Мониторинг ионосферных возмущений когерентными сигналами СДВ радиостанций

1. Мониторинг ионосферных возмущений когерентными сигналами СДВ радиостанций Докладчик: аспирант Полетаев А.С. Научный руководитель: к.ф.-м.н. Ченский А.Г.

2. Цель и задачи • Цель эксперимента: изучение нижней ионосферы методом наклонного зондирования в СДВ диапазоне. • Задачи: 1) Создание аппаратно-программного комплекса для проведения долговременного мониторинга нижней ионосферы. 2) Проведение долговременных измерений амплитуды и фазы СДВ сигналов, накопление экспериментальных данных для проведения статистической обработки. 3) Изучение условий и факторов, влияющих на распространение сверхдлинных волн в сферическом волноводе Земля-ионосфера. 4) Создание сети наземных приемных станций. 5) Изучение фазовых и амплитудных аномалий в период подготовки землетрясений.

3. Принимаемые станции В ИрГТУ мониторинг нижней ионосферы начали проводить в 2010г. Для приема выбраны 10 ОНЧ станций по критериям: соотношение сигнал/шум, направления прихода сигналов, протяженность трассы, расположение станций на разных широтах.

4. Расположение трасс распространения

5. Приемник СДВ сигналов 16 бит 48кГц 16–24 кГц MAX275 2м OP27 N ~ 100 витков 1.5м

6. Предобработка данных ПФ1 RMS Сохра-нение Буфер ПФ2 RMS Массив … … RMS ПФ10 • Накопление данных в буфере • Интервал выборки – 1 секунда • 48 000 отсчетов в выборке • Формирование массива данных (таблица из 10 столбцов) • Цифровые полосовые фильтры Баттерворта 4-го порядка с полосой пропускания • Определение среднеквадратичного значения • Сохранение вформате *.txt • Каждый файл – данные за 1 час • 24 файла/сутки (~ 10Мб)

7. Суточный ход амплитуды СДВ сигналов • Отражение ночью от E-слоя (95−120 км). • Переходные интервалы утром. Поглощение в образующемсяD-слое и модовая интерференция. • Отражение днем от D-слоя. Электронная концентрация определяется углом падения ионизирующего излучения Солнца. Дневной максимум - в момент верхней кульминации. • Вечерний переходный интервал. Рекомбинация электронов. Поглощение в D-слое. Интерференционные минимумы и максимумы. Станция JJI (22.2 кГц, Япония) 17-19.03.2011

8. Суточный ход амплитуды СДВ сигналов • Наиболее заметно интерферренционное взаимодействие мод для трасс большой протяженности (6 000 кми более). • Днем доминирует одна мода (отражение от середины трассы), ночью -2 моды. Станция ICV (20.27 кГц, Италия) 5-7.04.2011

9. Сезонные вариации амплитуды • Станция JJI (22,2 кГц). Время кульминации соответствует времени дневного максимума, а увеличивающаяся продолжительность дня – ширине кривой дневного участка. • Днем доминирует одна мода, характеризующаяся отражением от ионосферы в точке над серединой трассы. • На интервале времени с 5:00 по 7:00 UTC+8 наблюдается изменение величины и положения во времени интерференционных минимумов и максимумов.

10. Солнечные вспышки DHO38 (23.4 кГц, Германия) На рисунке ниже на примере станции DHO38 хорошо видны «всплески» амплитуды сигнала во время серий солнечных вспышек. Подобные эффекты характерны для всех станций. Время амплитудного всплеска совпадает со временем вспышки, а величина прироста пропорциональна мощности рентгеновского излучения Солнца и зависит от угла падения лучей в момент вспышки.

11. Солнечные вспышки • На графике на примере станции JJI (22.2 кГц, Япония) хорошо видны скачки амплитуды даже во время слабых вспышек С-класса ( С1.5 и выше)

12. Магнитные бури и высыпание энергичных частиц В результате вспышек происходит выброс плазмы, которая, достигая магнитосферы Земли приводит к ее возмущению. Во время магнитных бурь и суббурь происходит проникновение энергичных частиц в ионосферу, что вызывает изменение электронной концентрации D-слоя. При этом наблюдается поглощение волны в этой области. Изменение амплитуды сигналов станций DHO38 (Германия) и FTA (Франция) 1 марта 2011 (буря G2)

13. Магнитные бури и высыпание энергичных частиц • Изменение амплитуды сигналов станций DHO38 и FTA 6 апреля 2011 (буря G2) • Ночное поглощение: FTA (20.9 кГц, Франция), ICV (20.27 кГц, Италия) • Ночное усиление: DHO38 (23.4 кГц), HWU (18.3, Франция) • Станции NPM (Гавайи), NWC (Австралия), JJI (Япония), VTX3 (Индия), середины трасс которых южнее 60 градусов, аномального изменения амплитуды в указанные дни не имеют.

14. Направления работы Направления исследований Регулярные изменения • Суточный ход (вращение Земли вокруг своей оси) – день, ночь, переходные интервалы. • Сезонные изменения (вращение Земли вокруг Солнца). • Зависимость от угла падения ионизирующего излучения. • Изменение высоты и проводимости отражающего слоя. • Многомодовое распространение СДВ радиоволн, интерференция мод. Случайные изменения • Быстрые изменения интенсивности ионизирующего излучения Солнца. Солнечные вспышки (SID) и солнечные затмения. • Магнитные бури, широтные аномалии. Высыпания заряженных частиц: из радиационных поясов (свистящие атмосферики), солнечный ветер. • Грозы и атмосферные разряды. Молнии, эльфы, спрайты, синие струи (Lightnings, Elves, Sprites, Blue Jets). • Атмосферные помехи. Атмосферики (Sferics), свистящие атмосферики (Whistlers), рассеянные атмосферики (Tweeks), утренние хоры (Chorus), шипящие помехи (Hiss). • Искусственные неоднородности. Нагрев ионосферы (радиокомплекс «Сура»). • Предвестники землетрясений. Ионосферные аномалии перед землетрясением. Направления развития эксперимента • Измерение фазы • Аппаратно-программный комплекс для проведения измерений • Создание интерферометра - сети приемных станций

15. Спасибо за внимание!