Метод мониторинга ионосферы Земли на основе использования навигационных спутниковых систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

СМИРНОВ Владимир Михайлович

МЕТОД МОНИТОРИНГА ИОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

01.04.03. - Радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 2007

003065690

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН

Официальные оппоненты Пермяков Валерий Александрович,

доктор физико-математических наук, профессор

Ружин Юрий Яковлевич,

доктор физико-математических наук

Боярчук Кирилл Александрович,

доктор физико-математических наук

Ведущая организация. Государственное учреждение Научный центр аэрокосмического мониторинга «Аэрокосмос» (ЦПАМ «Аэрокосмос») Министерства образования и науки Российской Федерации и Российской академии наук

Защита состоится 2 ноября 2007 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 002 231 02 при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу 125009, Москва, ГСП-9, ул Моховая, д.11, корп 7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН Автореферат разослан « /4^» сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук

А А Потапов

Введение

Исследование физической природы, морфологии и динамических характеристик неоднородностей электронной концентрации является одной из ключевых задач физики ионосферы. Изучение особенностей распространения радиоволн в ионосфере и разработка новых методов ее зондирования являются важными задачами радиофизики, которые входят в Перечень приоритетных направлений фундаментальных исследований РАН по направлениям «Физика ионосферной и межпланетной плазмы» и «Фундаментальные проблемы распространения радиоволн»

Исследование структуры ионосферы важно как для понимания физики протекающих в ней процессов, так и для решения разнообразных радиофизических задач, связанных с распространением радиоволн Необходимость изучения ионосферы связана с эффективностью функционирования спутниковых систем радиосвязи и координатно-временного обеспечения и с тенденцией разработки радаров с синтезированной апертурой, использующих все более низкие частоты радиоволн и способных осуществлять глубинное зондирование земных грунтов [1-4]

Важной проблемой является мониторинг состояния ионосферы над потенциально сейсмоопасными районами, поскольку установлено, что на стадии формирования сейсмического процесса ионосфера над эпицентром испытывает различные возмущения, связанные с процессом прохождения землетрясений [58] Научный интерес к исследованию естественных и антропогенных процессов, происходящих в природной среде, обусловлен также тем, что их можно трактовать как активные эксперименты в ионосфере Земли и использовать возникающие при этом эффекты для решения целого ряда задач физики ионосферы, ионосферного распространения радиоволн, физики атмосферных волн и т д

В настоящее время для определения характеристик различных объектов используются радиофизические методы, основанные на решении обратных задач математической физики [9] Методология исследований, базирующаяся на решении обратных задач, является одним из новых направлений в изучении процессов, происходящих в ионосфере Земли [10-11] Преимущество методов, использующих теорию решения обратных задач распространения радиоволн в неоднородной атмосфере, заключается в том, что они позволяют проводить экспериментальные исследования непосредственно при эксплуатации существующих спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, предназначенных для решения других задач Этот подход является новой эрой в ионосферных исследованиях, поскольку основное свойство этих систем - возможность проводить измерения

непрерывно во времени в любой точке Земли - непосредственно переносится на ионосферный мониторинг и позволяет обеспечить исследование глобальных и региональных явлений в ионосфере

Выполненные в рамках данной работы исследования соответствуют специальности 01 04 03 «Радиофизика», раздел 5 «Разработка научных основ и принципов активной и пассивной дистанционной диагностики окружающей среды, основанных на современных методах решения обратных задач Создание систем дистанционного мониторинга гео-, гидросферы, ионосферы, магнитосферы и атмосферы. Радиоастрономические исследования ближнего и дальнего космического пространства»

Основные сведения об ионосфере получают в настоящее время от установок, расположенных на Земле. Однако они в состоянии дать информацию лишь о параметрах ионосферы ниже максимума слоя ¥2 Что касается верхней ионосферы, то соответствующая информация о высотном распределении электронной концентрации ранее могла быть получена только с помощью ионозондов космического базирования, вертикальных запусков ракет и немногочисленных установок некогерентного рассеяния радиоволн, позволяющих определять параметры ионосферной плазмы в широком диапазоне высот 70 -1500 км Однако эти средства достаточно дороги. В связи с этим особую остроту приобретает технология определения параметров ионосферы на основе анализа свойств сигналов, излученных искусственными спутниками Земли.

Существующие методы определения параметров ионосферы по данным спутниковых измерений дают возможность контролировать в основном интегральное содержание электронного распределения ионосферы Земли Метод определения параметров земной ионосферы, основанный на использовании классической схемы радиопросвечивания спутник-спутник, позволяет определять высотное распределение электронной концентрации ионосферы Земли, но требует наличия одновременно двух спутников. Обеспечивая глобальность наблюдения за состоянием нижней части ионосферы Земли, данный метод не обладает высоким пространственным разрешением вдоль траектории полета

Практическое использование радиотомографических методов, позволяющих восстанавливать двумерную зависимость высотного распределения электронной концентрации по измерениям в специально расположенных пунктах, является весьма сложной технической и вычислительной задачей

Предложенный в диссертационной работе метод радиопросвечивания на трассе спутник-наземный пункт позволяет получать высотный профиль распределения электронной концентрации ионосферы Земли в подорбитальном про-

странстве космического аппарата для различных гелио- и геофизических условий в любое время суток и для любых регионов земной поверхности, включая горы и морские акватории, северный и южный полюса

Делью настоящей диссертационной работы является развитие теории и разработка технологии непрерывного мониторинга, предназначенных для исследования ионосферы и решения задач оперативного контроля высотного распределения и полной электронной концентрации ионосферы Земли методом радиопросвечивания на трассе спутник - Земля с использованием радиосигналов навигационных спутниковых систем в реальном масштабе времени

Реализация поставленной цели достигается на основе решения следующих задач

► обоснование необходимости применения навигационных спутниковых систем для обеспечения глобального и непрерывного мониторинга высотного распределения электронной концентрации ионосферы методом радиопросвечивания на трасе спутник-Земля в реальном масштабе времени,

► разработка алгоритмов и программных средств, предназначенных для решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с целью определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли,

► исследование влияния дополнительной априорной информации и погрешностей измерений дальности и приведенной разности фаз на определение высотного профиля электронной концентрации;

► разработка алгоритмов реконструкции пространственно-временных распределений электронной концентрации ионосферы Земли по результатам спутникового мониторинга в однопозиционной схеме наблюдений,

► создание автоматизированной технологии обработки навигационных данных для практической реализации метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля на основе использования двухчастотной наземной аппаратуры и метода решения обратной задачи,

► апробация разработанной технологии мониторинга состояния ионосферы в период воздействия на неё факторов естественного и антропогенного происхождения по данным навигационных спутниковых систем,

► оценка пространственно - временного разрешения метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля при определении параметров ионосферы применительно к задаче детектирования сейсмоионосферных вариаций;

► разработка рекомендаций и подготовка-исходных данных навигационных измерений для практической реализации технологии непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля

Актуальность исследований, проведенных в диссертационной работе, обусловлена необходимостью решения комплекса проблем по разработке эффективных методов мониторинга ионосферы Земли на основе существующих навигационных спутниковых систем Это направление связано с созданием новых математических методов обработки навигационных сигналов, позволяющих определять параметры ионосферы, важные для практических применений Использование метода сопряженных градиентов для решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли позволяет создать эффективную технологию радиофизического мониторинга ионосферы в глобальном масштабе, предназначенную как для решения научно-практических задач, так и прогноза антропогенных явлений, в частности, землетрясений.

Решение этих задач имеет важное значение при реализации Федеральных целевых программ «Глобальная навигационная система», «Развитие и модернизация системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений», "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года", программы Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды "Гидрометеорологическое обеспечение безопасности жизнедеятельности и рационального природопользования" (подраздел. "Методы, модели и технологии анализа и прогноза состояния верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли, околоземного космического пространства"). Все эти программы направлены на совершенствование методов и технологий аэрокосмического мониторинга природной среды и чрезвычайных ситуаций

Методы исследований. Выполненные исследования основаны на использовании функциональных связей параметров зондирующих сигналов и среды их распространения и математического аппарата решения интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода Решение таких уравнений относительно неизвестной функции сводится к решению обратных некорректно поставленных задач атмосферной рефракции

Научная новизна работы заключается в теоретическом, методическом и экспериментальном обосновании и решении проблемы создания технологии непрерывного мониторинга для исследования и прогнозирования состояния ионосферы Земли на основе использования глобальных спутниковых навигаци-

онных систем и программно-алгоритмической реализации метода решения обратной задачи радиопросвечивания Она отражена в следующих результатах.

► Обоснована практическая целесообразность и необходимость применения спутниковых систем для решения задачи глобального и непрерывного мониторинга высотного распределения электронной концентрации ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля в квазиреальном времени

► Обоснована возможность использования градиентных алгоритмов для решения обратной задачи радиопросвечивания с целью определения высотного профиля распределения электронной концентрации ионосферы Земли Показана эффективность алгоритма решения обратной задачи методом сопряженных градиентов на множествах специальной структуры по данным навигационных систем

► Разработаны и апробированы на реальных данных измерений алгоритмы и программные средства, предназначенные для определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли

► Для практической реализации метода радиопросвечивания путем численного моделирования исследовано влияние априорной информации и погрешностей измерений дальности и приведенной разности фаз на определение высотного профиля электронной концентрации и сделаны теоретические оценки точности спутниковых радионавигационных измерений

► Создана автоматизированная технология обработки навигационных данных для практической реализации метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля на основе использования двухчастотной наземной аппаратуры и метода решения обратной задачи Доказана эффективность применения этого метода при детектировании ионосферных возмущений во время гелиофизиче-ских процессов на Солнце и антропогенных эффектов на Земле.

► Получены оценки пространственно-временного разрешения метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля при определении параметров ионосферы применительно к задаче детектирования сейсмоионосферных вариаций в зависимости от состояния геомагнитной активности

► Разработаны рекомендации по использованию навигационных систем при практической реализации технологии непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля

Практическая значимость работы заключается в том, что теоретически обоснованы и реализованы на практике элементы технологии непрерывного мониторинга ионосферы Земли, основанные на использовании полученных с

помощью навигационных спутниковых систем материалов и применении-метода решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля Развитая технология определения профиля электронной концентрации не требует применения специально оборудованных пунктов и может быть реализована в полевых условиях, на борту самолетов и морских судов, что весьма важно для получения информации об ионосфере в квазиреальном масштабе времени и планетарном масштабе.

► Предложена методика детектирования сейсмоионосферных вариаций по данным навигационных спутниковых систем Апробация методики проведена на реальных сейсмических явлениях, имевших место в различных регионах Земли

► Реализовано применение метода радиопросвечивания ионосферы Земли в период гелиогеофизических и сейсмических явлений и показана его высокая эффективность для получения репрезентативных данных о характеристиках такого рода событий

► Разработаны рекомендации по созданию автоматизированного центра обработки, предназначенного для непрерывного мониторинга ионосферы с использованием сигналов навигационных систем в масштабе реального времени.

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод радиопросвечивания на трассе спутник-Земля, базирующийся на использовании глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, является новым высокоэффективным средством для исследования и непрерывного мониторинга пространственно-временного распределения электронной концентрации ионосферы Земли в реальном масштабе времени.

2 Метод проекции сопряженных градиентов на множествах специальной структуры является эффективным средством решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли на трассе спутник - наземный пункт

3. Построение современной технологии непрерывного мониторинга для решения задач определения состояния, оперативного и краткосрочного прогноза пространственно-временных параметров ионосферы основано на методе радиопросвечивания на трассе спутник-Земля радиосигналами спутниковых навигационных систем

4 Технология непрерывного мониторинга, основанная на методе радиопросвечивания на трассе спутник-Земля, является новым и высокоэффективным средством контроля пространственно-временных параметров ионосферы Земли в планетарном масштабе

5 Метод радиопросвечивания ионосферы является эффективным средством контроля состояния ионосферы Земли в период возникновения гелиофизиче-ских и сейсмических явлений и может использоваться при их наблюдении и прогнозировании

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на Всероссийской научной конференции «Возможности создания и применения геодезических и картографических космических средств для решения фундаментальных и прикладных задач» (1993 г, Москва), на Всероссийских научных конференциях по распространению радиоволн (1984, 1987, 1993, 1996, 1999, 2002, 2005 гг, Россия); на научно-технической конференции «Современное состояние проблем навигации и океанографии» (1995 г., С-Петербург), на международной конференции «Радар-96» (1996 г, КНР), на Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (1998 г, Австрия, 1999 г, Голландия, 2000 г, Франция, 2006, 2007 г, Австрия), на международном симпозиуме по GPS «Применение GPS в науках о Земле и её взаимодействие с другими геодезическими системами» (1999 г, Япония), на международной ассамблее комитета по космическим исследованиям «COSPAR-2000» (2000 г, Польша); на Всероссийских конференциях «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (2004, 2005 г, Москва), на международном симпозиуме по дистанционному зондированию окружающей среды ISRSE - 2005 (2005 г, С-Петербург)

По теме диссертации опубликована 51 работа - 23 статьи (включая 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК), 25 докладов на российских и международных конференциях

Результаты, представленные в диссертации, являются частью радиофизических исследований, проводившихся в Институте радиотехники и электроники РАН в период с 1984 по 2007 гг. с целью изучения влияния условий распространения радиоволн на работу космических радионавигационных и геодезических систем как при непосредственном участии автора, так и его руководством Проводимые исследования были поддержаны грантами РФФИ (№01-0564040, №04-05-64207, №04-05-08045_офи-а), в которых автор являлся руководителем и основным исполнителем, и Программой отделения физических наук РАН «Плазменные процессы в Солнечной системе».

Достоверность научных выводов подтверждается согласованностью теоретических и практических результатов с известными в литературе данными, согласованностью результатов математического моделирования и эксперимен-

тальных исследований с результатами теоретического анализа, сопоставлением полученных результатов с данными наземных ионозондов

Личный вклад автора заключается в выборе направления исследований, в формулировке и постановке основных задач, в проведении теоретического анализа и имитационного моделирования, в проведении экспериментальных исследований и интерпретации полученных результатов, а также в разработке алгоритмически-программного обеспечения для решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли сигналами спутниковых систем

Все вошедшие в диссертационную работу результаты получены лично автором либо при его непосредственном участии Интерпретация научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций, которым автор благодарен за плодотворную совместную работу Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка используемой литературы Она содержит 300 страниц текста, включая 81 рисунок, 6 таблиц, 221 наименование цитируемой литературы, в том числе 51 наименование работ по теме диссертации

Глава 1 носит общий характер, глава 2 является оригинальной, главы 3-6 отображают практическую значимость метода радиопросвечивания при создании технологии непрерывного мониторинга ионосферы и результаты её апробации в реальных условиях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении изложено состояние научной проблемы, обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цель и решаемые в диссертационной работе задачи, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, отражен личный вклад автора и приведены сведения об апробации полученных в диссертационной работе результатов

В первой главе рассмотрены и проанализированы основные радиофизические методы исследований и мониторинга ионосферы Земли

Анализ используемых методов изучения динамики ионосферы, выполненный в разделе 1, показывает, что существующие радиофизические методы не могут служить системой глобального наблюдения за состоянием ионосферы ввиду того, что длительные непрерывные наблюдения трудно осуществимы, а иногда и просто невозможны Локальность выполнения наблюдений за состоянием ионосферы не позволяет применить рассматриваемые методы для создания системы непрерывного и глобального мониторинга ионосферы Для Земли

это особенно актуально, так как большую часть земного шара занимают акватории, где невозможно размещение постоянно действующих ионосферных станций, и горные массивы, не имеющие пригодной для размещения аппаратуры соответствующей инфраструктуры.

В разделе 2 рассмотрены методические вопросы проведения радиотехнических измерений при использовании спутников, как источников излучаемых сигналов Приведены функциональные связи параметров зондирующих сигналов и среды их распространения Показано, что для случая локальной сферически-слоистой модели среды рефракционный вклад атмосферы в измерения дальности можно определить по следующей формуле

д;Фо)= Ь

: (г )гс1г

а[п2(г)г2 -п20а2зт2&}П где Кг($)- геометрическая дальность, п(г) - коэффициент преломления, 9- зенитный угол наблюдения спутника, а - радиус Земли

В третьем разделе этой главы рассмотрены основные геометрические аспекты метода радиопросвечивания и его практической реализации. Проанализирована возможность использования данного метода для определения высотного распределения параметров ионосферы в планетарном масштабе Схема реализации метода радиопросвечивания для одного из наблюдаемых с наземного пункта А спутников представлена на рис, 1. Численные оценки зон наблюдений приведены в таблице 1 При измерениях в пределах диапазона углов АЕ, минимальный размер которого определяется алгоритмом решения обратной задачи, длину дуги ВС можно рассматривать как горизонтальный масштаб осреднения АБ1 в пределах ионосферы при восстановлении высотного профиля электронной концентрации, а сам профиль относить к середине проекции дуги ВС на земную поверхность

Таблица 1 Геометрические масштабы при радиопросвечивании ионосферы на трассе навигационный спутник-Земля (интервал наблюдения Т=600/30 секунд)

£„ =90-Э, град 10 30 50 70 90

Д£, град 5,8/0,29 6,3/0,31 6,8/0,34 7,1/0,35 7,2/0,36

км 282/16,8 96/5,4 53/2,9 40/2,1 38/1,9

В'С'.км 268/16,1 92/5,2 51/2,7 39/2,0 36/1,8

АС', км 1096 467 237 104 0

В четвертом разделе на основе аналитического опиеания параметров-радиосигналов, принимаемых от спутника, выполнен анализ возможности использования метода радиопросвечивания для определения параметров ионосферы.

Показано, что при проведении измерений на двух частотах в предположении локальной сферически-слоистой среды разность псевдодальностей связана с функцией высотного распределения электронной концентрации сле-

дующим образом

>(,)-—<«+ = 2,475 10

[{а + г) -а ят 3] к

где и - нижняя и верхняя границы ионосферы, г - текущая высота

Существующие методы решений такого типа интегрального уравнения относительно неизвестной функции рассмотрены в пятом разделе этой главы Анализ приведенных методов восстановления показывает, что при решении задачи реконструкции высотного распределения электронной концентрации требуется дополнительная априорная информация о состоянии ионосферы. На основе результатов анализа к алгоритмам восстановления сформулированы необходимые для реализации метода радиопросвечивания требования:

1 Алгоритм восстановления должен хорошо восстанавливать параметры ионосферы, независимо от конкретной ситуации при проведении измерений.

