РД 52.26.817-2015. Руководящий документ. Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть I. Ионосферные наблюдения

(введен в действие Приказом Росгидромета от 17.07.2015 № 436)

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["РД 52.26.817-2015"]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/prikaz-rd-52-26-817-2015" "РД 52.26.817-2015. Руководящий документ. Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть I. Ионосферные наблюдения (введен в действие Приказом Росгидр"
  n1["РД 52.26.817-2023"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/rd-52-26-817-2023" "РД 52.26.817-2023. Руководящий документ. Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть 1. Ионосферные наблюдения (утв. и введен в действие Приказом "
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

Утвержден Руководителем Росгидромета 13 июля 2015 года

Введен в действие Приказом Росгидромета от 17 июля 2015 г. № 436

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

РУКОВОДСТВО ПО ИОНОСФЕРНЫМ, МАГНИТНЫМ И ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИМ НАБЛЮДЕНИЯМ

ЧАСТЬ I

ИОНОСФЕРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ

РД 52.26.817-2015

Дата введения 1 декабря 2015 года

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН федеральным государственным бюджетным учреждением «Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова» (ФГБУ «ИПГ»)

2 РАЗРАБОТЧИКИ: Минлигареев В.Т., д-р техн. наук (руководитель разработки); Котонаева Н.Г., д-р физ.-мат. наук (ответственный исполнитель); Алпатов В.В., канд. физ.-мат. наук; Гивишвили Г.В., д-р физ.-мат. наук; Данилов А.Д., д-р физ.-мат. наук; Данилкин Н.П., д-р физ.-мат. наук; Денисова В.И.; Дьяков В.П., канд. физ.-мат. наук; Журавлев С.В., канд. физ.-мат. наук; Крашенинников И.В., д-р физ.-мат. наук; Лещенко Л.Н.; Панынин Е.А.; Цыбуля К.Г., канд. физ.-мат. наук

3 СОГЛАСОВАН:

с Техническим комитетом по стандартизации ТК 101 «Метрологическое обеспечение измерений физических полей в околоземном космическом пространстве, магнитосфере, ионосфере и атмосфере», протокол от 06.11.2012 № 5;

с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Научно-производственное объединение „Тайфун“ (ФГБУ „НПО „Тайфун“), письмо от 24.02.2015 № 01-46/582;»

с Управлением специальных и научных программ Росгидромета 13.07.2015

4 УТВЕРЖДЕН Руководителем Росгидромета 13.07.2015

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Росгидромета от 17.07.2015 № 436,

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ФГБУ «НПО „Тайфун“ от 20.07.2015 за номером РД 52.26.817-2015»

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

7 СРОК ПЕРВОЙ ПРОВЕРКИ 2020 год

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕРКИ 5 лет

Введение

Земная ионосфера (далее — ионосфера) всегда была объектом практического интереса исследователей, поскольку была обнаружена именно по ее влиянию на распространение радиоволн — явлению, имеющему почти неограниченное практическое применение в жизни человечества.

За более чем 50-летнюю историю ионосферных наблюдений в силу ряда причин не было создано руководящего документа, регламентирующего этот вид наблюдений. В настоящее время при модернизации государственной наблюдательной сети и восстановлении ионосферных наблюдательных пунктов возникла острая необходимость в разработке данного документа. Настоящий руководящий документ организационно войдет в «Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям», которое предполагает выпуск 4 частей:

часть I — «Ионосферные наблюдения»;

часть II — «Магнитные наблюдения»;

часть III — «Гелиогеофизические наблюдения»;

часть IV — «Передача оперативных данных наблюдений и организация удаленной технической поддержки».

В настоящий руководящий документ намеренно введено справочное приложение А по физике ионосферы для теоретической подготовки операторов с целью повышения достоверности результатов наблюдений, исключения ошибок при обработке ионограмм.

Основные положения настоящего руководящего документа учитывают требования Международного научного радиосоюза (URSI), Всемирной метеорологической организации (ВМО), распространяющиеся на международную сеть ионосферных наблюдений.

