Управляющий и приемно-регистрирующий комплекс для исследования ионосферы и окружающего космического пространства на Иркутском радаре некогерентного рассеяния

Кушнарёв, Дмитрий Сергеевич

Управляющий и приемно-регистрирующий комплекс для исследования ионосферы и окружающего космического пространства на Иркутском радаре некогерентного рассеяния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Кушнарёв, Дмитрий Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Иркутск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Управляющий и приемно-регистрирующий комплекс для исследования ионосферы и окружающего космического пространства на Иркутском радаре некогерентного рассеяния»

Автореферат диссертации на тему "Управляющий и приемно-регистрирующий комплекс для исследования ионосферы и окружающего космического пространства на Иркутском радаре некогерентного рассеяния"

Российская академия наук Сибирское отделение Учреждение Российской академии наук Институт солнечно-земной физики СО РАН

УДК 550.388.2,621.391 00461234У

На правах рукописи

Кушнарёв Дмитрий Сергеевич

УПРАВЛЯЮЩИЙ И ПРИЕМНО-РЕГИСТРИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ И ОКРУЖАЮЩЕГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА НА ИРКУТСКОМ РАДАРЕ НЕКОГЕРЕНТНОГО РАССЕЯНИЯ

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кавдидата физико-математических наук

Иркутск-2010 1 1 НОЯ 2010

004612349

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Медведев Андрей Всеволодович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук доцент Сажин Виктор Иванович

кандидат физико-математических наук Лесовой Сергей Владимирович

Ведущая организация:

ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», г. Москва

Защита диссертации состоится 16 ноября 2010 г. в .

_ч на заседании диссертационного совета Д.003.034.01 при Учреждении Российской академии наук Институте солнечно-земной физики СО РАН (664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 126 а, а/я 291).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института солнечно-земной физики СО РАН

Автореферат разослан.

,2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических

наук

Поляков В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В современных исследованиях верхняя атмосфера рассматривается как часть единой системы Солнце-Земля и играет ключевую роль в процессах взаимодействия ионизованной и нейтральной газовых оболочек Земли. С одной стороны, эти процессы определяются солнечным излучением и плазменными механизмами преобразования энергии и передачи импульса в цепочке солнечный ветер-магнигосфера-ионосфера-термосфера. С другой стороны, энергетика, структура и динамика верхней атмосферы определяются также воздействием планетарных и приливных колебаний, внутренних гравитационных волн и турбулентных процессов, генерируемых в нижележащих слоях нейтральной атмосферы. Изучение процессов в верхней атмосфере, оказывающих существенное влияние на техносферу и биосферу Земли, составляет актуальную проблему солнечно-земной физики. Исследования неоднородной структуры и динамики атмосферы требуют применения современных диагностических средств, самыми информативными из которых являются радары некогерентного рассеяния (PHP).

PHP используются в ионосферных исследованиях в течение уже более четырех десятилетий [1], при этом они до сих пор остаются наиболее совершенными наземными средствами диагностики верхней атмосферы, так как позволяют получать в диапазоне высот 90-1000 км, с высоким дистанционно-временным разрешением (до единиц километров и десятков секунд), пространственно-временные распределения сразу нескольких параметров ионосферной плазмы (электронную концентрацию, температуры электронов и ионов, скорость дрейфа и др.) [2]. Информация, полученная с помощью PHP, послужила основой для разработки и совершенствования глобальных и региональных моделей верхней атмосферы [3]; позволила изучить пространственные характеристики и динамику в зависимости от геомагнитной активности таких крупномасштабных геофизических явлений, как главный ионосферный провал и экваториальная аномалия [4]; инициировала исследования высотной структуры перемещающихся ионосферных неоднородностей с определением их физической природы и возможных источников [5] и характеристик среднеширотных когерентных эхо [6]. В последние годы некоторые PHP привлекаются для исследований эффектов воздействия верхней атмосферы на динамику полета и состояние низкоорбитальных космических аппаратов (КА) и крупных фрагментов «космического мусора» [7]. Определяющую роль играют PHP и в диагностике результатов экспериментов по искусственным воздействиям на ионосффу, проводимых на мощных нагревных установках [8J.

Внедрение современных систем приема, регистрации и обработки сигналов, увеличение каналов поступления информации с существующих антенных устройств, расширение возможностей систем управления и формирования сложных

сигналов, применение технологий долговременного хранения огромных объемов первичной информации - все это производится на действующих радарах НР, созданных десятки лет назад, помогает более полно задействовать весь потенциал этих сложных и дорогостоящих установок [9].

Цель работы

Целью настоящей работы являлось расширение диагностических возможностей Иркутского радара НР (ИРНР) путем создания нового управляющего и приемно-регистрирующего комплекса, позволяющего наиболее эффективно использовать конструктивные особенности радара для исследования ионосферы и окружающего космического пространства.

Основные задачи, которые были решены в рамках этой работы:

1) расширение динамического диапазона приемно-регистрирующего тракта ИРНР для одновременного измерения без амплитудных искажений мощных сигналов от космических аппаратов (КА) или когерентного эха (КЭ) на фоне слабых сигналов некогерентного рассеяния;

2) управление формой диаграммы направленности (ДН) радара и проведение интерферометрических измерений;

3) автоматическое определение наличия на радиолокационной развертке когерентных сигналов с возможностью принятия автоматического решения об изменении режима работы;

4) повышение пространственного разрешения и расширения высотного диапазона ионосферных измерений путем использования оптимальных зондирующих сигналов и устранения с радиолокационной развертки сигналов от объектов местности («местник»);

5) регистрация на электронных носителях полного объема первичной информации зондирования для обеспечения выбора способа вторичной обработки, адекватного меняющимся задачам и природным условиям.

Научная новизна

1. Впервые в России разработан и внедрен аппаратно-программный приемно-регистрирующий и управляющий комплекс для уникального научного инструмента — Иркутского радара некогерентного рассеяния (ИРНР).

2. Разработан метод исследования пространственно-временной структуры и характеристик распространения перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) с помощью спектрального и кросс-корреляционного анализа возмущения профилей электронной концентрации, полученных на ИРНР и ионозонде вертикального зондирования.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, обусловлена использованием физически обоснованных методов, проверенных численным моделированием, а также сопоставлением с данными иркутского цифрового ионозонда БР8-4 и результатами наблюдений, проводимых на аналогичных зарубежных радарах некогерентного рассеяния.

Практическая ценность работы состоит в создании совершенно нового аппаратно-программного комплекса для регистрации й управления ИРНР, что позволило существенно расширить его диагностические возможности и наиболее эффективно использовать весь потенциал этого уникального инструмента для проведения разнообразнейших экспериментов по исследованию ионосферы и обнаружению космических объектов.

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, управления и первичной обработки сигналов на ИРНР.

Апробация работы

Основные результаты и выводы, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: XX Всероссийская конференция по распространению радиоволн (Нижний Новгород, 2002); Всероссийская конференция «Дистанционное зондирование поверхности Земли и атмосферы» (Иркутск, 2003); Байкальская международная научная школа по фундаментальной физике (Иркутск, 2004-2006 XV Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Красноярск, 2008); ХХЫ Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн» (пос. Лоо, Краснодарский край, 2008); XVI Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Томск, 2009); XI Конференция молодых ученых «Гелио- и геофизические исследования» (Иркутск, 2009); 6th US-Russian Space Surveillance Workshop (Санкт-Петербург, 2005); 36th COSPAR Scientific Assembly (Пекин, 2006); International Helio-physical Year Symposium (Звенигород, 2007); 37th COSPAR Scientific Assembly (Монреаль, 2008); PIERS-2009 in Moscow. Progress in Electromagnetics Research Symposium (Москва, 2009); 14th International EISCAT Workshop (Troms0, Norway 2009).

Положения, выносимые на защиту:

1. Цифровой, многоканальный, управляющий и приемно-регистрирующий комплекс, расширяющий диагностические возможности ИРНР в исследованиях пространственно-неоднородной структуры ионосферы, при проведении радиолокационных наблюдений и регистрации сигналов от космических объектов.

2. Новый метод исследования пространственно-временных перемещающихся ионосферных неоднородностей (ПИВ), использующий расширенные диагностические возможности ИРНР.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав (основного материала), заключения и списка цитируемой литературы; общий объем - 112 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются аюуальность темы диссертации, научная новизна, практическая значимость; формулируются цели работы защищаемые положения; приводятся сведения об апробации работы и её краткое содержание.

Первая глава посвящена обзору возможностей современных действующих радаров HP, входящих в мировую сеть, приведены основные параметры и особенности PHP. Все радары HP различаются по своей конструкции, географическому положению, типу антенной системы, частотному диапазону, излучаемой мощности, способам получения, обработки и хранения данных. При этом на всех радарах в мире ведется постоянная модернизация, что позволяет им находиться в авангарде исследований верхней атмосферы и задействовать весь потенциал этих сложных и дорогостоящих установок. Основными методами по модернизации существующих радаров HP являются [9]:

• модернизация регистрирующего тракта; использование новейших методик цифровой обработки сигналов, повышение быстродействия вычислительного оборудования;

• изменение формы зондирующих импульсов, применение кодированных сигналов;

• изменение конфигурации антенной системы, использования новых элементов.

В качестве примера рассмотрены современные системы регистрации и управления, используемые на радарах обсерваторий EISCAT (Svalbard Radar, о. Шпицберген) и Милл стоун Хилл (США).