2. Алгоритм должен обладать устойчивостью к погрешностям измерений Устойчивость задачи должна обязательно достигаться использованием общего математического подхода, допускающего автоматическую обработку данных измерений на всей трассе полета космического аппарата

3 Для получения качественного решения алгоритм должен давать возможность управления процессом восстановления с целью учета специфической структуры ионосферы и обеспечивать неотрицательность решения

4 В зависимости от имеющихся априорных сведений о структуре ионосферы и состоянии окружающей среды алгоритм должен иметь наращиваемую структуру для введения дополнительных ограничений, не меняя вычислительную схему решения данной задачи

Во второй главе изложен метод решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы по трассе навигационный спутник-Земля В разделе 1 изложена методология математического моделирования процесса распространения радиоволн при решении обратной задачи радиопросвечивания Рассмотрены основные математические аспекты моделирования процесса распространения радиоволн при решении прямой и обратной задач радиопросвечивания

Показано, что математическая постановка задачи в общем случае, во-первых, подразумевает конструирование структуры модели процесса, т е качественное описание исследуемого процесса с помощью тех или иных математических операторов, а во-вторых, заключается в наделении модели количественной информацией, т е оценивании входящих в структурную модель неизвестных параметров Процесс параметрической идентификации при решении обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли можно представить в виде структурной схемы, приведенной на рис 2

Показано, что существенным моментом при решении обратной задачи радиопросвечивания является использование априорной информации о среде распространения и влияние погрешности измерений При неточно заданных исходных данных измерений задача параметрической идентификации сводится к определению по совокупности {ЛА,С/5} некоторого приближения к искомому решению, которое при стремлении погрешностей (й,5) в задании оператора и правой части к нулю обеспечивало бы лучшее приближение к точному решению задачи

Применение метода сопряженных градиентов на специальных множествах для решения обратной задачи радиопросвечивания обосновано в разделе 2 Проведенный функциональный анализ интегрального уравнения показал, что решение обратной задачи радиопросвечивания сводится к задаче нахождения конечномерного вектора, минимизирующего функционал, определяемый следующим выражением

ф{<р) = \Ач>-ие(1г

Используя элементы теории функционального анализа, показано, что для выпуклого множества, к которому принадлежит данный функционал, нет необходимости определять точный минимум ф{д>) Достаточно определить такой

Рис 2 Схема параметрической идентификации обратной задачи радиопросвечивания ионосферы

элемент последовательности <рв из указанного -множества, при котором Ф{<ра)<82 Отсюда следует, что для нахождения приближенного решения необходимо построить последовательность \(ра , минимизирующую функционал ф(<Ре) на выпуклом множестве, который при конечно-разностной аппроксимации переходит в множество, определяемое в теории функционального анализа следующими ограничениями [12]

м! г = 1>2' >н 1

с [0<^<С, г = 2,3, ,п-\]

и ^ 2:0, г =1,2, ,п М = <

{(рЧ1-2<р,в+<р,;1< 0, г = 2,3, ,п-1

М 4=<

^>0, г = 1,2, ,п <р?-Ър'8+<р?1<.0, г = 2,3, ,п~ 1 г = 2,3, ,и-1

При переходе к конечномерной аппроксимации функционал Ф(<р) = \А<р-и$ преобразуется в квадратичную функцию ф(г), которую можно представить в обобщенном виде ф(г) = (г, Вг) + {С,г) + 0 В этом случае задача сводится к построению минимизирующей последовательности ср8 для квадратичной функции ф{£) на множестве, определяемом приведенными ограничениями

Алгоритм решения обратной задачи радиопросвечивания методом сопряженных градиентов изложен в разделе 3 Этот метод устойчиво работает при решении задач с ограничениями и наличием локальных максимумов Поэтому для решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы он является наиболее предпочтительным среди других градиентных методов Суть этого метода заключается в следующем

Элементы ср, минимизирующей последовательности определяются по следующей схеме Каждый элемент последовательности <р1+] связан с предыдущим <р, соотношением д>1+1 = <р, где р1 = + /5,р,_х - направление гра-

диента функции, =-^00, А = « Л^ЬШ. . ве.

личина оптимального шага вдоль направления градиента, га - нулевое приближение решения задачи, ( ) - скалярное произведение

В разделе 4 методом численного моделирования исследовано влияние априорной информации на точность решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы и определена область применимости спутниковых навигационных измерений. Результаты моделирования в зависимости от класса функций, в

котором ищется решение обратной задачи, представлены на рис 3

В пятом разделе получены оценки точностных характеристик метода радиопросвечивания при определении параметров ионосферы в диапазоне высот от 80 до 1000 км и показано, что при практической реализации алгоритма оптимальная размерность сетки по высоте, для которой определяется профиль электронной концентрации, составляет ~22 км Это означает, что при обращении используются 20-ти или 10-ти минутные интервалы наблюдений (дискретность измерений А? = 30 сек и А? = 15 сек соответственно) Повышение разрешения по высоте можно получить, увеличив либо интервал времени наблюдения, либо уменьшив дискретность измерений при сохранении интервала времени наблюдения Результаты практической реализации алгоритма решения обратной задачи радиопросвечивания и сравнение их с данными вертикального ионозонда и моделью 1Ш представлены на рис 4.

Значения электронной концентрации в максимуме ионосферы практически совпадают с данными ионозонда Расхождение составляет не более 4% Аналогичные результаты были получены при сравнении восстановленных данных с результатами ионосферного зондирования до высоты максимума, проведенного наземным ионозондом ИЗМИРАНа Эти сравнения дают основание считать, что предложенный метод может рассматриваться как новый, независимый от ионосферных служб, способ определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы Земли

Влияние погрешности радионавигационных измерений при решении обратной задачи рассмотрено в шестом разделе. Показано, что применение метода

180 280 380 480 580 680 780 880 980

высота км

Рис 3 Влияние класса функций на определение высотного распределения электронной концентрации (0 - искомый профиль, 1 - монотонные, 2 -монотонно-убывающие, выпуклые вверх; 3 - выпуклые вверх, 4 - монотонно-убывающие, выпуклые вниз).

О! ог «з Ne,NU

Об 05 g04

I 03

V

г 0,2 01 о

12 13

о я

♦ GPS

» ноновощ

14 11 16 время (моек) час

17

Рис 4 Сравнение результатов восстановления по наблюдениям спутников GPS с данными ионозондов (НМО, Южная Африка - а), ИЗМИР АН - б) и моделью IRI

радиопросвечивания ионосферы целесообразно при точности проведения измерений не хуже 0,2 м При этом достигается высокая точность определения вы сотного распределения электронной концентрации Среднеквадратическая погрешность определения профиля электронной концентрации ионосферы не превышает при этом 0,02 N11 (1 N11=10б эл/см3), значения максимума электронной концентрации - 0,014 N11 при исходном моделируемом значении концентрации в максимуме слоя Р2, равном 0,82 N11 Результаты моделирования представлены на рис 5

Об 08 1 1,2 1,4 1,6 1,8 пшрешность измерений, м

определения высотного распределения электронной концентрации (iV) = SN )

Рис 5 Влияние погрешности измерений на значения определяемых параметров (значения по оси ординат соответствуют значениям определяемых параметров 1 -значение максимума электронной концентрации А/е^, N11, 2 - среднеквадратическая погрешность определения правой части, м, 3 - значение электронной концентрации Аг(г) на высоте 100 км, 4 - среднеквадратическая ошибка аи определения моделируемого эффекта, рассчитанного по восстановленному профилю, м; 5- среднеквадратическая ошибка

В разделе 7 рассмотрена возможность определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы по данным двухчастотных фазовых измерений на длинах волн \2 Получены функциональные соотношения при проведении этих измерений Показано, что в этом случае уравнение радиопросвечивания можно записать в следующем виде а2 вш2Э <13г\,г, - + 1 1 Г, . . . , . . ,. ,1

(.„у-^ '^г^аАО-^Ы

Результаты моделирования показали, что наличие в подынтегральном выражении степени 3/2 приводит к уменьшению влияния погрешности фазовых измерений на точность полученного рёшения В этом смысле применение фазовых измерений при решении обратной задачи является более предпочтительным, однако требует при этом непрерывности фазовых измерений и практически непригодно для определения параметров ионосферы в районе траверза из-за наличия в приведенном уравнении производной по углу наблюдения.

В третьей главе рассмотрены возможности мониторинга ионосферы Земли на основе глобальных навигационных спутниковых систем

В разделе 1 проведен анализ характеристик навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS и рассмотрены их функциональные возможности для мониторинга ионосферы

Метод определения электронного распределения ионосферы по данным дальномерных и фазовых измерений рассмотрен в разделе 2. Показано, что при двухчастотных измерениях с учетом аппаратурных ошибок вклад ионосферы может быть определен из линейной комбинации

дальномерных измерений - RI (/)= . { IfR ¿, (О- PR i2 (0]+ $Rk }

1 — К

и фазовых измерений - (г) = ~ ^{ (t) - Л2Ф^ (/)]+ + где 5Rk и 8Ry - ошибки кодовых и фазовых измерений соответственно, к = (Lj/I2)2 = (77/60 )2 ДЛЯ системы GPS и к = (L, /L2 f =(9/7)2 для системы ГЛОНАСС, ON- неоднозначность фазовых измерений

Показано, что значения интегральной электронной концентрации ТЕС можно определить непосредственно из дальномерных и фазовых измерений по следующим формулам соответственно

ТЕСЦ) = 9£2 10,e{ [PRk(i)~PRlA(t) + SRk] \эл/л?,

2ЕС(0 = 1,81 1016{ [X&^-Xp^t^+ON + SR^MIM2

В разделе 3 приведены результаты практического применения метода радиопросвечивания для определения регулярных вариаций электронной концентрации ионосферы по данным дальномерных измерений Показана принципиальная возможность определения азимутально-временных вариаций состояния ионосферы по однопозиционным наблюдениям.

По результатам экспериментальной обработки данных двух разнесенных приемных пунктов показано, что глобальность навигационных систем дает возможность использовать одновременно один и тот же спутник для монито-

ринга ионосферы в разных точках земной поверхности На_рис 6 представлены результаты обработки суточных данных измерений, полученных по наблюдениям спутников системы GPS со станции ZWEN (Звенигород). Эти данные позволяют анализировать суточные вариации практически любой части ионосферы.

0 05

01 015 0 2 Ne(z) NU

1-0 час 25 мин, 2-2 час 30 мин, 3-5 час 40 мин, 4-6 час 55 мин

1-8 час, 2-10 час 40 мин, 3-10 час, 4-11 час 55 мин

Рис 6 Высотные профили ионосферы, полученные для ближайших расстояний проекции максимума подионосферной точки от пункта измерений в зависимости от времени

Возможность скомпоновать измерения с разных спутников в узком диапазоне азимутальных углов наблюдений позволяет проследить широтные и долготные временные вариации максимума ионосферы Результаты практического определения азимутально-временных вариаций ионосферы в однопозиционной схеме наблюдения рассмотрены в разделе 4 Вариации максимума Nemax электронной концентрации ионосферы, проанализированные для секторов азимутальных наблюдений 170 -190° (юг) и 300-320° (северо-запад) - широтная зависимость и 80-100° (восток) и 260-280° (запад) - долготная зависимость, показали, что в целом для всех обработанных сеансов наблюдений тенденция изменения Nemax соответствует многолетним данным наблюдений

Возможность определять высотный профиль распределения электронной концентрации ионосферы позволяет зафиксировать и пространственные провалы, наблюдаемые в ионосфере. На рис 7 приведены зависимости максимума распределения электронной концентрации ионосферы, полученные с двух спутников, наблюдаемых в разное время и на разных азимутах

На обеих зависимостях имеется явно выраженный провал в значениях максимума распределения электронной концентрации Учитывая независимость спутниковых измерений, можно предположить по этим данным наличие локального провала в ионосфере Сдвиг по времени (примерно 6 часов) и практически полное совпадение физических параметров и координатных характери-

стик позволяют утверждать, что это один и тот же провал Происхождение данного провала носит не временной, а пространственный характер

22 б 23 23 4 23 8 0 3 1 14 18 23 27 31 я моек, час

азимут наблюдения 286-290-182°

19 8 20* 20 8 213 218 22 7 232 23 7 0 Время моек час

азимут наблюдения 196-78-86°

Рис 7 Вариации максимума электронной концентрации ионосферы, полученные по наблюдениям двух спутников для пересекающихся азимутальных направлений

Глава четыре посвящена изучению возможности реконструкции пространственно-временной структуры ионосферы. Дана оценка возможности реконструкции двух-трехмерной структуры регулярных параметров ионосферы, приведены результаты реализации такого определения Проведена аналогия с методом компьютерной томографии

Приведенные в главе 3 интегральные уравнения первого рода, определяющие функциональную зависимость измеряемых параметров сигнала от высотного распределения электронной концентрации, которое в свою очередь является функцией пространственных координат и времени, можно считать математической моделью физических процессов, происходящих при радиопросвечивании ионосферы Земли Их же можно рассматривать как уравнения компьютерной томографии, осуществляемой с достаточно большого числа ракурсов Одним из вариантов аппаратурной реализации такой «томографии» является метод радиопросвечивания, осуществляемый с одного пункта наблюдения

В разделе 2 показано, что в этом случае метод радиопросвечивания позволяет определять одномерные разрезы ионосферы вдоль трассы, аналогичной по форме траектории движения подспутниковой точки Получаемые при этом профили относятся к вертикальному разрезу ионосферы, географические координаты которого определяются положением проекции подионосферной точки Наличие высотных профилей, полученных для разных географических точек, позволяет синтезировать пространственные сечения ионосферы, используя только один пункт наблюдения На рис 8 показаны профили электронной концентрации, полученные при наблюдении 15 спутников с одного наземного пункта с разных азимутальных направлений, и изменение максимума ионосферы вдоль траектории подионосферной точки для одного из используемых спутников

Рис. 8, Профили электронной концентрации ионосферы при наблюдении с одного пункта и вариации её максимума в зависимости от координат проекции подионо-__сфсрпой точки,___

Полученные в результате применения метода радиопросвечивания высотные профили распределения могут служить основой построения пространственно-временной структуры ионосферы Зсм.ти.

В разделе 3 проведен анализ возможности реконструкции пространственно-временной структуры ионосферы по двум близко расположенным пунктам и приведены результаты экспериментальной обработки. Показано, что такие измерения можно использовать для определения нсоднородностей к ионосфере. Результаты определения методом радиопросвечивания параметров максимума Р2-слоя - максимума электронной концентрации н вариаций его высоты - приведены па рис. 9.

30-12 o-ih ivo

ш / À

врсыя ЦТ вреия ЦТ

Рис, 9. Вариации значений максимума электронной концентрации и его высоты в течение суток по наблюдениям разных спутников с двух близко расположенных пунктов.

Предъявленные данные также показывают, насколько реальная ионосфера Земли соответствует её модельным представлениям.

Применение метода радиопросвечивания, основанного на использовании нескольких близко расположенных пунктов наблюдения, один из которых может быть контрольным, а другие расположены вокруг него, Позволяет реконструировать полную картину азимутальных перемещений маее ионизированного

г

газа. Сопоставляя полученные значения максимума ионосферы на пунктах наблюдения и, фиксируя время, которое протекает между моментами регистрации некоторых характерных особенностей в распределении слоя Г2, можно судить о скорости перемещения ионосферных пеоднородностей в горизонтальном направлении.

В главе пять на основе реальных данных измерений доказана принципиальная возможность исследования ионосферной изменчивости методом радиопросвечивания в период гели о физических возмущении. Показана реальная возможность мониторинга ионосферы в глобальном масштабе при возникновении указанных явлений.

В разделе 1 приведены результаты применения метода радиопросвечивания для исследования ионосферных эффектов в зоне частичного солнечного затмения I ] авзуста 1999 года зондированием ионосферы сигналами навигационных систем. Преимущество радиотехнических наблюдений заключается в том, что погодою-климатические условия не являются преградой при исследовании эффектов воздействия солнечного затмения па состояние ионосферы Земли. Высотные профили электронной концентрации, подученные в период солнечного затмения на фоне сплошной облачности, приведены на рис. 10. Хорошо видно уменьшение электронной концентрации во время затмения (~11-12 часов).

Рис. 10. Профили распределения электронной концентрации и изменения максимума электронной копщмгтрации в период солнечного затмения 10-12 августа

и и

up СМИ. ' ]

В разделе 2 рассмотрены возможности навигационной спутниковой системы GPS для детектирования воздействия солнечных вспышек на ионосферу Земли и обусловленных ими геомагнитных возмущений в октябре-ноябре 2003 года. В момент возникновения вспышек, станции наблюдения располагались как в области максимальной освещенности, так и в теневой области Земли. Некоторые спутники наблюдались одновременно из всех пунктов. Поэтому любые изменения параметров навигационных сигналов могут быть обусловлены только средой их распространения, и частности, ионосферой.

Результаты обработки данных по радиопросвечиванию ионосферы за период 28-30 октября по наблюдениям за одним и тем же спутником с пунктов ТКОМ (Норвегия) и АККИ (Турция) приведены на рис. 11. Хорошо видно, что 28 и 30 октября фоновый уровень состояния ионосферы был достаточно ровный. 29 октября, когда солнечный ветер достиг ионосферы Земли, характер скорости изменения конного электронного содержания резко изменился.

Можно выделить три временных участка, где зарегистрированы заметные возмущения яовосфсры. Это 6:40 (400), 7:30 (450) и 8:40 (520) иТ, Длительность возмущении составляла 15-20 минут для первого, 30-40 для второго и примерно 60 минут для третьего. Такие возмущения наблюдались для полярной ионосферы. Совершенно иная картина наблюдалась в среднеширотиой ионосфера по данным метода радиопросвечиваний с пункта АТЧКК.

Рис. 1!. Скорость изменения электронного содержания в период 28-30 октября для полярной (ТКОМ) и среднеширотиой (АХКЯ) областей ионосферы_

В отличие от полярной ионосферы, изменения электронного содержания здесь выражены более сильно. Видно, что в период 6:30-8:00 11Т скорость изменения полного электронного содержания имеет волнообразный характер с

периодом примерно 60 минут. Длительность этого волнообразного изменения не пренышаеч 1,5 часа. На этом же рисунке можно отмстить также наличие резкого возмущения примерно в 10:30 ОТ. Для всех спутников, находящихся в зоне видимости станции АМК_К в период 68 часов, наблюдались значительные вариации полного электронного содержания. Яти данные приведены на рис. 12 и дают реальную картину возникновения возмущений н ионосфере а зоне видимости пункта наблюдения.