1 Область применения

Настоящий руководящий документ устанавливает организацию, порядок проведения, основные принципы, методы и средства ионосферных наблюдений и разработан в целях обеспечения единства наблюдений, достоверности, эффективности, качества измерительной информации и передачи результатов наблюдений потребителям.

Настоящий руководящий документ является обязательным документом при выполнении ионосферных наблюдений на государственной наблюдательной сети. Настоящий руководящий документ предназначен для инженерного и технического персонала наблюдательных подразделений стационарных пунктов ионосферных наблюдений, сотрудников методических групп межрегиональных территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и центров (областных, краевых, республиканских) по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Настоящий руководящий документ может быть полезен сотрудникам научно-исследовательских учреждений, использующих ионосферную информацию, а также преподавателям и студентам профильных учебных заведений при изучении курса «Физика атмосферы и гидросферы».

Настоящий руководящий документ может быть использован другими ведомствами, занимающихся ионосферными наблюдениями в части использования данных наблюдений с целью оперативного обеспечения потребителей геофизической информацией.

2 Нормативные ссылки

В настоящем руководящем документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация;

ГОСТ 12.0.007-2009. Система стандартов безопасности труда. Система управления охраной труда в организации. Общие требования по разработке, применению, оценке и совершенствованию;

ГОСТ 12.0.230-2007. Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Общие требования;

ГОСТ 22261-94. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия;

ГОСТ Р 1.0-2012. Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения;

ГОСТ Р 8.563-2009. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений;

ГОСТ Р 8.654-2009. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения;

ГОСТ Р ИСО 9001-2008. Системы менеджмента качества. Требования;

ГОСТ РВ 0015-002-2012. Система разработки и постановки продукции на производство. Военная техника. Система менеджмента качества. Общие требования;

РД 52.04.567-2003. Положение о государственной наблюдательной сети;

РД 52.14.610-99. Положение о службах стандартизации Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

Р 50.2.077-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения;

МИ 2891-2004. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Общие требования к программному обеспечению средств измерений.

3 Термины и определения

В настоящем руководящем документе применены термины с соответствующими определениями.

3.1 авроральная зона: Область поверхности Земли шириной в несколько градусов, над которой наиболее часто наблюдаются полярные сияния.

3.3 вертикальное радиозондирование ионосферы: Зондирование ионосферы при помощи радиосигналов в диапазоне радиочастот, соответствующих диапазону исследуемых плазменных частот ионосферы и излучаемых вертикально вверх относительно поверхности Земли при условии, что точки излучения и приема совмещены.

3.4 возвратно-наклонное радиозондирование ионосферы: Наклонное зондирование ионосферы, при котором принимаются отраженные или рассеянные в обратном направлении от поверхности Земли или от ионосферы радиосигналы, излученные из этого же пункта.

3.5 внезапное ионосферное возмущение: Резкое увеличение концентрации электронов в области D под действием рентгеновского излучения солнечной вспышки, которое приводит к прекращению коротковолновой радиосвязи на всем освещенном полушарии Земли.

3.6 внешнее радиозондирование ионосферы: Вертикальное радиозондирование ионосферы, при котором излучение и прием сигналов производятся на искусственном спутнике Земли.

3.7 высокоорбитальная радиотомография: Метод получения трехмерных распределений концентрации электронов в ионосфере, который в качестве исходных данных использует синхронные измерения разности фаз когерентных радиосигналов от нескольких спутников, входящих в высокоорбитальную спутниковую систему, в нескольких пунктах приема, разнесенных по поверхности Земли.

3.8 высокоорбитальная спутниковая навигационная система: Система глобальной спутниковой навигации, функционирующие на орбитах порядка 20 000 км.

3.9 высотно-частотная характеристика: Частотная зависимость действующих высот отражения от ионосферы радиосигналов.

3.10 действующая высота: Условная высота отражения от ионосферы радиосигнала, определяемая по времени задержки между передачей и приемом отраженного от ионосферы сигнала при вертикальном падении в предположении, что скорость распространения сигнала постоянна и равна скорости света в вакууме.

3.11 ионизация атмосферы: Образование в атмосфере свободных электронов и ионов из электрически нейтральных атомов и молекул.

3.12 ионограмма: Графическое изображение частотной зависимости действующих высот сигналов, отраженных от ионосферы, полученной путем радиозондирования ионосферы ионозондом.