Во второй главе описываются структура и принципы работы Иркутского радара HP, состав и назначение его основных блоков. Иркутский радар некогерентного рассеяния (ИРНР) является единственной в России уникальной установкой, созданной на базе оборудования радиолокационной станции (PJ1C) «Днепр». ИРНР представляет собой моностатическую, импульсную PJIC с частотным сканированием. Достигаемая на двух передатчиках пиковая мощность - 3.2 МВт. Частота следования импульсов - 24.4 Гц. Длительность зондирующего импульса -70-900 мкс. Диапазон рабочих частот радара - 154-162 МГц. Коэффициент усиления антенны - около 35 дБ. Главное отличие ИРНР от других радаров подобного профиля заключается в особенностях конструкции его антенны [10]. Реализация задач, сформулированных во введении, потребовала создания нового управляющего и приемно-регистрирующего комплекса (УПРК), в состав которого вошли:

- многоканальное приемное устройство ПИР;

- цифровая система синхронизации и формирования рабочих частот;

- система автоматического фазирования передатчиков;

- система регистрации формы излученного импульса;

- быстродействующее устройство регистрации сигналов и управления радаром;

- распределенная вычислительная система вторичной обработки данных зондирования в масштабе реального времени.

В этой главе представлено подробное описание особенностей антенной системы ИРНР и формируемой диаграммы направленности, формулируются задачи модернизации, представлена структура ИРНР (рис. 1), показан состав и работа аппаратной части модернизированного, управляющего, приемно-регистрирующего комплекса (УПРК).

Рис. 1. Структурная схема Иркутского радара HP.

Система регистрации состоит из аналоговых, супергетеродинных приемных устройств, разделенных на два блока: выносные устройства приема (ВУП) и приемник измерительный радиолокационный (ПИР), переносящих принятый сигнал на фиксированную вторую промежуточную частоту. В большинстве экспериментов на ИРНР используется два вида сигналов: гладкий узкополосный сигнал (УП) длительностью 700-800 мкс и фазоманипулированный широкополосный сигнал (ШП) длительностью 100-200 мкс. Эти сигналы излучаются последовательно во время одного цикла излучения с разницей по частоте в 300 кГц. Прием и регистрация этих сигналов производится параллельно, с каждого полурупора антенной системы (тракты А1 и В1 на рис. 1). В блоке ВУП происходит разделение УП- и ШП-сигналов от каждого полурупора, в результате на выходе приемных устройств, с одного конца антенны, формируется 4 независимых канала. Сигналы на вторых промежуточных частотах поступают на входы 4-канального 16-битного АЦП, а затем, после оцифровки, -в память цифрового сигнального процессора (DSP), установленного в ЭВМ РУ. После первичной обработки данные в виде цифровых отсчетов сохраняются на дисках ЭВМ файлового сервера, расположенного в локальной сети радара.

ИРНР работает в сети военных радаров; в этой сети для нормальной работы всех РЛС и исключения взаимных помех используется импульс ТкО, следующий с частотой 24.4 Гц от станции единого времени. Для синхронной работы всех элементов ИРНР производится привязка внешнего сигнала синхронизации ТкО к внутреннему опорному генератору (5 МГц). К этому же опорному генератору привязываются все сигналы и импульсы запуска, используемые для синхронной работы блоков ИРНР, таким образом обеспечивается стабильность фазы всех сигналов во всем тракте излучения/приема. В данной главе описываются все служебные синхросигналы и метод их привязки к опорному сигналу 5 МГц.

Далее приводиться детальное описание работы блоков и субблоков системы синхронизации и функции цифровых синтезаторов радиочастот (всего используется 4 независимых синтезатора); объясняются на основе временных диаграмм принципы формирования частот излучения и гетеродинных частот. Рассматривается работа программируемого субблока, этот субблок осуществляет связь с ЭВМ регистрации и управления (РУ) через параллельный интерфейс, хранит коды рабочих частот для синтезаторов, управляет режимами работы ИРНР, задержками для старта АЦП и бланками приемника. Также имеется цифровой интерфейс для управления фазовращателем, который позволяет подстраивать разность фаз между рабочими передатчиками.

Система фазирования осуществляет динамическую подстройку разности фаз между передатчиками во время каждого цикла излучения в зависимости от излучаемой частоты.

При выполнении прецизионных измерений (например, выделение мелкомасштабных искажений в сигналах, отраженных от КО) требуется согласованная обработка принятых сигналов с реальным излучаемым импульсом в каждом такте зондирования. Для решения этой задачи была разработана система регистрации полной формы излучаемых импульсов. В этой системе применяется отдельная ЭВМ, подключенная к локальной сети ИРНР, с установленной высокоскоростной платой АЦП. Входы 2-канального АЦП подключены к выходам передатчиков через специальные делители. Оцифрованные данные записываются в файлы для последующей обработки. Данная система позволяет регистрировать искажения формы излучаемого сигнала и контролировать стабильность фазы и мощности излучаемого сигнала.

После предварительной обработки на ЭВМ РУ полученные квадратурные компоненты сигнала сохраняются на дисковом массиве файлового сервера. При записи в дисковый массив производится автоматическая сортировка данных. В разные файлы записываются чистые данные некогерентного рассеяния и радиолокационные развертки с когерентными сигналами и помехами. В дальнейшем обработка производится раздельно и параллельно в распределенной вычислительной системе: данные широкополосных каналов проходят согласованную обработку для вычисления и построения профиля мощности, а из данных узкополосных каналов вычисляются спектры и корреляционные матрицы. В то же время файлы с когерентными сигналами анализируются на наличие в них сигналов от известных КА и не каталогизированных обломков. Все данные, за исключением радиолокационных разверток с высоким уровнем помех, регулярно переписываются на БУТ)-диски для архивации и длительного хранения [11].

В третьей главе обсуждается выбор способа регистрации принимаемого сигнала. Дан обзор основных методов регистрации: аналоговый (оцифровка аналоговых квадратурных компонент сигнала), аналогово-цифровой (использование супергетеродинных приемных устройств и АЦП) и полностью цифровой прием (применение специализированных цифровых приемных устройств). За основу при создании УПРК ИРНР была взята супергетеродинная схема, в которой полезный сигнал оцифровывается на фиксированной второй промежуточной частоте с дальнейшей обработкой в цифровом виде, тем самым достигается наилучшее соотношение цена/качество.

В п. 3.3 представлен выбор частоты дискретизации и метод получения квадратурных компонент принимаемого сигнала.

В п. 3.4 показана временная диаграмма излучения-приема в одном такте зондирования (рис. 2). В процессе излучения формируются два сигнала: УП (длительность 750-800 мкс) и ШП (длительность 150-250 мкс) с частотами /1 и /2, разница по частоте между ними Д/=/2-/1 =300 кГц, в теле ШП-импульса может производится фазовая манипуляция кодами Баркера разной длины.

Рис. 2. Временная диаграмма формирования зондирующих импульсов и приема отраженного сигнала в одном цикле зондирования.

Далее подробно показан весь процесс регистрации сигнала, проходящего в обоих трактах приема (УП и ШП), от антенной системы до записи цифровых квадратурных компонент на электронные носители, приводятся примеры регистрируемых радиолокационных сигналов.

В п. 3.5. объясняется, как происходит работа комплекса в последовательности нескольких тактов излучения-приема и как производится смена рабочих частот. Вследствие аппаратно-программных особенностей нового УПРК задержка между излученным сигналом на частоте/// и принятом на этой частоте/ц отраженным сигналом составляет 3 такта.

Для удобного хранения и обработки зарегистрированных данных был разработан собственный формат файлов с изменяемым размером служебных заголовков, что обеспечило гибкость в хранении как цифровых отсчетов квадратурных компонент сигнала, так и параметров самого эксперимента. Описание формата файлов нового типа представлено в п. 3.6.

В п. 3.8 рассматриваются основные режимы работы ИРНР при проведении основных экспериментов, а именно:

- регулярные ионосферные наблюдения;

- наблюдения космических объектов (КО).

В регулярных ионосферных наблюдениях используется 2 передатчика с суммарной мощностью 2.4 МВт и 2 вида сигналов — УП и ШП. Чаще всего используется 2 частоты излучения, таким образом, чтобы сформировать 2 диаграммы направленности в двух направлениях, разница между этими направлениями составляет 16°. Так, частота 154 МГц соответствует наклону луча радара -10° от зенита, а частота 159 МГц —18° от зенита. После приема двух видов сигнала (УП и ШП) с обоих полурупоров антенны производится вторичная обработка — сигналы УП-каналов используются для получения спектров и корреляционных функций рассеянного сигнала, а сигналы ШП-каналов служат основой для построения профилей электронной концентрации.

Наблюдения космических объектов (КО) проводятся в трех режимах:

- во время режима НР;

- по заранее подготовленным таблицам с частотами;

- «захват-сопровождение».

Во время стандартных измерений в режиме НР производится анализ каждой развертки в каждом канале на наличие сигналов, отраженных от КО, или помех отделенные таким образом сигналы обрабатываются в дальнейшем отдельно.

Для наблюдения заранее выбранных из каталогов КО формируются файлы целеуказаний с данными конкретного КО: время входа в сектор обзора ИРНР - дальность, количество направлений (частот) для сканирования, время выхода. Вход в этот режим и выход из него осуществляется автоматически, по заданному времени. Данные записываются в отдельные файлы и используются для получения следующих характеристик: дальность до КО, лучевая скорость, азимутальный угол, угол места и амплитуда отраженного сигнала.

