Методы обработки сигналов некогерентного рассеяния с учетом эффекта Фарадея тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РГ6 од

У 8 И1ЭП 2000

На правах рукописи

ШПЫНЕВ Борис Геннадьевич

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ НЕКОГЕРЕНТНОГО РАССЕЯНИЯ С УЧЕТОМ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ

01.04.03 - радиофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Иркутск - 2000.

Диссертационная работа выполнена в Институте Солнечно-Земной Физики Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИСЗФ СО РАН)

Научные руководители:

доктор физико-математических наук И.И. Орлов,

кандидат физико-математических наук А.П. Потехин

Официальные оппоненты:

- доктор физико-математических наук профес В.Б. Иванов (Иркутский Госуниверситет)

- кандидат физико-математических наук Н.А. Сутырин (ИСЗФ СО РАН)

Ведущая организация: - Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова /физический факультет/

Защита состоится 2. 3 М С{ р 2000 г. на заседании Диссертационного Совета Д 063.32.03 при Иркутском государственном yin ситете по адресу: 664003, Иркутск, бульвар Гагарина 20.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского

дарственного университета.

Автореферат разослан /апреля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент, к.ф.-м.н.

Б.В.Мангазеев

1. Общая Характеристика Работы.

1.1 Актуальность темы.

Метод некогерентного рассеяния (НР) является наиболее информативным радиофизическим методом исследования ионосферы. Он позволяет измерять в широком интервале высот одновременно большое количество параметров ионосферной плазмы - электронную концентрацию Л^, электронную Те и ионную 7]. температуры, ионный состав, скорость дрейфа Уа плазмы и др. Современные знания о структуре ионосферы и протекающих в ней процессов во многом основаны на экспериментальных данных, полученных радарами НР начиная с 60-х годов. Возможность измерять пространственно-временное распределение широкого набора параметров ионосферной плазмы определяет важную роль радаров НР в современных исследованиях динамики ионосферы и ее взаимосвязи с нейтральной атмосферой, изучении влияния солнечных и геомагнитных возмущений на околоземное космическое пространство. Проведение мониторинга ионосферы имеет большое практическое значение для работы систем радиосвязи, при эксплуатации космических аппаратов и др.

Несмотря на ценность данных, получаемых радарами НР, широкое распространение метода ограничено в связи с большой стоимостью установок и их эксплуатации. В мире насчитывается всего 9 обсерваторий оснащенных радарами НР, причем каждый из радаров индивидуален по своим техническим параметрам и конструктивным особенностям, по направленности- исследований. Большое значение имеет и географическое положение установок НР. Для изучения глобальных широтных зависимостей параметров ионосферы была построена американская широтная цепь радарюв НР: Джикамарка (Перу), Аресибо (Пуэрто-Рико), Миллстон-Хилл (США) и Сандерстрем (Гренландия). Позднее, когда началось активное исследование полярной ионосферы, были построены радары в Скандинавии и на Шпицбергене.

В последние годы большое значение имеют одновременные, координированные измерения всех радаров HP по международной программе Incoherent Scatter Coordinated Observation Day. Наряду с данными других диагностических средств (спутников, ионозондов, сети станций GPS), координированные данные HP составляют основу для изучения глобального распределения и динамики параметров ионосферы в различных геофизических условиях.

В этой связи весьма перспективной была передача в 1993 году Институту Солнечно - Земной Физики Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИСЗФ СО РАН) радиолокационной станции «Днепр», расположенной в 120 км к северо-западу от Иркутска, с целью создания на базе данной PJIC исследовательского радара HP. Географическое положение радара в Иркутске оказалось удачным, поскольку с вводом его в действие заполнился пробел в ионосферных данных по Сибирскому сектору земного шара. Кроме этого радар ИСЗФ дополнил глобальную долготную цепь среднеширотных радаров - Миллстон-Хилл (США), Харьков (Украина), Иркутск (Россия) и Киото (Япония), что позволяет исследовать долготные эффекты в ионосфере и изучать глобальный отклик среднеширотной ионосферы на возмущения в высоких широтах. Возможность использовать PJ1C «Днепр» для измерений методом HP определяется ее основными характеристиками:

Рабочие частоты................................154-162 МГц

Импульсная мощность........................2.5 - 3.2 МВт

Длительность импульсов....................70 - 820 мкс

Частота повторения импульсов... 24.4 Гц

Коэффициент усиления антенны... 38 дБ,

Шумовая температура системы

после модернизации 440° К

Антенна секториальный рупор

Система облучения две волноводно-щелевые атенны

Размер основного лепестка

диаграммы направленности 0.5°(С-Ю), 10°(В-3)

Сектор сканирования за счет

измерения частоты зондирования ± 30° (С-Ю)

Несмотря на хорошие потенциальные возможности, ряд особенностей конструкции РЛС не позволил применить на ней непосредственно те методы измерений, которые обычно используются на специализированных радарах НР. Одна из особенностей - это конструкция антенной системы РЛС, которая возбуждает (и, соответственно, принимает) линейно поляризованное поле. В ионосферной плазме вследствие эффекта Фарадея происходит вращение вектора'поляризации, которое приводит к периодическим замираниям сигнала на входе приемного устройства. На специализированных радарах НР для учета этого эффекта обычно измеряют две ортогональные поляризации, либо излучают и принимают радиоволны с круговой поляризацией. Поэтому для измерения сигналов НР на РЛС «Днепр» потребовалось разработать специальные методы регистрации и обработки сигналов НР для определения параметров ионосферной плазмы.

Другая особенность - аналоговая аппаратура регистрации и обработки сигналов РЛС не были предназначены для проведения измерений методом НР, что потребовало создать современный цифровой комплекс регистрации, контроля и первичной обработки сигналов. Для определения ионосферных параметров потребовалось разработать комплекс алгоритмов и программ вторичной обработки, учитывающий особенности радара ИСЗФ.

1.2. Целыо диссертационной работы является разработка методик исследования ионосферы методом НР на радарах, оснащенных антенной с линейной поляризацией поля.

Основные задачи, которые решались в рамках диссертационной работы: 1. Получение уравнения радиолокации, связывающего спектр и мощность сигнала НР с параметрами ионосферной плазмы для радаров, оснащенных антеннами с линейной поляризацией поля;

2. Разработка методов измерений и первичной цифровой обработки сигналов НР на основе решения полученного уравнения радиолокации;

3. Разработка и экспериментальная проверка метода определения профиля электронной концентрации по вариациям мощности НР сигнала;

4. Разработка и проверка в эксперименте метода определения электронной, ионной температур и скорости дрейфа плазмы по спектрам мощности сигналов НР с учетом фарадеевских замираний.

1.3.Научная новизна

1. Впервые предложен и реализован метод измерения параметров ионосферы на радаре, оборудованном антенной с линейной поляризацией, основанный на одновременном измерении спектров мощности и фарадеевских вариаций мощности сигналов обратного рассеяния.

2. На основе предложенного алгоритма обращения свертки, впервые разработан и реализован метод определения профиля электронной концентрации и отношения температур электронов и ионов по фарадеевским вариациям профиля мощности сигналов НР.

