О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени
Проведены исследования характеристик импульсных ВЧ сигналов, которые распространялись между радиостанцией РВМ (Московская обл., Россия) и приемным пунктом в Радиоастрономической обсерватории РИ НАНУ (Харьковская обл., Украина) на частотах выше максимально применимой частоты для прямой трассы. В прин...
Saved in:
| Published in: | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100088 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени / С.Б. Кащеев, А.В. Зализовский, А.А. Сопин, И.И. Пикулик // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 1. — С. 34-42. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-100088 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Кащеев, С.Б. Зализовский, А.В. Сопин, А.А. Пикулик, И.И. 2016-05-15T19:51:35Z 2016-05-15T19:51:35Z 2013 О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени / С.Б. Кащеев, А.В. Зализовский, А.А. Сопин, И.И. Пикулик // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 1. — С. 34-42. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100088 537.874 Проведены исследования характеристик импульсных ВЧ сигналов, которые распространялись между радиостанцией РВМ (Московская обл., Россия) и приемным пунктом в Радиоастрономической обсерватории РИ НАНУ (Харьковская обл., Украина) на частотах выше максимально применимой частоты для прямой трассы. В принятом на ненаправленную антенну многомодовом сигнале исследованы доплеровские сдвиги и время группового запаздывания отдельных составляющих. С помощью остронаправленной антенны измерены азимутальные зависимости мощности принятого сигнала. Показано, что распространение электромагнитной энергии между приемным и передающим пунктами происходит по нескольким различным трассам, которые отличаются протяженностью, положением в пространстве и временем существования. Предложено объяснение времени групповой задержки отдельных мод и периода их существования. Показано, что основная составляющая мощности принятого сигнала в спокойных геомагнитных условиях определялась сигналами двухпозиционного возвратно-наклонного зондирования, приходящими с юго-восточного направления, а во время магнитного возмущения – рассеянием на границе полярного овала. Виконано дослідження характеристик імпульсних ВЧ сигналів, які поширюються між радіостанцією РВМ (Московська обл., Росія) та приймальним пунктом Радіоастрономічної обсерваторії РІ НАНУ (Харківська обл., Україна) на частотах вище максимально застосовуваної частоти для прямої траси. У багатомодовому сигналі, прийнятому на неспрямовану антену, досліджено допплерівські зсуви частоти та час групового запізнення окремих складових. За допомогою гостроспрямованої антени виміряно азимутальні залежності потужності прийнятого сигналу. Показано, що поширення електромагнітної енергії між передавальним та приймальним пунктами здійснюється декількома різними трасами, що відрізняються довжиною, положенням у просторі та часом існування. Пропонується тлумачення часу групового запізнення окремих мод. Показано, що основна складова потужності прийнятого сигналу у спокійних геомагнітних умовах була сигналом двопозиційного зворотно-похилого зондування з південно-східного напрямку Під час магнітного збурення сигнали більшої потужності зумовлювалися розсіянням на межі полярного овалу. Characteristics of high-frequency signals that propagated between the RWM radio station (Moscow region, Russia) and Radio Astronomical Observatory (Kharkiv region, Ukraine) at frequencies above the maximum usable frequency on direct path were investigated. The Doppler frequency shifts and group delay of individual components were investigated for the multimode signal received with the nondirectional antenna. The azimuthal dependence of received signal power was measured by a highly directive antenna. It is shown that the electromagnetic energy propagated between the transmitting and receiving points through several different paths, which differed in length, position and time of existence. An explanation of the group delay of individual modes and their existence time is proposed. It is shown that the main component of the received signal power is determined by the oblique back scatter sounding from the south-east and by scattering on the edge of the aurora oval during geomagnetic disturbances. Авторы благодарны проф. Ю. М. Ямпольскому за участие в обсуждении результатов, полученных в работе, и ряд полезных замечаний. Исследования проведены при частичном финансировании в рамках НИР “Збурення” (Постановление Президиума НАН Украины № 160 от 26.05.2010 г.), при поддержке НТЦУ в рамках партнерского проекта Р-527, а также в рамках выполнения НИР “Шпицберген-2012” (номер госрегистрации 0112U004096). ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Радиофизика геокосмоса О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени Щодо можливості бістатичного ВЧ зондування іоносфери сигналами точного часу On the Possibility of Bistatic HF Ionospheric Sounding by Exact Time Signals Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени |
| spellingShingle |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени Кащеев, С.Б. Зализовский, А.В. Сопин, А.А. Пикулик, И.И. Радиофизика геокосмоса |
| title_short |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени |
| title_full |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени |
| title_fullStr |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени |
| title_full_unstemmed |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени |
| title_sort |
о возможности бистатического вч зондирования ионосферы сигналами точного времени |
| author |
Кащеев, С.Б. Зализовский, А.В. Сопин, А.А. Пикулик, И.И. |
| author_facet |
Кащеев, С.Б. Зализовский, А.В. Сопин, А.А. Пикулик, И.И. |
| topic |
Радиофизика геокосмоса |
| topic_facet |
Радиофизика геокосмоса |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Радиофизика и радиоастрономия |
| publisher |
Радіоастрономічний інститут НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Щодо можливості бістатичного ВЧ зондування іоносфери сигналами точного часу On the Possibility of Bistatic HF Ionospheric Sounding by Exact Time Signals |
| description |
Проведены исследования характеристик импульсных ВЧ сигналов, которые распространялись между радиостанцией РВМ (Московская обл., Россия) и приемным пунктом в Радиоастрономической обсерватории РИ НАНУ (Харьковская обл., Украина) на частотах выше максимально применимой частоты для прямой трассы. В принятом на ненаправленную антенну многомодовом сигнале исследованы доплеровские сдвиги и время группового запаздывания отдельных составляющих. С помощью остронаправленной антенны измерены азимутальные зависимости мощности принятого сигнала. Показано, что распространение электромагнитной энергии между приемным и передающим пунктами происходит по нескольким различным трассам, которые отличаются протяженностью, положением в пространстве и временем существования. Предложено объяснение времени групповой задержки отдельных мод и периода их существования. Показано, что основная составляющая мощности принятого сигнала в спокойных геомагнитных условиях определялась сигналами двухпозиционного возвратно-наклонного зондирования, приходящими с юго-восточного направления, а во время магнитного возмущения – рассеянием на границе полярного овала.