Режим «захват-сопровождение» используется для поиска КО по всему сектору обзора ИРНР, при обнаружении любого КО радар переводится в режим сопровождения этого КО вилкой из 5 частот; сопровождение производится вплоть до выхода этого КО из сектора наблюдения.

Отдельным пунктом в этой главе (п. 3.9) приведен пример пошаговой настройки и запуска нового УПРК для проведения стандартных наблюдений в режиме НР.

В табл. 1 приведено сравнение возможностей предыдущего приемно-регистрирующего комплекса с модернизированным УПРК.

Таблица 1.

Сравнение основных параметров УПРК

Предыдущий УПРК Новый УПРК

Число регистрирующих каналов 2 4 (с возможностью расширения до 8)

Динамический диапазон, дБ -40 -70

Разрядность АЦП, бит 8 16

Автоматическое управление ДН нет есть

Регистрация сигналов с раздельных полурупоров нет есть

Автоматическое фазирование передатчиков нет есть

Регистрация полной формы принятого сигнала кратковременно постоянно

Регистрируемая дальность вдоль луча, км 1200 до 1200 в стандартном режиме НР, до 4500 в специальных режимах

Полоса пропускания приемного тракта, кГц 5, 15,40 25, 50, 100, 300 |

Четвертая глава посвящена основным результатам, полученным с использованием нового УПРК и расширенных диагностических возможностей ИРНР в различных экспериментах, проведенных в период с 2006 по 2009 гг.

В п. 4.1.1. представлены фазовые характеристики антенной системы в угломе-стной плоскости, полученные путем наблюдения звездных радиоисточников (источник «Лебедь-А») в пассивных режимах и отдельной регистрации сигналов с каждого полурупора. В результате в новом УПРК становится возможным в процессе обработки данных, зарегистрированных с обоих полурупоров антенной системы, проводить синтез ДН, задавая фазовый сдвиг между сигналами, принятыми с раздельных полурупоров [И].

Главные результаты работы - получение параметров ионосферной плазмы -показаны в пп. 4.1.2-4.1.5. Отличительной особенностью Иркутского радара является возможность излучать и принимать только одну, линейную поляризацию поля. Электромагнитная волна, распространяясь в ионосферной плазме, которая находится во внешнем магнитном поле Земли, испытывает влияние эффекта Фарадея. Это приводит к тому, что в уравнении радиолокации для Иркутского радара появляется фактор зависимости от угла поворота плоскости поляризации волны, обусловленного эффектом Фарадея. Вращение плоскости поляризации волны и связанные с этим замирания НР-сигналов, с одной стороны, усложняют определение параметров плазмы (ионной и электронной температур, скорости дрейфа) спектральным или корреляционным методами. С другой стороны, угол поворота плоскости поляризации зависит от интегральной концентрации электронов вдоль пути распространения, что позволяет определить профиль электронной концентрации не прибегая к таким

внешним средствам калибровки на других PHP, как ионозонд. В ИСЗФ разработаны методы определения параметров ионосферы для PHP с одной линейной поляризацией поля [12], то есть с учетом влияния на HP-сигналы эффекта Фарадея. В п. 4.1.2 представлены примеры полученных профилей мощности рассеянных сигналов с характерными фарадеевскими замираниями в двух регистрируемых каналах: УП и ШП для 11-15 апреля 2009 г. Для этого же времени приведены вычисленные профили электронной концентрации (ЛГе) в двух направлениях наблюдений: -10° и -18° от зенита (рис. 3). Также представлены суточные хода электронной (Тс) и ионной (7\) температур (рис. 4). После создания нового УПРК и получения больших массивов данных во время регулярных долгопериодных наблюдений на ИРНР был разработан новый корреляционный метод определения скоростей дрейфа электронной плазмы; результаты, полученные с помощью этого метода, также представлены в этом пункте (рис. 5).

О 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 0 4 8 12 16 20 Время UT, Ч

Рис. 3. Суточный ход профиля электронной концентрации 10-12.04.2009 г. Время ит - часы, высота - км. Верхний рисунок - направление -10° от зенита (частота 154.5 МГц); нижний рисунок - направление -18° от зенита (частота 159.4 МГц).

0 4 8 12 18 2G 0 4 8 12 10 20 0 4 Я 13 16 20 0

10-12.04.2009

Рис. 4. Вариации электронной и ионной температур 10-12.04. 2009 г. на высоте 300 км, время иТ (ч): верхний рисунок - Тс (К), нижний рисунок - Т\ (К).

10-12.04.2009

Рис. 5. Скорости дрейфа плазмы на высоте 300 км в период 10-12 апреля 2009 г. (время ЦТ, ч).

Новая система регистрации сигналов НР, сохраняющая первичные данные зондирования, дает возможность гибкого и эффективного сочетания этих методов при вторичной обработке, изменения времени накопления (от 40 с для дневной нижней ионосферы до 1 ч ночью на 1000 км), устранения из ионосферных данных когерентных сигналов и помех. Это обеспечивает получение основных характеристик ионосферной плазмы практически по всей толще ионосферы в различных гелио- и геомагнитных условиях.

В п. 4.1.3 представлено описание возможностей ИРНР по регистрации сигналов когерентного эха (КЭ). Когерентное эхо — это результат рассеяния КВ- и УКВ-радиосигналов на мелкомасштабных неоднородностях ионосферной плазмы. Неоднородности обычно формируются за счет фарлей-бунемановского (двухпотокового) [13] или градиентно-дрейфового механизма развития плазменных неустойчивостей в Е-слое ионосферы. Особенностями этих механизмов возникновения является сильная ракурсная чувствительность - резкая зависимость мощности рассеянного сигнала от угла между лучом зрения и перпендикуляром к магнитному полю. Основная мощность рассеянного сигнала обычно приходит с малой (порядка нескольких градусов) области углов вблизи перпендикуляра к магнитному полю. Область, с которой принимаются сигналы КЭ, расположена к северу от радара в диапазоне дальностей порядка 500-1200 км, причем наблюдение ведется нижними боковыми лепестками диаграммы направленности антенны.

Широкий динамический диапазон и линейность в этом диапазоне нового УПРК, а также многоканальность и возможность записи первичных данных позволяют проводить измерения КЭ на качественно новом уровне, что открывает широкие возможности при создании в последующем новых методик обработки и анализа таких явлений.

В п. 4.1.4 показано применение фазоразностного метода обработки сигналов и полученные, с его помощью, результаты. Одним из передовых методов изучения нижней, средней и верхней атмосферы является интерферометрический метод. Построение радиолокационных изображений нерегулярностей, на которых происходит когерентное рассеяние, и изучение их динамики обеспечивает лучшее понимание

физических механизмов, ответственных за образование этих нерегулярностей [14J. Возможность независимой регистрации сигналов с двух полурупоров антенной системы позволила провести фазоразностные измерения как часть интерферометрических измерений - определение угла между сигналами с двух полурупоров, при котором будет максимизироваться мощность суммарного сигнала в каждой реализации. Фазовый сдвиг между рупорами определяется из условия максимальной мощности суммы сигналов верхнего полурупора U\ и сдвинутого на искомую фазу нижнего рупора Uze"9:

£ l(atb2 -a2by)\ Ф = arctan ВГПСУеты -

отсчеты

где ahbi - цифровые отсчеты квадратурных компонент сигнала в единый момент времени, регистрируемые с первого (верхнего) полурупора, а а2, ¿2 - со второго (нижнего) полурупора антенной системы. По полученным значениям в течение 5000 реализаций строится функция распределения разницы фаз между полурупорами (рис. 6). Эта величина характеризует, с одной стороны, влияние прохождения космических радиоисточников через ДН ИРНР, а с другой стороны - определяет степень горизонтальной однородности ионосферы или свидетельствует о развитии неустойчивостей.

-lío -SO о во НС

Рис. 6. Нормированная функция распределения Р(ф) разницы фаз между полурупорами в разные моменты времени (UT) 12 апреля 2009 г. на высотах 250-300 км: а) 14:00; й) 16:30, ушире-ние функции распределения разницы фаз, связанное с ионосферными неоднородностями различного масштаба, вызванными прохождением вечернего терминатора; в) 02:13, прохождение радиоисточника «Лебедь-A» через главный лепесток ДН-антенны.

В спокойной геомагнитной обстановке данный фазоразностный метод позволяет достаточно хорошо выделить перемещения космических радиоисточников, поэтому возможно использование данного метода при обработке мощных сигналов от когерентного эха, появляющихся во время геомагнитных бурь.

Пункт 4.1.5 посвящен результатам, полученным на ИРНР при наблюдении космических объектов. Накопленные данные в режиме наблюдения за космическими объектами (КО) доступны в локальной сети ИРНР для других ЭВМ со специализированным программным обеспечением (ПО), предназначенным для обработки спутниковой информации. В каждой временной развертке этих данных зондирования КО измеряются следующие характеристики: дальность до КО R, лучевая скорость VR, азимутальный угол е, угол места у и амплитуда отраженного сигнала. При достаточно высоком соотношении сигнал/шум (S/N > 10) характерные среднеквадратичные отклонения измеряемых параметров следующие: для R - 100 м, для VK- 10 м/с, для е - 5 угл.мин., для у - 7 угл.мин. Точность определения траекторных характеристик при первом наблюдении КО в секторе обзора ИРНР достаточна для определения параметров его орбиты и прогноза движения на последующие половину суток. Измерения КО проводятся параллельно с режимом НР (проводится фильтрация реализаций на наличие КО) и отдельным режимом по подготовленным данным целеуказания (время, дальность, направление, как описано в п. 3.8). Все данные о КО заносятся в специальную базу данных начиная с 2006 г. Всего в 2006-2009 гг. зарегистрировано 254673 пролетов объектов через сектор обзора ДН ИРНР. На рис. 7 приведена гистограмма распределения КО, зарегистрированных в период 2007-2009 гг. по высотам.

