ПОСТРОЕНИЕ ДВУМЕРНЫХ КАРТ ВАРИАЦИИ ПОЛНОГО ЭЛЕКТРОННОГО СОДЕРЖАНИЯ ПО ПЛОТНОЙ СЕТИ ГНСС СТАНЦИЙ ВО ВРЕМЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ИОНОСФЕРУ МОЩНЫМ РАДИОИЗЛУЧЕНИЕМ
Введение 2
Цель и основные задачи бакалаврской работы 5
1. Теоретическая часть 7
1.1 Ионосфера 7
1.2 Ионосферные возмущения 9
1.2.1 Классификация ионосферных возмущений 9
1.2.2 Методы радиофизического детектирования возмущений ионосферы.
11
1.3 Трансионосферное зондирование на основе ГНСС 13
1.3.1 Основная информация о ГНСС 13
1.3.2 Глобальная и региональные сети приемников ГНСС 13
1.3.3 Расчет ПЭС по данным ГНСС приемников 14
2 Практическая часть 18
2.1 Основные сведения об эксперименте 18
2.2 Обработка данных эксперимента 20
2.3 Определение пространственного положения подионосферной точки 21
2.4 Расчет ПЭС 23
2.5 Построение двумерных карт ПЭС 24
Заключение 31
Литература 32
Проблемы изучения возмущений ионосферы являются актуальными на протяжении уже нескольких десятков лет, причиной тому являются многие практические аспекты. Неоднородностями ионосферы являются изменения различных параметров ее составляющих, таких, например, как полное электронное содержание (ПЭС), концентрация электронов (Ne), температура электронов и ионов и др. Возмущения ионосферы являются одним из факторов, характеризующих космическую погоду в околоземном космическом пространстве и сильно влияющих на работу актуальных средств связи, навигации, локации, наземной и космической техники, энергетики и т.д. [1].
На данный момент крупномасштабная структура ионосферы изучена достаточно хорошо, такие параметры как: сезонные и климатические ее вариации, глобальное распределение ионизации. Достаточно хорошо исследовано влияние однородной и фоновой (регулярно-неоднородной) ионизированной структуры на распространение радиоволн [4].
Значительно меньше исследованы перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ). Серьезной проблемой является анализ процессов появления, перемещения и разрушения неоднородностей электронной концентрации. И определение источников неоднородностей в конкретных случаях является непростой задачей. Существует множество современных международных организаций, занимающихся решением данных проблем (SCOTER, COSPAR,URSIU др.). Некоторые страны разрабатывают собственные национальные программы космической погоды для своевременной диагностики ионосферы и околоземного космического пространства [1].
Существует множество методов радиофизического зондирования (радары некогерентного рассеяния, ионозонды, регистрация сигналов космических радиоисточников и т.д.), которые образовали базу наших знаний о составе и
динамике ионосферы. Представленные способы исследование и изучения ионосферы пользуются популярностью и на сегодняшний день. Правда, стоит заметить, что современные требования, связанные с детальной диагностикой и прогнозами возмущений в ионосфере, становятся все выше и выше к качеству получаемой информации и техническим характеристикам систем. Наиболее важные с точки зрения научного интереса воздействия требуют непрерывного детектирования и работы системы мониторинга.
В настоящее время активное развитие получают глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) американская - GPSn российская - ГЛОНАСС, предназначенные для определения местоположения пользователя, регистрируя сигналы навигационных спутников. При прохождении радиосигнала через толщу ионосферы проявляется ионосферная задержка. Время задержки прямо пропорционально ПЭС вдоль всей траектории распространения радиоволны. Также изменения ПЭС катализируют пропорциональные фазовые изменения и искажения амплитуды сигнала. Наблюдая за вариациями ПЭС, можно использовать полученные данные для прогнозирования землетрясений, а также существенных влияний на наземную радиосвязь. Естественно, информация о полном электронном содержании даст возможность улучшить определение местоположения пользователя, и чем выше пространственно-временное разрешение концентрации электронов в ионосфере, тем точнее это можно сделать [1].
На основе данных ГНСС-систем широко распространились сети приемников. Чувствительность фазовых двухчастотных измерений дает возможность регистрировать возмущения амплитудой до тысячных долей процента от суточных изменений полного электронного содержания. Приемники, разнесенные на расстояния порядка нескольких и десятков километров, дают возможность определять пространственные характерные параметры возмущений, неоднородностей и их характеристики перемещения. Использование наземных сетей двухчастотных приемников ГНСС дают возможность глобального, локального и непрерывного мониторинга возмущений ионосферы с временным и пространственным разрешением, удовлетворяющим современным высоким требованиям качества.
Вышесказанное создает актуальность задач по применению и развитию зондирования околоземного космического пространства, основанного на использовании навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS .
В ходе выполнения выпускной-квалификационной работы:
разработан оригинальный алгоритм считывания данных RINEX-формата на основе программного пакета MATLAB;
проведена обработка экспериментальных данных с сети приволжских ГНСС-станций в виде фазовых измерений и измерений псевдодальностей от 29 августа 2016 года. На их основании построены двумерные карты распределения вариации ПЭС для отслеживания перемещения возмущений в составе ионосферы. Тем самым пронаблюдали отклик ионосферы на воздействие в виде мощного радиоизлучения со стенда «Сура»;
обработаны снимки на ПЗС камеру SBIGU проведен анализ содержания нейтральных частиц и свободных электронов в составе ионосферы на основе информации, о которой сказано выше.
Результат обработки показал, что наиболее интенсивное свечение наблюдалось в местах с пониженной электронной концентрацией, что дополняет предыдущие работы [14,15].
Показано, что оба методаимеют свои достоинства и недостатки, так ПЗС камера не может дать полной информации о содержании нейтральных частиц во всей толще ионосферы, лишь в нижних ее слоях, которые в большинстве своем влияют на распространение средних радиоволн. Тридцатисекундные данные со спутников, в свою очередь, не дают достаточного временного и пространственного разрешения для наблюдения за узколокализованными перемещающимися ионосферными возмущениями, также существенную роль в построении двумерных карт играет количество ГНСС-станций приема, хотелось бы иметь доступ к большему количеству станций, особенно расположенных севернее станции «Сура», т.к если из-за достаточно большого числа станций, расположенных южнее, юго-восточнее и юго-западнее, в целом отследить перемещения возмущений удалось, то в области севернее данных недостаточно для качественного наблюдения.