3. Впервые предложен метод определения параметров Те,Т1 и Ул ионосферной плазмы по спектрам мощности сигнала НР с учетом искажения их формы из-за эффекта Фарадея.

4. Впервые для Восточно-Сибирского региона получен ряд ионосферных данных по Те, 7], Ме и Уа методом НР в интервале высот 200-600 км., при разных геофизических условиях, проведен их анализ'и сравнение с международной справочной моделью ПИ-95.

1.4. Практическая и научная значимость работы заключается в том, что: 1. Созданный цифровой программно - аппаратный комплекс регистрации и обработки сигналов, используется в регулярных наблюдениях методом НР, а так-

же в специальных радиолокационных экспериментах. Комплекс используется при решении таких задач, как наблюдение за космическими объектами, в экспериментах по вергикальному зондированию в КВ диапазоне и в других радиофизических системах;

2. В Восточно-Сибирском секторе земного шара впервые получены результаты наблюдений методом НР, которые включены в международную базу данных НР и используются в ионосферных исследованиях; на основе этих данных проведена проверка международной справочной модели ионосферы 1Ш-95 в этом регионе.

1.5. Личный вклад автора. Решение задач, поставленных и'выполненных в диссертации, получено автором лично или при его определяющем участии. Автор лично участвовал в разработке методик и проведении экспериментов, анализе экспериментальных данных. Автор является основным разработчиком программ регистрации и первичной обработки сигналов на радаре НР ИСЗФ. Лично или в соавторстве проведена разработка методов и создание вычислительных программ определения профиля Мс, (И) и алгоритмов расчета Те, 'I], и К, плазмы.

1.6.Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на рабочей группе по НР \JRSI в Харькове 1995 г., на Международной конференции "Физика ионосферы и атмосферы Земли, посвященная 50-летию ионосферных наблюдений в Иркутске 16-18 июля 1998, на семинаре обсерватории Миллстон-Хилл (США) 1997г., на генеральной ассамблее 1Ж81 в Торонто (Канада) 1999 г., на XIX Всероссийской конференции по распространению радиоволн, Казань, 1999, на семинарах отдела распространения радиоволн ИСЗФ. По основным результатам диссертации опубликовано 11 работ. Работа по теме

диссертации выполнялась в рамках основной бюджетной темы Отдела Распространения Радиоволн ИСЗФ, при финансовой поддержке Министерства науки и технологий России на установке "Радар некогерентного рассеяния", per. №0128., а также при поддержке американского фонда US Civilian Research & Development Foundation (CRDF) (грант RG1 -199).

1.7. Основные положения, выносимые на защиту

1. Комплекс алгоритмов и программ обработки сигналов некогерентного рассеяния позволяющий реализовать измерения методом HP на радарах, оснащенных антенной с линейной поляризацией поля.

2. Методы регистрации и обработки высотного профиля мощности линейно поляризованного сигнала HP, позволяющие определять абсолютные значения высотного распределения Ne и отношение Те И\.

3. Метод и алгоритм обработки высотного распределения спектральной плотности сигналов HP, позволяющие учитывать эффект Фарадея и определять Те, Т, и Vd ионосферной плазмы на радарах, оснащенных антенной с линейной поляризацией поля.

4. Результаты исследований отклика среднеширотной ионосферы в периоды солнечного затмения 9 марта 1997г. и мощной геомагнитной бури 25 сентября 1998г.

1.8. Структура и объем работы.

Структурно диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

2. Содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулируются цели работы, научная новизна, практическая значимость, защищаемые положения, сведения об апробации работы и ее краткое содержание.

В Главе 1 на основе статистической теории рассеяния электромагнитных волн на слабых флуктуациях диэлектрической проницаемости плазмы получено уравнение радиолокации метода НР, учитывающее эффект Фарадея. Это позволяет применять метод НР на радарах оснащенных антенной с линейной поляризацией. Для спектральной плотности сигпатов НР уравнение имеет вид:

вг

Я(ю,т) = Л|~со5:(«(7:))|^р(г,у)^(т,г,со-у) (1)

где А =Р(}/к1, Р - импульсная.мощность излучения, С- коэффициент усиления антенны, к0 - волновой вектор, со - частота, с - скорость света, г - радиус вектор, = угол поворота плоскости поляризации волны, р(г,со)-

спектральная плотность флуктуации электронной концентрации плазмы, на которых происходит рассеяние, IV- функция неопределенности, имеющая вид:

(2л) с с

а - комплексная огибающая Излученного .импульса, О(т)- стробирующая функция (окно) спектральной обработки, т - задержка данного окна от начала зондирующего импульса.

Уравнение радиолокации для мощности сигнала НР с заданной дальности получено интегрированием 5(и,т) по частоте. При интегрировании учтено, что сечение рассеяния единицы объема плазмы представляется в виде

Ро (г) = лг„2-^^-, (3)

где г,- классический радиус электрона, и го, что О(т) в этих измерениях является 5- функцией. При этом для мощности сигнала НР имеем

Р(1) = (Р(Г)

г

а( т--)

с

¿г, (4)

где Р(г)=пг^А ,

Ме(г) С052(Р(>)) г2(\+Те(г)/Т,(г))'

Искомые параметры ионосферной плазмы Л^,, Те, 7] и У^, определяющие плотность флуктуаций р(?,со), можно найти из выражения (1). При измерении 5(со,т) необходимо, чтобы спектр зондирующего импульса был значительно уже спектра р(?,<э). Так как ширина спектра р(?,<а) при длине волны Х~2м составляет ~4-6кГц, то выбирается длительность импульса ~1милисекунда.

Величина соз2(0(г)) в (1) экспериментально определяется из дополнительных измерений мощности на основе решения уравнения (4) относительно Р(г). В этих измерениях используется более короткий импульс для обеспечения необходимого пространственного разрешения. После решения уравнения (4) (т.е. обращения свертки с зондирующим импульсом) уравнение (1) принимает вид

5(со,т) = -^¡¿гР(х)(\ + Т (г)1Т, (г))\(Ь ^Дпт,г, <о - V) (5) где £ = "*™"ры отношение коэффициентов усиления двух каналов измерений.

профиль '

Так как для получения необходимого частотного разрешения в (1) необходим длинный импульс, а для получения необходимого пространственного раз-решения.в (4) при измерении мощности нужны, более короткие импульсы, то в эксперименте требуется проводить два типа измерений длинным и коротким импульсами. Поскольку параметры ионосферы меняются достаточно быстро, то два данных типа измерений проводятся одновременно. При реализации этого проводятся измерения спектров мощности импульсом ~750мкс., а для измерения мощности используется короткий импульс 70-200мкс., длительность кото-

poro изменяется в эксперименте в зависимости от ионосферных условий. Чем выше электронная концентрация, тем короче длительность импульса.

Для иллюстрации экспериментальных данных, обычно измеряемых на радаре ИСЗФ, приведем типичные примеры спектров (рис. 1) и высотных профилей мощности (рис. 2).