10000 i

8000 -

О «

Е л

3" Ж ü £L

8 s 6000

tu Й

o £ -«000

m v

H o

<D T X

к ¡2

¡¿ o

2000

2007-2009

jtffljfflTfllill

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

Высота dH=\0 км

Puc. 7. Распределение зарегистрированных пролетов КО по высотам в 2007-2009 гг.

Большое значение в развитии и усовершенствовании методик по обнаружению КО и определению их характеристик на ИРНР имеют возможности нового УПРК:

- широкий динамический диапазон;

- многоканальность;

- программное управление ДН ИРНР и системой формирования сигналов;

- регистрация больших объемов первичных данных.

В п. 4.2 представлен метод реконструкции трехмерной пространственно-временной структуры перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ) и результаты, полученные с использованием этого метода. Динамика верхней атмосферы во многом определяется планетарными и внутренними гравитационными волнами (ВГВ) ее нейтральной компоненты, которые имеют широкий спектр пространственных (от единиц до тысяч км) и временных (от нескольких минут до нескольких суток) масштабов. Источники этих волн разнообразны: метеорологические процессы в тропосфере, джоулев нагрев ионосферными токами, движение терминатора, взрывы, землетрясения и др. Поэтому планетарные и ВГВ присутствуют в верхней атмосфере (ВА) постоянно и формируют сложную многомасштабную динамическую картину. Реакция ионосферы на ВГВ проявляется в виде перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), которые исследовались на протяжении многих лет [15, 16]. В настоящее время наиболее полную информацию о высотной структуре ПИВ дают радары некогерентного рассеяния. Однако для определения полного вектора скорости ПИВ необходимо проводить измерения параметров среды вдоль трех не лежащих в одной плоскости направлений. В настоящей работе используются данные, полученные с помощью ионозонда DPS-4 и радара некогерентного рассеяния, который имеет возможность сканирования в меридиональной плоскости.

В режиме измерения динамических характеристик ПИВ радар осуществляет измерения высотных профилей рассеянных сигналов на частотах 154 и 158 МГц поочередно с изменением частоты с 24.4 раза в секунду. Частота 154 МГц соответствует наклону луча радара -10° от зенита в азимутальном направлении 263° от севера по часовой стрелке. Частота 158 МГц соответствует наклону луча радара -16° от зенита с азимутом 211°. Ионозонд вертикального зондирования DPS-4 расположен непосредственно в Иркутске; на рис. 8 показано положение инструментов и проекции на землю ДН ИРНР на разных высотах. Взаимное расположение инструментов образует базис с характерным масштабом порядка 100 км и обеспечивает возможность измерения динамических характеристик ПИВ различных масштабов.

Особенностью Иркутского радара HP является измерение профилей электронной концентрации с помощью метода фарадеевского вращения [12], и следовательно, Иркутский радар HP не нуждается в калибровке ионозондом. Профили электронной концентрации из ионотрамм DPS-4 получены с использованием метода Райнеша и Хуанга [17] с экстраполяцией выше максимума электронной концентрации. Таким образом, инструменты позволяют получить три профиля электронной концентрации, измеренных независимо друг от друга в пространственно разнесенных точках.

г = 200 км АВ = 45 км АС = 103 км ВС = 126 км г = 300 км АВ = 68 км АС = 117км ВС = 141 км г = 400 км АВ = 90 км АС = 134 км ВС = 157 км

Долгота

Рис. 8. Расположение инструментов (ИРНР и ионозонд БР5-4) и проекции на землю ДН ИРНР на разных высотах.

В работе использовались два альтернативных метода по разделению электронной концентрации на фоновый (регулярный) суточный ход и возмущение. Первый способ заключается в полосовой фильтрации с целью выделения возмущений колебательного характера с периодами возмущений от 1 до 4 ч, соответствующих распространяющимся в ионосфере внутренним гравитационным волнам. В основе второго способа лежит вычитание медианной характеристики суточного хода профиля электронной концентрации из наблюдаемого в конкретный день профиля. Медианный суточный профиль получался путем усреднения по 31 сут (15 сут до и 15 после рассматриваемого дня) профилей электронной концентрации, измеренных на ионозонде ОР5-4.

В основу метода определения характеристик распространения ПИВ было положено измерение времени распространения возмущений в горизонтальном и вертикальном направлениях. В зависимости от характера возмущения применялись два способа действий.

Кросскорреляционный способ универсален, он состоит в определении задержек между ПИВ, наблюдаемых в пространственно разнесенных точках с помощью корреляционного анализа. Задержкой считается минимальный временной сдвиг между профилями, обеспечивающий локальный максимум коэффициента корреляции.

Фазоразностный способ определения параметров движения ПИВ может быть применен при выделении из всего спектра ПИВ одной главной гармоники. Он заключается в определении разности фаз гармоники, наблюдаемой в разных точках пространства. Через разности фаз можно вычислить полный волновой вектор к, определяющий характеристики ПИВ (скорость - V, угол возвышения над горизонтом -0, азимут - \|f).

Данные методы были применены для выделения возмущений и определения динамических характеристик ПИВ во время длительных периодов непрерывной работы радара НР в сентябре 2005 г., марте 2006 г. и июне 2007 г., результаты обработки экспериментальных данных представлены на примере возмущений 11 сентября 2005 г. После фильтрации в полосе периодов 1-4 ч наиболее высокий коэффициент корреляции данных (0.9 и выше) на всех ipex лучах наблюдался в интервалы времени 02:00-04:00 UT в диапазоне высот 230-370 км и в 10:00-12:00 UT на высотах 280-380 км. Результаты определения параметров движения ПИВ кросскорреля-ционным способом для этих интервалов показаны на рис. 9 штриховыми линиями.

а 400

200 180

св"

ё о

400Т

350

300

200

!>ж; ■штгг

• \2 \ i

—¡¿-i- ......1-4..... И i i i

-Ш

210 240 270 Азимут, град.

О 20 40 60 80100 Модуль скорости, м/с

-90 -60 -30 0 Наклон фазового фронта, град.

ц >T и 1 i

|( ; ■ ; f •• i : : „..1..U..L

If4 : И ; Г

180 210 240 2'0 0 20 40 60 80 100 Азимут, град. Модуль скорости, м/с

-90 -60 -30 О Наклон фазового фронта, град.

Рис. 9. Высотные профили параметров распространения ПИВ вычисленные, кросскорреляцион-ным (штриховая) и фазоразносшым (сплошная) методом: а) 02:00-04:001ГГ; б) 10:00-12:00 ЦТ.

Обобщенные результаты измерений можно усреднить по высотам и представить в итоге следующим образом:

- первое возмущение, наблюдаемое с 2:30 до 5:30 ит (9:30-12:30 ЬТ), имело характерный период 7*1-1.5 ч, модуль фазовой скорости VI составлял 45±8 м/с, наклон фазового фронта 81 составил -45°±14° и азимут у, имел значение 201°±6° (знак "±" указывает вариативность характеристик по высоте);

- для второго возмущения, наблюдаемого с 7:00 до 12:30 ЦТ (14:00-19:30 ЬТ), сделаны следующие оценки: Т2~2.8 ч, У2=44±14 м/с, в2=-70°±10°, у2=210о±25°.

Полученное нами направление распространения фазового фронта (с севера на юг, сверху вниз) является типичным для крупномасштабных ПИВ [18]. Величина модуля фазовой скорости, полученная нами, ближе к результатам, изложенным в работах [20] (У=50 м/с) и [21] (У=62 м/с), чем к полученной в [19] (К=80 м/с) и [18] (У=96-113 м/с). Увеличение модуля угла наклона фазового фронта с периодом волны согласуется с дисперсионным уравнением Хайнса для АГВ, но величина модуля угла наклона фазового фронта несколько меньше по сравнению со значениями, представленными в работах [20] (|е|=740), [21] (|б|=74°), [19] (¡в|=79°), [18] (|б| =724-82°).

Интересно отметить, что в наиболее подробной работе [20] также получена значительная вариативность параметров движения ПИВ по высотам, объяснения которой авторами не дано.

Указанным образом были проанализированы данные более 30 сут наблюдений в периоды сентября 2005, марта 2006, июня 2007 гг. Кратко обобщить результаты обработки можно следующими выводами. Во-первых, возмущения ДЛ^ амплитудой от 5 до 10 % присутствуют в каждые рассмотренные сутки, достигая в магнито-возмущенные дни 30 % и более. При этом модель возмущения в виде плоской волны может адекватно описывать ситуацию только в случаях, когда присутствует доминирующее возмущение, обусловленное мощным источником, например, аврораль-ной активностью во время геомагнитных бурь. В магнитоспокойные периоды марта 2006 г. и июня 2007 г. доминирующие возмущения выделить чаще всего не удается, картина ионосферных возмущений имеет сложную пространственно-временную структуру, сформированную интерференцией волн от различных источников, и восстановленные динамические характеристики возмущений демонстрируют очень высокую высотно-временную вариативность.

Заключение

В результате проведенной модернизации Иркутский РНР преобразован в когерентный многоцелевой радар с программным управлением. Задача расширения диагностических возможностей ИРНР была решена путем разработки на базе современных цифровых технологий нового управляющего и приемно-регистрирующего комплекса радара.