Виконано дослідження характеристик імпульсних ВЧ сигналів, які поширюються між радіостанцією РВМ (Московська обл., Росія) та приймальним пунктом Радіоастрономічної обсерваторії РІ НАНУ (Харківська обл., Україна) на частотах вище максимально застосовуваної частоти для прямої траси. У багатомодовому сигналі, прийнятому на неспрямовану антену, досліджено допплерівські зсуви частоти та час групового запізнення окремих складових. За допомогою гостроспрямованої антени виміряно азимутальні залежності потужності прийнятого сигналу. Показано, що поширення електромагнітної енергії між передавальним та приймальним пунктами здійснюється декількома різними трасами, що відрізняються довжиною, положенням у просторі та часом існування. Пропонується тлумачення часу групового запізнення окремих мод. Показано, що основна складова потужності прийнятого сигналу у спокійних геомагнітних умовах була сигналом двопозиційного зворотно-похилого зондування з південно-східного напрямку Під час магнітного збурення сигнали більшої потужності зумовлювалися розсіянням на межі полярного овалу.
Characteristics of high-frequency signals that propagated between the RWM radio station (Moscow region, Russia) and Radio Astronomical Observatory (Kharkiv region, Ukraine) at frequencies above the maximum usable frequency on direct path were investigated. The Doppler frequency shifts and group delay of individual components were investigated for the multimode signal received with the nondirectional antenna. The azimuthal dependence of received signal power was measured by a highly directive antenna. It is shown that the electromagnetic energy propagated between the transmitting and receiving points through several different paths, which differed in length, position and time of existence. An explanation of the group delay of individual modes and their existence time is proposed. It is shown that the main component of the received signal power is determined by the oblique back scatter sounding from the south-east and by scattering on the edge of the aurora oval during geomagnetic disturbances.
|
| issn |
1027-9636 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/100088 |
| citation_txt |
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени / С.Б. Кащеев, А.В. Зализовский, А.А. Сопин, И.И. Пикулик // Радиофизика и радиоастрономия. — 2013. — Т. 18, № 1. — С. 34-42. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT kaŝeevsb ovozmožnostibistatičeskogovčzondirovaniâionosferysignalamitočnogovremeni AT zalizovskiiav ovozmožnostibistatičeskogovčzondirovaniâionosferysignalamitočnogovremeni AT sopinaa ovozmožnostibistatičeskogovčzondirovaniâionosferysignalamitočnogovremeni AT pikulikii ovozmožnostibistatičeskogovčzondirovaniâionosferysignalamitočnogovremeni AT kaŝeevsb ŝodomožlivostíbístatičnogovčzonduvannâíonosferisignalamitočnogočasu AT zalizovskiiav ŝodomožlivostíbístatičnogovčzonduvannâíonosferisignalamitočnogočasu AT sopinaa ŝodomožlivostíbístatičnogovčzonduvannâíonosferisignalamitočnogočasu AT pikulikii ŝodomožlivostíbístatičnogovčzonduvannâíonosferisignalamitočnogočasu AT kaŝeevsb onthepossibilityofbistatichfionosphericsoundingbyexacttimesignals AT zalizovskiiav onthepossibilityofbistatichfionosphericsoundingbyexacttimesignals AT sopinaa onthepossibilityofbistatichfionosphericsoundingbyexacttimesignals AT pikulikii onthepossibilityofbistatichfionosphericsoundingbyexacttimesignals |
| first_indexed |
2025-11-26T02:05:49Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:05:49Z |
| _version_ |
1850607511944560640 |
| fulltext |
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 201334
Радиофизика и радиоастрономия. 2013, Т. 18, № 1, c. 34–42
© С. Б. Кащеев, А. В. Зализовский, А. А. Сопин,
И. И. Пикулик, 2013
ÐÀÄÈÎÔÈÇÈÊÀ ÃÅÎÊÎÑÌÎÑÀ
С. Б. КАЩЕЕВ, А. В. ЗАЛИЗОВСКИЙ, А. А. СОПИН,
И. И. ПИКУЛИК
Радиоастрономический институт НАН Украины,
ул. Краснознаменная, 4, г. Харьков, 61002, Украина
E-mail: kascheev@rian.kharkov.ua
Î ÂÎÇÌÎÆÍÎÑÒÈ ÁÈÑÒÀÒÈ×ÅÑÊÎÃÎ Â× ÇÎÍÄÈÐÎÂÀÍÈß
ÈÎÍÎÑÔÅÐÛ ÑÈÃÍÀËÀÌÈ ÒÎ×ÍÎÃÎ ÂÐÅÌÅÍÈ