40.00

S(co) /

/

March 08 1999 21.00 LT roF2=6 0 MHz

со(кГц)

-2 О

Рис. 1

Рис.2 •

Таким образом, в главе 1 сформулированы теоретические основы методов определения параметров ионосферы и Уа по экспериментальным данным радара НР на основе уравнений (4-5), обоснована методика проведения экспериментальных наблюдений. Уравнения (4-5) являются основой методов вторичной обработки данных изложенных в последующих главах.

В главе 2 излагаются методики регистрации и первичной обработки сигналов НР, позволяющие на основе простейших зондирующих импульсов эффективно использовать потенциал радара, проводить весь комплекс регулярных измерений и проводить специальные исследования на основе измерения реализаций сигнала НР. В основу методик положено представление сигнала через низкочастотные квадратурные компоненты.

Преимущества регистрации квадратурных компонент сигнала состоят в том, что с их помощью описывается полная форма сигнала. Регистрация полной формы сигнала дает возможности детального исследования такого эффекта, как когерентное эхо, исключения влияния отражений от космических объектов на сигнал НР и исследование самих этих объектов. Методика регистрации может

быть легко изменена программным путем для реализации новых типов измерений.

Для реализации методики регистрации и первичной обработки сигналов создан программно-аппаратный комплекс, основу которого составляют компьютеры типа ШМ-РС, сигнальный процессор СП-30 с быстродействием 33 млн. операций с плавающей запятой в сек., и, разработанный в отделе распространения радиоволн ИСЗФ, регистрирующий комплекс. Комплекс включает в себя анапогово-цифровые преобразователи АЦП для двух частотных каналов, формирователь зондирующих импульсов, систему контроля и управления приемниками и АЦП.

Для проведения регулярных измерений, осуществления текущего контроля и отображения хода измерений автором разработан комплекс программ первичной обработки, написанный на языках Pascal и Assembler. Расчет в реальном времени спектров мощности, требующий больших вычислительных ресурсов, проводится сигнальным процессором, профиль мощности рассчитывается одной из ШМ-РС. Регистрация сигналов ведется на промежуточной частоте 128кГц. Частота снятия отсчетов 512кГц позволяет реализовать эффективный алгоритм регистрации квадратурных компонент сигнала.

В главе 3 изложен метод определения профиля электронной концентрации на основе уравнения (4).

Для численного решения уравнения (4) разработан специальный алгоритм обращения свертки, в котором существенным образом используется прямо-угольность ядра - зондирующего импульса. Алгоритм основан на том свойстве, что свертка двух прямоугольных функций дает трапецию и, если приблизить некоторую функцию суммой прямоугольников, то после свертки получим соответствующую сумму трапеций.

Действуя в обратном порядке - приближая функцию, свернутую с прямоугольным ядром суммой трапеций, и заменяя трапеции соответствующей суммой прямоугольников, получим приближенное решение задачи обращения свертки с прямоугольным ядром. Данный метод дает хорошие результаты, когда длительность ядра меньше 0.6 длительности характерных вариаций профиля мощности. Такие соотношения мы стараемся обеспечить в эксперименте.

Поскольку угол поворота плоскости поляризации радиоволны в плазме име-

г хг / \ . собсх 0

ет зависимость и{г) - у I где у =--е - заряд электрона, В0-

д 2ес

напряженность магнитного поля Земли, а- угол между вектором магнитного поля и волновым вектором, те - масса электрона, е0- диэлектрическая постоянная, то, определив Р(г), решая уравнения свертки (4), уравнение радиолокации заменой переменных

у аг

сводится к дифференциальному уравнению с разделяющимися переменными, которое после интегрирования дает:

2

где А0 = Ащ212у. Специфические свойства правой части уравнения (7) позволяют проводить абсолютную калибровку измерений, поскольку константа \ может быть определена на основе того факта, что прирост интеграла в (7) между двумя соседними минимумами профиля мощности равен л. То есть метод позволяет определять абсолютные значения электронной концентрации без внешней дополнительной калибровки. При практическом применении, величина константы Л^ находится в ночное время, когда отношение Т. / 7) = 1.

При обработке серии экспериментальных данных, когда константа А0 определена, уравнение (7) позволяет проводить еще один тип измерений. Существующее реально в ионосфере медленное изменение отношения Те !Т( между двумя соседними минимумами профиля мощности, позволяет считать Т€ П1 постоянным на каждом таком интервале. Решая (7) отдельно для каждого интервала, получим ТС1 Т( как отношение кА0 и соответствующего интеграла от мощности. Полученное таким способом отношение ТС!Т1 является весьма ценной дополнительной информацией при обработке спектров мощности.

Пример расчета электронной концентрации на основе уравнения (7) и специального алгоритма обращения свертки показан на рисунке 3.

Сплошная тонкая линия (рис. 3) соответствует измеренному профилю мощности, минимумы и максимумы профиля соответствуют ортогональности и

Работа алгоритмов исключения свертки и восстановления И(Ь)

Исходный профиль мощности После обращения свертки ♦г2 Восстановленный профиль N1^)

параллельности векторов поляризации волны и антенны. Пунктирная линия со-

ответствует подынтегральному выражению в (7) (проведено обращение свертки, учтен фактор г2 и полученное ранее отношение Те/Т)). Жирная линия соответствует восстановленному профилю концентрации.

В Главе 4 рассматривается метод определения параметров ионосферной плазмы на основе уравнения (5). Проводится анализ искажений спектров мощности вследствие эффекта Фарадея. Показано, что данные искажения весьма существенны и сильно влияют на форму спектрального весового объема (СВО), формирующего рассеянный сигнал. Результирующий спектр мощности является сверткой истинного спектра со стробирующей функцией, являющейся интегралом по дальности от СВО и имеющей вид

^(со,т) = |Щсо,г,т)Р(/-)а + 7Дг)/Г,(/■))<//•, ' На рисунках 4 и 5 представлены спектральные весовые объемы, соответствующие разному относительному положению профиля фарадеевских вариаций. Из рисунков видно как влияет положение профиля на результирующий СВО. На рисунке 4 максимум вариации профиля совпадает с центром функции неопределенности IV. Это приводит к сужению СВО как по частоте, так и по дальности. На рисунке 5 минимум вариации профиля совпадает с центром функции неопределенности IV, что приводит к уширению СВО по частоте и по дальности. Влияние данных весовых функций на один и тот же теоретический спектр, рассчитанный для Те = 3000,7] = 1 ООО, демонстрируется рисунками 6 и 7.

Как видно из рисунков, спектры после свертки с ^(со,т) отличаются достаточно сильно друг от друга. Еще более сильно спектры отличаются от теоретического, то есть, искажающий эффект за счет стробирования и конечной длительности зондирующего импульса достаточно велик. Так как расстояние между минимумами и максимумами Р(г) обычно составляет 30-100км, спектры на близких высотах могут существенно отличаться, поэтому не учет этого типа ис-

кажений может привести к большим ошибкам, или вообще к неверным результатам.

