. - С.НО.

46. Якубов 13.11., Ерофеева И.А, Область существования решешш обратной задачи наклонного радиопросвечивания тропосферы

// Оптика атмосферы. - Г99Т. - Т.4, !S 2. - С.173-176.

47. Якубов В.П., Определение параметров атмосферы по наземным дифференциальным рефракционным наблюдениям // Оптика атмосферы. - 1991. - Т.4, № 5. - С.506-509.

48." Якубов В.П. Энтропийная оценка параметра регуляризации в обратных задачах радаооптики // Оптика атмосферы. - 1991. -Т.4, № 6. - С.669-671.

49. Якубов'В.П., Яковлев 0.11., Ефимов А.И., Ерофеев А .Л. Скорость солнечного ветра по частотным данным двукратного радиопросвечивания окоолосолнечяой плазмы // Изв. вузов. Радиофизика. - 1991. - Т.34, №■ 6.

50. Ерофеева U.A., Якубов В.П. Метод наименьших квадратов для измерения параметров широкополосных сигналов // Всес. конференция по применению сггрхшрокополосных сигналов в радио- ■ электронике и геофизике: Тез. докл. - Красноярск, 1991. -

- С .'42-43. - .

С.180.