Проведены исследования характеристик импульсных ВЧ сигналов, которые распространялись между радиостанцией
РВМ (Московская обл., Россия) и приемным пунктом в Радиоастрономической обсерватории РИ НАНУ (Харьковс-
кая обл., Украина) на частотах выше максимально применимой частоты для прямой трассы. В принятом на ненап-
равленную антенну многомодовом сигнале исследованы доплеровские сдвиги и время группового запаздывания отдель-
ных составляющих. С помощью остронаправленной антенны измерены азимутальные зависимости мощности приня-
того сигнала. Показано, что распространение электромагнитной энергии между приемным и передающим пунктами
происходит по нескольким различным трассам, которые отличаются протяженностью, положением в пространстве
и временем существования. Предложено объяснение времени групповой задержки отдельных мод и периода их суще-
ствования. Показано, что основная составляющая мощности принятого сигнала в спокойных геомагнитных условиях
определялась сигналами двухпозиционного возвратно-наклонного зондирования, приходящими с юго-восточного на-
правления, а во время магнитного возмущения – рассеянием на границе полярного овала.
Ключевые слова: максимально применимая частота, импульсный сигнал, время группового запаздывания, доплеровское
смещение, ионосферные неоднородности
УДК 537.874
1. Ââåäåíèå
Влияние ионосферных процессов на флуктуации
траектории, амплитуды и частоты ВЧ сигналов
на короткой односкачковой трассе, а также реше-
ние обратной задачи – восстановление парамет-
ров процессов по характеристикам сигналов –
рассмотрены в достаточно большом количестве
работ (см., например, [1, 2]). Как правило, иссле-
дования проводились в условиях, когда частота
пробных сигналов была ниже максимально при-
менимой частоты (МПЧ) или в переходных усло-
виях, когда эти частоты были равны. Значитель-
но реже в качестве пробных были использованы
сигналы с частотой выше МПЧ. Результаты, по-
лученные во время одного из таких эксперимен-
тов, приведены в [3]. В этой работе были измере-
ны характеристики сигналов, которые распростра-
нялись по прямой трассе за счет рассеяния на мел-
комасштабных ионосферных неоднородностях.
Целью настоящей работы является иссле-
дование влияния глобальных ионосферных нео-
днородностей на характеристики сигналов с час-
тотами выше МПЧ. В отличие от работы [3]
измерения характеристик проводилось с приме-
нением частотно-временного способа анализа,
который позволил получить не только спектраль-
ные характеристики многомодового сигнала, при-
нятого на антенну с круговой диаграммой направ-
ленности, но также измерить время группового
запаздывания отдельных мод. С помощью ост-
ронаправленной антенны декаметрового радио-
телескопа УТР-2 [4] были измерены азимуталь-
ные зависимости мощности сигнала. Обнаруже-
но, что распространение электромагнитной энер-
гии между приемным и передающим пунктами
происходит несколькими модами со значительно
отличающимися временами групповой задерж-
ки, причем основная составляющая мощности
сигнала обусловлена не самым коротким путем
распространения (прямой трассой). Предложено
объяснение времени групповой задержки отдель-
ных мод.
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013 35
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени
2. Ìåòîäèêà ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ
è îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ
В качестве источника пробных сигналов была
использована станция службы точного времени
и частоты РВМ (Московская обл., Россия, коор-
динаты: 55.75° с. ш., 37.64° в. д.). Ее основным
преимуществом является круглосуточное излуче-
ние когерентных сигналов параллельно на трех
несущих частотах: 4996, 9996 и 14996 кГц. На всех
частотах передатчики работают в одном из трех
режимов: непрерывном либо в одном из двух ти-
пов импульсного. Первый тип импульсного режи-
ма имеет частоту повторения 1 Гц при длитель-
ности посылки 100 мс, во втором импульсном
режиме частота повторения составляет 10 Гц,
а длительность импульса 20 мс. Начало излуче-
ния импульсных последовательностей синхрони-
зировано с мировым временем (UT).