(из-за отражений от гор) высотах (90-150 км) средней и нижней ионосферы, обеспечивает возможность измерений резких и глубоких вариаций амплитуд когерентного эха и измерений НР-сигналов одновременно с параметрами когерентного эха и сигналов от КА.

Расширение полосы частот позволяет повысить пространственное разрешение радара при использовании сложных кодированных сигналов и корреляционнЬго метода их обработки в ионосферных исследованиях до 1.5-3 км для нижней и до десятков километров для верхней ионосферы и увеличить точность определения дальности до космических объектов.

Увеличение числа приемных каналов позволяет управлять диаграммой направленности по углу места, реализовать интерферометрические ионосферные измерения и повысить точность определения параметров движения КА.

Передовая система регистрации сигналов ИРНР позволяет сохранять и обрабатывать полную форму принятого сигнала, что составляет около 45 Гбайт информации в сутки.

Все результаты, представленные в данной работе, были получены с использованием этих новых возможностей УПРК. Так, параметры ионосферной плазмы — электронная концентрация, ионные и электронные температуры, скорости дрейфа плазмы, измерялись в разных направлениях, разными зондирующими сигналами в широком динамическом диапазоне, и при последующей обработке применялись разные режимы накопления первичных данных. Для построения фазоразностных характеристик использовалась возможность регистрации сигналов с раздельных полурупоров антенной системы. А специальные алгоритмы выделения КО позволили отделить ионосферные данные и обработать КО отдельно. Программное управление системой формирования зондирующих импульсов практически мгновенно изменяет направление зондирования в секторе обзора и позволяет проводить разнообразные эксперименты по наблюдению КО.

Используя возможности нового УПРК ИРНР совместно с применением данных другого инструмента - ионозонда, был разработан метод реконструкции трехмерной пространственно-временной структуры ПИВ на основе анализа вариаций электронной концентрации. Основную роль в разработке этого метода сыграла возможность ИРНР одновременного наблюдения двух пространственно разнесенных точек в ионосфере и возможность в последующем обрабатывать большие массивы накопленных данных.

В результате внедрения нового УПРК в эксплуатацию полностью реализованы потенциальные возможности базового оборудования ИРНР (антенная система, передающие устройства) и существенно улучшены параметры и диагностические возможности для проведения эффективных исследований по выполняемым фундаментальным и прикладным исследованиям.

Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, опубликованы в 17 печатных работах:

1. Шпынев Б.Г., Заруднсв В.Е., Кушнарев Д.С., Медведев А.В. Особенности корреляционной обработки сигналов некогерентного рассеяния на радаре HP ИСЗФ // Распространение радиоволн: Труды XX Всероссийской научной конф. Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г.: Нижний Новгород, 2002. С. 78-79.

2. Кушнарев Д.С., Медведев А.В., Заворин А.В., Шпынев Б.Г. Исследование околоземного космического пространства на Иркутском радаре некогерентного рассеяния с помощью нового комплекса управления и регистрации сигналов // Дистанционное зондирование поверхности Земли и атмосферы. Прогр. и тез. докл. Всероссийская конференция Иркутск, 2-6 июня 2003 г.: Иркутск, 2003. С. 32.

3. Афраймович Э.Л., Башкуев Ю.Б., Бернгардт О.И. и др. Детектирование перемещающихся возмущений по данным одновременных измерений электронной концентрации, полного электронного содержания и доплеровского смещения частоты на радиофизическом комплексе ИСЗФ И Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т. 44, №4. С. 463-475.

4. Корконишко А.Н., Кулагин В.Н., Заворин А.В., Кушнарев Д.С. Цифровые приемники в системах обработки геофизической информации // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. VII конф. молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом»: программа и тез. докл. Иркутск, 2004. С. 26.

5. Медведев А.В., Заворин А.В., Кушнарев Д.С., Шпынев Б.Г. Модернизация аппаратно-программного комплекса Иркутского радара HP. Основные элементы новой, многоканальной системы регистрации II Солнечно-земная физика. 2004. № 5. С. 107-110.

6. Лебедев В.П., Медведев А.В., Кушнарев Д.С. Методика калибровки диаграммы направленности Иркутского радара HP // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. IX конф. молодых ученых «Физические процессы в космосе и околоземной среде»: труды. Иркутск. 2006. С. 185-188.

7. Medvedev A.V., Potekhin А.Р., Kurkin V.I., et al. Modernization of the Irkutsk Radar of Incoherent Scattering. New methods and facilities // Vil Russian-Chinese Workshop on Space Weather Irkutsk, 11-17 September, 2006 Program and Abstracts. Irkutsk. 2006. P. 22.

8. Алсаткин C.C., Медведев A.B., Кушнарев Д.С. Исследование возможности применения сложных сигналов в методе HP путем математического моделирования // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. X конф. мол. ученых «Современные проблемы в астрофизике и физике космической плазмы»: труды. Иркутск, 2007. С. 72-76

9. Medvedev A.V., Ratovsky K.G., Tolstikov M.V., Kushnarev D.S. Method of the study spatial-temporary structure of the ionospheric wave-like disturbances using data of the east-siberian ground-based radio instrument network // Intern. Heliophysical Year 2007. New Insights into Solar-Terrestrial Physics (IHY2007-NISTP): abstracts of the Intern. Symp. Zvenigorod, Moscow region, Russia, November 5-11,2007. Troitsk: IZMIRAN. 2007. P. 75.

10. Ратовский К.Г., Шпынев Б.Г., Ким А.Г. и др. Сравнение вариаций электронной концентрации, измеренных на инструментах радиофизического комплекса ИСЗФ СО РАН в условиях различной геомагнитной возмущенное™ II Геомагнетизм и аэрономия. 2007. Т. 47, № 3. С. 373-378.

11. Потехин А.П., Медведев А.В., Заворин А.В. и др. Цифровые системы регистрации и управления Иркутского радара некогерентного рассеяния // Солнечно-земная физика. 2008. № 11. С. 77-86.

12. Ratovsky K.G., Medvedev A.V., Tolstikov M.V., Kushnarev D.S. Case studies of height structure of ТЮ propagation characteristics using cross - correlation analysis of incoherent scatter radar and DPS - 4 ionosonde data // Adv. Space Research. 2008. V. 41, N9. P. 1453-1457.

13. Лебедев В.П., Кушнарев Д.С., Медведев A.B. и др. Первые результаты серии радиолокационных наблюдений ТГК «Прогресс» с работающими двигателями // Труды ХХП Всероссийская научная конф. «Распространение радиоволн. РРВ-22», 22-26 сентября 2008 г., Ростов-на-Дону - п. Jloo. 2008. Т. 1. С. 234-237.

14. Потехин А.П., Медведев А.В., Заворин А.В. и др. Развитие диагностических возможностей Иркутского радара некогерентного рассеяния // Космические исследования. 2008. Т. 46, № 4, С. 356-362.

15. Shcherbakov А.А., Medvedev A.V., Kushnarev D.S. Correlation Method for Determining the Ionospheric Plasma Drift Velocity at the Irkutsk Incoherent Scatter Radar II Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49, N. 7, P. 206-211.

16. Медведев А .В., Ратовский К.Г., Толстиков M.B., Кушнарев Д.С. Метод исследования пространственно-временной структуры волновых возмущений в ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 2009. Т. 49, № 6, С. 812-823.

17. Potekhin А.Р., Medvedev A.V., Zavorin A.V., et al. Recording and Control Digital Systems of the Irkutsk Incoherent Scatter Radar // Geomagnetism and Aeronomy. 2009. V. 49, N. 7. P. 189-199.

Цитируемая литература

1. Gordon W.E. Incoherent scattering of radio waves by free electrons with applications to space exploration // Proc. IRE. 1958. V. 46, N. 11. P. 1824-1829.

2. Hunsuker R.D. Radio Techniques for Probing the Terrestrial Ionosphere. Physics and Chemistry in Space // N.Y: Springer-Verlag. 1991.V. 22. p. 293.

3. Spynev B.G., A.P. Potekhin, A.V. Tashchilin, et al. The comparison of incoherent scatter data with IRI-2001 in East-Siberian region // Advances in Space Research. 2006. V. 37, N. 5. P. 1108-1112.

4. Hedin M. et al. 3-D extent of the man ionospheric trough - a case study // Adv. Polar Upper Atmos. Res. 2000. V. 14. P. 157-162.

5. Носке K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982-1995 //Annales Geophysicae. 1996. N. 14. P. 917-940.

6. Золотухина H.A., Бернгардт О.И., Шпынев Б.Г. Анализ многолетних наблюдений когерентного эха на Иркутском радаре HP и его связи с динамикой параметров магнитосферы и солнечного ветра // Солнечно-земная физика. 2006. Вып. 9. С. 3-10.

7. Markkanen J., Lehtinen M., Landgraf M. Real-time space debris monitoring with EISCAT//Adv. Space Res. 2005. V. 35, N. 7. P. 1197-1209.

8. Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Troms0 // J. At-mos. Terr. Phys. 1996. V. 58, N. 1-4. P. 349-368.

9. Robinson R. New Techniques and Result from Incoherent Scatter Radars // Radio Science. Bull. 2004. N. 31 P. 79-94.

10. Жеребцов Г.А., Заворин A.B., Медведев A.B. и др. Иркутский радар некогерентного рассеяния // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47, № 11. С. 1339-1345.

12. Shpynev B.G. Incoherent scatter Faraday rotation measurementson a radar with single linear polarization // Radio Sci. 2004. V. 39(RS3001), N. 8 p.