Рис 4 Весовой объем при совпадении максимума Р(г) с максимумом

Рис 5 Весовой объем при совпадении минимума Р(г) с максимумом Щсо,г,т).

Частота кГц

Рис. 6. Результат свертки теоретического спектра со стробирующей функцией, соответствующей рисунку 4.

Частота кГц

Рис. 7. Результат свертки теоретического спектра со стробирующей функцией соответствующей рисунку 5.

Например, если для спектров (рис. 6,7) не учитывать форму профиля мощности, то в результате обработки получится для спектра (рис. 7) Т€ = 3250,7; =950, а для спектра (рис. 8) Те =2150,7) = 1450.

Сильное влияние данных искажений на форму спектров НР требует их тщательного учета, и именно поэтому в эксперименте необходимо проводить одновременное измерение спектров и профилей мощности, форма которых может меняться очень динамично при быстрых изменениях концентрации. Для учета формы функции неопределенности IV в эксперименте проводится измерение реальной формы зондирующего импульса.

Для определения параметров ионосферы Т., 1] и Ус, используется известная теоретическая модель спектра флуктуации плазмы р(г,<о), в которую данные величины входят как параметры. Модельный спектр рассеянного сигнала рассчитывается по модельному спектру р(г,ю), экспериментально определенному Р(г) и рассчитанной по реальным формам импульса и строба функции неопределенности IV.

Далее модельные спектры при разных значениях Те, ^ и У1] сравниваются с экспериментальным спектром до получения наилучшего соответствия методом наименьших квадратов. Такой тип задач относится к классу некорректных обратных задач и называется фитированием (подгонкой) экспериментального спектра на множестве модельных спектров рассчитанных согласно (5). Математически - это задача поиска глобального минимума функционала:

N

шт ФО..-Г2-Л,)=£(Я(а>,) - $(«>„.*, ))2 (8)

лей" 1=1

где 5 - экспериментальный спектр, 5 - модельный спектр, хк - набор параметров, по которым проводится минимизация, со,- - сетка частот, N - число отсчетов в спектре.

На практике часто возникает неопределенность в решении данной задачи, когда спектры с разными значениями Те и 7] (рис. 8) имеют практически одинаковую форму. Для устранения этой неопределенности предложено использовать данные об отношении {Те / Т^рго^-, полученные при обработке профилей мощности. Для этого к функционалу (8) добавляется малая величина 8 = х-аЬ*{Те/7) ~(Те/7))^), где х - малая константа, специально подобранная так, чтобы алгоритм поиска решения не попадал в области, где отношение температур сильно отличается от (Те / 7) )/1ГОу .

Рис. 8 Примеры спектров с разными Ге /7], но близкие по форме.

Для ускорения решения задачи минимизации, разработан специальный быстродействующий алгоритм спуска (поиска глобального минимума функционала (8)). Алгоритм основан на использовании равномерной сетки значений функционала и движении в заданных дискретных направлениях, что позволяет минимизировать количество вычислений функционала на каждом шаге. Показано, что сетка является оптимальной в случае, когда ее узлы являются верши-

нами симплекса размерности N, где N число переменных, одновременно определяемых при минимизации.

Разработанные методы и алгоритмы обработки экспериментальных спектров и профилей мощности были апробированы на большом массиве данных и используются в регулярных наблюдениях и специальных экспериментах.

Для проверки работоспособности разработанных методик обработки данных НР, проведено сравнение полученных экспериментальных данных по Л1, (Л), 7](А) и Те(И)с международной справочной моделью ПИ-95 и данными радара Миллстон-Хилл. Получено достаточно хорошее качественное и количественное согласие эксперимента и модели Ш1-95. Однако существует зимний предвос-ходный максимум , который не описывается моделью, но наблюдается в Иркутске и другими радарами НР. Сравнение суточных ходов Те{И) в Иркутске и Миллстон-Хилле обнаружило различие, которое объясняется существованием долготных особенностей среднещиротной ионосферы и требует их дальнейшего изучения.

В качестве демонстрации исследовательских возможностей Иркутского радара НР, в диссертации приведены результаты анализа поведения параметров ионосферы в периоды сильных возмущений. . Во время солнечного затмения 9 марта 1997 года, необычного в связи с низким расположением Солнца над горизонтом, определены характерные времена реакции параметров ионосферы на резкое изменение мощности источника ионизации. Исследованы вариации А/,(й), 1](к) и ГДй) среднеширотной ионосферы во время мощной геомагнитной бури 25 сентября 1998 года с индексом геомагнитной активности К = 9. Обнаружены мощные когерентные отражения (радио аврора), характерные для полярных широт, но являющиеся редким явлением в средних широтах.

Заключение.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

1. На основе проведенных исследований разработан и внедрен метод одновременного измерения высотного распределения мощности и спектральной плотности НР сигнала, позволяющий определять параметры ионосферной плазмы (, Те, Т: и Ул) на радаре, оснащенном антенной с линейной поляризацией.

2. На основе учета специфики уравнения радиолокации и специального алгоритма обращения свертки создан оригинальный метод определения абсолютного значения электронной концентрации и отношения Те1Т,, по измерению вариаций профиля мощности на радаре такого типа.

3. Разработанные методы и алгоритмы обработки высотного распределения спектральной плотности сигналов НР, учитывающие формы зондирующего импульса, временного окна (строба) спектральной обработки и профиля вариаций мощности, позволили учесть эффект Фарадея и определять Те, 7]., и Ул ионосферной плазмы на радаре данного типа.

4. На основе предложенных методов измерения и обработки сигналов НР, для Восточной Сибири экспериментально получены и исследованы параметры Те, 7] , и Уё ионосферы методом НР в интервале высот 200-600 км., при разных геофизических условиях, проведен их анализ и сравнение с международной справочной моделью 1Ы-95.

5. Создан комплекс регистрирующей аппаратуры, алгоритмов и программ первичной и вторичной обработки сигналов, позволяющий проводить регулярные и специальные исследования методом НР. Комплекс позволяет решать такие задачи как наблюдение за космическими объектами, измерение когерентных эхо, сигналов вертикального зондирования в КВ диапазоне, и может применяться в других измерениях.

3. Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Шпынев Б.Г. Методика регистрации и обработки спектров мощности сигналов некогерентного рассеяния на радаре HP ИСЗФ. II Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца, РАН СО, Вып. 109 , 1998, с. 107113.

2. Воронов A.JL, Шпынев Б.Г. Исключение свертки экспериментального профиля мощности сигнала HP с зондирующим импульсом // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца., Новосибирск, «Наука», 1998, Вып. 109, с. 77-81.

3. Voronov, A.L. and Shpynev B.G., Excluding of convolution with sounding impulse in experimental Incoherent Scatter power profile, // Proc. of SPIE , 1998, Vol 3583 pp. 414-418.

4. Berngardt O.I., Kuikin V.I., Potekhin A.P., Tashilin A.V. and Shpynev B.G. Comparison of the data from the Irkutsk incoherent scatter radar with international ionospheric model IRI-95, // Proc. of International Reference Ionosphere Workshop (IRI'99) University of Massachusetts Lowel 9-12 August 1999.