Сигналы станции РВМ были приняты в Ра-
диоастрономической обсерватории РИ НАНУ
(РАО) (Харьковская обл., Украина, координаты:
49.67° с. ш., 36.83° в. д.) с помощью много-
канального приемного комплекса параллельно
на всех частотах. Прием проводился на широ-
кополосный вертикальный вибратор и, в ряде
случаев, с использованием остронаправленной
антенны радиотелескопа УТР-2. Начало работы
АЦП комплекса было синхронизировано с миро-
вым временем с помощью системы GPS, что по-
зволило измерять абсолютное время задержки
сигналов при распространении по различным
трассам. Точность измерения времени, как прави-
ло, определялась частотой оцифровки сигнала .оцF
Во время первой измерительной кампании, кото-
рая проводилась с 21 по 26 сентября 2010 г., эта
частота составляла 700оцF = Гц (период оциф-
ровки 1.4286оцT = мс). Во время второй, состояв-
шейся с 15 по 18 апреля 2012 г., 2230оцF = Гц
( 0.4484оцT = мс), что соответствовало дискретнос-
ти измерения длины трассы порядка 430 и 140 км
соответственно. Чтобы уменьшить влияние вне-
шних шумов и флуктуаций амплитуды сигнала
на точность измерений, последние проводились
по средней амплитуде импульсов в режиме излу-
чения с частотой 10 Гц. Для этого каждый пе-
риод, в течение которого излучался такой сигнал
(10 мин), был поделен на N интервалов продол-
жительностью в 1 с. Далее отсчеты амплитуды
сигнала были посекундно усреднены:
1
1 ,
N
i in
n
a a
N =
= ∑
где ia – средний i-й отсчет амплитуды, задержан-
ный относительно начала каждой секунды миро-
вого времени на ;задi
оц
it
F
= i изменяется в преде-
лах от 0 до ( 1);оцF − ina – i-й отсчет амплитуды
в n-й секунде импульсного излучения.
На рис. 1 приведены результаты такого усред-
нения (фрагмент длительностью 0.3 с), получен-
ные для периода 19:20–19:30 местного времени
(LT) 22.09.2010 г. Кривая 1 отображает среднюю
амплитуду сигнала на частоте 9996 кГц; заметим,
что на момент проведения измерений эта частота
была выше МПЧ. Кривая 2 – средняя амплитуда
сигнала на частоте 4996 кГц, которая в это время
была ниже МПЧ. Из графиков видно, что времена
приема сигналов на разных частотах отличались.
На частоте 9996 кГц сигнал состоял из двух им-
пульсов примерно одинаковой амплитуды с разной
задержкой, т. е. распространялся по двум трассам
различной протяженности. Кроме того, в нем при-
сутствовала компонента, обусловленная расп-
ространением по обратной трассе. Ее амплитуда
значительно меньше, поэтому начало обратного
импульса на фоне прямого сигнала не просматри-
валось, зато отчетливо видно его окончание (ука-
зано стрелками на рис. 1).
Параллельно был проведен спектральный ана-
лиз сигналов на обеих частотах с разрешением
Рис. 1. Фрагмент записи средней амплитуды сигнала ра-
диостанции РВМ, полученный 22.09.2010 г. с 19:20 до 19:30
местного времени: кривая 1 – на частоте 9996 кГц,
кривая 2 – на частоте 4996 кГц
36 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013
С. Б. Кащеев, А. В. Зализовский, А. А. Сопин, И. И. Пикулик
0.1 Гц и последующим усреднением в течение
10 мин. В спектре сигнала на частоте 4996 кГц
наблюдался один узкий максимум, а на частоте
9996 кГц – два более широких максимума срав-
нимой амплитуды с различными доплеровскими
сдвигами частоты (ДСЧ).
Для вычисления зависимости ДСЧ импульсно-
го сигнала от времени задержки был исполь-
зован способ частотно-временного анализа.
При этом спектр сигнала вычислялся не по всем
отсчетам АЦП с частотой ,оцF а только по вы-
борочным значениям, равноотстоящим от момен-
та излучения очередного импульса, а именно: ,ia
0.1 ,
оцi Fa + 0.2 ,
оцi Fa + 0.3 оцi Fa + (индекс i изменяется
от 0 до 0.1 1).оцF − Частота обработки составила
10обF ′ = Гц, при этом все дискретные спектраль-
ные составляющие импульсного сигнала свора-
чивались к одной частоте
( ),про об DF f NF F′= − +
где проf – промежуточная частота оцифрованного
сигнала, N – целое частное от деления ,про обf F ′
DF – ДСЧ сигнала.
Для вычисления спектров бралось 100 отсче-
тов, что соответствует длине реализации 10 с.