13. Buneman O. Excitation of field aligned sound waves by electron streams // Phys. Rev. Lett. 1963. V. 10. P. 285.

14. Kudeki E., Siiriicu F. Radar interferometric imaging of field-aligned plasma irregularities in the equatorial electrojet // Geophys. Res. Lett. 1991. N. 18. P. 41-44.

15. Francis S.H. Global propagation of atmospheric gravity waves: a review // J. Atmos. Terr. Phys. 1975. V. 37, N. (6-7). P. 1011-1054.

16. Hunsucker R.V. Atmospheric propagation of atmospheric gravity waves: a review // Review of Geophysics and Space Physics 1982. V. 20. P. 293-315.

17. Reinisch B.W., Huang X. Automatic Calculation of Electron Density Profiles from Digital Ionograms, 3, Processing of Bottomside Ionograms // Radio Sci. 1983. V. 18, N. 3. P. 477-492.

18. Носке K., Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982-1995//Annales Geophysicae. 1996. V. 14, P. 917-940.

19. Oliver W.L., Fukao S., Sato Т., et al. Ionospheric incoherent scatter measurements with the middle and upper atmosphere radar: Observations during the large magnetic storm of February 6-8, 1986 // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. N. A12. P. 1464914655.

20. Ma S.Y., Schlegel K., Xu J.S. Case studies of the propagation characteristics of auroral TIDs with EISCAT CP2 data using maximum entropy cross-spectra! analysis // Ann. Geophys. 1998. V. 16, N. 2. P. 161-167.

21. Williams P.J.S., van Eyken A.P., Bertin F. A test of the Hines dispersion equation for atmospheric gravity waves //J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 1982. V. 44, N. 7. P. 573-576.

Отпечатано на множительном участке ИСЗФ СО РАН Заказ № 105 «23» сентября 2010 г. Объем 24 с. Тираж 200 экз.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Кушнарёв, Дмитрий Сергеевич

Список основных сокращений и обозначений.

Введение.

Глава 1. Обзор современных радаров НР и методик их модернизации

1.1. Мировая сеть радаров НР.

1.2. Отличительные черты современных радаров НР.

1.3. Методы модернизации действующих радаров НР.

1.4. Системы регистрации современных радаров НР.

1.5. Выводы.

Глава 2. Формулировка задач по модернизации ИРНР и реализация аппаратной части нового УПРК

2.1. Общие характеристики Иркутского радара НР.

2.1.1. Антенная система ИРНР.

2.1.2. Задачи модернизации ИРНР.

2.2. Приемное устройство.

2.3. Система синхронизации и формирования рабочих частот.

2.3.1. Формирователь синхросигналов.

2.3.2. Программируемый блок.

2.4. Система фазирования.

2.5. Система регистрации формы излученного импульса.

2.6. Устройство регистрации сигналов и управления радаром.

2.7. Распределенная вычислительная система вторичной обработки данных.

2.8. Выводы.

Глава 3. Режимы работы, регистрация и обработка данных в новом УПРК

3.1. Требования к регистрирующему комплексу.

3.2. Выбор способа регистрации сигналов.

3.3. Получение полной формы принимаемого сигнала.

3.4. Регистрация сигнала в новом УПРК.

3.5. Временная развертка тактов излучение-прием.

3.6. Формат файлов данных.

3.7. Функционирование комплекса.

3.8. Режимы работы ИРНР.

3.8.1. Регулярные ионосферные наблюдения.

3.8.2. Наблюдения космических объектов.

3.9. Пример запуска УПРК для проведения стандартного эксперимента.

3.10. Выводы.

Глава 4. Описание диагностических возможностей ИРНР с использованием нового

4.1. Обзор возможностей нового УПРК и полученных результатов.

4.1.1. Формирование диаграммы направленности антенной системы.

4.1.2. Определение параметров ионосферной плазмы.

4.1.3. Регистрация аномально мощных сигналов КЭ.

4.1.4. Фазоразностные характеристики.

4.1.5. Наблюдение космических объектов.

4.2. Исследование пространственно - временных характеристик ПИВ.

4.2.1. Геометрия эксперимента и описание инструментов.

4.2.2. Выделение возмущений.

4.2.3. Метод определения характеристик распространения ПИВ.

4.2.4. Результаты анализа экспериментальных данных.

4.3. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Управляющий и приемно-регистрирующий комплекс для исследования ионосферы и окружающего космического пространства на Иркутском радаре некогерентного рассеяния"

В современных исследованиях верхняя атмосфера рассматривается как часть единой системы Солнце-Земля и играет ключевую роль в процессах взаимодействия ионизованной и нейтральной газовых оболочек Земли. С одной стороны, эти процессы определяются солнечным излучением и плазменными механизмами преобразования энергии и передачи импульса в цепочке солнечный ветер - магнитосфера - ионосфера - термосфера. С другой стороны, энергетика, структура и динамика верхней атмосферы определяются также воздействием планетарных и приливных колебаний, внутренних гравитационных волн и турбулентных процессов, генерируемых в нижележащих слоях нейтральной атмосферы. Изучение процессов в верхней атмосфере, оказывающих существенное влияние на техносферу и биосферу Земли, составляет актуальную проблему солнечно-земной физики. Исследования неоднородной структуры и динамики атмосферы требуют применения современных диагностических средств, самыми информативными из которых являются радары некогерентного рассеяния (PHP).

PHP используются в ионосферных исследованиях в течение уже более четырех десятилетий [1, 2, 3], при этом они до сих пор остаются наиболее совершенными наземными средствами диагностики верхней атмосферы, так как позволяют получать в диапазоне высот 90—1000 км, с высоким дистанционно-временным разрешением (до единиц километров и десятков секунд), пространственно-временные распределения сразу нескольких параметров ионосферной плазмы (электронную концентрацию, температуры электронов и ионов, скорость дрейфа и др.) [4, 5, 6]. Информация, полученная на PHP послужила основой для разработки и совершенствования глобальных и региональных моделей верхней атмосферы [7, 8, 9], позволила изучить пространственные характеристики и динамику в зависимости от геомагнитной активности таких крупномасштабных геофизических явлений, как главный ионосферный провал и экваториальная аномалия [10, 11, 12, 13], инициировала исследования высотной структуры перемещающихся ионосферных неоднородностей с определением их физической природы и возможных источников [14, 15, 16] и характеристик среднеширотных когерентных эхо [17]. В последние годы некоторые PHP привлекаются для исследований эффектов воздействия верхней атмосферы на динамику полета и состояние низкоорбитальных космических аппаратов (КА) и крупных фрагментов «космического мусора» [18, 19]. Определяющую роль играют PHP и в диагностике результатов экспериментов по искусственным воздействиям на ионосферу, проводимых на мощных нагревных установках [20, 21, 22].

Мировая сеть радаров HP насчитывает 10 таких уникальных инструментов. Все радары HP различаются по своей конструкции, географическому положению, типу антенной системы, частотному диапазону, излучаемой мощности, способам получения, обработки и хранения данных. При этом, на всех радарах в мире ведется постоянная модернизация, которая позволяет им находится на переднем фронте в исследованиях верхней атмосферы и расширяет их диагностические возможности. Внедрение современных систем приема, регистрации и обработки сигналов, увеличение каналов поступления информации с существующих антенных устройств, расширение возможностей систем управления и формирования сложных сигналов, применение технологий долговременного хранения огромных объемов первичной информации — всё это производится на действующих радарах HP, созданных десятки лет назад, что помогает более полно задействовать весь потенциал этих сложных и дорогостоящих установок [6].

Цель работы.

Целью настоящей работы являлось расширение диагностических возможностей Иркутского радара HP (ИРНР) путем создания нового управляющего и приемно-регистрирующего комплекса, позволяющего наиболее эффективно использовать конструктивные особенности радара для исследования ионосферы и окружающего космического пространства.

Основные задачи, которые были решены в рамках этой работы:

1. Расширение динамического диапазона приемно-регистрирующего тракта ИРНР для одновременного измерения без амплитудных искажений мощных сигналов от космических аппаратов (КА) или когерентного эха (КЭ) на фоне слабых сигналов некогерентного рассеяния.

2. Управление формой диаграммы направленности (ДН) радара и проведение интер-ферометрических измерений.

3. Автоматическое определение наличия на радиолокационной развертки когерентных сигналов с возможностью принятия автоматического решения об изменении режима работы.

4. Повышение пространственного разрешения и расширения высотного диапазона ионосферных измерений путем использования оптимальных зондирующих сигналов и устранения с радиолокационной развертки сигналов от местных предметов.

5. Регистрация на электронные носители полного объема первичной информации зондирования для обеспечения выбора способа вторичной обработки адекватного меняющимся задачам и природным условиям.

Научная новизна.

Практическая ценность работы состоит в создании совершенно нового аппаратно-программного комплекса для регистрации и управления ИРНР, что позволило существенно расширить его диагностические возможности и наиболее эффективно использовать весь потенциал этого уникального инструмента для проведения разнообразнейших экспериментов по исследованию ионосферы и обнаружению космических объектов.

Личный вклад автора.

Апробация работы.