В^емя Т_Т ьпш

Рис, 12. Азимутально-временные вариации полного электронного содержания ионосферы л период магнитной бури 29 октября

Анализ состояния ионосферы Земли в момент возникновения солнечной вспышки, произошедшей 28 октября, показал резкое увеличение скорости изменения полного электронного содержания (рис 13) Такое изменение наблюдалось для всех спутников и было зарегистрировано за 9,5 минут до вспышки, зафиксированной в оптическом диапазоне в 11:11.52 UT Для ионосферы Южного полушария (OHI2) характер воздействия на ионосферу солнечной вспышки несколько отличается от ионосферы Северного полушария. Амплитуда второго пика здесь практически в два раза меньше первого, в то время как для ионосферы Северного полушария, амплитуды обоих пиков отличаются незначительно

ит, мин ЦТ мин

Рис 13 Реакция ионосферы на прямой геомагнитный эффект солнечной вспышки 28 октября 2003 года для северного и южного полушарий

Скачкообразное изменение в значениях полного электронного содержания произошло в 11 02 30 (662,5 минуты) 1ГГ (рис 14а) и было зафиксировано по всем 7 спутникам, которые находились в зоне видимости станции наблюдения При этом характер дальнейшего изменения этого параметра ионосферы остался прежним Изменения значений максимума электронной концентрации, полученных при решении обратной задачи радиопросвечивания по трассе спутник -наземный пункт, представлены на рис 146 Рост значения электронной концентрации в максимуме слоя Р2 ионосферы составил ~23%, что хорошо согласуется с данными (10-30%), имеющимися в литературе

Аналогичная картина наблюдалась и для второй мощной солнечной вспышки, произошедшей 4 ноября 2003 года Здесь также максимальное изменение зарегистрировано за 9,5 минут до вспышки, зафиксированной в оптическом диапазоне в 19.53 (1193 минута) ит Сравнение длительности ионосферных откликов, зарегистрированных 28 октября и 4 ноября 2003 года, показывает, что для более мощной ноябрьской вспышки длительность отклика практически в два раза больше

В разделе 4 показана возможность метода радиопросвечивания осуществлять мониторинг околоземного пространства для определения источников тех-

ногенного происхождения пи их импульсному воздействию на ионосферную плазму, В качестве импульсных воздействий на окружающую среду рассмотрены взрыв Витимскоп> метеорита и запуск ракет с космодрома Байконур.

ад; -,.->: V: 1ч,; ю 11 12 и

Брели ГТ. г>пп1 ВремлИ!. чче ,

а) о) Рис, 14. Характер изменения электронного содержания и значения максимума электронной концентрации ионосферы для одного спутника по наблюдениям со станции VIIX _

Результаты обработки данных навигационных наблюдений во время взрыва метеорита представ лены на рис. 15. 11о результатам проведенного расчета длительность распространения возникающих при этом ионосферных возмущений не превышала 20-25 минут. Скорости распространения возмущений для трех указанных моментов времени примерно равны 1285 м/с {область 1), 337 м/с (область 2) и 125 м/с (область 3) и соответствуют значениям, полученным с помощью радиолокатора Полярного геофизического института (1200 м/с, 300 м/с и 200 м/с).

I

Я

13 III II

Время ит. чж

Рис. 15. Скорость изменения электронного содержания (тонкая линия - 23 сентября, толстая - 24 сентября) и значение максимума электронной концентрации 23-25 ссн-

тября____

Существенно иной характер имеют ионосферные возмущения, зарегистрированные при запусках ракет. На рис. 16 представлены результаты обработки навигационных данных, полученных при запуске ракеты с космодрома Байконур. Скорость распространения возникающих в ионосфере возмущений составляет 800-1000 м/с, что хорошо согласуется с известными данными [8].

время, ИТ

-Ш15-1-

Рис 16 Ионосферный отклик на запуск ракет

. РН Протон, СНОМ

5 071999 Ш2,Байшад>

В главе шесть на основе прошедших сейсмических событий показано, что ионосфера может быть индикатором готовящихся как сильных, так и слабых землетрясений. Многодневный мониторинг состояния максимума Р2 слоя ионосферы, осуществляемый с нескольких разнесенных двухчастотных навигационных приемников, показал воз-

можность определения методом радиопросвечивания возмущенных областей в период сильных землетрясений.

В разделе 1 проведен краткий анализ сейсмичности земной поверхности и рассмотрена возможность прогноза катастрофических событий Отмечается, что трудности в идентификации ионосферных возмущений» обусловленных сейсмогенными эффектами на фоне пространственно-временной изменчивости ионосферы, являются основным объектом критики при использовании ионосферы, как детектора предвестников землетрясений Однако интенсивные исследования сейсмоионосферных связей в течение последних нескольких лет показывают, что сейсмоиносферные явления уникальны среди набора других причин изменчивости ионосферы

На основании систематизации литературных данных в разделе 2 показано, что учет всех параметров ионосферного предвестника позволяет выделить его на фоне вариаций ионосферы, вызванных другими воздействиями, что выг одно отличает его от плазменных и электромагнитных вариаций другого типа, предлагаемых в качестве предвестников, поскольку они могут наблюдаться и в результате воздействия других факторов.

В разделе 3 этой главы рассмотрены ионосферные возмущения, возникающие при сильных землетрясениях, произошедших в разных районах Земли

Сильное землетрясение (магнитуда М=6,5) произошло 22 декабря 2003 года в Центральной Калифорнии Координаты эпицентра землетрясения 35,706° с ш и 121,102° з.д Траектории трасс подионосферных точек для спутников с указанием эпицентра землетрясения приведена на рис 17. Высотные распределения электронной концентрации, полученные с 18 по 23 декабря 2003 года, представлены на рис 18 Анализ распределения электронной плотности, полученной в то же время по данным других спутников, траектории которых проходили

jpiwi, UT

1

«1

J0 .

s

я ■

зо : 35 .

ЫЯС1

snHUCHip,'

f

вдали от эпицентра землетрясения, показал, что изменения в распределении электронной концентрации ионосферы для данных областей менее выражены-

Анализ временных вариаций максимума электронной концентрации слоя Р2 ионосферы, полученных в течение двух часов В нескольких фиксированных точках, показал, что значения электронной концентрации в точке с координатами 121,5" з.д. и 36,6" слп. резко контрастируют с аналогичными данными, полученными для других точек. Это означает, что область с указанными координатами была расположена вблизи эпи центральной зоны.

- Е4П -130

-IflO -Wï -i

. V I. '. I

Рис. 17. Траектории подионосферных точек, полученные по наблюдениям спутников G PS.

Рис. 18. Пространственно-временные распределения электронной концентрации, подученные по данным одного из спутников системы GPS со станции IJSLO (а) и

____¿CL U (б)__

Потенциальные возможности GPS-мониторинга ионосферы при детектировании сейсмических предвестников рассмотрены на примере землетрясения Hector Mine 16 октября 1999 года в Калифорнии. Выбор этого события был обусловлен тем, что во время этого достаточно мощного землетрясения (магниту да М-7Д) геомагнитная обстановка была умеренно возмущенной. Кроме этого, выбранное землетрясение произошло на территории, характеризуемой повышенной сейсмичностью. Высокая сейсмичность территории вносит дополнительные трудности, возникающие при интерпретации ионосферных возмущений. Поэтому для того, чтобы разделить ионосферные эффекты, обусловленные воздействием гелиофизическнх факторов от сейсмических, для мониторинга ионосферы использовались приемники, расположенные как вблизи эпицентра сейсмического события, так и вдали от него. Высотные профили и их двумерное представление, на котором хорошо видно изменение в распределении мак-

еимума электронной концентрации над эпицснтральной зоной, приведены на рас, 19. Анализ гелиогеофизической обстановки показал, что наличие в это время возмущенной геомагнитной обстановки, не могло привести к столь значительным изменениям в распределении электронной концентрации ионосферы в данном регионе. Изменения в пространственно-временном распределении электронной концентрации, наблюдаемые на близких к эпицентру станциях, вызваны эффектами сейсмического происхождения.

Применение метода радиопросвечивания позволило проследить поведение максимума электронной концентрации вдоль траектории под ионосфер ной ¡очки для спутников в период сильнейшего Землетрясения в Турция 17 августа 1999 года (магнтггуда Ы=7,7). Высотные профили электронной концентрации ионосферы, полученные из решения обратной задачи радиопросвечивания по наблюдениям за одним из спутников в период 14-17 августа представлены на рис. 20. Для сравнения здесь же приведены высотные профили электронной концентрации, полученные для станции, расположенной вдали от эпицентра землетрясения.

Рис. 19, Высотные профили электронной концентрации (3D-представление) и их двумерное отображение (2D-представление) вблизи (а) и вдали (б) от лпшеигра Из этих данных видно, что пространственно-временная модификация высотного распределения электронной концентрации наблюдалась только вблизи станции А NKR. Для станции ZECK отмечено незначительное изменение значения в максимуме ионосферы без какой-либо заметной модификации в высотном распределении. Это может свидетельствовать о том, что на стадии форми-

роканий сейсмического события нал эпи цен тральной областью происходит нарушение пространстве и но-временно го хода распределения электронной концентрации, что является характерным признаком готовящегося землетрясения.

Землетрясение, мапгатудой М=7,6 произошло 8 октября 20005 г. в Пакистане. Графики пространственно-временного распределения электронной кон-

Рис. 20. Профили электронной концентрации, полученные по данным спутника _№6 12-18 августа 1999 г. для станций ANK.R а) и ZECK б). _

центрации, на которых хорошо видна структура высотного распределения и ее характерные изменения, приведены на рие. 21. Для станций, расположенных относительно близко к эпицентральной зоне землетрясения, б и 7 октября наблюдалось значительное уменьшение электронной концентрации в максимуме 1:2 слой. Наиболее сильно это проявилось для пунктов ЭЕЬЕ и ШШМ, что может свидетельствовать о близости этих пунктов к эпицентру землетрясения. Анализ вариаций геомагнитного поля показал, что они не могли привести к тем явлениям, которые наблюдались в распределении электронной Концентрации по данным ОРК-измерепий.

Рис. 2!. Профили электронной концентрации вблизи (SELE) и вдали от эпицентра

(IISC)

В разделе 4 рассматривается возможность детектирования землетрясений, магнитуда которых не превышает 4. Показано, что эта задача в настоящее время трудна для реализации ввиду малости влияния тектонических эффектов землетрясений на состояние ионосферы. Применение в качестве критерия неличи-

ны отклонений от среднего фонового состояния ионосферной плазмы, по-видимому, здесь нецелесообразно Более чувствительным параметром может быть не значение электронной концентрации в максимуме слоя Р2, а скорость изменения этой концентрации ВТЕС. При этом необходимо рассматривать и анализировать состояние ионосферы не только вблизи эпицентра землетрясений, но и в относительно спокойных районах, удаленных от эпицентра и находящихся примерно в одном и том же часовом поясе

Анализ изменения параметра БТЕС в период слабого землетрясения, произошедшего 23 сентября в Южной Греции, показал, что за сутки до землетрясения, при прохождении траектории через область эпицентра, наблюдались незначительные колебания с периодом 14-19 минут этого параметра при относительно гладком его изменении для других областей.

В разделе 5 рассмотрены ионосферные явления, возникающие в сейсмически спокойных районах 21 сентября 2004 года на территории Калининградской области были зарегистрированы два землетрясения с магнитудами М=4,8 и М=5,0 Оба землетрясения произошли практически в одном месте с интервалом в 2,5 часа. Профили электронной концентрации, полученные для эпицентраль-ной зоны, имели характерные провалы, аналогичные ранее рассмотренным событиям. Профили, полученные с помощью приемника, удаленного от эпицентра землетрясения на расстояние свыше 1500 км, не имели каких-либо вариаций, что позволяет сделать вывод о том, что изменения в ионосфере, регистрируемые другими приемниками, обусловлены воздействием факторов локального происхождения В данном случае эти изменения вызваны сейсмическими эффектами

В Заключении перечислены результаты работы и сформулированы следующие из них выводы

В Приложении представлена структура построения автоматизированного наземно-космического центра, предназначенного для непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с использованием сигналов навигационных систем в реальном масштабе времени

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

При проведении теоретических и экспериментальных исследований по разработке и применению метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля для непрерывного мониторинга ионосферы Земли получены следующие основные результаты

1. Рассмотрено современное состояние и проанализированы особенности и возможности основных радиофизических методов исследований и мониторинга

ионосферы Земли Изложены основы научно-практической проблемы создания технологии глобального и непрерывного мониторинга земной ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля. Доказана практическая значимость и актуальность проведения непрерывного мониторинга пространственно-временного состояния ионосферы в реальном времени

2. Проведено методическое, теоретическое и экспериментальное обоснование проблемы создания технологии непрерывного мониторинга ионосферы. Показана практическая целесообразность и необходимость применения навигационных спутниковых систем для решения базирующейся на методе радиопросвечивания задачи оперативного мониторинга высотного распределения электронной концентрации ионосферы в планетарном масштабе

3 Рассмотрены основные математические аспекты имитационного моделирования процесса распространения радиоволн при решении прямой и обратной задач радиопросвечивания ионосферы Земли на трассе спутник-Земля Обоснована возможность использования градиентных алгоритмов для решения обратной задачи радиопросвечивания. Показана эффективность алгоритма решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы методом сопряженных градиентов на множествах специальной структуры, определяющихся заданным классом функций, по данным навигационных спутниковых систем.

4. Методом численного моделирования исследовано влияние априорной информации и погрешности радионавигационных измерений на решение обратной задачи радиопросвечивания. Показано, что применение разработанного метода решения обратной задачи для восстановления высотного распределения электронной концентрации в диапазоне высот от 80 до 1000 км обеспечит получение качественно новой информации об ионосфере при точности определения радиотехнических дальномерно-фазовых измерений не хуже 0,2 м Средне-квадратическая погрешность определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы не превышает при этом 0,02 N11 (1 ЖМ06 эл/см3), значения максимума электронной концентрации - 0,014 N11 при исходном моделируемом значении электронной концентрации в максимуме слоя ¥2, равном 0,82 №1

5 Разработаны и апробированы на реальных данных измерений алгоритмы и программные средства, предназначенные для решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с целью определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли с разрешением по высоте не хуже 22 км и с временным шагом вдоль подионосферной трассы 30 сек Показано, что даже при использовании одного наземного приемника метод

радиопросвечивания позволяет проводить мониторинг высотного распределения электронной концентрации на площади не менее 3000 кв км с высоким пространственно-временным разрешением

6 По результатам экспериментальной обработки данных измерений показана принципиальная возможность определения азимутально-временных вариаций состояния ионосферы Земли по однопозиционным наземным измерениям Исследована возможность реконструкции пространственно-временной структуры ионосферы на основе метода радиопросвечивания Дана оценка возможности построения двух - трехмерной структуры регулярных параметров ионосферы и приведены результаты экспериментальной реализации Показано, что применение разнесенных на малое расстояние наземных пунктов позволяет определять с высокой точностью физические характеристики ионосферных не-однородностей

7 Создана на основе использования существующей штатной наземной аппаратуры и метода решения обратной задачи автоматизированная технология обработки навигационных данных для практической реализации метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля. Доказана эффективность применения этого метода при детектировании ионосферных возмущений во время гелиофи-зических процессов на Солнце и антропогенных эффектов на Земле

Показано, что форма отклика ионосферы на прямой эффект солнечной вспышки зависит от ее мощности и имеет разную структуру в Северном и Южном полушариях Земли.

Детектирование ионосферных возмущений в период воздействия на нее факторов импульсного характера показало, что форма отклика ионосферы зависит от типа этого влияния

8 На основе материалов обработки реальных данных навигационных измерений доказана принципиальная возможность исследования методом радиопросвечивания ионосферной изменчивости Получены оценки пространственно-временного разрешения метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля при определении параметров ионосферы применительно к задаче детектирования сейсмоионосферных вариаций Показано, что для локализации области ионосферного возмущения необходимо проводить мониторинг с разрешением по поверхности Земли не хуже 2° 2° (примерно 200 на 200 км)

Проведен мониторинг ионосферы в период формирования и прохождения сейсмических событий в различных регионах земного шара и разном уровне геомагнитной активности Показано, что сейсмоионосферные вариации могут

быть успешно зарегистрированы при использовании-метода радиопросвечивания на трассе навигационный спутник-Земля

9 На основе результатов обработки данных, полученных с использованием навигационных систем, доказано, что над эпицентром будущего землетрясения происходит нарушение пространственно-временного хода электронной концентрации ионосферы Такая модификация профиля наблюдается за несколько суток (1-3) до предстоящего события.

Показано, что на основе анализа пространственно-временной структуры высотного профиля электронной концентрации возможно прогнозировать месторасположение будущего эпицентра землетрясения

10 Предложена, на основе полученных в данной работе результатов, структура построения автоматизированного наземно-космического центра, предназначенного для непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с использованием сигналов навигационных систем GPS и ГЛОНАСС в реальном масштабе времени

Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в научных журналах и сборниках.

1 Арманд, Н.А Радиопросвечивание земной тропосферы при измерениях сигналов ИСЗ /НА Арманд, В А Андрианов, В.М.Смирнов, В.И Пономарев //Препринт - 11(429). ИРЭ АН СССР, 1985 - 24 с.

2 Арманд, Н А Влияние тропосферной рефракции на радиоизмерения скорости искусственных спутников Земли /Н А Арманд, В А Андрианов, В.М.Смирнов и др. //Радиотехника и электроника. — 1986. - Т 31. - №12 -С 2305-2312.