В результате была получена последовательность
мгновенных спектров сигнала в полосе 5 Гц
с разрешением по частоте 0.1 Гц. Так как мо-
мент запуска АЦП системы обработки данных
был жестко связан с мировым временем, первый
отсчет для расчета первого спектра совпадал
с началом периода излучения импульсного сигна-
ла, вычисление следующего спектра начиналось
через время 1 оцt F= и т. д. Вся последователь-
ность, которая может быть названа спектрограм-
мой, состоит из 0.1 оцF мгновенных спектров
и охватывает время, равное периоду излученной
импульсной последовательности (100 мс). В ка-
честве примера на рис. 2 приведен результат такой
обработки сигнала, полученный в интервале вре-
мени с 19:23:00 до 19:23:10 местного времени
22 сентября 2010 г. Амплитуда спектральных со-
ставляющих на рисунке отображена в логариф-
мическом масштабе градациями серого цвета.
Для всех периодов работы станции РВМ в им-
пульсном режиме с частотой повторения 10 Гц было
получено по 60 независимых спектрограмм сигна-
ла, которые усреднялись для каждого периода.
На рис. 3 приведен результат усреднения для пе-
риода времени 19:20–19:30 22 сентября 2010 г.
Из рисунка следует, что принятый сигнал состоял
из 2-х основных мод. Первая по времени, более
“широкополосная”, задержана относительно им-
пульса передатчика на 8.6 мс и сдвинута в макси-
муме спектральной плотности по частоте относи-
тельно излученного сигнала на –1.7 Гц. Вторая
мода задержана относительно импульса передат-
чика на 12.9 мс и имеет ДСЧ –0.4 Гц. (Приве-
денные значения задержки состоят из суммы
задержек на трассе распространения и в узкопо-
лосных цепях приемника.) Повышенная интенсив-
ность сигнала со спектром, занимающим всю
полосу анализа от 25 до 55 мс, объясняется тем,
Рис. 2. Спектрограмма сигнала РВМ, полученная в интер-
вале 19:23:00–19:23:10 местного времени 22.09.2010 г.
на частоте 9996 кГц
Рис. 3. Усредненная спектрограмма сигнала РВМ, получен-
ная для периода 19:20–19:30 местного времени 22.09.2010 г.
на частоте 9996 кГц
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013 37
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени
что каждый импульс РВМ, совпадающий с нача-
лом секунды, имеет длину в 2 раза большую,
чем остальные (40 мс), и, соответственно, соз-
дает дискретные составляющие спектра, кото-
рые отстоят друг от друга на 1 Гц.
В ряде случаев во время непрерывного излу-
чения станции РВМ (период такого излучения
длился 8 мин и непосредственно примыкал к ис-
следуемому периоду импульсного излучения)
проводилось сканирование антенной УТР-2
по азимуту. При этом была использована сравни-
тельно широкая диаграммы направленности (ДН),
при этом обработка сигнала проводилась не по
всей апертуре антенны, а только по апертуре од-
ной секции западного плеча [4]. (В этом случае
ширина ДН по азимуту на частоте 10 МГц меня-
лась от 10° до 15 ,° а по углу места составляла
порядка 50 .)° Направление ДН секции дискрет-
но переключалось через 45° по азимуту при фик-
сированном угле места 35 .° В каждом положе-
нии в течение одной минуты измерялась средняя
мощность принятого сигнала, затем она норми-
ровалась на среднюю мощность сигнала, приня-
того одновременно на вертикальный вибратор, ко-
торый находился в непосредственной близости
от антенны УТР-2. Результаты измерений ази-
мутальной зависимости сигналов РВМ во время
экспериментов будут приведены ниже.
3. Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé
è èõ îáñóæäåíèå
Многомодовые сигналы с различными задержка-
ми и доплеровскими сдвигами отдельных компо-
нент были зарегистрированы на рабочих часто-
тах 9996 и 14996 кГц в течение всего времени
наблюдений, когда эти частоты были выше МПЧ.
При этом на частоте 9996 кГц обычно принима-
лись 3 моды, а временами и более. Это число оп-
ределялось визуально по усредненным амплитудам
сигналов, таким же, как представлены на рис. 1.
На рис. 4 приведены временные зависимости дли-
ны групповых путей различных мод сигнала на
частоте 9996 кГц, полученные в апреле 2012 г.
Ошибки определения расстояния, как было ука-
зано выше, не превосходили 140 км, т. е. были зна-
чительно меньше, чем измеренная разность груп-
повых путей отдельных мод.
Наиболее энергонесущая компонента сигнала,
показанная на рис. 4 квадратами, была принята
с задержкой, соответствующей длине трассы от 3
Рис. 4. Длина группового пути различных мод им-
пульсного сигнала на частоте 9996 кГц на трассе станция
РВМ – РАО: а – 15–16.04.2012 г.; б – 16–17.04.2012 г.;
в – 17–18.04.2012 г.