Основные результаты и выводы, приведенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: XX всероссийская конференция по распространению радиоволн (Нижний Новгород, 2002 г); Всероссийская конференция «Дистанционное зондирование поверхности>Земли и атмосферы» (Иркутск, 2003 г); Байкальская международная научная школа по фундаментальной физике (Иркутск, 2004 — 2006 гг.); XV Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Красноярск, 2008); XXII Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн» (пос. JIoo Краснодарского края, 2008); XVI Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Томск, 2009); XI Конференция молодых ученых "Гелио- и геофизические исследования» (Иркутск, 2009); 6th US-Russian Space Surveillance Workshop (Санкт-Петербург, 2005 г); 36th COSPAR Scientific Assembly (Пекин, 2006 г); International Heliophysical Year Symposium (Звенигород, 2007 г); 37th COSPAR Scientific Assembly (Монреаль, 2008 г); PIERS-2009 in Moscow. Progress in Electromagnetics Research Symposium (Москва, 2009); 14th International EISCAT Workshop (Troms0,Norway 2009).

Положения выносимые на защиту:

1. Цифровой, многоканальный, управляющий и приемно-регистрирующий комплекс, расширяющий диагностические возможности ИРНР в исследованиях пространственнонеоднородной структуры ионосферы, при проведении радиолокационных наблюдений и регистрации сигналов от космическими объектов.

Содержание работы.

Диссертация включает в себя список основных сокращений и обозначений, введение, четыре главы основного материала, заключение и список цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

4.3. Выводы.

В данной главе рассмотрены основные результаты, полученные с использованием модернизированного УПРК в различных видах экспериментов. Эти результаты и методики обработки данных так или иначе связаны с новыми возможностями УПРК:

• Многоканальность (4 независимых канала) — позволяет проводить одновременную регистрацию двух типов сигналов (УП и ШП) с раздельных полурупоров антенной системы ИРНР, тем самым появилась возможность проведения измерений фазоразностных характеристик сигнала, а также возможность синтезирования ДН в угломестной плоскости при последующей обработке сохраненных данных.

• Широкий динамический диапазон (~70 дБ) позволяет регистрировать одновременно как слабые сигналы НР, так и мощные сигналы отраженные от КА, объектов местности и когерентного эхо без искажений.

• Регистрация полной формы принятого сигнала в каждом такте зондирования и последующее накопление больших массивов сырых данных открывает широкие возможности в последующей обработке полученных данных с использованием новейших методик и алгоритмов.

• Управление ДН антенны делает возможным практически мгновенное зондирование различных областей пространства от такта к такту. Такая возможность выгодно отличает ИРНР от радаров с механической системой сканирования. Направления зондирования можно задавать программно в зависимости от требований экспериментов.

• Новый УПРК позволяет формировать сложные (фазоманипулированные) сигналы для повышения пространственного разрешения в ионосферных наблюдениях.

Впервые разработан метод реконструкции трехмерной, пространственно-временной структуры ПИВ на основе анализа вариаций электронной концентрации, измеренной на радаре некогерентного рассеяния и ионозонде вертикального зондирования БР8-4. В ходе исследований выявлено, что в магнитоспокойные дни интерференция различных волновых возмущений является наиболее часто наблюдаемой картиной, разработаны критерии наличия интерференции, показана необходимость реконструкции трехмерной пространственно-временной структуры электронной концентрации для исследования ионосферных возмущений.

Заключение.

В результате проведенной модернизации Иркутский PHP преобразован в когерентный многоцелевой радар с программным управлением. Задача расширения диагностических возможностей ИРНР была решена путем разработки, на базе современных цифровых, технологий, нового управляющего и приемно-регистрирующего комплекса радара.

Расширенный динамический диапазон и когерентность радара позволяют выделить на фоне мощных когерентных сигналов, отраженных от гор и рассеянных на плазменных волнах неустойчивостей, слабые шумоподобные сигналы НР. Это дает возможность определять параметры ионосферы методом НР на,недоступных ранее (из-за отражений от гор) высотах (90—150 км) средней и нижней ионосферы, обеспечивает возможность измерений резких и глубоких вариаций амплитуд когерентных эхо и проводить измерения НР сигналов одновременно с параметрами когерентных эхо и сигналов от КА.

Расширение полосы частот позволяет повысить пространственное разрешение радара при использовании сложных кодированных сигналов и корреляционного метода их обработки в ионосферных исследованиях до 1,5—3 км для нижней и до десятков км для верхней ионосферы и увеличить точность определения дальности до космических объектов.

Передовая система регистрации сигналов ИРНР, позволяет сохранять и обрабатывать полную форму принятого сигнала, что составляет около 45 Гбайт информации в сутки. """""

Все результаты представленные в данной работе были получены с использованием этих новых возможностей УПРК. Так, параметры ионосферной плазмы — электронная концентрация, ионные и электронные температуры, скорости дрейфа плазмы, измерялись в разных направлениях, разными зондирующими сигналами в широком динамическом диапазоне и при последующей обработке применялись разные режимы накопления сырых данных. Для построения фазоразностных характеристик использовалась возможность регистрации сигналов с раздельных полурупоров антенной системы. А специальные алгоритмы выделения КО позволили отделить ионосферные данные и обработать КО отдельно. Программное управление системой формирования зондирующих импульсов практически мгновенно изменяет направление зондирования в секторе обзора и позволяет проводить разнообразные эксперименты по наблюдению КО.

Используя возможности нового УПРК ИРНР совместно с применением данных другого инструмента — ионозонда, был разработан метод реконструкции трехмерной, пространственно-временной структуры ПИВ на основе анализа вариаций электронной концентрации. Основную роль в разработке этого метода, сыграла возможность ИРНР по одновременному наблюдению двух пространственно разнесенных точек в ионосфере и возможность в последующем обрабатывать большие массивы накопленных данных.

В заключении автор считает своим долгом выразить глубокую признательность своему научному руководителю кандидату физико-математических наук Медведеву A.B. Настоящая работа была бы невозможна без разносторонней помощи Ратовского К.Г., Ильина Н.В., Шпынева Б.Г., Заруднева В.Е., Бернгардта О.И., Лебедева В.П., Алсаткина С.С., Щербакова A.A. и многих других сотрудников отдела физики атмосферы, ионосферы и распространения радиоволн ИСЗФ СО РАН.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Кушнарёв, Дмитрий Сергеевич, Иркутск

1. Gordon W. E. 1.coherent scattering of radio waves by free electrons with applications to space exploration // Proc. IRE. Vol. 46, №.11. 1958, pp. 1824-1829.

2. Farley D. T. A theory of incoherent scattering of radio waves by a plasma // Journ. of Geophysical Research, Vol.71, №17. 1966, p.4091-4098.

3. Evans J. V. Theory and Practice of* Ionosphere Study by Thomson Scatter Radar // Proceedings of the IEEE. 57. 4. 1969, p.496-530.

4. Hunsuker R. D. Radio Techniques for Probing the Terrestrial Ionosphere. Physics and Chemistry in Space // N.Y: Springer-Verlag. 1991.

5. Rotteger J. Modern Radio Science 1999 // Oxford: Univ. Press. 1999, p.213.

6. Robinson R. New Techniques and Result from Incoherent Scatter Radars // Radio Science. Bull., No. 311,2004, pp. 79-94.

7. Zhang tS., and J. M. Holt Ionospheric temperature variations during 1976-2001 over Millstone Hill // Adv Space Res. 33. 2004, pp.963-969.

8. Lei J., L. Liu, W. Wan, S. R. Zhang and A. P. Van Eyken Comparison>o£the first long-duration IS experiment measurements over Millstone Hill and EISCAT Svalbard radar with IRI2001 //Advances in Space Research. 37. 5. 2006, pp.1102-1107.

9. Spynev B.G., A.P. Potekhin, A.V. Tashchilin, V.I. Kurkin, A.V. Zavorin and G.A. Zherebtsov The comparison of incoherent scatter data with IRI-2001 in East-Siberian region // Advances in Space Research. V.37. 5. 2006, pp.1108-1112.

10. Hedin M. et al. 3-D extent of the main ionospheric trough a case study // Adv. Polar Upper Atmos. Res. 14. 2000, pp.157-162.

11. Meggs R.W., C.N. Mitchell, and V.S.C. Howells, Simultaneous observations of the main trough using GPS imaging and the EISCAT radar // Annales Geophysicae. 23. 2005, pp. 753-757.

12. Voiculescu M., I. Virtanen, T. Nygren, The F-region trough: seasonal morphology and relation to interplanetary magnetic field // Annales Geophysicae. 24. 2006, pp.173-185.

13. Носке К. and Schlegel K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982-1995, //Annales Geophysicae, №14. 1996, pp.917-940.

14. Ma S. Y., Schlegel K., Xu J. S. Case studies of the propagation characteristics of auroral TIDS with EISCAT CP2 data using maximum entropy cross-spectral analysis //Annales Geophysicae. №16. 1998, pp.161-167.

15. Kirchengast G. Characteristics of high-latitude TIDs from different causative mechanisms deduced by theoretical modeling // Journ. of Geophysical Research. V.102/ №A3. 1997, pp.4597-4612.

16. Markkanen J., M. Lehtinen and M. Landgraf Real-time space debris monitoring with EISCAT // Adv. Space Res. 35. 7. 2005, pp.1197-1209.

17. Jones T.B., T.R. Robinson, P. Stubbe and H. Kopka EISCAT observations of the heated ionosphere // J. Atmos. Terr. Phys., 48, 1986, pp.1027-1035.

18. Stubbe P. Review of ionospheric modification experiments at Tromso // J. Atmos. Terr. Phys. 58. 1-4. 1996, pp.349-368.

19. Жеребцов Г.А., Заворин A.B., Медведев A.B., Носов В.Е., Потехин А.П., Шпынев Б.Г. Иркутский радар некогерентного рассеяния // Радиотехника и электроника. 2002. Т.47, № 11. -С.1339-1345.