5. Бернгард О.И., Заворин А.В., Заруднев .В.Е., Медведев А.В., Шпынев Б.Г. Комплексная цифровая обработка при измерении спектров некогерентного рассеяния // Информационные технологии и радиосети - 96: Первая международная научно-практическая конференция: Материалы конференции. Омск: ОмГУ, 1996. С.44.

6. Абрамов В.Г., Воронов Е.В., Заворин А.В., Климов А.Н., Медведев А.В., Потехин А.П., Сергеева Л.П. Шпынев Б.Г. Щепкин JI.A. Исследования ионосферы с помощью высокопотенциальной радиолокационной станции, // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Новосибирск, «Наука», 1993, Вып. 100, с. 124-140.

7. Ратовский К.Г., Медведев A.B., Засенко В.Е., Орлов А.И., Шпынев Б.Г.. Методика определения четырех независимых параметров ионосферного радиоканала на основе анализа полной формы сигнала // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. Новосибирск, «Наука», 1997, Вып. 107

8 Абрамов В.Г., Жеребцов Г.А., Заворин A.M., Заруднев В.Е., Медведев A.B., Орлов И.И., Потехин А.П., Шпынев Б.Г. Радар некогерентного рассеяния ИСЗФ СО РАН, //Материалы региональной научной конференции, посвященной 100-летаю изобретения радио Иркутск, 1995. С.16-20.

9. Жеребцов Г.А., Медведев A.B., Потехин А.П., Шпынев Б.Г. Эффекты в ионосфере во время солнечного затмения 9 марта 1997 г. по данным наблюдений на иркутском радаре некогерентного рассеяния // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца.- 1998,- Вьт.109.

10. Шпынев Б.Г. Методика регистрации и обработки спектров мощности радиосигналов некогерентного рассеяния на радаре HP ИСЗФ //Тезисы докладов Международной конференции "Физика ионосферы и атмосферы Земли, посвященная 50-летию ионосферных наблюдений в Иркутске 16-18 июля 1998, Иркутск, 1998, с. 144-145.

11. Бернгардт О.И, Жеребцов Г.А., Заруднев В.Е., Куркин В.И., Орлов И.И., Потехин А.П., Шпынев Б.Г., Исследования ионосферы на иркутском радаре некогерентного рассеяния во время бури 25 сентября 1998 г, //Материалы XIX Всероссийской конференции по распространению радиоволн, Казань, 1999.

Введение

Глава 1. НАБЛЮДЕНИЕ НЕКОГЕРЕНТНОГО РАССЕЯНИЯ С ПОМОЩЬЮ МОЩНЫХ РАДИОЛОКАТОРОВ.

1.1 Теоретические основы метода НР.

1.2 Основное выражение для спектра мощности НР сигнала.

1.3 Радар НР ИСЗФ.

1.4 Радиолокационное уравнение для спектральных измерений методом НР с учетом эффекта Фарадея.

1.5 Обоснование методики измерений на радаре НР ИСЗФ.

1.5.1 Что измерять - спектр или корреляционную функцию?

Выводы.

ГЛАВА 2. РЕГИСТРАЦИЯ И ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ.

2.1 Требования к цифровому комплексу регистрации и первичной обработки сигналов.

2.2. Цифровая регистрация и обработка сигналов.

2.3. Состав и работа цифрового комплекса регистрации и первичной обработки сигналов НР.

2.4. Влияние источников шума на измерение сигнала НР.

2.5 Регистрация реализаций сигнала НР.

Выводы.

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПО ИЗМЕРЕННОМУ

ПРОФИЛЮ МОЩНОСТИ НР СИГНАЛА. •

3.1 Постановка задачи.

3.2. Практика определения Ые(г) по данным НР.:

3.3 Использование профиля мощности для определения профиля

N. (Л) •

3.4 Алгоритм обращения свертки профиля мощности с зондирующим импульсом

3.4.1 Тестирование

3.5 Методика определения профиля электронной концентрации.

3.6 Оценка соотношения Г /Г по измеренному профилю мощности.

3.7. Практическая реализация алгоритма определения Ые(г).

3.8 Анализ точности определения Л^(/г).

3.9 Определение электронной концентрации на больших высотах.

3.10 Примеры обработки экспериментальных данных.

3.11 Выводы.

ГЛАВА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ Г (/?), ИОННОЙ

Т (И) ТЕМПЕРАТУР И СКОРОСТИ ДРЕЙФА ¥а(И) ПЛАЗМЫ

ПО ДАННЫМ РАДАРА НР ИСЗФ.

4.1 Постановка задачи

Среди радиофизических методов исследования ионосферы, одним из наиболее информативных в последние десятилетия является метод некогерентного рассеяния (НР) радиоволн. В данном методе используются мощные УКВ или СВЧ радиолокаторы, для получения информации о вертикальной структуре ионосферы и ее динамике. Метод НР позволяет получать информацию о распределении таких параметров ионосферной плазмы, как электронная концентрация Ме, электронная Те и ионная 7] температуры, ионный состав, скорость дрейфа Ус/ плазмы и др. Современные исследования структуры ионосферы, и протекающих в ней процессов во многом основаны на большом ряде данных, полученных радарами НР начиная с начала 60-х годов. Большое количество параметров плазмы одновременно измеряемых на большом интервале высот, делает данные радаров НР весьма ценными в исследовании ионосферы, в изучении связей ионосферы и нейтральной атмосферы, при исследовании влияния солнечных вспышек и магнитных возмущений на околоземное космическое пространство.

Хотя со времени проведения первых экспериментов [2] в 1958 году метод НР значительно продвинулся в техническом, теоретическом и методологическом аспектах, его широкое распространение ограничено высокой стоимостью радаров НР и их эксплуатации. По этой причине, режим работы таких установок 6 и строительство каждого нового радара НР должны быть хорошо обоснованными как с научной, так и с экономической позиций. В настоящее время в мире насчитывается девять обсерваторий оснащенных радарами НР, характеристики которых приведены в таблице 1. Поскольку существующие радары ЕР строились в разное время, для разных задач и на разной элементной базе, каждый из радаров является уникальным инструментом по местоположению, по типу конструкции и по используемому частотному диапазону. По этой причине научные группы, проводящие исследования на каждом из радаров, используют разные методы измерений, учитывая конкретную специфику инструментов.

На заре развития метода некогерентного рассеяния радары НР создавались для изучения как локальных, так и глобальных характеристик ионосферы Земли и до недавнего времени составляли две группы. Первая группа - меридиональная цепь радаров, финансируемая США, с помощью которой исследованы широтные зависимости параметров ионосферной плазмы. В нее входят радары: Джикамарка (Перу), Аресибо (Пуэрто-Рико), Миллстон-Хилл (США) и Сондерстрем (Гренландия). Вторую группу составляют высокоширотные радары НР - трехпозиционная установка Е18САТ (Швеция, Норвегия, Финляндия), Сондерстрем (Гренландия) и Свалбард (о. Шпицберген), предназначенные для исследований процессов в высокоширотной ионосфере и ее взаимодействия с магнитосферой. 7

Таблица 1. Действующие Радары НР.