38 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013
С. Б. Кащеев, А. В. Зализовский, А. А. Сопин, И. И. Пикулик
до 5 тыс. км. На рис. 5 приведены флуктуации
ДСЧ основного спектрального максимума этой
моды. В первые два дня хорошо просматривается
общая тенденция: нулевой сдвиг до 00:00 местного
времени, затем отрицательный сдвиг примерно
до 03:00, далее следует положительный сдвиг в часы
рассвета на ионосферных высотах. Такое поведе-
ние ДСЧ соответствует следующему изменению
длины трассы распространения сигнала в это вре-
мя (рис. 4, а, б): неизменная длина радиотрассы,
удлинение трассы и последующее укорочение (хо-
рошо видно в более позднее время на рис. 4, а).
Скорее всего, эта мода обусловлена отражением
сигналов от поверхности Земли на больших рас-
стояниях от передающего и приемного пунктов.
Их можно назвать сигналами бистатического воз-
вратно-наклонного зондирования (ВНЗ). При этом
электромагнитная энергия переносится от пере-
датчика ионосферной волной за счет зеркального
отражения, затем рассеивается земной поверхно-
стью и опять-таки ионосферной волной доходит
до приемника. Косвенным подтверждением этой
гипотезы является тот факт, что соответствую-
щий импульс был “размыт” по времени прихода,
т. е. в соседних ячейках разрешения по частоте
начинался в разное время, так как отражался
от протяженного объекта (см. вторую по времени
моду на рис. 3).
Для определения азимута основной энергоне-
сущей составляющей сигнала РВМ в ряде слу-
чаев проводилось сканирование по методике,
изложенной выше. Результат одного из таких
сканов приведен на рис. 6. Отсутствие ярко
выраженного основного направления приходящего
сигнала может быть связано с большой протя-
женностью рассеивающей поверхности не только
по дальности, на что указывалось выше, но и по
азимуту, что следует из того же рис. 6. Результа-
ты сканирований в вечернее время в разные дни
измерений повторялись. Это позволило сделать
вывод, что наиболее мощный сигнал поступал
с юго-восточного направления.
Отметим, что в силу особенностей конструк-
ции антенны телескопа низкие значения мощнос-
ти принятого сигнала при азимутальных углах 90°
и 270° определяются частичным подавлением
сигнала в этих направлениях за счет собствен-
ных ДН одиночных вибраторов УТР-2 [4].
Для исследования связи месторасположения ос-
новной рассеивающей области с текущим состоя-
нием ионосферы было проанализировано полное
Рис. 5. ДСЧ основного спектрального максимума сиг-
нала РВМ на частоте 9996 кГц: а – 15–16.04.2012 г.;
б – 16–17.04.2012 г.; в – 17–18.04.2012 г.
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013 39
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени
электронное содержание (ПЭС) и его изменение
во времени в районе проведения эксперимента. ПЭС
вычислено с использованием глобальных ионосфер-
ных карт, доступных на сайте <ftp://ftp.unibe.ch/aiub/
CODE/2012/>. На рис. 7 показаны проекции изоли-
ний ПЭС на поверхность Земли (сплошные кри-
вые) в единицах TECU 16 2(1 TECU 10 м )−= в раз-
ное время суток. На рисунке приведено также гео-
метрическое место точек, суммарное расстояние
от которых до приемного и передающего пунктов
постоянно и соответствует измеренной длине трас-
сы при ВНЗ в соответствующее время (пунктир-
ные кривые). Штрихпунктирными кривыми показа-
но геометрическое место точек, равноудаленных
от передающего/приемного пункта и рассеивающей
поверхности. Прямыми линиями показаны возмож-
ные траектории распространения по трассе пере-
датчик – поверхность Земли – приемник, а точки
их пересечения со штрихпунктирными кривыми при-
мерно соответствуют положению точек отражения
от ионосферы. Из графиков следует, что в вечернее
и ночное время в юго-восточном и юго-западном
направлениях от приемного пункта характер изме-
нения ПЭС практически одинаков (рис. 7, а, б). Как
уже упоминалось, сканирование показало, что ос-
новное направление, с которого поступает сигнал
на РАО в вечернее время, – это юго-восток (рис. 6).
Отсутствию экстремума сигнала, приходящего с юго-
запада, может быть дано следующее объяснение.
Рис. 6. Азимутальная зависимость мощности сигнала
РВМ, зарегистрированная в РАО в период 18:30 – 18:38
16.04.2012 г. 12-й секцией телескопа УТР-2
Рис. 7. ПЭС ионосферы в районе проведения эксперимен-
та и возможные трассы распространения сигнала ВНЗ:
а – 23:00 LT 15.04.2012 г.; б – 03:00 LT 16.04.2012 г.;
в – 07:00 LT 16.04.2012 г.
40 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013
С. Б. Кащеев, А. В. Зализовский, А. А. Сопин, И. И. Пикулик
Вечером освещенность ионосферы в восточном
и юго-восточном направлении уменьшается рань-
ше, чем в западном. Поэтому электронная концен-
трация в нижней ионосфере, где выполняется фото-
химическое приближение, меньше, а значит и зату-
хает ВЧ сигнал к востоку и юго-востоку от прямой
трассы слабее, чем в западном направлении.