20. Goncharenko L. J., Е. Salah, A. Van Eyken, et al. Observations of the April 2002 Geomagnetic Storm by the Global Network of Incoherent Scatter Radars // Ann. Geophys. 23,2005, pp. 163181.

21. Рубежи обороны — в космосе и на земле. Очерки истории ракетно-космической обороны // Автор-сост. Н. Г. Завалий. Изд.2-е, испр. и доп. — М.: Вече, 2004. — 752 с

22. Пуляев В.А. Повышение эффективности определения параметров ионосферы при дистанционном мониторинге методом некогерентного рассеяния // Докторская! диссертация на правах рукописи. Харьков, 2006, 371 с.

23. Sulzer М. P., and S. Gonzalez The Effect of Electron Coulomb Collisions on the Incoherent Scatter Spectrum in the F Region at Jicamarca // Journal of Geophysical Research, 104,1999, pp. 22535-22552.

24. Hysell D. L., and J. L. Chau Inferring E Region Electron Density Profiles at Jicamarca from Faraday Rotation of Coherent Scatter // Journal of Geophysical Research; 106, 12, 2001, pp. 30371-30380.

25. Czechowsky P., G. Schmidt, and R. Rtister The Mobile SOUSY Doppler Radar: Technical Design and First Results // Radio Science, 19,' 1984, pp. 441-450.

26. Farley D.T. Incoherent Scatter Correlation Function Measurements // Radio Science, 4, 10, 1969, pp. 935-953

27. Farley D.T. Multiple-Pulse Incoherent Scatter Conelation Function Measurements // Radio Science, 7, 6, 1972, pp. 661-666.

28. Lehtinen M. S. Statistical Theory of Incoherent Scatter Measurements, PhD thesis // University of Helsinki, Finland, 1986.

29. Lehtinen M. S. and I. Haggstrom A New Modulation Principle for Incoherent Scatter Measurements // Radio Science, 22,4,1987, pp. 625-634.

30. Sulzer M. P. Recent Incoherent Scatter Techniques // Advances in Space Research, 9, 5, 1989, pp. 153-162

31. Hysell D. Incoherent Scatter Experiments at Jicamarca Using Alternating Codes // Radio Science, 35,6,2000, pp. 1425-1435.1

32. Hysell D. L. Radar Imaging of Equatorial F-Region Irregularities with Maximum Entropy Interferometry//Radio Science, 31, 1996, pp. 1567-1578.

33. Hysell D. L, and J. L. Chau Imaging Radar Observations and Nonlocal Theory of Large-scale Plasma Waves in the Equatorial Electrojet // Annales Geophysicae, 20, 8,2002 pp. 1167-1179.

34. Hysell D. L., and R. F. Woodman Imaging Coherent Backscatter Radar Observations of Topside Equatorial Spread F // Radio Science, 32, 1997, pp. 2309-2320,

35. Grydeland Т., F. D. Lind, P. J. Erickson, and J. M. Holt Software Radar Signal Processing // Annales Geophysicae, 2004, in review.

36. Sparks J. J., D. Janches, M. J. Nicolls, C. J. Heinselman Seasonal and diurnal variability of the meteor flux at high latitudes observed using PFISR // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, vol. 71, 6-7,2009, pp. 644-652

37. Holt J. M., P. J. Erickson, A. M. Gorczyca and T. Grydeland-MIDAS-W: a workstation-based incoherent scatter radar data acquisition system // Ann. Geophys., 18, 2000; pp. 12311241.

38. Lehtinen M. S., J. Markkanen, A. Vaananen, A. Huuskonen, B. Damtie, T. Nygren and J. Rahkola A new incoherent scatter technique in the EISCAT Svalbard Radar // Radio Science, 37(4), 2002, p. 1050.

39. Потехин А.П., Медведев A.B., Заворин A.B., Кушнарев Д.С., Лебедев В.П., Лепетаев В.В., Шпынев Б.Г. Цифровые системы регистрации и управления Иркутского радара некогерентного рассеяния // Солнечно-земная физика. 2008. № 11. С. 77-86.

40. Медведев А.В., Заворин А.В., Кушнарев Д.С., Шпынев Б.Г. Модернизация аппаратно-программного комплекса Иркутского радара НР. Основные элементы новой, многоканальной системы регистрации // Солнечно-земная физика. 2004. № 5. С. 107— 110.

41. Michhue G. and R. F. Woodman Development a digital receiver for the Jicamarca observatory radars // 10th International Workshop on Technical»* and Scientific Aspects of MST Radar (MST10) May 13-20, 2003 Piura, Peru. CD-Rom

42. Побережский E.C. Цифровые радиоприемные устройства // M.: Радио и связь, 1987, 184 с.

43. Медведев А.В., Орлов И.И., Потехин А.П. Анализ аппроксимации сигналов локальными В-сплайнами в частотной области, Препринт № 1-98, СО РАН, Институт солнечно-земной физики, Иркутск-1998г.

44. Марцинкявичюс А.-Й.К., Багданскис Э.-А.К., Пошюнас и др. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров // Под ред. Марцинкявичюса А.-Й.К., Багданскиса Э.-А.К, М.: Радио и связь, 1988,224 с.

45. Потехин А.П., Медведев A.B., Заворин A.B., Кушнарев Д.С., Лебедев А.В., Шпынев Б.Г. Развитие диагностических возможностей Иркутского радара некогерентного рассеяния // Космические исследования. 2008, том 46, № 4, с. 356—362

46. Shpynev B.G. Incoherent scatter Faraday rotation measurementson a radar with single linear polarization//Radio Sci. Vol. 39. No.3 2004

47. Shcherbakov A.A., Medvedev A.V. and Kushnarev D.S. Correlation Method for Determining the Ionospheric Plasma Drift Velocity at the Irkutsk Incoherent Scatter Radar // Geomagnetism and Aeronomy, Vol. 49, No. 7, pp. 206-211. 2009.

48. Buneman O. Excitation of field aligned sound waves by electron streams // Phys. Rev. Lett., 10,285, 1963

49. Farley D. T. A plasma instability resulting in field-aligned irregularities in the ionosphere // J. Geophys. Res., 68, 6083, 1963

50. Fejer B. G., Farley D. Т., Balsley В. В., Woodman R. F. Vertical structure of the VHF backscattering region in the equatorial electrojet and the gradient drift instability // Journal of Geophysical Research, vol. 80, Apr. 1, 1975, p. 1313-1324

51. C. del Pozo 440MHz radar observations of plasma turbulence in the auroral lower ionosphere // Ph.D. Thesis, MIT, 1988

52. Berngardt О. I., Potekhin A. P. Studying the fine structure of coherent echo spectra using data from Irkutsk incoherent scatter radar // Geomagnetism and Aeronomy, 49(8), 12261230,2009

53. Berngardt О.-1. Model of separate sample spectra of coherent-echo signals based on Irkutsk incoherent-scatter radar data // Radiophysics and Quantum,Electronics. Vol.49, №6. 2006, . P.415-431

54. Kudeki. E. and' F. Siirucii Radar interferometric imaging of field-aligned plasma irregularities in the equatorial electrojet// Geophys. Res. Lett., -1991. №18. -P. 41-44.

55. Chau J. L. and R. F. Woodman Three-dimensional-coherent radar imaging at Jicamarca: Comparison of different inversion techniques // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. -2001. №63. -P. 253-261.

56. Williams, P.J.S., Virdi, T.S., Lewis, R.V., Lester, M., Rodger, A.S., Freeman, K.S.C. Worldwide atmospheric gravity-wave study in the European sector 1985-1990 // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 55 (4-5), 683-696, 1993

57. Носке, K., and K. Schlegel, A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances: 1982-1995//Annales Geophysicae, 14,917-940, 1996.

58. Григорьев Г.И. Акустико-гравитационные волны в атмосфере Земли (обзор) // Изв. ВУЗов Радиофизика. 1999. Т. XLII. № 1. с. 3 25.

59. Ахмедов P.P., Куницын В.Е. Моделирование ионосферных возмущений, вызванных землетрясениями и взрывами // Геомагнетизм и аэрономия. 2004. Т 44. № 1. с. 1-8.

60. Kirchengast, G., К. Носке, and К. Schlegel, Gravity waves determined by modelling of travelling ionospheric disturbances in-incoherent-scatter radar measurements // Radio Sci., 30,1551-1567, 1995.

61. Ma S.Y., Schlegel К., Xu J.S. Case studies of the propagation characteristics of auroral TIDs with EISCAT CP2 data using maximum entropy cross-spectral analysis // Ann. Geophysicae. V. 16. №2. 161-167. 1998.

62. Reinisch B.W., Huang X. Automatic Calculation of Electron Density Profiles from Digital Ionograms, 3, Processing of Bottomside Ionograms // Radio Sci. V. 18. № 3. P.477-492. 1983.

63. Reinisch B. W., Huang X. Vertical electron content from ionograms in real time // Radio Sci. V. 36. № 2. P. 335-342. 2001.

64. Williams P.J.S., van Eyken А.Р., Bertin F. A test of the Hines dispersion equation for atmospheric gravity waves // J.Atmos. Solar-Terr. Phys. V. 44. № 7. P. 573-576. 1982.

65. Медведев А. В., Ратовский К. Г., Толстиков М. В., Кушнарев Д. С. Метод исследования пространственно-временной структуры волновых возмущений в ионосфере // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 49, №6, С. 812—823,2009.