Рабочая Импульс

Местополо Принадлеж Антенная система частота ная мощжение рада- ность Мгц ность ра МВт

Джикамар ка Перу США Синфазная решетка 290м*290м 50 4

Аресибо, США Сфероид 300м, подвиж- 430 2.5

Пуэрто-Рико ный облучатель

Миллстон- США 1. Зенитный параболоид 440 3

Хилл США 68м 2 Полноповор. Параболоид 32м 440 3

Сондерстре США Полноповоротный парабо- 1300 5 м Грен- лоид 32м ландия

Е18САТ, Сев. Скандинавия Европейс кий Союз 1. Управляемый параболический цилиндр 120м*40м (Тромсе,) 2. Полноповоротный параболоид 32м (Тромсе) 3. Две приемные антенны (Кируна, и Сондакюля) 224 931 5 2

Свалбард о. Шпиц- Европейск ий Союз Полноповоротный параболоид 32м 500 2 берген

Харьков ИИ АН Украина 1. Зенитный параболоид 100м 150 150 3 6

Украина 2. Полнопов. параболоид 46м

Ми радар, Киото, Япония Синфазная решетка 103 м 46.5 1

Япония

Иркутск ИСЗФ Рос- Россия Секториальный рупор, облучаемый двумя волно- 158 2.8 сия водно-щелевыми антеннами 8

В связи с активным изучением в последние годы глобального характера взаимодействий системы Солнце-Земля и созданием глобальных справочных моделей ионосферы и нижней атмосферы, особую актуальность получили одновременные, координированные измерения всех радаров НР, находящихся в разных точках земного шара. Наряду с данными спутниковых экспериментов, позволяющих на основе современных томографических методов [73] получить глобальную картину вариаций параметров ионосферы, активно развивающихся методов обработки данных сети станций ОРБ [74], данных сети ионозондов, координированные данные НР составляют основу для изучения глобального распределения и динамики параметров ионосферы в различных геофизических условиях.

В этой связи весьма перспективной была передача в 1993 году Институту Солнечно - Земной Физики Сибирского Отделения Российской Академии Наук (ИСЗФ СО РАН) радиолокационной станции «Днепр», расположенной в 120 км к северо-западу от Иркутска, с целью создания на базе данной РЛС исследовательского радара НР. Географическое положение радара в Иркутске оказалось удачным, поскольку заполнился большой пробел в данных НР по ВосточноСибирскому региону, и одновременно, с вводом его в эксплуатацию образовалась долготная цепь среднеширотных радаров - Миллстон-Хилл (США), Харьков (Украина), Иркутск (Россия) и Киото (Япония), которая приблизительно равномерно охватывает район 40-50 широт северного полушария. Координиро9 ванные наблюдения такой цепи радаров дают возможность исследовать долготные эффекты в ионосфере и глобальную картину отклика среднеширотной ионосферы на возмущения в высоких широтах.

Таким образом, преобразование РЛС «Днепр» в исследовательский радар ЕР явилось актуальной задачей как с точки зрения исследования региональных особенностей ионосферы в Восточной Сибири, так и для изучения долготных эффектов в среднеширотной ионосфере на основе кооперации с другими радарами НР. Как видно из таблицы 1, технические параметры радара в Иркутске (например импульсная мощность) не уступают другим системам, то есть потенциальные возможности данной РЛС соответствуют требованиям метода НР.

Однако ряд особенностей РЛС не позволил применить на ней непосредственно методы измерений, обычно используемые на других радарах НР. Одна из особенностей - это конструкция антенной системы радара. Антенны данного типа могут излучать только линейно поляризованную радиоволну и принимать также только одну линейную поляризацию поля. Будем для краткости называть такие антенны и радары «линейно поляризованными», понимая под этим возможность, работать только с одной поляризацией на передачу и прием.

Вследствие линейной поляризации антенны, вращение плоскости поляризации волны в ионосферной плазме из-за эффекта Фарадея приводит к тому, что на входе приемного устройства происходят периодические замирания сигнала, когда поляризации волны и антенны ортогональны. На специализированных

10 радарах НР для учета этого эффекта обычно используют две ортогональные антенны, либо излучают и принимают радиоволны с круговой поляризацией. Наличие на РЛС «Днепр» линейно поляризованной антенны потребовало модификации методик изменений, развития методов первичной и вторичной обработки данных для решения задачи определения параметров ионосферной плазмы методом НР.

Другая особенность РЛС «Днепр» - неприспособленность отдельных блоков приемной и регистрирующей аппаратуры для проведения измерений методом НР, что также необходимо было учесть при проведении модернизации. Для реализации новых методик измерений потребовалось разработать и создать современный цифровой комплекс регистрации, контроля и первичной обработки сигналов, а также создать комплекс алгоритмов и программ вторичной обработки позволяющих определять параметры ионосферы по экспериментальным данным радара НР.

Исходя из этого, настоящая диссертационная работа была направлена на развитие теории, и практики применения метода НР на радарах, оснащенных антенной с линейной поляризацией поля, на развитие методов первичной и вторичной обработки сигналов НР, с целью получения ионосферных данных на радарах такого типа.

Основное содержание диссертационной работы составляют:

11

Разработка метода измерений сигналов НР на радаре, оснащенном «линейно поляризованной» антенной;

2.Разработка метода цифровой регистрации и первичной обработки сигналов в рамках выбранного метода измерений; создание комплекса регистрации и первичной обработки сигналов НР,

3 .Решение задачи восстановления профиля электронной концентрации по экспериментально измеренному профилю фарадеевских вариаций мощности;

4.Разработка и экспериментальная проверка метода определения электронной и ионной температур и скорости дрейфа плазмы на основе комплексного учета измеряемых спектров и профилей мощности;

5, Исследование возможностей разработанных методик на основе анализа результатов экспериментов в различных геофизических условиях.

Научная новизна

1. Впервые предложен и реализован метод измерения параметров ионосферы для радара с одной линейной поляризацией, основанный на одновременном измерении спектров мощности и фарадеевских вариаций мощности сигналов некогерентного рассеяния.

2. На основе предложенного алгоритма обращения свертки, впервые разработан и реализован метод определения профиля электронной концентрации и

12 отношения температур электронов и ионов по фарадеевским вариациям профиля мощности.

3. Впервые предложен метод определения параметров Те, 7] и Ул ионосферной плазмы по спектрам сигнала НР с учетом искажения их формы из-за эффекта Фарадея.

4. Впервые для Восточно-Сибирского региона получен ряд ионосферных данных по Те, 1), Ие и Ус1 методом НР в интервале высот 200-600 км., при разных геофизических условиях, проведен их анализ и сравнение с международной справочной моделью ионосферы ШЛ-95.