Несколько отличались характеристики сигнала
в третью ночь измерений (рис. 4, в и рис. 5, в).
В это время сигнал бистатического ВНЗ, обоз-
наченный квадратами, принимался не постоянно
и его интенсивность была сравнима или мень-
ше интенсивности сигнала, приходящего с мень-
ших дистанций, длина группового пути которого
представлена звездочками. Спектр этого сигнала
значительно шире спектра сигнала ВНЗ, а ДСЧ в
рамках применяемой методики обработки зачас-
тую было невозможно определить, так как его
ширина превышала полосу анализа 5 Гц (рис. 8).
Принимался сигнал с такими задержками в те-
чение всей ночи в отличие от двух предыдущих
ночей. Вероятно, он был обусловлен рассеянием
на неоднородностях, расположенных на границе по-
лярного овала. Длины группового пути от 2000
до 3000 км примерно соответствуют протяженнос-
ти трассы станция РВМ – полярный овал – РАО.
Бóльшая интенсивность этого сигнала и несколько
меньший групповой путь в ночь на 18.04.2012 объяс-
няются магнитным возмущением, что подтверж-
дается значениями индекса магнитной активности
am, которые приведены в табл. 1 (данные взяты на
сайте <http://isgi.cetp.ipsl.fr/lesdonne.htm>). Жирным
шрифтом выделены значения индексов, соответ-
ствующих времени проведения измерений характе-
ристик сигналов, результаты которых приведены
на рис. 4 и рис. 5 (LT UT 3 ч).= +
Компонента сигнала, представленная треуголь-
никами (рис. 4), становилась заметной в каждую
ночь проведения эксперимента в предрассветные
(на высотах ионосферы) часы примерно в одно
и то же время (02:00–03:00 местного времени).
По мере приближения к восходу ее мощность уве-
личивалась. Задержка соответствовала группово-
му пути 800 1000÷ км, что близко к длине трассы
зеркального сигнала при отражении от слоя F.
Эта компонента обусловлена рассеянием сигнала
на мелкомасштабных ионосферных неоднородно-
стях на прямой трассе.
Кроме перечисленных выше мод, 16 и 18 апреля
примерно в одно и то же время были приняты
сигналы с дистанций 11 12.5÷ тыс. км. В качест-
ве примера на рис. 9, который отличается от
рис. 4, а бóльшим диапазоном измерения даль-
ности, приведен групповой путь такого сигнала.
Это результат кругосветного распространения пре-
дыдущих импульсов передатчика по обратной трас-
се, когда суммарная задержка эквивалентна пути
в 41 42.5÷ тыс. км. Напомним, что длина обратной
трассы станция РВМ – РАО по поверхности Зем-
ли составляет 39350 км, добавка в 1 2.5÷ тыс. км
Рис. 8. Усредненная спектрограмма сигнала РВМ, получен-
ная для периода 00:50–01:00 местного времени 18.04.2012 г.
на частоте 9996 кГц
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 24:00
15.04 4 9 8 9 9 5 15 9 8
16.04 6 8 2 2 10 9 6 10 6
17.04 9 3 18 16 21 16 32 17 16
18.04 32 23 23 9 10 9 8 14 16
Таблица 1. Значения индекса магнитной активности am
Дата
Время UT Среднее
за сутки
ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013 41
О возможности бистатического ВЧ зондирования ионосферы сигналами точного времени
может быть обусловлена большей протяженностью
трассы на ионосферных высотах и/или многоскач-
ковым распространением. Подтверждением право-
мерности такой гипотезы является и время возник-
новения этой моды – раннее утро, когда солнечный
терминатор практически одновременно проходил
через приемный и передающий пункты, что значи-
тельно уменьшило потери при распространении
сверхдальних и кругосветных сигналов [5].
4. Âûâîäû
Разработана методика бистатической частотно-
временной локации глобальных ионосферных об-
разований с использованием импульсного излуче-
ния станции точного времени и частоты. С помо-
щью этой методики показано, что, когда рабочая
частота сигнала превышает МПЧ для короткой
радиотрассы, распространение электромагнитной
энергии между передающим и приемным пунктами
происходит несколькими модами со значительно
отличающимися траекториями. Измерены длины
группового пути, относительные интенсивности
и ДСЧ различных составляющих сигнала.
Обнаружено, что определяющий вклад в энер-
гию принятого сигнала вносят протяженные ра-
диолинии, которые проходят не по дуге большого
круга. В частности, при приеме сигналов РВМ в
РАО в спокойной магнитной обстановке основной
вклад обусловлен сигналами бистатического ВНЗ
с юго-восточного направления, а во время повы-
шенной магнитной активности – сигналами, рас-
сеянными на границе полярного овала.