3 Арманд, Н.А Восстановление профиля коэффициента преломления тропосферы по измерениям частоты сигналов искусственного спутника Земли / Н А. Арманд, В А. Андрианов, В.М. Смирнов //Радиотехника и электроника -1987.-Т.32.-№4.-С.673-680

4 Арманд, Н А Расчет поправок на атмосферную рефракцию в спутниковых радионавигационных системах /НА Арманд, В А Андрианов, В.М. Смирнов //Вопросы радиоэлектроники -1987. - В 2 - С 37-43

5. Андрианов, В А Методика коррекции влияния тропосферной рефракции при наземных траекторных измерениях ИСЗ / В А Андрианов, В.М. Смирнов //Препринт -14(565) ИРЭ АН СССР, 1991 -30 с

6. Андрианов, BAO точности решения обратной задачи радиопросвечивания тропосферы Земли / В А Андрианов, В.М. Смирнов //Радиотехника и электроника -1991 -Т 36 -№ 6 -С. 1081-1087

7 Горобец, В.П Методы коррекции атмосферной рефракции в космической геодезии / В П Горобец, Е В Кораблев, В А Андрианов, В.М. Смирнов //Геодезия и картография -1993.-№12.-0.20-24

8. Андрианов, В А Определение высотного профиля электронной концентрации ионосферы Земли по двухчастотным измерениям радиосигналов искусственных спутников Земли / В А Андрианов, В.М. Смирнов //Радиотехника и электроника -1993-Т.38 -№7 -С 1326-1335

9 Андрианов, В А Применение радиосигналов спутниковой навигационной системы для зондирования ионосферы Земли / В.А. Андрианов, Н А Арманд, Е.Л Мосин, В.М. Смирнов //Препринт-5(605) ИРЭ РАН, 1995 24 с

10 Андрианов, В А. Результаты использования навигационной системы «На-встар» для мониторинга ионосферы Земли / В А Андрианов, Н А Арманд, EJI Мосин, В.М. Смирнов //Исследование Земли из космоса-1996-№2 -С.10-16

11 Андрианов, В А Зондирование ионосферы Земли с помощью спутниковых навигационных систем / В.А. Андрианов, EJI Мосин, В.М. Смирнов //Электроника: Наука, технология, бизнес -1997 -№2 -С 11-17

12 Андрианов В А Результаты экспериментального мониторинга ионосферы Земли с использованием спутниковых навигационных систем / В А Андрианов, Е JI Мосин, В.М. Смирнов //Измерительная техника-1997 -№10-С.10-12.

13 Андрианов, В А Определение регулярных вариаций F2- области ионосферы Земли по измерениям параметров сигналов навигационных спутников / В.А Андрианов, Е Л Мосин, В.М. Смирнов //Исследование Земли из космоса -2000 -№1 -С 15-22

14 Смирнов, В.М. Результаты применения спутникового мониторинга для расчета максимально применимых частот / В М Смирнов //Сборник трудов МГУЛ, 2000 -В.314 -С 104-110

15 Смирнов, В.М. Решение обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли градиентными методами / В.М Смирнов //Радиотехника и электроника -2001 -Т 46 -№1 -С 47-52

16. Марчук, В Н Определение электронного содержания ионосферы Земли по данным дальномерных и фазовых измерений / ВН. Марчук, В.М. Смирнов //Электронный журнал "Исследовано в России".-2001 -№127 -С.1465-1475 http.//zhurnal ape.relarn ru/articles/2001/127 pdf

17 Alpatov, V V The investigations of the ionosphere -variability-by radiotraaslu-cence method / V V Alpatov, V A Andrianov, V.M. Smirnov, et al //Ad Space Research -2001 -V 27 -Is 6-7 -P 1327-1331

18 Смирнов, B.M. Вариации ионосферы в период землетрясений по данным навигационных систем / В.М Смирнов //Электронный журнал "Исследовано в России".-2001 -№ 153 -С 1759-1767

http //zhurnal аре relarn ru/articles/2001/153 pdf

19 Смирнов, В.М. Интерпретация ионосферных возмущений в период слабых землетрясений / В М Смирнов //Электронный журнал "Исследовано в России" -2003 -№ 12 -С 121-129 http //zhurnal аре relarn ru/articles/2003/012 pdf

20 Смирнов, В.М. Вариации ионосферы в период солнечного затмения по данным спутниковой навигационной системы GPS / В М Смирнов //Радиотехника -2004.-№1.-С.38-41

21 Смирнов, В.М. Временные вариации ионосферы во время солнечной вспышки 28 октября 2003 по данным сети GPS / ВМ Смирнов, Е В.Смирнова //Геомагнетизм и аэрономия -2005 -Т 45 -№1 -С.127-134

22 Бондур, В.Г. Метод мониторинга сейсмоопасных территорий по ионосферным вариациям, регистрируемым спутниковыми навигационными системами / В Г Бондур, В.М. Смирнов //Доклады академии наук.-2005.-Т.402,-№5.-С 675-679

23 Бондур, В Г Ионосферные возмущения в период подготовки сейсмических событий по данным спутниковых навигационных систем / В Г Бондур, В.М. Смирнов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса сб. научных статей - М Изд-во ООО «Азбука-2000», 2006 -Т.2.-В.З.-С 190-198.

24 Смирнов, В.М. Детектирование сейсмоионосферных вариаций в период геомагнитных возмущений по данным навигационных систем / В М Смирнов, Е В Смирнова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, сб. научных статей -М Изд-во ООО «Азбука-2000», 2006 -Т 2.-В 3 -С 242-246

25 Григорьевский, В И Перспективы применения технологии лазерных сканеров и дальномеров в задачах аэролокации и в проблеме окружающей среды / В И Григорьевский, В П Садовников, В Н Марчук, В.М. Смирнов //Экологические системы и приборы.-2005 -№4 -С 9-12

26. Григорьевский, В И Лазерное сканирование природных поверхностей и его возможности в решении проблемы прогноза землетрясений и контроля окружающей среды / В И Григорьевский, В П Садовников, В Н Марчук,

В.М. Смирнов //Проблемы окружающей среды и природных ресурсов -

. ВИНИТИ, 2005 -В 6 -С 53-59

Труды конференций.

27 Арманд, H А Рефракция радиоволн в задачах космической геодезии /НА Арманд, В А Андрианов, В.М. Смирнов //Тезисы доклада 14 Всес. конф по распр радиоволн Ленинград, 1984 г - M Наука, 1984 -С 65-68

28 Арманд, H А О влиянии атмосферы и ионосферы на точность современных навигационных и геодезических спутниковых измерений / НА Арманд, В А Андрианов, В.М. Смирнов //Тезисы доклада 15 Всес конф по распр радиоволн Алма-Ата, 1987 г.- M Наука, 1987 -С 176-177

29 Андрианов, В.А О возможности использования спутниковой системы "На-встар" для определения высотного профиля электронной концентрации / В А Андрианов, E.JI. Мосин, В.М. Смирнов, В Г Сидоряк // Диет радио-физ методы иссл природной среды- тезисы докладов Барнаул, 16-23 сентября 1991 г -Барнаул Изд-во Алт ун-та, 1991 -С.91-92

30 Андрианов, В А Методика самоопределения поправок атмосферной рефракции по результатам измерений радионавигационных параметрических двухчастотных систем / В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Тезисы доклада 17 Всес конф по распр. радиоволн Ульяновск, 1993г -М 'Изд-во ИРЭ РАН, 1993 -С.37.

31 Андрианов, В А Применение спутниковой навигационной системы для коррекции влияния ионосферы Земли / В А Андрианов, Б JI Мосин, В.М. Смирнов // Современное состояние, проблемы навигации и океанографии тезисы докладов 2 научно-техн конф С-Петербург, 14-17 ноября 1995 г,-С-Пб Изд-во ГНИНГИ, 1995.-С.62-63.

32 Andrianov, V A Application of radio signals of global positioning system for definition of electronic distribution of the Earth ionosphere / V.A Andrianov, V.M. Smirnov //Proc Int. conf "Radar-96" China, Beijing, October 8-10, 1996-P 641-645

33 Andrianov, V A Studying the Earth ionosphere spatial variations with the GPS station /VA Andrianov, V.M. Smirnov //Int symp on GPS, Tsukuba, Japan, Oct 18-22,1999 -Abst. 08-15.pdf

34 Андрианов, В А. Пространственные вариации ионосферы Земли по данным навигационных спутниковых измерений / В А Андрианов, В.М. Смирнов // Тезисы доклада 19 Всерос конф. по распр. радиоволн Казань, 22-25 июня 1999 -Казань Изд-во КГУ, 1999 г -С.51-52

35 Andrianov, V A The Earth ionosphere variations. on GPS and "Tranzit" satellites observations during the partial solar eclipse on August 11, 1999 / VA Andrianov, V V Alpatov, Yu A Romanovsky, У.М. Smirnov //EGU General Assembly, 2000, Nice. Geophysical Research Abstracts -V 2 -P 724

36 Andrianov, V A 4D-variability of the ionosphere / V A Andrianov, V V. Alpatov, Yu A Romanovsky, V.M. Smirnov //EGU General Assembly, 2000, Nice Geophysical Research Abstracts.-V 2 -P 725

37 Cilliers, P J Total Electron Content and Electron Density Profiles Determined from GPS Dual Frequency Receiver Data. An Evaluation of the Radio Translu-cence Method for Computerised Ionospheric Tomography Applied to Data from the South African Network of Dual Frequency GPS Receivers / P J Cilliers, В D L Opperman, V.M. Smirnov //Proc. of the URSI Workshop Atm Remote Sen using Sat Nav Systems, Italy, Matera, 15-16 October, 2003.-P.291-298.

38 Smirnov, V.M. Temporary variations of TEC dunng the earthquakes on GPS data / V M Smirnov //Proc of the URSI Workshop Atm Remote Sen using Sat Nav Systems, Italy, Matera, 15-16 October, 2003 -P 379-386

39. Dubrov, M N. Excitation of the Earth surface and ionosphere recorded simultaneously by laser strainmeter and GPS data processing / MN Dubrov, V.M. Smirnov //23 General Assembly of the Int. Union of Geodesy and Geophysics (IUGG2003) June 30-July 11, Sapporo, Japan, 2003.-JSA02/01P/D-003 -A7

40. Смирнов, B.M. Зондирование ионосферы методом радиопросвечивания по трассе навигационный спутник-Земля / В М Смирнов, Е В Смирнова // Инженерная экология-2003 материалы межд сим, Москва, 1-2 декабря 2003 г.-М Изд-во ИРЭ РАН, 2003.-С.66-70.

41. Смирнов, В.М. Исследование возможности использования Российской навигационной системы Глонасс для экологического мониторинга Земли / ВМ Смирнов, ЕВ Смирнова // Инженерная экология-2005 материалы межд. сим., Москва, 7-9 декабря 2005 г -М Изд-во ИРЭ РАН, 2003 -С 1822

42. Дубров, М.Н. Возбуждение земной поверхности и ионосферы, регистрируемое лазерным деформографоом и ионосферным профилометром на основе GPS данных / М Н Дубров, В.М. Смирнов //Региональная X конференция по распространению радиоволн. Тезисы докл С-Петербург, 2004 -С 69-70

43. Смирнов, В.М. О состоянии ионосферы Земли во время взрыва витимского метеорита по данным GPS / В М Смирнов, Е В Смирнова //Сб докладов 2-й всероссийской научной конференции "Дистанционное зондирование зем-

ных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами", С-Петербург 16-18 июня 2004 - С-Пб Изд-во РГТМУ, с 146-150

44 Афраймович, Э JI Детектирование ионосферных возмущений естественного и антропогенного происхождения сигналами GPS / ЭЛ Афраймович, В.М. Смирнов //Сб докладов 21 всероссийской научной конференции по распространению радиоволн Йошкар-Ола, 25-27 мая 2005 - Йошкар-Ола1 Изд-во МарГТУ, 2005 -Т 1 -С 46-52

45 Смирнов, В.М. Модификация профиля электронной концентрации над эпицентром землетрясения по данным GPS / Смирнов, В.М , Смирнова Е В //Сб докладов 21 Всероссийской научной конференции. Йошкар-Ола, 25-27 мая 2005.- Йошкар-Ола Изд-во МарГТУ, 2005 -Т 1 -С.277-281.

46 Smirnov, V.M. Ionospheric Disturbances during of the Thsunamigemc Earthquake on Navigation System Data / V.M Smirnov, V G Bondur, E V Smirnova // The 26th Asian Conference on Remote Sensing 7-11 November, 2005 -Meliá Hanoi Hotel, Hanoi, Vietnam -CD-R Proc., D2-P1 pdf-8 p

47 Bondur, V.G. Monitoring of Ionosphere Variations During the Preparation and Realization of Earthquakes Using Satellite Navigation System Data / V G. Bondur, V.M. Smirnov //31 Int. Symp on Rem Sen of Environment, S-Petersburg, June 20-24 2005 -CD-R -4 p

48 Smirnova, E V Modification of electron density profile about the earthquake epicenter by GPS data / E V Smirnova, V.M. Smirnov //Recent Advances m Space Technologies, Istambul, 9-11 June 2005 -CD-R Proc. of 2nd International Conference on RAST -2005 -P.767- 771

49 Bondur, V G Monitoring of Ionospheric Precursors of Tsunamigenic Earthquakes Using Satellite Navigation System Data / V G. Bondur, V.M. Smirnov //31 Int Symp on Rem Sen of Environment, S-Petersburg, June 20-24 2005 -CD-R-4 p.

50 Bondur, V G Seismoionospheric variations during the earthquake m Pakistan (September 2005) as potential precursor of seismic events / V G Bondur, V.M. Smirnov //Proc of Int Conference on Advances in Space Technologies (ICAST 2006) Space Technologies for Disaster Management and Rehabilitation, 2-3 September 2006, Islamabad-Pakistan -AST06-108 pdf-P 11-15

51 Smirnov, V.M. About detecting seismoionospheric variations during geomagnetic perturbations according to GPS data / V M. Smirnov, E V Smirnova //EGU General Assembly Vienna, 15-20 April 2007-Geoph Research Abstracts-2007 -V 9 -CD-R.

Цитируемая литература —

1 Сетевые спутниковые радионавигационные системы /под ред П П Дмитриева, В С Шебшаевича - М Радио и связь, 1992- 272 с.

2 Hofinann- Wellenhof, В Global Positioning System Theory and Practice, 2-nd ed / В Holmarm-Wellenhof, В Н Lichtenegger, J. Collins - New York Springer Verlag Wien, 1993.-327p

3 Zieger, A R NASA radar altimeter for the TOPEX/POSEIDON project / A.R Zieger, D W Hancock, G S. Hayne, С L Purdy //Proc IEEE -1991 -V 79 -N6 P 810-826

4. Пермяков, В А Анализ дисперсионных искажений широкополосных радиосигналов космических РСА поверхностного зондирования дециметрового диапазона в ионосфере Земли / В А Пермяков, Мин-Хо Ка, А.И. Баскаков // Сб докладов 2 Всерос науч конф.-семинара Муром, 4-7 июля 2006 г -Муром Изд.-полиграф центр МИ ВлГУ -2006 -С 274-275

5 Липеровский, В А Ионосферные предвестники землетрясений / В А Липе-ровский, О А. Похотелов, С Л Шалимов - М . Наука, 1992.- 304 с

6 Кузнецов, В Д. Изучение ионосферных явлений, предшествующих землетрясениям и другим природным и техногенным катастрофам (проект Вулкан)/ В Д Кузнецов, Ю Я. Ружин // Сб докл XXI Всерос науч. конф Йошкар-Ола, 25-27 мая 2005 г - Йошкар-Ола, 2005,- Т 1 - С 27-38

7 Pulmets, SA Ionospheric Precursors of Earthquakes / S.A. Pulmets, К A Boyarchuk -Springer -2003 -312 p.

8 Афраймович, ЭЛ. Ударно-акустические волны, генерируемые при запусках ракет и землетрясениях/ Э Л Афраймович, Е А. Косогоров, А В Плотников //Космические исследования - 2002 - Т 40 - №3 - С.383-393

9 Тихонов, А.Н. Методы решения некорректных задач /АН Тихонов, В Я Арсенин -М • Наука, 1986 - 288 с

10 Куницын, В.Е Томография ионосферы / В Е Куницын, Е Д Терещенко -М Наука, 1991 - 176 с

11 Яковлев, О.И Космическая радиофизика/ О И Яковлев - М : Научная книга, 1998 - 432 с

12 Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация / АН Тихонов [и др ] - М Наука, 1983.- 200 с

Подписано в печать 05 07 2007 г Печать на ризографе Тираж 100 экз Заказ № 478 Объем 1Д п л Отпечатано в типографии ООО "Алфавит 2000", ИНН 7718532212, г Москва, ул. Маросейка, д 6/8, стр 1, т 623-08-10, \vw\v аИауй2000 ги

Введение.

1. Научно-методические основы исследований и мониторинга ионосферы Земли методом радиопросвечивания.

1.1. Радиофизические методы исследований и мониторинга ионосферы Земли.

1.2. Функциональные связи параметров зондирующих сигналов и среды их распространения.

1.3. Метод радиопросвечивания и его практическая реализация.

1.4. Анализ возможности использования метода радиопросвечивания для определения параметров атмосферы.

1.5. Алгоритмическая реализация методов реконструкции ионосферы по данным радиопросвечивания.

2. Обратная задача радиопросвечивания в проблеме мониторинга ионосферы Земли.

2.1. Методология математического моделирования процесса распространения радиоволн при решении обратной задачи.

2.2. Анализ возможности решения обратной задачи радиопросвечивания градиентными методами.

2.3. Решение обратной задачи радиопросвечивания методом регуляризирующих градиентных алгоритмов.

2.4. Роль априорной информации при решении некорректно поставленных задач градиентными методами.

2.5. Оценка точностных характеристик метода радиопросвечивания при определении параметров ионосферы.

2.6. Влияние погрешностей измерений при решении обратной задачи радиопросвечивания ионосферы.

2.7. Восстановление высотного профиля электронной концентрации ионосферы по данным фазовых измерений.

3. Мониторинг ионосферы Земли на основе глобальных навигационных спутниковых систем.

3.1. Анализ возможности использования спутниковых навигационных систем для мониторинга ионосферы.

3.2. Определение полного электронного содержания ионосферы

Земли по данным навигационных измерений.

3.3. Определение регулярных вариаций электронной концентрации ионосферы по данным дальномерных измерений.

3.4. Азимутально-временные вариации ионосферы Земли в однопозиционной схеме наблюдений.

4. Реконструкция пространственно-временной структуры ионосферы на основе метода радиопросвечивания.

4.1. Оценка возможности двухмерной (2D) и трехмерной (3D) реконструкции регулярных параметров ионосферы на основе метода радиопросвечивания.

4.2. Высотные профили распределения электронной концентрации как основа пространственной реконструкции ионосферы.

4.3. Анализ возможности реконструкции пространственно-временной

4D структуры ионосферы.

5. Мониторинг ионосферной изменчивости методом радиопросвечивания в период гелиофизических возмущений и импульсных воздействий.

5.1. Ионосферные эффекты в период солнечного затмения.

5.2. Реакция ионосферы на воздействие мощных солнечных вспышек по данным GPS.

5.3. Мониторинг ионосферных откликов при запусках ракет и взрывах.

6. Ионосферные возмущения в период формирования сейсмических событий по данным системы GPS.

6.1. Сейсмичность земной поверхности и возможность прогноза катастрофических событий.

6.2. Ионосферные эффекты землетрясений. Модель сейсмоионосферного взаимодействия.