Практическая и научная значимость работы заключается в том, что:

1.Созданный цифровой программно - аппаратный комплекс регистрации и обработки сигналов, используется в регулярных наблюдениях методом НР, а также в специальных радиолокационных экспериментах. Комплекс используется при решении таких задач, как наблюдение за космическими объектами, в экспериментах по вертикальному зондированию в КВ диапазоне и в других радиофизических системах;

2. Разработанный комплекс алгоритмов и программ вторичной обработки, позволяет проводить определение параметров ионосферной плазмы в диапазоне высот 200-600 км., и также используется в регулярных и специальных экспериментах;

3. Для Восточно-Сибирского сектора земного шара впервые получены результаты наблюдений методом НР, которые помещены в международную базу данных НР и используются в ионосферных исследованиях; на основе этих дан

13 ных проведена проверка репрезентативности международной справочной модели ионосферы IRI-95 в Восточно-Сибирском регионе.

Личный вклад автора:

Решение задач, поставленных и выполненных в диссертации, получено автором лично или при его определяющем участии. Автор лично участвовал в организации и проведении экспериментов, анализе экспериментальных данных. Автор является основным разработчиком программ регистрации и первичной обработки данных на радаре HP ИСЗФ. Лично или в соавторстве проведена разработка методов и создание программ определения профиля Ne(h) и алгоритмов расчета Те, Г., и Vd плазмы.

1.6.Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на рабочей группе по HP URSI в Харькове 1995 г., на Международной конференции "Физика ионосферы и атмосферы Земли, посвященная 50-летию ионосферных наблюдений в Иркутске 16-18 июля 1998, на семинаре обсерватории Миллстон-Хилл (США) 1997г., на генеральной ассамблее URSI в Торонто (Канада) 1999 г., на XIX Всероссийской конференции по распространению радиоволн, Казань, 1999, на семинарах отдела распространения радиоволн ИСЗФ. По основным результатам диссертации опубликовано 11 работ. Работа по теме диссертации выполнялась в рамках основной бюджетной темы Отдела Распространения Радиоволн ИСЗФ, при финансовой поддержке Министерства науки и технологий России на установке "Радар некогерентного рассеяния", per. № 0128., а также при поддержке американского фонда US Civilian Research & Development Foundation (CRDF) (грант RG1-199).

1.7. Основные положения, выносимые на защиту:

14

1. Комплекс алгоритмов и программ обработки сигналов некогерентного рассеяния позволяющий реализовать измерения методом НР на радарах, оснащенных антенной с линейной поляризацией поля;

2. Методы регистрации и обработки высотного профиля мощности линейно поляризованного сигнала НР, позволяющие определять абсолютные значения высотного распределения и отношение Те / Т{.

3. Метод и алгоритм обработки высотного распределения спектральной плотности сигналов НР, позволяющие учитывать эффект Фарадея и определять Те, 7], и Ус1 ионосферной плазмы на радарах, оснащенных антенной с линейной поляризацией.

4. Результаты исследований отклика среднеширотной ионосферы в периоды солнечного затмения 9 марта 1997г. и мощной геомагнитной бури 25 сентября 1998г.

Структурно диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

1. На основе проведенных теоретических, методологических и экспериментальных исследований, для радара НР ИСЗФ, имеющего линейно поляризованную антенну, разработаны и внедрены методики регистрации, первичной и вторичной обработки, позволяющие проводить измерения ионосферных параметров Те, 7), Ые и Уа методом некогерентного рассеяния радиоволн.

136

2. Создан оригинальный метод определения электронной концентрации по измерению вариаций профиля мощности на линейно поляризованной антенне. Метод является независимым и не требует дополнительной калибровки. Применение метода позволяет также получать независимые оценки отношения Те!Т^ что делает более точной вторичную обработку спектров мощности.

3. Исследование искажений спектров мощности сигналов НР позволило создать методику определения параметров плазмы на основе комплексного учета всех факторов, влияющих на процесс рассеяния и распространения сигналов.

4. Созданные в рамках работы численные методы обращения свертки сигнала с прямоугольным ядром, и метод дискретных направлений для поиска глобального минимума нелинейного функционала невязки имеют большое практическое значение, и хорошо зарекомендовали себя при решении поставленных задач.

5. Сравнение результатов обработки экспериментальных данных с моделью Ж1-95 и данными других радаров подтверждает работоспособность применяемых методик и ставит новый круг вопросов по исследованию локальных особенностей ионосферы в Восточно-Сибирском секторе земного шара и крупномасштабных долготных эффектов в среднеширотной ионосфере.

137

Заключение.

1. Gordon W.E. 1.coherent scattering of radio waves by free electrons with applecations to space exploration by radar, Proc. IRE, 1958, vol. 46, No.l 1, pp. 1824-1829.

2. Bowles K.L. Observations of vertical incidence scatter from the ionosphere at 41 Mc/sec, Physical Review, 1958, vol.1, No. 12, pp. 454-455.

3. Fejer J. Scattering of radio waves by an ionized gas in thermal equilibrium, Can. J. Phys., I960, vol.38, pp 1114-1133.

4. Salpeteer E.E. Electron density fluctuations in plasma, Physical Review, 1960, vol.120, pp. 1528-1535.

5. Renau J., Scattering of electromagnetic waves from a nondegenerate ionized gas, J. Geophys. Res., 65, 1620-1621, 1960.

6. Dougherty J.P., Farley D.T., Atheory of incoherent scatter of radio waves by a plasma, Proc. Roy. Soc., London, 1960, vol.A259, pp. 79-99.

7. Fejer J. Scattering of radio waves by an ionized gas in thermal equilibrium in the presence of uniform magnetic field, Can. J. Phys., 1961, vol.39, pp 716-740.

8. Hagfors T. Density fluctuation in a plasma in magnetic field with application to the ionosphere, J. Geophys. Res., 1961, vol. 56, pp. 1699-1712.

9. Rosenbluth M.N., Rostoker N. Scattering of electromagnetic waves by a non-equilibrium plasma, Phys. Fluids., 1962, vol.5, No.7, pp.776-788.

10. Buneman O. Scattering of radiation by the fluctuations in a non-equilibrium plasma, J. Geophys. Res., 1962, vol.67, pp.2050-2053.

11. Salpeter E.E. Density fluctuations in non-equilibrium plasma, J. Geophys. Res., 1963, vol. 68, No.5, pp. 1321-1333.

12. Dougherty J.P., Farley D.T., A theory of incoherent scatter of radio waves by a plasma, J.Geophys.Res., 1963, vol.66, No. 19, pp. 5473-5486.

13. Фарли Д.Т., Догхерти Д.Л., Бэррон Д.У. Некогерентное рассеяние. М.: Мир, 1965.

14. Faley D.T. A theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma, J. Geophys.Res., 1966, vol.71, No. 17, pp. 4091-4098.

15. Эванс Дж.В. Теоретические и практические вопросы исследования ионосферы методом некогерентного рассеяния радиоволн, ТИИЭР, 1969, Т.57, №4, с. 139175.

16. Шеффилд Дж. Рассеяние электромагнитного излучения в плазме, М: Атомиздат, 1978, 280 с.

17. Ландау Л.Д, Лифшиц Б.М. Электродинамика сплошных сред. М., Гостехиздат, 1957.