Авторы благодарны проф. Ю. М. Ямпольскому
за участие в обсуждении результатов, получен-
ных в работе, и ряд полезных замечаний.
Исследования проведены при частичном фи-
нансировании в рамках НИР “Збурення” (Поста-
новление Президиума НАН Украины № 160
от 26.05.2010 г.), при поддержке НТЦУ в рамках
партнерского проекта Р-527, а также в рамках
выполнения НИР “Шпицберген-2012” (номер гос-
регистрации 0112U004096).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
01. Beley V. S., Galushko V. G., and Yampolski Yu. M. Trave-
ling ionospheric disturbances diagnostics using HF signal
trajectory parameter variations // Radio Sci. –1995. –
Vol. 30, No. 6. – Р. 1739–1752.
02. Galushko V. G. and Yampolski Yu. M. Wave Field Diffrac-
tion near the Caustic and Ionospheric Diagnostics // Radio
Sci. – 1996. – Vol. 31, No. 5. – P. 1109–1118.
03. Белей В. С., Галушко В. Г., Кащеев С. Б., Мельянов-
ский П. А., Ямпольский Ю. М. Экспериментальные
исследования угломестных и спектральных характерис-
тик КВ-радиосигналов: Препр. / АН УССР. Ин-т ра-
диофизики и электроники; № 248. – Харьков: 1984. – 19 с.
04. Брауде С. Я., Мень А. В., Содин Л. Г. Радиотелескоп
декаметрового диапазона УТР-2 // Антенны. – М.:
Связь. – 1978. – Вып. 26. – С. 5–15.
05. Гуревич А. В., Цедилина Е. Е. Сверхдальнее распрост-
ранение коротких радиоволн. – М.: Наука, 1979. – 246 с.
С. Б. Кащеєв, А. В. Залізовський, А. О. Сопін, І. І. Пікулік
Радіоастрономічний інститут НАН України,
вул. Червонопрапорна, 4, м. Харків, 61002, Україна
ЩОДО МОЖЛИВОСТІ БІСТАТИЧНОГО
ВЧ ЗОНДУВАННЯ ІОНОСФЕРИ СИГНАЛАМИ
ТОЧНОГО ЧАСУ
Виконано дослідження характеристик імпульсних ВЧ сигналів,
які поширюються між радіостанцією РВМ (Московська обл.,
Росія) та приймальним пунктом Радіоастрономічної обсерва-
торії РІ НАНУ (Харківська обл., Україна) на частотах вище
максимально застосовуваної частоти для прямої траси. У бага-
томодовому сигналі, прийнятому на неспрямовану антену, дос-
ліджено допплерівські зсуви частоти та час групового запіз-
нення окремих складових. За допомогою гостроспрямованої
антени виміряно азимутальні залежності потужності прийнято-
го сигналу. Показано, що поширення електромагнітної енергії
між передавальним та приймальним пунктами здійснюється
декількома різними трасами, що відрізняються довжиною,
положенням у просторі та часом існування. Пропонується
тлумачення часу групового запізнення окремих мод. Показа-
но, що основна складова потужності прийнятого сигналу у спо-
кійних геомагнітних умовах була сигналом двопозиційного зво-
Рис. 9. Длина группового пути различных мод импульсного
сигнала на частоте 9996 кГц на трассе антенны РВМ – РАО
15–16.04.2012 г.
42 ISSN 1027-9636. Радиофизика и радиоастрономия. Т. 18, № 1, 2013
С. Б. Кащеев, А. В. Зализовский, А. А. Сопин, И. И. Пикулик
ротно-похилого зондування з південно-східного напрямку.
Під час магнітного збурення сигнали більшої потужності зу-
мовлювалися розсіянням на межі полярного овалу.
S. B. Kashcheyev, A. V. Zalizovski, A. A. Sopin,
and I. I. Pikulik
Institute of Radio Astronomy, National Academy
of Sciences of Ukraine,
4, Chervonopraporna St., Kharkiv, 61002, Ukraine
ON THE POSSIBILITY OF BISTATIC HF IONOSPHERIC
SOUNDING BY EXACT TIME SIGNALS
Characteristics of high-frequency signals that propagated
between the RWM radio station (Moscow region, Russia)
and Radio Astronomical Observatory (Kharkiv region, Ukraine)
at frequencies above the maximum usable frequency on direct
path were investigated. The Doppler frequency shifts and group
delay of individual components were investigated for the multi-
mode signal received with the nondirectional antenna. The azi-
muthal dependence of received signal power was measured by
a highly directive antenna. It is shown that the electromagnetic
energy propagated between the transmitting and receiving points
through several different paths, which differed in length, posi-
tion and time of existence. An explanation of the group delay
of individual modes and their existence time is proposed.
It is shown that the main component of the received signal po-
wer is determined by the oblique back scatter sounding from
the south-east and by scattering on the edge of the aurora oval
during geomagnetic disturbances.
Статья поступила в редакцию 24.01.2013
|