6.3. Ионосферные вариации в период сильных землетрясений по данным навигационных систем.

6.4. Интерпретация ионосферных возмущений в период слабых землетрясений.

6.5. Детектирование сейсмоионосферных вариаций в сейсмически спокойных регионах.

Ионосфера - самая верхняя часть атмосферы Земли, ионизованная коротковолновым излучением Солнца и космическими лучами. Исследование физической природы, морфологии и динамических характеристик неоднородностей электронной концентрации является одной из ключевых задач физики ионосферы. Это вызвано не только чисто научным интересом к проблеме изучения атмосферы Земли как единой динамической системы, но и необходимостью решения ряда прикладных задач радиосвязи, радиолокации, радионавигации. Исследование структуры ионосферы важно как для понимания физики протекающих в ней процессов, так и для решения разнообразных радиофизических задач, связанных с распространением радиоволн.

Изучение особенностей распространения радиоволн в таких средах и разработка новых методов их зондирования являются важными задачами радиофизики, которые входят в Перечень приоритетных направлений фундаментальных исследований (Постановление Президиума РАН №7 от 13.01.98 г. по направлениям «Физика ионосферной и межпланетной плазмы» и «Фундаментальные проблемы распространения радиоволн»).

Поскольку состояние ионосферы Земли сильно зависит от процессов взаимодействия в системе Земля - Солнце, эта плазменная оболочка является объектом систематических исследований. Именно поэтому предметом исследований фундаментальных программ Президиума РАН "Солнечная активность и физические процессы в системе Солнце-Земля" и Отделения физических наук РАН «Плазменные процессы в Солнечной системе» являются разнообразные по временным и пространственным масштабам объекты: корона Солнца, солнечный ветер, плазменные оболочки Земли и других планет. Все эти объекты логически связаны иерархией физических процессов, описывающих передачу кинетической и электромагнитной энергии от Солнца к Земле.

Одной из важнейшей задач этих программ является разработка прикладных, прогностических аспектов исследований, необходимых космонавтике, энергетике, климатологии, наукам о Земле. Прикладная сторона является слабым звеном исследований солнечно-земных связей, во-первых, из-за исключительной сложности центрального объекта системы -Солнца и невозможности построения адекватной модели его поведения даже на короткий срок, а во-вторых, из-за сложности моделирования процессов взаимодействия гелиофизических возмущений с плазменными оболочками Земли.

Свойство ионосферы - изменять характеристики проходящих через неё радиоволн - делает ее изучение и контроль состояния важным и для практики радиотехнических измерений. Значительная изменчивость параметров ионосферы обусловила существенную потребность получения текущей информации о её характеристиках с приемлемой для практики точностью. Решение этой задачи имеет важное значение при реализации Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система».

В связи с тем, что ионосфера Земли служит индикатором различного рода техногенных и антропогенных процессов, происходящих на Земле (землетрясения, цунами, влияние солнечной и геомагнитной активности, взрывы, запуски ракет, ядерные испытания и т.д.), эта особенность может быть использована при реализации Федеральных целевых программ МЧС России "Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2010 года" (распоряжение Правительства Российской Федерации от 28 сентября 2005 г. №1529-р) и Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды "Гидрометеорологическое обеспечение безопасности жизнедеятельности и рационального природопользования" (подраздел: "Методы, модели и технологии анализа и прогноза состояния верхней атмосферы, ионосферы и магнитосферы Земли, околоземного космического пространства"), комплексной Федеральной программы «Развитие и модернизация системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений» и программы Отделения наук о Земле РАН «Развитие технологий мониторинга, экосистемное моделирование и прогнозирование при изучении природных ресурсов в условиях аридного климата». Все эти программы направлены на совершенствование методов и технологий аэрокосмического мониторинга природной среды и чрезвычайных ситуаций.

В настоящее время особое место в рамках глобального мониторинга антропогенных эффектов занимает разработка алгоритмов и программ, предназначенных для обнаружения, локализации и определения основных характеристик источников природных и техногенных катаклизмов по данным спутникового мониторинга околоземного космического пространства. Развитие этого направления связано с необходимостью повышения чувствительности, точности, глобальности и непрерывности функционирования систем обнаружения и локализации источников техногенных воздействий.

Важной проблемой является мониторинг ионосферы над потенциально сейсмоопасными районами, поскольку установлено, что на стадии подготовки землетрясения ионосфера над эпицентром испытывает различного рода специфические возмущения. Наблюдения за состоянием ионосферы во время сейсмической активности привели к пониманию того, что специфические эффекты в ионосфере, связанные с процессом формирования и прохождения землетрясений, действительно имеют место. Они показали, что в ионосфере над эпицентрами готовящихся землетрясений изменяются спектры вариаций ряда ионосферных параметров [1-9]. Определение параметров ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля, рассматриваемым автором в данной диссертационной работе, позволяет, в частности, восстанавливать высотные профили распределения электронной концентрации над потенциально сейсмоопасными регионами со стандартной дискретностью регистрации навигационных сигналов [4-5, 810], составляющей 30 секунд.

Процесс подготовки землетрясений занимает, как правило, значительный период времени и поэтому требует проведения длительных наблюдений над возможными очагами землетрясений. Существующая в настоящее время сеть наземных навигационных станций слежения позволяет осуществлять такие наблюдения за состоянием ионосферы и, следовательно, дает возможность определять сейсмоионосферные эффекты землетрясений. Изменения в характере протекания электродинамических процессов в атмосфере и ионосфере служат средством контроля за динамикой литосферы на стадии подготовки землетрясения. В настоящее время получены экспериментальные и теоретические результаты, обеспечившие значительный прогресс в исследовании влияния протекающих в разломах сейсмических процессов на окружающую среду. К наиболее существенным из них относятся явления в ионосфере и магнитосфере Земли, предшествующие и сопровождающие землетрясения, которые обнаружены благодаря исследованиям плазменной оболочки с использованием спутников различного назначения [1-4].

Практическая важность контроля состояния плазменной оболочки Земли стимулировала интенсивное изучение ионосферы, прежде всего как среды распространения радиоволн. Получение информации о пространственном распределении электронной концентрации вдоль трассы распространения радиоволн представляет собой непростую задачу, поскольку высотные профили распределения электронной концентрации ионосферы существенно изменяются как с течением суток, так и с долготой и широтой, зависят от сезона, от солнечной и магнитной активности [11-13]. Для получения достаточно полной информации об ионосфере потребовалось бы слишком большое количество средств, равномерно распределенных по поверхности планеты [12].

Необходимость прогнозирования состояния ионосферы возникает в связи с потребностями как систем радиосвязи и исследованиями ионосферного распространения радиоволн, так и обеспечения эффективности функционирования спутниковых радиотехнических систем, в частности, спутниковых систем космической навигации (GPS, GALILEO и ГЛОНАСС) и геодезии (TOPEX/POSEIDON, JASSON-1) и радаров с синтезируемой апертурой [14-21].

Получение полной планетарной картины распределения основных параметров ионосферы требуется как при проведении геофизических исследований, так и установлении механизма солнечно-земных связей, позволяющих создать единую динамическую глобальную модель ионосферы, простирающуюся от поверхности Земли до границ магнитосферы. Основная трудность создания модели реальной ионосферы состоит в необходимости учета большого числа параметров, характеризующих её структуру. Многообразие параметров, необходимых для описания ионосферы, и определяет, в основном, сложность создания приемлемой для практических применений модели [11-12].

Прогнозные расчеты состояния ионосферы Земли для различных гелиогеофизических условий достаточно сложны. Они представляют интерес лишь в том случае, если удается получить практически осуществимую программу оценки параметров ионосферы, учитывающую всю сложность процессов, связанных с ее образованием, и дающую необходимую точность расчетов [12]. Выбор наиболее значимых параметров является, в некоторой степени, произвольным шагом. Он определяется той целью, для решения которой этот выбор делается. Кроме того, при практических применениях на выборе определяемых параметров ионосферы сказывается и степень трудности их получения.

При выборе наиболее важных параметров для повсеместного их исследования встречаются следующие трудности: селекция наиболее важных для изучения и исследования ионосферы гелио- и геофизических явлений; явления, которые играют существенную роль в одних зонах земного шара, могут частично или полностью отсутствовать в других; наиболее существенные параметры, которые доступны для измерений в одних районах земного шара, могут быть недостоверными и трудно определяемыми в других регионах.

Отсюда следует, что при исследовании ионосферы большая часть возникающих проблем может быть решена только с учетом и при тесном сотрудничестве многих организаций, применяющих как традиционные методы наблюдений, так и новые независимые методы, которые могут быть использованы для получения репрезентативных данных через сравнительно короткие временные интервалы. Кроме того, эти данные должны обеспечивать расчет значений регулярных ионосферных характеристик не только над самой станцией, но и в её окрестностях. Получение таких репрезентативных данных позволит определить перечень параметров, характерных как для данного региона земного шара, так и для изучения глобальной морфологии ионосферы.

Основные сведения об ионосфере получают в настоящее время от установок, расположенных на Земле. Однако они в состоянии дать информацию лишь о параметрах ионосферы ниже максимума слоя ¥2. Что касается верхней ионосферы, то соответствующая информация о высотном распределении электронной концентрации ранее могла быть получена только с помощью ионозондов космического базирования [22], вертикальных запусков ракет [23-25] и немногочисленных установок некогерентного рассеяния радиоволн [11, 26-27].

Эти средства достаточно дороги. В связи с этим особую остроту приобретает система определения параметров ионосферы на основе анализа свойств сигналов, излученных искусственными спутниками Земли. Появление навигационных спутниковых систем, работающих на двух когерентных сигналах [16-18], открывает новые возможности для дистанционного зондирования ионосферы Земли [10, 28-37]. Реализация этих возможностей представляет практический интерес лишь в том случае, если удается получить не требующую больших материальных и временных затрат исходную измерительную информацию и разработать соответствующие методики и программы расчетов параметров ионосферы.

В настоящее время для определения характеристик различных объектов используются радиофизические методы, основанные на решении обратных задач математической физики. Эти методы находят широкое применение при зондировании ионосферы Земли. Функции ионозонда могут выполнять многочастотные спутниковые системы, предназначенные для других целей.

Измерения параметров спутниковых сигналов в сочетании с методами математической обработки и моделирования нашли широкое применение в связи с внедрением в практику исследований современных вычислительных средств и методов экспериментальных исследований. Наличие штатных измерений радионавигационных параметров дает возможность использовать спутниковые радионавигационные системы как уже существующий, технически совершенный, надежный, широко распространенный и в этом смысле относительно дешевый инструмент получения диагностической информации об атмосфере Земли. В частности, они позволяют определять высотное распределение электронной концентрации ионосферы Земли с использованием специального математического аппарата решения так называемых некорректных обратных задач (без дополнительного зондирования с помощью спутниковых ионозондов и ионосферных станций или их редкого использования для сопоставления измерений в части высот, доступных ионосферным станциям).

Предложенные в [36-44] методы определения параметров ионосферы по данным спутниковых измерений дают возможность контролировать только интегральное содержание электронного распределения ионосферы Земли. Рассматриваемый в [14, 28] метод определения параметров земной ионосферы основан на использовании классической схемы радиопросвечивания спутник-спутник. Он позволяет определять высотное распределение электронной концентрации ионосферы Земли, но требует наличия одновременно двух спутников. Обеспечивая глобальность наблюдения за состоянием нижней части ионосферы Земли, данный метод не обладает высоким пространственным разрешением. Кроме того, геометрия эксперимента по затменной схеме радиопросвечивания спутник-спутник как правило такова, что получить высотное распределение ионосферы в данном месте и в данное время не всегда представляется возможным.

Автором диссертационной работы показано, что глобальные спутниковые радионавигационные системы GPS и ГЛОНАСС дают уникальную возможность получения высотного профиля распределения электронной концентрации ионосферы Земли в подорбитальном пространстве космического аппарата для различных гелио- и геофизических условий в любое время суток и любой точке земной поверхности, включая океаны и моря, северный и южный полюса [4, 10, 32-33, 45-46].

В настоящее время мониторинг земной ионосферы переходит на новый методический и технологический уровень, обусловленный полным развертыванием глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS и развитием алгоритмов обращения двухчастотных радиосигналов, предназначенных для определения параметров земной ионосферы. Этот переход является новой эрой в ионосферных исследованиях, поскольку основные свойства этих систем - возможность проводить измерения непрерывно во времени и в пространстве в любой точке земного шара [16-18] - непосредственно переносятся на ионосферный мониторинг и позволяют обеспечить исследование глобальных и региональных явлений в ионосфере.

Использование навигационных систем для изучения и контроля состояния ионосферы представляет собой научно-технологический прорыв в области дистанционного зондирования верхней атмосферы и обладает глобальной перспективой, обусловленной большим количеством навигационных спутников и наземных пунктов наблюдения. Глобальные навигационные спутниковые системы можно использовать для изучения таких характеристик ионосферы, как интегральная электронная концентрация [35-37], профиль высотного распределения электронной концентрации [10, 32-33], ионосферные неоднородности [47], спорадический Е-слой [48], активность авроральной области ионосферы [35, 49], перенос крупномасштабных неоднородностей [50], воздействие искусственных возмущений на ионосферу [51-53], реально-временные и азимутально-временные вариации параметров максимума слоя F2 [54-58].

Преимущества глобальных навигационных систем для мониторинга ионосферы Земли заключаются в следующем [30]:

1) возможность использования уже существующих спутниковых сигналов; 2) наличие хорошо развитой сети наземных пунктов международной геодезической службы (IGS - International Geodynamics Service) и опорных региональных пунктов (CORS - Continuously Operating Reference Stations); 3) применение для измерений стандартных двухчастотных навигационно-геодезических приемников; 4) интегральное электронное содержание ионосферы не зависит от предположений о магнитном поле Земли вплоть до высоты 20000 км; 5) данные двухчастотных измерений могут быть получены из многих источников, например, из баз данных IGS и CORS через Интернет; 6) данные измерений содержат информацию о всей толще ионосферы; 7) базы данных IGS и CORS содержат измерения разных типов приемников в едином формате RINEX (Receiver Independent Exchange) [http://igscb.jpl.nasa.gov:80/igscb/data/format/rinex2.txt]; 8) влияние поглощения в ионосфере и магнитного поля Земли на параметры радиоволн можно не учитывать, так как номиналы излучаемых спутниками сигналов fi ® 1,6 ГГц и /2 « 1,2 ГГц достаточно высоки.

Наземная навигационная сеть, насчитывающая в настоящее время свыше 1000 стационарных приемников GPS/ГЛОНАСС, данные которых представлены в Интернете, довольно плотно покрывает Северную Америку, Европу и гораздо хуже Азию. Меньше приемников на Тихом и Атлантическом океанах. Однако такое заполнение земной поверхности уже сегодня позволяет решать задачу глобального детектирования возмущений с невиданным ранее пространственным накоплением. Так, в Западном полушарии соответствующее количество приемников уже сегодня может достигать не менее 500, а количество лучей (радиотрасс) - не менее 20003000. Общедоступность международной геодезической сети, данные которой ежесуточно выставляются на сайте в Интернете, позволяет проводить отработку методик детектирования эффектов воздействия на ионосферу различных факторов - как естественного, так и антропогенного происхождения.

Наличие незначительного числа наблюдательных пунктов на территории России не позволяет использовать для определения параметров ионосферы хорошо развитые в настоящее время методы компьютерной радиотомографии [34, 59-69]. В такой ситуации метод радиопросвечивания на трассе спутник-Земля является практически единственно возможным средством, позволяющим единовременно определять высотные профили распределения электронной концентрации ионосферы на большей части её территории [4, 10, 32-33, 70-73].

Поскольку наблюдения в сети проводятся непрерывно в различных точках земной поверхности, то получаемые с них данные измерений являются хорошей дополнительной, а часто и единственной информацией о динамике ионосферы. Автором диссертационной работы показано, что эти измерения позволяют проводить исследования регулярных вариаций максимума электронной концентрации таких, как сезонные, суточные с выявлением различного рода трендов [56-57, 70-73].

Методология исследований, развиваемая автором диссертационной работы и основанная на решении обратных задач, является одним из новых направлений в изучении процессов, происходящих в ионосфере Земли. Преимущество методов, основанных на решении обратных задач распространения радиоволн в неоднородной атмосфере, заключается в том, что они позволяют проводить экспериментальные исследования непосредственно при эксплуатации спутниковых систем, предназначенных для решения других задач. Этот подход повышает информативность исследований и дает возможность проводить экспериментальные исследования более оперативно по сравнению с традиционными методами.

Целью настоящей диссертационной работы является развитие теории и разработка технологии непрерывного мониторинга, предназначенных для исследования ионосферы и решения задач оперативного контроля высотного распределения и полной электронной концентрации ионосферы Земли методом радиопросвечивания на трассе спутник - Земля с использованием радиосигналов навигационных спутниковых систем в реальном масштабе времени.

Реализация поставленной цели достигается на основе решения следующих задач: обоснование необходимости применения навигационных спутниковых систем для обеспечения глобального и непрерывного мониторинга высотного распределения электронной концентрации ионосферы методом радиопросвечивания на трасе спутник-Земля в реальном масштабе времени; разработка алгоритмов и программных средств, предназначенных для решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с целью определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли; исследование влияния дополнительной априорной информации и погрешностей измерений дальности и приведенной разности фаз на определение высотного профиля электронной концентрации; разработка алгоритмов реконструкции пространственно-временных распределений электронной концентрации ионосферы Земли по результатам спутникового мониторинга в однопозиционной схеме наблюдений; создание автоматизированной технологии обработки навигационных данных для практической реализации метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля на основе использования двухчастотной наземной аппаратуры и метода решения обратной задачи; апробация разработанной технологии мониторинга состояния ионосферы в период воздействия на неё факторов естественного и антропогенного происхождения по данным навигационных спутниковых систем; оценка пространственно - временного разрешения метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля при определении параметров ионосферы применительно к задаче детектирования сейсмоионосферных вариаций; разработка рекомендаций и подготовка исходных данных навигационных измерений для практической реализации технологии непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля.

Научная новизна работы заключается в теоретическом, методическом и экспериментальном обосновании и решении проблемы создания технологии непрерывного мониторинга для исследования и прогнозирования состояния ионосферы Земли на основе использования глобальных спутниковых навигационных систем и программно-алгоритмической реализации метода решения обратной задачи радиопросвечивания. Она отражена в следующих результатах.

Обоснована практическая целесообразность и необходимость применения спутниковых систем для решения задачи глобального и непрерывного мониторинга высотного распределения электронной концентрации ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля в квазиреальном времени.

