Диагностический комплекс на базе многофункционального ионозонда с использованием сигналов с линейной модуляцией частоты

ФГБУН Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЗФ СО РАН)

Многофункциональный ионозонд использующий сигнал с линейной модуляцией частоты (ЛЧМ) в КВ диапазоне совмещает функции вертикального зондирования (ВЗ) ионосферы и параллельного приема сигналов наклонного зондирования (НЗ) радиотрасс от большого (до 8) числа передатчиков.

На обсерваториях ИСЗФ СО РАН вблизи Иркутска и в Норильске комплексы проходят испытания в режиме непрерывного мониторинга с интервалом 1 – 5 минут в течение 5-6 лет. Наряду с регистрацией сигналов ВЗ ионосферы от собственного передатчика, принимаются сигналы передатчиков расположенных на удалении от 120 до 3100 км.

Основные характеристики базового варианта многофункционального ЛЧМ ионозонда приведены в таблице:

Пояснительная записка

Ионосфера Земли (ионизированная часть атмосферы в диапазоне высот выше 60 км) оказывает существенное влияние на работоспособность и точностные характеристики как радиотехнических систем связи, радиолокации и навигации, так и на функционирование космических аппаратов в околоземном космическом пространстве. Являясь открытой системой, испытывающей воздействие сверху со стороны магнитосферы Земли и солнечного ветра, а также снизу со стороны нейтральной атмосферы, ионосфера является чрезвычайно динамичным объектом со сложной пространственно-временной структурой. Существующие в настоящее время теоретические и эмпирические модели ионосферы дают удовлетворительное качественное описание наблюдаемого поведения ионосферных параметров в зависимости от циклической солнечной активности, сезона года, времени суток и географических координат. Однако изменчивость этих параметров день ото дня для конкретных регионов земного шара в зависимости от спорадических событий на Солнце и экстремальных метеорологических явлений прогнозируется с недостаточной точностью на основе моделей и может быть эффективно диагностирована только инструментально средствами наземного или космического базирования.

Традиционно диагностика состояния ионосферы ведется с использованием импульсных  ионозондов ВЗ, мировая сеть которых насчитывает более 100 инструментов. В РФ в системе Росгидромета сейчас работает около 10 ионозондов и столько же в организациях ФАНО и РАН, что явно недостаточно для такой огромной территории страны. В системе Росгидромета функционирует система радиотрасс НЗ ионосферы в Арктической зоне РФ, включающая 6 приемо-передающих пунктов с возможностью приема зарубежных ЛЧМ передатчиков.

К недостаткам действующей сети импульсных ионозондов на территории РФ следует отнести большую скважность зондирования (15 мин), большую мощность передатчиков (от сотен Вт до 10-15 кВт), приводящую к высокому уровню помех, и отсутствие возможности многоканального приема.

Разработанный диагностический комплекс на базе многофункционального ЛЧМ ионозонда собран на современной электронной компонентной базе и использует алгоритмы обработки первичных данных, что позволило снизить мощность передатчиков в несколько раз, значительно повысить быстродействие системы и компактность оборудования при дополнительном повышении качества регистрируемых ионосферных параметров.

Диагностический комплекс на базе многофункционального ЛЧМ ионозонда

Результаты многолетней эксплуатации макетов и лабораторных образцов ЛЧМ ионозондов свидетельствуют об исключительной надежности электронных компонент передающего и приемного устройств. Система управления максимально автоматизирована и приспособлена для дистанционного контроля и смены режимов работы через Интернет. Текущий контроль работы ЛЧМ ионозонда осуществляется младшим техническим персоналом со средним школьным образованием с использованием инструкции по эксплуатации. Малая мощность передатчика (в перспективе возможно снижение до долей ватта) обеспечивают высокую электромагнитную совместимость с другим оборудованием, скрытность работы диагностического комплекса и перспективность создания мобильных средств, быстро разворачиваемых в полевых условиях и требующих небольшое энергообеспечение.

Данные высокоскоростного (1 – 4 МГц/с) ВЗ ионосферы со скважностью 1 мин позволяет отслеживать динамичные изменения тонкой структуры электронной концентрации ионосферы в радиусе 200 – 300 км, обусловленных перемещающимися ионосферными неоднородностями с масштабами от 10 км до 50 км, а также проявления спорадических образований в Е- и F- слоях ионосферы. Регистрация сигналов реперных ЛЧМ ионозондов со скоростями перестройки 100-550 кГц/с и скважностью 5 мин позволяет выявить как вариации параметров фоновой ионосферы вдоль соответствующих трасс распространения сигналов, так и определять местоположения и скорости движения крупномасштабных структур типа аврорального овала, главного ионосферного провала, зоны диффузных высыпаний частиц магнитосферного происхождения. Возможности гибкой перестройки режимов цифровой регистрации принимаемых сигналов на различных каналах позволяют параллельно контролировать помеховую обстановку в широком диапазоне частот для зоны расположения приемного устройства. Кроме того, диагностический комплекс позволяет использовать в качестве реперных передатчиков не только передатчики ЛЧМ сигналов, но и излучающих сигналы с другими видами модуляции.

Возможные индустриальные партнеры: АО «НПО Завод «Волна», г. Омск

Контактные данные разработчика:

Подлесный Алексей Витальевич (ИСЗФ СО РАН)

Тел.: (3952) 564-559

Эл. почта: pav1986@rambler.ru