18. Ситенко А.Г. Электромагнитные флуктуации в плазме. Харьков, Изд-во ХГУ, 1965.

19. Hagen J.B., Farley D.T. Digital-correlation techniques in radio science, Radio Sci. 1973, vol.8, No.9, pp. 775-784.

20. Рогожкин E.B. Измерение параметров ионосферной плазмы по корреляционной функции сигнала некогерентного рассеяния. -В кн.: Ионосферные исследования. М. : Советское радио, 1979, № 27, с.46-59.

21. Petit Par М. Mesures de temperatures de densite electronique et de composition ionique dans J ionosphere par diffusion de Thomson., Annales de Geophysique, 1968, tome 24, No.l, pp. 1-37.

22. Woodman R.F. and Hagfors Т., Method for the measurement of vertical ionospheric motion near magnetic equator by incoherent scattering, J. Geophys., Res. 74, 12051212, 1969.

23. Farley D.T., Incoherent scatter correlation function measurements, Radio Sci., 4, 935-953,1969.

24. Farley D.T., Multiple-pulse incoherent-scatter correlation function measurements, Radio Sci., 7, 661-666, 1972.

25. Gray R.W. and D.T. Farley, Theory of incoherent-scatter measurements using compressed pulses, Radio Sci., 8, 123-131, 1973.

26. Lehtinen M. Sstatistical theory of incoherent scatter radar measurements, Ph.D. thesis, 97 pp, Univ. of Helsinki, Helsinki, Finland, EISCAT Technical Note, 86/45, EISCAT Scientific Association, Kiruna, Sweden, 1986.

27. Рогожкин E.B. Измерениее параметров ионосферной плазмы по корреляционной функции сигнала некогерентного рассеяния. / Ионосферные исследования, 27, М, 1979, с.46-59.

28. Рогожкин Е.В. Докторская диссертация. Харьковский Политехнический Институт, Институт ионосферы, Харьков, 1992, 316 с.

29. Суни А.Л., Терещенко В.Д. и др., Некогерентное рассеяние радиоволн в высокоширотной ионосфере, Апатиты, 1989, 182 с. •139

30. Побережский В.Г. Цифровые радиоприемные системы., Справочник, М: Радио и связь, 1990.

31. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы., М: "Советское радио", 1977 с.235.

32. Шпынев Б.Г. "Методика регистрации и обработки спектров мощности сигналов некогерентного рассеяния на радаре HP ИСЗФ'7/ Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца, РАН СО, Вып. 109 , 1998, с. 107113.

33. Пресняков И.Н., Смолянинов С.С., Кочкин К.И., Спектральный анализ сигналов некогерентного рассеяния, Изв. Вузов, Радиофизика, т. 11, №8, 1978, С.1114-1121.

34. Орлов И.И., Об одном методе описания прохождения сигналов через линейные, стационарные цепи. // Исслед. по геомаг., аэрон, ифизике Солнца. М: Наука, Вып. 96, 1991, с 3-12.

35. Farley D.T. Faraday rotation measurements using incoherent scatter., Rad. Sei. V.4, Num.2, pp. 143-152 Feb. 1969.

36. J. A. Rattcliffe The magnetto-ionic theory and its application to the ionosphere, Cambrige Univ. Press, London and New York, 1959.

37. Мешков И.Н., Чириков Б.В., Электромагнитное поле, часть 1, Новосибирск: Наука, 1987.

38. Гинзбург B.JL, Распространение электромагнитных волн в плазме, М: «Наука», 1967.39. Budden 1961

39. Ткачев Г.Н., Розуменко В.Т. Эффект Фарадея некогерентного рассеяния радиолокационных сигналов, Геомагнетизм и аэрономия, 1972, №4. С. 657-661

40. Новоселова Н.В., Григоренко Е.И., Хлебников А.Н., Погрешности определения электронной плотности по наблюдениям эффекта Фарадея, Вестник ХПИ, №155, Харьков, «Вища школа», 1979.

41. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я., Методы решения некорректных задач. -М,: Наука, 1974, с. 20-38.

42. Наттерер Ф., Математические аспекты компьютерной томографии, М: Мир, 1990, с.120-127.140

43. Воронов A.JI., Шпынев Б.Г. Исключение свертки экспериментального профиля мощности сигнала HP с зондирующим импульсом //Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца.-1998,- Вып.109 с.77-81.

44. Farley D.T., A theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma, The effect of unequal ion and electron temperatures, JGR., 71, 4091-4098, 1966

45. Farley D.T., Observations of the equatorial ionosphere using incoherent backscatter, in Electron Density Profiles in Ionosphere and Exosphere, edited by J.Frihagen,pp.446-469,North-HoIland,Amsterdam. 1966

46. Swartz, W.E., (1978), Analitic partial derivatives for least-squares fitting incoherent scatter data, Rad. Sci., 13, 581-589.

47. Bard Y. Nonlinear Parameter Esttimation, Academic Press, New York, 1970.

48. Hamming R.W. Numerical Methods for Scientists and Engeneers, 2 ed., McGraw-Hill, New York, 1973. Имеется перевод первого издания: Хемминг Р.В. Численные методы для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1979.

49. Sulzer М. P. A phase modulation technique for a sevenfold statistical improvement in incoherent scatter data-taking. Rad. Science, 1986, Vol. 21, No.4 pp. 737-744.

50. Lehtinen, M.S., Statistical theory of incoherent scatter measurements, Ph.D. thesis, University of Helsinki, Helsinki, 1986 (EISCAT Tech. Note 86/45).

51. Татарский В.И., Распространение волн в турбулентной атмосфере. М., Наука, 1967, 548с.

52. Voronov, A.L. and Shpynev B.G., Excluding of convolution with sounding impulse in experimental Incoherent Scatter power profile, Proc. of SPIE , 1998, Vol 3583 pp. 414-418.

53. Hagen J.B. and P. Y. Hsu, The structure of the protonosphere above Arecibo, J.Geophys.Res., 79, 4269-4275.141

54. Кравцов Ю.И., Орлов Ю.И., Геометрическая оптика неоднородных сред, М., «Наука», 1980.

55. Успенский М.В., Стариков Г.В., Полярные сияния и распространение радиоволн, Ленинград, «Наука», 1987, 240с.

56. Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л., Методы сплайн-функций. М.: Наука, 1980, 352с.

57. Рабинер Л, Гоулд Б., Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978, 848 с.

58. Erickson P.J. Observation of light ions in the midlatitude and equatorial topside ionosphere, Ph. D. Thesis, Graduate School of Cornell University 1998.

59. Куницын B.E., Терещенко Е.Д., Андреева E.C., Худукон Б.З. Радиотомография ионосферы, в кн. Проблемы геотомографии., М: «Наука», 1997.

60. Afraimovich E.L., Palamarchouk K.S., Perevalova N.P. GPS radio interferometry of traveling ionospheric disturbances. J. Atmos. And Solar-Ter. Phys. 1998, V.60 No 12 pp. 1205-1224.