Обоснована возможность использования градиентных алгоритмов для решения обратной задачи радиопросвечивания. Показана эффективность алгоритма решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы методом сопряженных градиентов на множествах специальной структуры по данным навигационных спутниковых систем.

Разработаны и апробированы на реальных данных измерений алгоритмы и программные средства, предназначенные для решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с целью определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли.

Для практической реализации метода радиопросвечивания путем численного моделирования исследовано влияние априорной информации и погрешностей измерений дальности и приведенной разности фаз на определение высотного профиля электронной концентрации и сделаны теоретические оценки точности спутниковых радионавигационных измерений.

Создана автоматизированная технология обработки навигационных данных для практической реализации метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля на основе использования двухчастотной наземной аппаратуры и метода решения обратной задачи. Доказана эффективность применения этого метода при детектировании ионосферных возмущений во время гелиофизических процессов на Солнце и антропогенных эффектов на Земле.

Получены оценки пространственно-временного разрешения метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля при определении параметров ионосферы применительно к задаче детектирования сейсмоионосферных вариаций в зависимости от состояния геомагнитной активности.

Разработаны рекомендации по использованию навигационных систем при практической реализации технологии непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля.

Практическая значимость работы заключается в том, что теоретически обоснованы и реализованы на практике элементы технологии непрерывного мониторинга ионосферы Земли, основанные на использовании полученных с помощью навигационных спутниковых систем материалов и применении метода решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля.

Предложена методика детектирования сейсмоионосферных вариаций по данным навигационных спутниковых систем. Апробация методики проведена на реальных сейсмических явлениях, имевших место в различных регионах Земли.

Проведены верификационные эксперименты для отработки метода радиопросвечивания и применения двухчастотной приемной аппаратуры навигационных систем при реализации технологии непрерывного мониторинга.

Реализовано применение метода радиопросвечивания ионосферы Земли в период гелиогеофизических и сейсмических явлений и показана его высокая эффективность для получения репрезентативных данных о характеристиках такого рода событий.

Разработаны рекомендации по созданию автоматизированного центра обработки, предназначенного для непрерывного мониторинга ионосферы с использованием сигналов навигационных систем ГЛОНАСС и GPS в масштабе реального времени.

На защиту выдвигаются следующие положения:

1. Метод радиопросвечивания на трассе спутник-Земля, базирующийся на использовании глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS, является новым высокоэффективным средством для исследования и непрерывного мониторинга пространственно-временного распределения электронной концентрации ионосферы Земли в реальном масштабе времени.

2. Метод проекции сопряженных градиентов на множествах специальной структуры является эффективным средством решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли на трассе спутник - наземный пункт.

3. Построение современной технологии непрерывного мониторинга для решения задач определения состояния, оперативного и краткосрочного прогноза пространственно-временных параметров ионосферы основано на методе радиопросвечивания на трассе спутник-Земля радиосигналами спутниковых навигационных систем.

4. Технология непрерывного мониторинга, основанная на методе радиопросвечивания на трассе спутник-Земля, является новым и высокоэффективным средством контроля пространственно-временных параметров ионосферы Земли в планетарном масштабе.

5. Метод радиопросвечивания ионосферы является эффективным средством контроля состояния ионосферы Земли в период возникновения гелиофизических и сейсмических явлений и может использоваться при их наблюдении и прогнозировании.

Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на Всероссийской научной конференции «Возможности создания и применения геодезических и картографических космических средств для решения фундаментальных и прикладных задач» (1993 г., Москва); на Всероссийских научных конференциях по распространению радиоволн (1984, 1987, 1993, 1996, 1999, 2002, 2005 г.г., Россия); на научно-технической конференции «Современное состояние проблем навигации и океанографии» (1995 г., С-Петербург); на международной конференции «Радар-96» (1996 г., Китай), на Генеральных ассамблеях Европейского геофизического союза (1998 г., Австрия; 1999 г., Голландия; 2000 г., Франция; 2006, 2007 г., Австрия); на международном симпозиуме по GPS «Применение GPS в науках о Земле и её взаимодействие с другими геодезическими системами» (1999 г., Япония); на международной ассамблее комитета по космическим исследованиям «COSPAR-2000» (2000 г., Польша); на Всероссийских конференциях «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (2004, 2005 г., Москва); на международном симпозиуме по дистанционному зондированию окружающей среды ISRSE -2005 (2005 г., С-Петербург).

По теме диссертации опубликована 51 работа - 23 статьи (включая 17 статей в журналах, рекомендованных ВАК), 25 докладов на российских и международных конференциях.

Результаты, представленные в диссертации, являются частью радиофизических исследований, проводившихся в Институте радиотехники и электроники РАН в период с 1984 по 2007 г.г. с целью изучения влияния условий распространения радиоволн на работу космических радионавигационных и геодезических систем как при непосредственном участии автора, так и его руководством.

Общее руководство этими исследованиями осуществлялось профессором H.A. Армандом и профессором В.А. Андриановым. Постановка задачи, разработка методов и алгоритмов, создание программ, моделирование, обработка и анализ полученных данных выполнены лично автором. Интерпретация научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций (Алпатов В.В., Андрианов В.А., Арманд Н.А., Бондур В.Г., Григорьевский В.И., Дубров М.Н., Марчук В.Н., Мосин Е.Л., Смирнова Е.В.), которым автор благодарен за плодотворную совместную работу. Автор также выражает благодарность сотрудникам Центра проблем аэрокосмического мониторинга «Аэрокосмос» за обсуждение и внедрение результатов работы.

Проводимые исследования были поддержаны грантами РФФИ (№0105-64040, №04-05-64207, №04-05-08045офи-а), в которых автор являлся руководителем и основным исполнителем, и Программой отделения физических наук РАН «Плазменные процессы в Солнечной системе».

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка используемой литературы. Она содержит 300 страниц текста, включая 81 рисунок, 6 таблиц, 221 наименование цитируемой литературы, в том числе 51 наименование работ по теме диссертации.

Заключение

При проведении теоретических и экспериментальных исследований по разработке и применению метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля для непрерывного мониторинга ионосферы Земли получены следующие основные результаты.

1. Рассмотрено современное состояние и проанализированы особенности и возможности основных радиофизических методов исследований и мониторинга ионосферы Земли. Изложены основы научно-практической проблемы создания технологии глобального и непрерывного мониторинга земной ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля. Показана практическая значимость и актуальность проведения непрерывного мониторинга пространственно-временного состояния ионосферы в реальном времени.

2. Проведено методическое, теоретическое и экспериментальное обоснование проблемы создания технологии непрерывного мониторинга ионосферы. Обоснована практическая целесообразность и необходимость применения навигационных спутниковых систем для решения базирующейся на методе радиопросвечивания задачи оперативного мониторинга высотного распределения электронной концентрации ионосферы в планетарном масштабе.

3. Рассмотрены основные математические аспекты имитационного моделирования процесса распространения радиоволн при решении прямой и обратной задач радиопросвечивания ионосферы Земли на трассе спутник-Земля. Обоснована возможность использования градиентных алгоритмов для решения обратной задачи радиопросвечивания. Показана эффективность алгоритма решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы методом сопряженных градиентов на множествах специальной структуры, определяющихся заданным классом функций, по данным навигационных спутниковых систем.

4. Методом численного моделирования исследовано влияние априорной информации и погрешности радионавигационных измерений на решение обратной задачи радиопросвечивания. Показано, что применение разработанного метода решения обратной задачи для восстановления высотного распределения электронной концентрации в диапазоне высот от 80 до 1000 км обеспечит получение качественно новой информации об ионосфере при точности определения радиотехнических дальномерно-фазовых измерений не хуже 0,2 м. Среднеквадратическая погрешность определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы не превышает при этом 0,02 N11 (1 N11=106 эл/см3), значения максимума электронной концентрации - 0,014 N11 при исходном моделируемом значении электронной концентрации в максимуме слоя ¥2, равном 0,82 N11.

5. Разработаны и апробированы на реальных данных измерений алгоритмы и программные средства, предназначенные для решения обратной задачи радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с целью определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы Земли с разрешением по высоте не хуже 22 км и с временным шагом вдоль подионосферной трассы 30 сек. Показано, что даже при использовании одного наземного приемника метод радиопросвечивания позволяет проводить мониторинг высотного распределения электронной концентрации на площади не менее 3000 кв. км с высоким пространственно-временным разрешением.

6. По результатам экспериментальной обработки данных измерений показана принципиальная возможность определения азимутально-временных вариаций состояния ионосферы Земли по однопозиционным наземным измерениям. Исследована возможность реконструкции пространственно-временной структуры ионосферы на основе метода радиопросвечивания. Дана оценка возможности построения двух - трехмерной структуры регулярных параметров ионосферы и приведены результаты экспериментальной реализации. Показано, что применение разнесенных на малое расстояние наземных пунктов позволяет определять с высокой точностью физические характеристики ионосферных неоднородностей.

7. Создана на основе использования существующей штатной наземной аппаратуры и метода решения обратной задачи автоматизированная технология обработки навигационных данных для практической реализации метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля. Доказана эффективность применения этого метода при детектировании ионосферных возмущений во время гелиофизических процессов на Солнце и антропогенных эффектов на Земле.

Показано, что форма отклика ионосферы на прямой эффект солнечной вспышки зависит от её мощности и имеет разную структуру в Северном и Южном полушариях Земли.

Детектирование ионосферных возмущений в период воздействия на неё факторов импульсного характера показало, что форма отклика ионосферы зависит от типа этого влияния.

8. На основе материалов обработки реальных данных навигационных измерений доказана принципиальная возможность исследования методом радиопросвечивания ионосферной изменчивости. Получены оценки пространственно-временного разрешения метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля при определении параметров ионосферы применительно к задаче детектирования сейсмоионосферных вариаций. Показано, что для локализации области ионосферного возмущения необходимо проводить мониторинг с разрешением по поверхности Земли не хуже 2°-2° (примерно 200 на 200 км).

Проведен мониторинг ионосферы в период подготовки и прохождения сейсмических событий в различных регионах земного шара и разном уровне геомагнитной активности. Показано, что сейсмоионосферные вариации

269 могут быть эффективно зарегистрированы при использовании метода радиопросвечивания на трассе навигационный спутник-Земля.

9. На основе результатов обработки данных, полученных с использованием навигационных систем, доказано, что над эпицентром будущего землетрясения происходит нарушение пространственно-временного хода электронной концентрации ионосферы. Такая модификация профиля наблюдается за 3-1 суток до предстоящего события.

Показано, что на основе анализа пространственно-временной структуры высотного профиля электронной концентрации возможно прогнозировать месторасположение будущего эпицентра землетрясения.

10. Предложена, на основе полученных в данной работе результатов, структура построения автоматизированного наземно-космического центра, предназначенного для непрерывного мониторинга ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с использованием сигналов навигационных систем GPS и ГЛОНАСС в реальном масштабе времени. ионосферы на основе метода радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с применением сигналов глобальных навигационных спутниковых систем GPS и Глонасс

Построение современного центра непрерывного мониторинга ионосферы для решения ряда задач прогнозирования условий распространения радиоволн и последующего применения этих данных для оценки условий работы радиотехнических устройств в системах связи, радиолокации, радионавигации, радиогеодезии основано на методе радиопросвечивания на трассе спутник-Земля.

Метод радиопросвечивания опирается на обращение измеряемой фазы (приведенной разности фаз) радиоволн и математически соответствует обращению интегрального уравнения первого рода. При практической реализации метода используются измерения радиосигналов на трассе "спутник - наземный пункт ".

Систему мониторинга можно представить состоящей из двух основных частей: орбитальной (космический сегмент) и наземной. Структура построения каждой из этих частей должна быть рассмотрена отдельно.

Космический сегмент.

Космический сегмент функционально представляет собой орбитальную группировку спутников, излучающих когерентные сигналы на двух и более частотах. Современное состояние спутниковых систем позволяет в качестве варианта рассматривать хорошо зарекомендовавшие себя глобальные навигационные системы ГЛОНАСС и GPS. Внимание этим системам следует уделить не только благодаря их высоким техническим характеристикам, но также в силу их пригодности к решению задач дистанционного зондирования [220]. Объяснение этому заключается в том, что излучаемые радиосигналы, в процессе их распространения во времени и пространстве аккумулируют информацию о среде. Если на пути распространения радиоволн в космосе встречается неоднородная среда (нейтральная атмосфера, ионосфера), то все характеристики зондирующих радиосигналов претерпевают изменения, расшифровка которых обеспечивает информацию о регулярных характеристиках среды и её неоднородной структуре. Наличие в характеристиках сигнала такой информации формирует возможности для последующего восстановления радиофизических параметров среды распространения, т.е. ее дистанционного зондирования.

Наземный сегмент.

По-видимому, концепция создания наземного сегмента является наименее проработанной в контексте создания системы спутникового мониторинга земной атмосферы. Как минимум, наземный сегмент должен состоять из двух частей [221]:

1) контроль состояния космического сегмента и 2) организация сбора, обработки, хранения и выдачи потребителям возможной информации.

Разработка концепции создания каждой из этих частей представляет самостоятельную задачу. Рассмотрим простые первоначальные соображения относительно второй части. Учитывая в определенной степени новизну обсуждаемой проблемы, можно предложить процедуру поэтапного создания системы сбора и формирования информации. А именно, на данном этапе наряду с обсуждением создания штатной системы для наработки организационно - методического опыта следует рассматривать использование существующих пунктов приема радиосигналов глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Известны штатные пункты с двухчастотными приемниками для приема сигналов GPS, а также GPS -ГЛОНАСС на территории России (рис. 1П).

В ИРЭ РАН создан "Центр обработки и хранения космической информации" с доступом по сети Интернет. ИРЭ РАН осуществляет сбор, обработку данных как с известных IGS пунктов, так и собственного пункта наблюдения, оснащенного дисперсионным приемником, работающим по сигналам системы ГЛОНАСС. Там же на основе развитой методики осуществляется восстановление параметров высотного профиля электронной концентрации по всей толще ионосферы и передача полученных данных в цифровом виде в заинтересованные организации с целью совершенствования методики, ее верификации и проверки применимости в режиме запроса потребителя. На этапе верификации и апробации системы мониторинга определение параметров ионосферы можно проводить на базе существующего информационно-аналитического стенда.

Информационный стенд» представляет собой локальную вычислительную сеть, состоящую из нескольких персональных компьютеров и файл-сервера (рис. 2П). Скорость сетевого обмена между компьютерами может достигать 10 Мбит/сек. Персональные компьютеры оснащены преимущественно процессорами Pentium-4. Файл-сервер предназначен для хранения файлов данных и результатов их анализа. «Информационный стенд» соединен оптико-волоконной линией ЦОХКИ (Центр обработки и хранения космической информации) ИРЭ РАН, который был создан при поддержке HACA в рамках совместного проекта «Природа» и имеет выход в Интернет через радиорелейную линию со скоростью до 512 Кбит/сек. Все компьютеры и прочее оборудование Сети являются государственной собственностью.

Таким образом, можно накапливать опыт в процессе создания системы спутникового мониторинга земной атмосферы и отрабатывать ее отдельные элементы. Как видно из изложенного, отработка элементов системы спутникового мониторинга ионосферы Земли в настоящее время может быть

273 реализована на уже существующем оборудовании с минимальной затратой финансовых средств.

В настоящее время на базе «Научного центра аэрокосмического мониторинга (ЦПАМ «Аэрокосмос») министерства образования и науки Российской Федерации и Российской академии наук» создан рабочий стенд, на котором осуществляется непрерывный мониторинг состояния ионосферы над территориями с повышенной сейсмической опасностью. Необходимые параметры ионосферы определяются методом радиопросвечивания на трассе спутник-Земля с использованием навигационной системы GPS по разработанной в данной работе методике определения высотного профиля распределения электронной концентрации.

Расположение станций меяедународной геодинамической сети Юв (действующие и планируемые) т11 ¿¡¡рттю1"1 м1+ ЛМ .„!

Рис. 1П

Server PC 1

FTP-сервер

PC 2

PC 3

PC 4

РС5 ^

Оптическая линия связи

PC 7

Оптико-электрический конвертор

ЦОХКИ ИРЭ РАН

Spark SUN Station Domain: IRE.RSSI.RU

ОптпкоrVIOK [piI'jeCKHii коинерюр

0 □ —

4-1

1— —'

PoCCIliU'K-Illl ua\4iiau

14' 11» orld \vule \\еЬ

1. Липеровский, В.А. Ионосферные предвестники землетрясений / В.А. Липеровский, O.A. Похотелов., С.Л. Шалимов.- М.: Наука, 1992.- 304 с.

2. Pulinets, S.A. Ionospheric Precursors of Earthquakes / S.A. Pulinets, K.A. Boyarchuk.-Springer.-2003.-312 p.

3. Бондур, В.Г. Метод мониторинга сейсмоопасных территорий по ионосферным вариациям, регистрируемым спутниковыми навигационными системами/ В.Г. Бондур, В.М. Смирнов //Доклады Академии наук.- 2005.- Т.402.- №5.-С.675-679.

4. Афраймович, Э.Л. Детектирование ионосферных возмущений естественного и антропогенного происхождения сигналами GPS / Э.Л. Афраймович, В.М. Смирнов //Сб. докл. XXI Всерос. науч. конф. Йошкар-Ола, 25-27 мая 2005г.- Йошкар-Ола: 2005.- Т.1.- С.46-52.

5. Пулинец, С.А Зависимость сейсмо-ионосферных вариаций в максимуме слоя F от местного времени / С.А. Пулинец, А.Д. Легенька, Т.И. Зеленова //Геомагнетизм и аэрономия.-1998.-Т.З8.- №3.- С. 178183.

6. Афраймович, Э.Л. Ударно-акустические волны, генерируемые при запусках ракет и землетрясениях / Э.Л. Афраймович, Е.А. Косогоров, А.В Плотников //Космические исследования.- 2002.- Т.40.- №3.- С.383-393.

7. Смирнов, В.М. Интерпретация ионосферных возмущений в периодслабых землетрясений / В.М. Смирнов //Электронный журнал "Исследовано в России"/- 2003.- № 12.- С. 121-129.-Режим доступа: http://zhurnal.ape.relarn.rU/articles/2003/012.pdf. -Загл. с экрана.

8. Брюнелли, Б.Е. Физика ионосферы / Б.Е. Брюнелли, A.A. Намгаладзе.-М.: Наука, 1988.- 528 с.

9. Иванов-Холодный, Г.С. Прогнозирование состояния ионосферы / Г.С. Иванов-Холодный, A.B. Михайлов.- JL: Гидрометеоиздат, 1980.- 190 с.

