ИСЛЕДОВАНИЕ МЕЗОМАСШТАБНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ИОНОСФЕРЫ

Введение 4
Глава 1. Рефракция ионосферы и её параметры 8
1.1 Ионосфера и рефракция 8
1.2 Ионосферные возмущения 11
1.3 Параметры ионосферы 12
1.4 Классификация неоднородностей по масштабам 16
Глава 2. Дистанционное радиозондирование как средство исследования ионосферы 19
2.1 Использование GPS для исследования ионосферы 19
2.2 Спутниковые приемники СНС 20
2.3 Антенны спутниковых приемников GPS, ГЛОНАСС 22
2.4 Глобальные карты TEC 28
Глава 3 Исследование пространственных вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС в ионосфере 31
3.1 Подготовка и проведение эксперимента 31
3.2 Расположение сети спутниковых приемников GPS, ГНСС и их
характеристики 32
3.3 Синхронные ГНСС измерения 34
3.4 Математический аппарат расчета пространственных вариаций
интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС 35
3.5 Описание мезомасштабной ионосферной карты полного
электронного содержания 36
3.6 Разработка кода программы для автоматизированного расчета
математического аппарата пространственно-временных вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС 38
Глава 4. Динамика пространственных вариаций интенсивности
мезомасштабных флуктуаций ПЭС 40
4.1 Сезонный ход пространственно-временных вариаций
интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС 40
4.2 Суточный ход пространственно-временных вариаций
интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС 49
Выводы 53
Заключение 55
Список используемой литературы 56
Купить

В последнее время, проводятся глобальные изучения структуры атмосферы Земли (отдельных ее слоев), и ее влияние на распространение радиосигналов спутниковой навигационной системы. Ионосферный слой атмосферы Земли, расположенный на отметке высот 50-1000 км, оказывает непосредственное влияние на изменение параметров радиосигнала. Где одной из основных характеристик, является электронная концентрация - ПЭС (полное электронное содержание). В ней наблюдаются неоднородности различных масштабов, такие как: мелкомасштабные, мезомасштабные и крупномасштабные неоднородности.
Мониторинг состояния атмосферы в современных условиях необходим в задачах оперативного прогноза метеосостояния, повышение точности радиотехнических измерений, опасных метеоявлений. Известно, что учет мезомасштабной структуры атмосферы повышает точность решения указанных задач.
На сегодняшний день атмосферные исследования проводятся в основном в глобальном масштабе, но для полного представления о динамике и энергетике атмосферы интерес представляют также мало исследованные масштабы неоднородностей в несколько километров (мезомасштабные).
В современных условиях недостаточно экспериментальных исследований локальной мезомасштабной изменчивости атмосферы. Зондирование ионосферного слоя с помощью автоматизированных сетей базовых станций работающих круглосуточно, космических аппаратов и аэрологических данных, позволяет провести эксперимент по мониторингу неоднородной структуры и выявлению флуктуаций пространственных мезомасштабных процессов в ионосфере Земли.
Более подробное описание мезомасштабных процессов можно найти в источнике [10].
В настоящее время такие системы как NAVASTAR (GPS) и ГЛОНАСС все чаще входят в научную деятельность, их используют для целей дистанционного зондирования атмосферы [4, 6, 9, 13, 29, 30]. Эти системы представляют комплекс различных устройств, включающих в себя передающие спутники и приемную аппаратуру. Основные преимущества этой системы доступность, компактность, отработанная методика обработки сигналов.
Актуальность работы заключается в изучении вопросов влияния неоднородностей на распространение радиоволн, а также генерации неоднородностей, трансформации и их взаимодействия. Что является важной и актуальной проблемой, имеющей научное и практическое значение в области радиофизики и физики атмосферы. В связи с этим несомненный интерес представляет мониторинг мезомасштабной структуры ионосферы сетью базовых станций радиозондирования спутниковых систем слежения GPS, ГЛОНАСС.
Целью данной работы является расчет среднеквадратических отклонений пространственно-временных значений ПЭС, и выявление закономерностей суточных и сезонных пространственных вариаций интенсивности флуктуаций мезомасштабных неоднородностей, с использованием сети приемников спутниковых навигационных систем.
В ходе работы были поставлены следующие задачи:
1) Разработка метода исследования пространственных вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС.
2) Сбор данных синхронных измерений радиосигналов СНС наземной сетью базовых станций (расположенной в республике Татарстан).
3) Представление карт ПЭС (полного электронного содержания) приемников глобальной навигационной системы.
4) Написание кода программы для автоматизированного расчёта среднеквадратических отклонений значений ПЭС.
5) Проведение расчета интенсивности пространственных мезомасштабных флуктуаций ПЭС и их временной динамики.
6) Выявление суточного хода пространственно-временных вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС радиосигналами ГНСС (глобальных навигационных спутниковых систем).
7) Выявление сезонных пространственно-временных вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС радиосигналами ГНСС.
Решение поставленных задач базируется на экспериментальном подходе, использующем длинные ряды синхронных радиоизмерений сети наземных навигационных приемников систем GPS и ГЛОНАСС. Исследуются карты полного электронного содержания ежесекундных спутниковых измерений дециметровых радиоволн. Анализ результатов проводится с помощью математического аппарата среднеквадратического отклонения значений ПЭС.
Достоверность экспериментальных данных подтверждается статистической обеспеченностью в более чем 2 миллиона измерений полученных данных (ежесекундные синхронные фазовые измерения), наземными приемниками в течение 2013 года, а также обеспеченностью полученными в ходе работы в количестве 363 карт ПЭС.
Впервые создана методика оценки вариаций интенсивности флуктуаций пространственных мезомасштабных неоднородностей в ионосфере с помощью радиосигналов региональной сети спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС.
Полученные результаты уточняют и развивают метод дистанционного зондирования, а так же имеют научное применение для дальнейшего исследования неоднородной структуры ионосферы. Методика оценки неоднородной мезомасштабной структуры ионосферы применима для исследований над любыми территориями земли. При этом радиозондирование сигналами спутниковых навигационных систем
способствует сокращению расходов на получение экспериментальных 6
данных при увеличении временного разрешения. Обнаруженные зависимости и интенсивности мезомасштабных флуктуаций могут использоваться при разработке новых моделей мезомасштабных процессов в ионосфере.
Все представленные в диссертации результаты и выводы получены автором в ходе работы по решению поставленных задач. Автор лично принимал участие в работах по созданию и эксплуатации сети приемников спутниковых навигационных систем, сбору, расчёту и анализу экспериментальных данных. Обработка данных радиозондирования для исследования пространственных вариаций интенсивности мезомасштабных флуктуаций ПЭС, выполнена по алгоритмам, разработанным автором. Автором лично был написан код программы, для автоматизированного расчета пространственно-временных вариаций интенсивности
мезомасштабных флуктуаций ПЭС.

Купить