10. Альперт, Я. Л. Распространение радиоволн и ионосфера / Я.Л Альперт. -М.: АН СССР, 1960.-480 с.

11. Яковлев, О.И. Космическая радиофизика / О.И. Яковлев.- М.: Научная книга, 1998.- 432 с.

12. Колосов, М.А. Распространение радиоволн при космической связи / М.А. Колосов, Н.А Арманд, О.И. Яковлев.- М.: Связь, 1969.- 155 с.

13. Сетевые спутниковые радионавигационные системы /под ред. П.П. Дмитриева, B.C. Шебшаевича.- М.: Радио и связь, 1992- 272 с.

14. Глобальные навигационные системы: тем. вып. /Труды Инст. инж. по электротехнике и радиоэлектронике.-1983.- №10.- С.71.

15. Hofmann-Wellenhof, В. Global Positioning System. Theory and Practice, 2 nd ed./B. Hofmann-Wellenhof, B.H. Lichtenegger, J. Collins.- New York: Springer Verlag Wien, 1993.-327p.

16. Гусевский, В.И. К вопросу о влиянии ионосферы на качественные характеристики поляриметрических PC А / В.И. Гусевский, В. А.

17. Пермяков, П.А. Жердев, А.И. Захаров // Радиотехнические тетради.-2000.-№ 22.-С.62-65.

18. Zieger, A.R. NASA radar altimeter for the TOPEX/POSEIDON project / A.R. Zieger, D.W. Hancock, G.S. Hayne, C.L. Purdy //Proc. IEEE. 1991.-V.79. №6,-P.810-826.

19. Bauer, S.I. Simultaneous rocket and satellite measurements of the topside ionosphere / S.I Bauer et al. // J. Geophys. Res.- 1964.- V.66.- №.1,- P. 186.

20. Грингауз, К.И. Измерение электронной концентрации в ионосфере до высот 420-470 км, проведенных во время МГГ при помощи радиоволн, излучавшихся с геофизических ракет / К.И. Грингауз, В.А. Рудаков //Искусственные спутники Земли.- 1961.- №6,- С.48.

21. Рудаков, В. А. 1чГ(11)-профили, полученные при помощи УКВ дисперсионного интерферометра во время пусков геофизических ракет / В.А Рудаков //Космические исследования.- 1964.- Т.2.- №6.- С.946.

22. Berning, W.W. A sounding rocket measurement of electron densities to 1500 km / W.W. Berning //J. Geophys. Res.- I960.- V.65.- №. 9,- P.2589.

23. Evans, J.V. Theory and Practice of Ionosphere Study by Thomson Scatter Radar / J. V. Evans //Proc. of the IEEE/- 1969.- V.57. №.4,- P.496

24. Намазов, С.А. Наземные радиофизические методы исследования неоднородностей ионосферы / С. А. Намазов, В. Д. Новиков //Ионосферные исследования.- 1980.- №30.- С.87.

25. Hajj, G.A. Ionospheric electron density profiles obtained with the Global Positioning System: Results from the GPS/MET experiment / G.A. Hajj, L.J. Romans //Radio Sci.- 1998.- V.33, №.1.- P.175.

26. Coco, D. GPS-Satellites of opportunity for ionospheric monitoring / D. Coco //GPS World.- October. 1991.

27. Davies, K. Studying the ionosphere with the Global Positioning System / K. Davies, G.K. Hartmann//Radio Sci.- 1997/- V.32. №.4.- P.1695.

28. Смирнов, B.M. Результаты применения спутникового мониторинга для расчета максимально применимых частот / В.М. Смирнов //Сб. тр. МГУЛ.-2000.- В.314.- С.104-110.

29. Андрианов, В.А. Применение радиосигналов спутниковой навигационной системы для зондирования ионосферы Земли / В.А. Андрианов, Н.А Арманд., Е.Л. Мосин, В.М. Смирнов// Препринт ИРЭ РАН, 1995.-№5(605).- 24 с.

30. Андрианов, В.А. Зондирование ионосферы Земли с помощью спутниковых навигационных систем / В.А. Андрианов, Н.А. Арманд, Е.Л. Мосин, В.М. Смирнов //Электроника: Наука, технология, бизнес. 1997.-№2.- С.11-17.

31. Куницын, В.Е. Томография ионосферы / В.Е. Куницын, Е.Д. Терещенко.- М.: Наука, 1991.- 176 с.

32. Полное электронное содержание в авроральной и субавроральной ионосфере по данным радиопросвечивания навигационных ИСЗ / С.М Черняков и др. //Геомагнетизм и аэрономия.- 1992.- Т.32.- №4.- С.94.

33. Wanninger, L.E. Determination of total electron content with GPS -Difficulties and their solution / L.E. Wanninger, E. Sardon, R. Warnant //Proc. of the Intern. Beacon Satellite Symp.- 1994. P.13.

34. Mannnucci, A. A new method for monitoring the Earth's ionosphere total electron content using the GPS global network / A. Mannnucci, B.D. Wilson, C.D. Edwards //Proc. of the ION GPS-93.- Ins. of Navigation, 1994.- P.1323-1332.

35. GPS and Ionosphere / A.J. Mannucci et al. //The Review of Radio Science. 1996-1999.- URSI, ed. by W. Ross Stone.- 1999.- P.625-665.

36. Исследование электронной концентрации ионосферы при помощи наземного приема радиосигналов, излучаемых с космических аппаратов / Г.Г. Гетманцев и др. // Радиофизика.- 1968.-T.il.- №5.-С.649.

37. Митяков, Н.А. Результаты наблюдений ИСЗ «Космос-1» и «Космос-2» в Крыму / Н.А. Митяков, Э.Е. Митякова, В.А. Череповецкий //Геомагнетизм и аэрономия.- 1963.- Т.З.- №5.- С.816.

38. Carriott, O.K. The determination of ionospheric electron content and distribution from satellite observations / O.K. Carriott //J. Geophys. Res.-1960.-V.65.-№.4- P. 1139.

39. Солодовников, Г.К. Дистанционное зондирование ионосферы Земли с использованием радиомаяков космических аппаратов / Г.К. Солодовников, В.М. Синельников, Е.Б. Крохмальников. М.: Наука, 1988.- 191 с.

40. Wilson, B.D. Instrumental biases in ionospheric measurements derived from GPS data / B.D. Wilson, A.J. Mannucci //Proc. of ION GPS 93.- Ins. of Navigation, 1993.-P.1341.

41. Davies, K. Recent progress in satellite radio beacon studies with particular emphasis on the ATS-6 radio beacon experiment / K. Davies // Space Sci. Rev.- 1980.- V.25.-P.357.

42. Смирнов, В.М. Вариации ионосферы в период солнечного затмения по данным спутниковой навигационной системы GPS / В.М. Смирнов //Радиотехника. -2004.-№ 1 .-С.З 8-41.

43. Смирнов, В.М. Временные вариации ионосферы во время солнечной вспышки 28 октября 2003 по данным сети GPS / В.М. Смирнов, Е.В. Смирнова //Геомагнетизм и аэрономия.-2005.-Т.45.-№1.-С. 127-134.

44. Куницын, В.Е. Восстановление структуры неоднородностей ионосферы по данным радиозондирования / В.Е. Куницын, Н.Г. Преображенский, Е.Д. Терещенко //Доклады АН СССР.- 1989,- Т.306.- №3.- С.575.

45. Coco, D.S. Passive detection of sporadic E using GPS phase measurements / D.S. Coco, T.L. Gaussiran, C. Coker//Radio Sci.- 1995- V.30- №.5. P.1869.

46. Coker, C.R. Detection of auroral activity using GPS satellites / C.R. Coker, R. Hunsucker, G. Lott //Geophys. Res. Lett.-1995.- У22.- P.3259.

47. Global ionospheric perturbations monitored by the worldwide GPS network / C.M.Ho et al. //Geophys. Res. Lett.- 1996.- V.23.- P.3219.

48. Calais, E. GPS detection of ionospheric perturbations following a space shuttle ascent / E. Calais, J.B. Minster //Geophys. Res. Lett.-1996.-V.23.-P.1897.

49. Плотников, A.B. Детектирование с помощью GPS-решеток ударно-акустических волн, генерируемых при запусках ракет, землетрясениях и взрывах: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: защищена 10.09.2001 / А.В. Плотников.- Иркутск: ИВАИ, 2001.- 22 с.

50. Houminer, Z. Improved short-term predictions off0F2 using GPS time delay measurements / Z. Houminer, H. Soicher//Radio Sci.- 1996.- V.31. P. 1099.

51. Смирнов, В.М. Результаты применения спутникового мониторинга для расчета максимально применимых частот / В.М. Смирнов //Сб. тр. МГУЛ.-2000.- В.314.- С. 104-110.

52. Андрианов, В.А. Результаты использования навигационной системы «Навстар» для мониторинга ионосферы Земли / В.А.Андрианов, Н.А. Арманд, Е.Л. Мосин, В.М. Смирнов //Исследование Земли из космоса.-1996.- №2.- С.10-16.

53. Андрианов, В.А. Определение регулярных вариаций F2- области ионосферы Земли по измерениям параметров сигналов навигационныхспутников / В. А. Андрианов, E.JI. Мосин, В.М. Смирнов //Исследование Земли из космоса.- 2000.- №1.- С. 15-22.

54. Andrianov, V.A. 4D-variability of the ionosphere / V.A. Andrianov, V.V. Alpatov, Yu.A. Romanovsky, V.M. Smirnov //EGU General Assembly, 2000.- Nice.- Geophysical Research Abstracts.- V. 2. P.725.

55. Куницын, B.E. Радиотомографические исследования ионосферы / B.E. Куницын, Е.Д. Терещенко //Тез.докл.19 Всерос. конф. по распр. радиоволн. Казань, 22-25 июня 1999г.- Казань: Изд-во КГУД999.- С. 16.

56. Austen, R.I. Ionospheric imaging using computerized tomography / R.I. Austen, S.I. Franke, C.H Liu //Radio Sci.- 1988.- V.23. №.3.- P.299.

57. Kunitsyn, V.E. Radiotomography of the ionosphere / V.E. Kunitsyn, E.D. Tereshenko //IEEE antennas and propagation magazine.-1992.-V.34.-№.5.-P.22.

58. Phase and phase-difference ionospheric radiotomography / V.E.Kunitsyn et al. //Int. J. Imaging Systems and Technology.- 1994.- V.5.- P.128.

59. Восстановление электронной плотности на основе томографической обработки сигналов / Ю.С. Саенко и др. //Геомагнетизм и аэрономия.-1991.- Т.31.- №3.- С.558.

60. Радиотомографические сечения субавроральной ионосферы вдоль трассы Москва-Архангельск / В.Н. Ораевский и др. //Геомагнетизм и аэрономия.- 1995,- Т.35.- №1.- С. 117-122.

61. A model-independent algorithm for ionospheric tomography. 1. Theory and tests / G.C Fehmers et al. //Radio Sci.- 1998.- V.33.- №.1.- P.149.

62. A model-independent algorithm for ionospheric tomography. 2. Experimental results / G.C. Fehmers et al //Radio Sci.- 1998.- V.33.- №.1.-P.65.

63. Leitinger, R. Ionospheric Tomography / R. Leitinger //The Review of Radio Science.- 1996-1999.- URSI, ed. by W. Ross Stone.- 1999.-P.581-623.

64. Alpatov, V.V. The investigations of the ionosphere variability by radiotranslucence method / V.V. Alpatov, V.A. Andrianov, V.M. Smirnov et al // Ad. Space Research.- 2001.- V.27.-№ 6-7.- P.1327.

65. Андрианов, В.А. Пространственные вариации ионосферы Земли по данным навигационных спутниковых измерений / В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Тез.докл.19 Всерос. конф. по распр. радиоволн. Казань, 22-25 июня 1999г.- Казань: Изд-во КГУД999.- С. 51-52.

66. Andrianov, V.A. Studying the Earth ionosphere spatial variations with the GPS station /V.A. Andrianov, V.M.Smirnov //Int. symp. on GPS, Tsukuba, Japan, Oct. 18-22, 1999.- Abst. 08-15P.

67. Smirnov, V.M. Temporary variations of TEC during the earthquakes on GPS data /V.M. Smirnov // Proc. of the URSI Workshop Atm. Remote Sen. using Sat. Nav. Systems, Italy, Matera, 15-16 October 2003.- P.379-386.

68. Иванов-Холодный, Г.С. Исследования ионосферы и спутники / Г.С. Иванов-Холодный //Online journal "Ruphysnews".- 2001.- V.3.

69. Reinish, B.W. New techniques in ground-based ionospheric sounding and studies /B.W. Reinish//Radio Sci.- 1986.- V.21. №3.- P.331.

70. Исследование среднеширотного ионосферного провала с помощью наземных геофизических методов и синхронных измерений соспутников / Л.Д. Сивцева и др. //Космические исследования.- 1983.-Т.21.-В.4.- С.584.

71. Данилов, А.Д. Сравнение международной справочной модели ионосферы с данными ракетных измерений /А.Д. Данилов, Н.В. Смирнова//Геомагнетизм и аэрономия.- 1994.- Т.34.- С.674.

72. Lambert, М. Monitoring ionospheric irregularities in the southern auroral region by means of a satellite beacon / M. Lambert, E.A. Cohen //Radio Sci.- 1986.- V.21.- №.3.- P.347.

73. Electron content measurements with geodetic Doppler receivers / R. Leitinger et al. //Radio Sci.- 1984.- V.19.- №7.- P.789.

74. Guier, W.H. Ionospheric contributions to the Doppler shift at VHF from near-earth satellites / W.H.Guier //Proc. IRE.- 1961.- V.49.- № 11p. 1680.

75. Bennet, I. A. The calculation of Doppler shifts due to a changing ionosphere / I.A. Bennet //J. Atmosph. Terr. Phys.- 1967.- V.29.- № 7.- P.887.

76. Willman, I.F. Frequency-dependent ionospheric refraction effects on the Doppler shift of satellite signals / I.F. Willman //IEEE Trans. Aerospace Electronic syst.- 1965.- V.I.- № 3.- P.283.

77. Tucker, A.I. Analysis of ionospheric contributions to the Doppler shift of CW signals from artificial Earth satellite / A.I. Tucker, B.M. Fannin //J. Geoph. Res.- 1968.- V.73.- № 13.- P.4325.

78. Willman, I.F. Accuracy of satellite Doppler data for ionospheric study, navigation and geodesy / I.F. Willman., A.I Tucker //J. Geoph. Res.- 1968.-V.73.-№ 1.- P.385.

79. Kunitsyn, V.E. Radiotomography of the Ionosphere / V.E Kunitsyn., E.D. Tereshchenko //Antennas & Propagation Magazine.- 1992.- V.34.- P.22-32.

80. Томографическая реконструкция провала ионизации околоземной плазмы / Е.С. Андреева и др. //Письма ЖЭТФ.- 1990.- Т.52.- Вып.З.-С.783-785.

81. Radiotomographic Investigations of Ionospheric Structures at Auroral and Middle Latitudes / V.E. Kunitsyn et al. //Annales Geophysicae.- 1995.-V.13.- №12.- P.1242-1253.

82. Ionospheric structures of anthropogeneous origin by radiotomographic diagnostic / V.N. Oraevsky et al. //Adv. Space Res.- 1995.- V.15.- №.11.-P.145-148.

83. Арманд, H.A. Рефракция радиоволн в задачах космической геодезии / H.A. Арманд, В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //. Тез. докл. 14 Всес. конф. по распр. радиоволн. Ленинград, 1984г.-М.:Наука,1984.- С.65-68.

84. Арманд, H.A. Расчет поправок на атмосферную рефракцию в спутниковых радионавигационных системах /H.A. Арманд, В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Вопросы радиоэлектроники.- 1987.- В.2.-С.37-43.

85. Горобец, В.П. Методы коррекции атмосферной рефракции в космической геодезии / В.П. Горобец, Е.В. Кораблев, В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Геодезия и картография.-1993.- №12.- С.20-24.

86. Pulinets, S.A. Ionospheric precurcor of strong earthquakes and possible system for their global monitoring / S.A. Pulinets, J.Y. Liu // Western Pacific Meeting. Suppl. EOS Trans.-1998.-V.79.-N24.-P.W-104.

87. Pulinets, S.A. Strong earthquakes prediction possibility with the help of topside sounding from satellites / S.A. Pulinets //Adv. Space Research.-1998.-V.21.-N3.-P.455.

88. Calais, E. GPS detection of ionospheric perturbations following the January1994, Northridge earthquake / E. Calais, J.B. Minster //Geophys. Res. Lett.1995.- V.22. №.15.- P.1045-1048.

89. Ким, В.П. О возможном возмущении ночной Е-области ионосферы над крупномасштабным тектоническим разломом / В.П. Ким, В.В. Хегай, Л.И. Никифорова//Физика Земли.- 1995.- №7.- С.35-39.

90. Ким, В.П. Возможные изменения в ночной среднеширотной Р2-области ионосферы над крупномасштабным тектоническим разломом / В.П.Ким, С.А. Пулинец, В.В Хегай //Физика Земли.-1999.- №10.- С.90-92.

91. Смирнов, В.М. Модификация профиля электронной концентрации над эпицентром землетрясения по данным GPS / В.М. Смирнов, Е.В. Смирнова //Сб. докл. 21 Всерос. науч. конф. Йошкар-Ола, 25-27 мая 2005г.- Йошкар-Ола:Изд-во МарГТУ, 2005.- Т.1.- С.277-281.

92. Smirnov, V.M Ionospheric Disturbances during of the Thsunamigenic Earthquake on Navigation System Data / V.M. Smirnov, V.G. Bondur,

93. E.V.Smirnova //The 26th Asian Conference on Remote Sensing.- 7-11 November, 2005.- Meliá Hanoi Hotel, Hanoi, Vietnam.- CD-R, D2-P1.- 8 p.

94. Russian-American Tomography Experiment / J.C. Foster et al. //Journal of Imaging Systems and Technology.- 1994.- V.5.- №2.- P.148-159.

95. Pryse, S.E. A preliminary experimental test of ionospheric tomography / S.E. Pryse, L. Kersley //J. Atm. Terr. Phys.-1992.-V.54.- P.1007-1012.

96. Tomographic reconstruction of ionospheric electron density with EISCAT verification / T.D. Raymund et al. // Radio Sci.-1993.-V.28.- №5.- P.811-817.

97. Tomographic Imaging of the ionospheric mid-lalitude trough / S.E. Pryse et al. //Ann. Geophys.- 1993.- V.ll.- P.144-149.

98. Tomographic imaging of the ionosphere over Japan by the modified truncated SVD method / M. Kunitake et al. //Ann. Geophysic.- 1995.-V.13.- №12.- P.1303-1310.

99. Радиопросвечивание атмосферы Земли с помощью двух спутников / О.И Яковлев и др. //Доклады академии наук.- 1990.- Т.315.- №1.-С.101.

100. Изменение частоты, запаздывание и рефракция радиоволн в затменных экспериментах на трассе спутник-спутник / О.И Яковлев и др. //Радиотехника и электроника.- 1995.- Т.40.- №9.- С. 1337.

101. Арманд, H.A. Влияние тропосферной рефракции на радиоизмерения скорости искусственных спутников Земли / H.A. Арманд, В.А.

102. Андрианов, В.М. Смирнов и др. //Радиотехника и электроника. 1986.-Т.31.- №12.- С.2305-2312.

103. Андрианов, В.А. Методика коррекции влияния тропосферной рефракции при наземных траекторных измерениях ИСЗ / В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Препринт.- №14(565) ИРЭ АН СССР.-1991.-30 с.

104. Арманд, H.A. Радиопросвечивание земной тропосферы при измерениях сигналов ИСЗ /H.A. Арманд, В.А. Андрианов, В.М. Смирнов, В.И. Пономарев //Препринт.- №11(429) ИРЭ АН СССР.-1985.- 24 с.

105. Арманд, H.A. Восстановление профиля коэффициента преломления тропосферы по измерениям частоты сигналов искусственного спутника Земли / H.A. Арманд, В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Радиотехника и электроника.-1987.- Т.32.- №4,- С.673-680.

106. Павельев, А.Г. К решению обратной задачи рефракции / А.Г. Павельев // Радиотехника и электроника.- 1980.- Т.25.- №12.- С.2504.

107. Рыжиков, Г.А. Томография и обратные задачи дистанционного зондирования / Г.А. Рыжиков, В.Н. Троян.- С-Пб.: Изд-во С-ПбГУ, 1994.-220 с.

108. Ценсор, Я. Методы реконструкции разложений, основанные на разложении в конечные ряды / Я. Ценсор //ТИИЭР.-1983.- Т.71.- №3.-С.148-160.

109. Дайне, К.А. Машинная томография в геофизике / К.А. Дайне, Р.Дж. Лайтл //ТИИЭР.- 1979.- Т.67.- № 2.- С. 103-112.

110. Application of computerized tomography techniques to ionospheric research / J.R. Austen et al. //Proc. Of the Beacon Sat. Symp.- Finland, Oulu.- 1986 (ISBN 951-42-2256-3).- P.25-35.

111. Application of computerized tomography to ionospheric structures / T.D. Raymund et al. //Radio Sci.- 1990.- V.25.- P.771-789.

112. Methods and algorithms of ray radiotomography for ionospheric research / V.E. Kunitsyn et al. //Ann. Geophys.- 1995.- V.13.- P.1263-1276.

113. Тихонов, A.H. Методы решения некорректных задач / А.Н.Тихонов, В .Я. Арсенин.-М.: Наука, 1986.- 288 с.

114. Васильев, Ф.П. Методы решения экстремальных задач / Ф.П. Васильев. -М.: Наука, 1981.- 400 с.

115. Самарский, А.А. Теория разностных схем / А.А.Самарский.- М.: Наука, 1977.

116. Андрианов, В.А. О точности решения обратной задачи радиопросвечивания тропосферы Земли / В.А. Андрианов, В.М. Смирнов //Радиотехника и электроника.- 1991.- Т.36.- № 6.- С.1081-1087.

117. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация / А.Н. Тихонов и др..-М.: Наука, 1983.- 200 с.

118. Иванов, В.К. Теория линейных некорректных задач и её приложения / В.К. Иванов, В.В. Васин, В.П. Танана.- М.: Наука, 1978.- 206 с.

119. Лаврентьев, М.М. Некорректные задачи математической физики и анализа / М.М. Лаврентьев, В.Г. Романов, С.П. Шишатский.- М.: Наука, 1980.- 286 с.

120. Тихонов, А.Н. Математические задачи компьютерной томографии / А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин, А.А. Тимонов.-М.: Наука, 1987.- 160 с.

121. Гончарский, А.В. Алгоритмы приближенного решения некорректно поставленных задач на некоторых компактных множествах / А.В.

122. Смирнов, В.М. Решение обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли градиентными методами / В.М. Смирнов // Радиотехника и электроника.- 2001.- Т.46.- №1.- С.47-52.

123. Колмогоров, А.Н. Элементы теории функций и функционального анализа/ А.Н. Колмогоров, C.B. Фомин.- М.: Наука, 1976.- 542 с.

124. Алифанов, О.М. Экстремальные методы решения некорректных задач / О.М. Алифанов, Е.А. Артюхин, C.B. Румянцев.- М.: Наука, 1988.-288 с.

125. Мину, М. Математическое программирование / М. Мину.- М.: Наука, 1990.- 488 с.

126. Вайникко, Г.М. Итерационные процедуры в некорректных задачах / Г.М. Вайникко, А.Ю. Веретенников.- М.: Наука, 1986.- 191 с.

127. Интегральные уравнения / П.П.Забрейко и др. //Сер. Справочная математическая библиотека.-М.: Наука, 1968.- 443 с.

128. Интегральные операторы в пространствах суммируемых функций / М.А. Красносельский и др. .-М.: Наука, 1966.

129. Василенко, Г.И. Восстановление изображений / Г.И.Василенко, A.M. Тараторин.- М.: Радио и связь, 1986.- 304 с.

130. Марчук, Г.И. Методы вычислительной математики / Г.И.Марчук.- М.: Наука, 1989.- 608 с.

131. ГОСТ 25645.140-86 ГОСТ 25645.142-86. Ионосфера Земли. Модели распределения электронной концентрации.- 1986.

132. Bilitza, D. International reference ionosphere: recent developments / D. Bilitza //Radio Sei.- 1986.- V.21.- №.3.- P.343.

133. Павельев, А.Г. Аналитическое и численное решение уравнения Фредгольма 1-го рода, возникающего в обратной задаче рефракции / А.Г. Павельев //Ж. выч. матем. и мат. физики.- 1985.- Т.25.- №3.- С.392.

134. Anderson, D.N. The development of global semiempirical ionospheric specification models / D.N. Anderson //Proc. of the Seventh Int. Ionospheric Effects Symp.- Springfield, 1993.-P.353-363.

135. Lunt, N. The influence of the protonosphere on GPS observations: Model simulations /N. Lunt, L. Kersley, G.J Bailey //Radio Science.- 1999.- V.34,-№.3.- P.725-732.

136. Lunt, N. The contribution of the protonosphere to GPS total electron content: Experimental measurements / N. Lunt, L. Kersley, G.J. Bishop, A.J. Mazzella//Radio Science.- 1999.- V.34.- №.5.- P.1273-1280.

137. Kersley, L. Comparison of protonospheric electron content measurements from the American and Europen sectors / L. Kersley, J.A. Klobuchar //Geophys. Res. Letters.- 1978.- V.5.- P.123-125.

138. Медведев, П.П. Глобальные космические навигационные системы / П.П. Медведев, И.С. Баранов //Итоги науки и техники. Сер. Геодезия и аэросъёмка,- М.: ВИНИТИ, 1992.- Т.29.- 159 с.

139. Глобальная навигационная система Глонасс. Интерфейсный контрольный документ.- М.: КНИЦ ВКС, 1995.- 54 с.

140. Яценков, B.C. Основы спутниковой навигации / В.С Яценков.-М.: Горячая линия-Телеком, 2005.- 272 с.

141. Болдин, В.А. Современные глобальные радионавигационные системы / В.А. Болдин //Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника.- М.: ВИНИТИ, 1986.- Т.36.- С.89-144

142. Ashjaee, J.V. Precision survey with Ashtech XII, the all-in-one, the all-inview /J.V. Ashjaee //Proc. 5th Int. Geod. Symp. Satell. Posit.- Las Cruces, March 13-17 1989.- V.I.- P.316-329.

143. GPS atmosphere profiling methods and error assessments / Scientific report 98-7 by ed. P. Hoeg et al.- Copenhagen, 1998. // Danish Meteorological Institute.

144. Bertiger, W.I. GPS-based system for satellite tracking and geodesy / W.I. Bertiger, C.L. Thornton //Navigation.- 1989.- V.36. №.1.- P.99-113.

145. Warnant, R. The study of the TEC and its irregularities using a regional network of GPS stations / R. Warnant //Proc. Analysis Center Workshop.-Germany, Darmstadt, February 9-11, 1998.- P.249

146. Sardon, E.A. Estimation of the transmitter and receiver differential biases and the ionospheric total electron content from GPS observations / E.A. Sardon, A. Rius, N. Zarraoa // Radio Sci.- 1994.- V.29.- №.3.- P.577.

147. Lanyi, G.E. A comparison of mapped and measured total ionospheric electron content using global positioning system and beacon satellite observations / G.E. Lanyi, T. Roth //Radio Sci.- 1988.- V.23.- №.4.- P.483.

148. Jakowski, N. Monitoring the ionosphere over Europe and related ionospheric studies / N. Jakowski, S. Schluter, A. Jungstand //Proc. IGS Analysis Center Workshop.- Darmstadt, February 9-11, 1998.- P.265-271.

149. Захаров, В.И. Моделирование влияния ионосферы и протоносферы на точность восстановления параметров атмосферы методом радиопросвечивания / В.И. Захаров, В.Е. Куницын //Вестник МГУ, сер.З.-1998.- №4.- С 45-49.

150. Soicher, Н. Ionospheric and plasmaspheric effects in satellite navigation systems / H. Soicher //IEEE Trans. Antennas and Propagation.- 1977.-V.AP-25.- № 5.- P.705.

151. Richards, P.G. An improved algorithm for determining neutral winds from the height of the F2 peak electron density / P.G. Richards //J. Geophys. Res.-1991.- V.96.-№.10, P.17839.

152. Павлов, A.B. Теоретическое моделирование основных параметров области F2 ионосферы в спокойных и возмущенных условиях 16-23 марта 1990 г. / А.В. Павлов //Геомагнетизм и аэрономия.- 1996.- Т.36.-№2.- С.147-151.

153. Revised global model of thermospheric winds using satellite and ground-based observations / A.E. Hedin et al. //J. Geophys. Res.- 1991.- V.96.-№.5.- P.7657

154. Долуханов, М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн / М.П. Долуханов,- М.: Связь, 1971.- 183 с.

155. Ионосферные эффекты солнечного затмения 9 марта 1997 г. по данным GPS-интерферометра в Иркутске / Э.Л. Афраймович и др. // Тез.докл.19 Всерос. конф. по распр. радиоволн. Казань, 22-25 июня 1999г.- Казань: Изд-во КГУД999.- С. 55.

156. Комплексное радиофизическое исследование эффекта солнечного затмения 9 марта 1997 года в атмосфере / Афраймович Э.Л. и др. //

157. Тез. докл. 19 Всерос. конф. по распр. радиоволн. Казань, 22-25 июня 1999г.- Казань: Изд-во КГУД999.- С. 57.

158. Ionospheric effects of the solar flares of September 23, 1998 and July 29, 1999 as deduced from GPS network data / Atyntsev A.T. et al. //33 COSPAR Scientific Assembly.- Warsaw, Poland, 16-23 July 2000.- C2.7-0046.

159. Ionospheric effects of solar eclipse of March 9, 1997, as deduced from GPS data / Afraimovich E.I. et al. //Geophys. Res. Letters.- 1998.- V.25.- №4.-P. 465-468.

160. Liu, J.Y. Ionospheric delay monitored by the Taiwan GPS network during magnetic storm conditions / J.Y. Liu, H.F. Tsai, C.L. Tseng //Abst., Int. Symp. on GPS 99.- Japan, Tsukuba.- Oct.18-22, 1999.- P.08-06.

161. Солнечные вспышки / A.T. Алтынцев и др..-М.: Наука, 1982.

162. Солнечные и гелиосферные явления в октябре-ноябре 2003 г.: причины и следствия / И.С. Веселовский и др. //Космические исследования.-2004.- Т.-42.- №5,- С.453-508.

163. Митра, А. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли / А. Митра .-М.: Мир, 1977.

164. Иванов-Холодный, Г.С. Соотношение рентгеновского и ультрафиолетового излучений солнечных вспышек в ионизации Е-области ионосферы / Г.С. Иванов-Холодный, JI.H. Лещенко, И.Н. Одинцова //Геомагнетизм и аэрономия.- 1976.- Т. 16.- №2.- С.246-250.

165. Белов, А.В. Геомагнитная активность в 2003 году / А.В. Белов, С.П. Гайдаш, Х.Д. Канониди // Геомагнетизм и аэрономия.- 2003.- Т.4.- С.1-14.

166. Donnelly, R.E. Empirical models of solar flare X ray and EUV emission for use in studying their E and F region effects / R.E. Donnelly //J. of Geophys. Research.- 1976.- V.81.- №25.- P.4745-4753.

167. Donnelly, R.E. Extreme ultraviolet flashes of solar flares observed via sudden frequency deviations: Experimental results / R.E. Donnelly //Solar Phys.- 1971.- V.20.-P. 188-203.

168. Hall, L.A. Solar flares in the extreme ultraviolet / L.A. Hall //Solar Phys.-1971.- V.21.- P.167-175.

169. Traveling ionospheric disturbances detected in the FRONT campaign / A.M. Saito et al. //Geophysical Research Letters.- 2001.- V.28.- №.4.- P. 689692.

170. Afraimovich, E.L. GPS radio interferometry of travelling ionospheric disturbances / E.L. Afraimovich, K.S. Palamartchouk, N.P. Perevalova //J. Atm. Terr. Phys.- 1998.- V.60.- №12-. P. 1205-1223.

171. Афраймович, Э.Л. Ударно-акустические волны, генерируемые при запусках ракет и землетрясениях / Э.Л. Афраймович, Е.А. Косогоров, А.В. Плотников //Космические исследования.- 2002.- Т.40.- №3.- С.261-275.

172. Афраймович, Э.Л. Определение характеристик ионосферного возмущения в ближней зоне эпицентра землетрясения / Э.Л

173. Афраймович, B.B. Кирюшкин, Н.П. Перевалова //Радиотехника и электроника.- 2002.- Т.47,- №7.- С.822-830.

174. Seismicity catalogs. Volume 2. Global and regional. 2150 B.C.- 1998 A.D.

175. Войтов, Г.И. О газовом дыхании Земли / Г.И. Войтов //Природа.- 1975.-№ 3.- С. 90-98.

176. Войтов, Г.И. Гидрогеохимические предвестники землетрясений / Г.И. Войтов,- М.: Наука, 1985.- 286 с.

177. Гохберг, М.Б. Сейсмо-электромагнитные явления / М.Б. Гохберг, В.А. Моргунов, О.А. Похотелов.- М.: Наука, 1988.- 174 с.

178. Морозова, Л.И. О современных тектонических процессах Туранской плиты и ее горного обрамления (по динамике линейных облачных аномалий над разломами землетрясений) / Л.И Морозова //Изв. РАН. Физика Земли.- 1997.- № 5.- С.65-72.

179. Милькис M.P. Метеорологические предвестники сильных землетрясений / M.P. Милькис // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1986.-С.36-47.

180. Пулинец, С.А. Ионосферные предвестники землетрясений / С.А. Пулинец, И .Я. Лью //Краткосрочный прогноз катастрофических землетрясений с помощью радиофизических наземно-космических методов: докл. конф., Москва, 2-3 октября 1997г.- С. 26-44.

181. Quasielectrostatic model of atmosphere-thermosphere-ionosphere coupling / S.A.Pulinets et al. //Adv. Space Res.-2000.-V.26.-N8.-P. 1209-1218.

182. Oraevsky, V.N. Seismoionospheric Precursors and Atmospheric Electricity / V.N. Oraevsky, Yu.Ya. Ruzhin, A.Kh. Depueva //J.of Physics.- 1994.-V.18.- №11.- P.1229-1234.

183. Ruzhin, Yu.Ya. Seismoprecursors in Space as Plasma and Wave Anomalies / Yu.Ya. Ruzhin, A.Kh. Depueva //J. Atmosph. Electr.- 1996.- V.16.- №3.-P.251-288.

184. Атмосферное электрическое поле как источник изменчивости ионосферы / С.А.Пулинец и др. //Успехи Физических Наук.- 1998.-Т.168.- №5.- С.582-589.

185. Pulinets, S.A. Pre-earthquakes ionospheric effects and their possible mechanisms, In Dusty and Dirty Plasmas, Noise and Chaos in Space and in the Laboratory.- New-York: Plenum Publishing, 1994.- P. 545-557.

186. Radon and ionosphere monitoring as a means for strong earthquakes forecast / S.A. Pulinets et al. // II Nuovo Cimento, 1999.- 22C.- №3-4,- P.621-626.

187. Smirnov V.M. About detecting seismoionospheric variations during geomagnetic perturbations according to GPS data / V.M. Smirnov, E.V. Smirnova//EGU General Assembly.Vienna, 15-20 April 2007.- Geophysical Research Abstracts, 2007.- V. 9.- CD-R.

188. Ким, В.П. О возможном ионосферном предвестнике землетрясений /

189. B.П. Ким, В.В. Хегай, П.В. Иллич-Свитыч //Физика Земли.- 1994.- №3.1. C.37-40.

190. Сильные землетрясения и связанные с ними возмущения в ионосфере и геомагнитном поле / З.С.Шарадзе и др. //Изв. АН СССР. Физика Земли.-1989.- №1.- С.20-32.

191. Seismo-ionospheric signatures prior to M>6.0 Taiwan earthquakes / J.Y.Liu et al. //Geophysical Research Letters.- 2000.- V.27.- №.19.- P.3113-3116.

192. Variations of ionospheric total electron content during the Chi-Chi earthquake / J.Y. Liu et al. //Geophysical Research Letters.- 2001.- V.28.-№.7.- P.1383-1386.

193. Казакова, H.A. Мониторинг электромагнитных предвестников землетрясений / H.A. Казакова, Б.М. Шинкевич //Вестник МГУ. Серия 3, Физика. Астрономия.- 1998.- №4.- С. 10-13.

194. Bondur, V.G. Monitoring of Ionospheric Precursors of Tsunamigenic Earthquakes Using Satellite Navigation System Data / V.G. Bondur, V.M. Smirnov //31 Int. Symp. on Remote Sensing of Environment.- S-Petersburg, June 20-24 2005.- CD-R.-P.4