3.13 ионозонд: Радиотехническое устройство, являющееся радаром декаметрового диапазона, используемым для радиозондирования ионосферы.

3.14 ионосфера: Область атмосферы на высотах выше 50 км, содержащая свободные электроны.

3.15 ионосферная буря: Ионосферное возмущение, сопровождающее магнитосферное возмущение.

3.16 ионосферное возмущение: Изменение параметров ионосферы под действием внешних факторов, не связанное с суточными или сезонными вариациями.

3.17 ионосферная наблюдательная сеть: Система стационарных ионосферных пунктов наблюдений, предназначенных для наблюдений за состоянием ионосферы. Ионосферная сеть относится к гидрометеорологической сети государственной наблюдательной сети РД 52.04.567.

3.18 ионосферное наблюдательное подразделение: Структурная единица организации ионосферной наблюдательной сети, непосредственно выполняющая наблюдения за состоянием ионосферы в одном или нескольких закрепленных стационарных пунктах ионосферных наблюдений, также выполняющая первичную обработку результатов ионосферных наблюдений и передачу их по утвержденной схеме в Гелиогеофизическую службу Росгидромета.

3.19 истинная высота отражения радиоволны в ионосфере: Высота, на которой происходит отражение электромагнитной волны, падающей на ионосферу вертикально.

3.20 ионосферный дрейф: Движение ионосферной плазмы под действием электромагнитных полей или динамических процессов.

3.21 критическая частота слоя: Наивысшая частоты радиоизлучения, при которой слой ионосферы не только отражает вертикально направленную радиоволну, но и пропускает ее.

3.22 критическая частота слоя F2: Критическая частота обыкновенной радиоволны, отраженной от слоя F2.

3.23 максимальная применимая частота: Наивысшая частота радиосвязи для заданной дальности односкачковой трассы, не превышающей 4000 км.

3.24 метод ионосферных наблюдений: Метод исследования, заключающийся в количественном определении значений ионосферных параметров и условий ионосферного распространения радиоволн, а также в оценке качественных характеристик ионосферных явлений.

3.25 метод когерентных частот: Метод исследования ионосферы, основанный на дисперсионных свойствах плазмы и заключающийся в просвечивании ионосферы радиосигналами с когерентными частотами.

3.26 наименьшая применимая частота: Наименьшая частота, на которой надежность работы радиолинии соответствует минимально допустимой.

3.27 наклонное радиозондирование ионосферы: Зондирование ионосферы при помощи радиосигналов между отстоящими друг от друга наземными пунктами.

3.28 нижняя ионосфера: Область ионосферы ниже 140 км, в которой гирочастота ионов меньше частот их столкновений с нейтральными частицами.

3.29 низкоорбитальная радиотомография: Метод получения двумерных распределений концентрации электронов в ионосфере, который в качестве исходных данных использует синхронные измерения разности фаз когерентных радиосигналов от одного низкоорбитального спутника в нескольких пунктах приема, разнесенных вдоль направления его пролета.

3.30 низкоорбитальный спутник: Спутник с высотой орбиты от 300 до 1500 км.

3.31 оптимальная рабочая частота; ОРЧ: Частота, равная 85% от максимальной применимой частоты.

3.32 опасное гелиогеофизическое явление; ОГЯ: Процесс или явление, возникающее в околоземном космическом пространстве, которое по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности оказывает или может оказать поражающее воздействие на функционирование технических и биологических систем как на Земле, так и в околоземном космическом пространстве.

3.33 поглощение радиоволн в ионосфере: Уменьшение энергии радиоволны вследствие частичного перехода ее в другие виды энергии в результате взаимодействия со средой.

3.34 прогноз распространения радиоволн в ионосфере: Предсказание условий распространения радиоволн при различных состояниях ионосферы.

3.35 пункт наблюдения сети радиотомографии: Ионосферный стационарный пункт наблюдения, оборудованный сетевыми программно-аппаратными комплексами приема сигналов низкоорбитальных и высокоорбитальных спутниковых навигационных систем и осуществляющий их передачу в Центры приема и обработки сигналов.

3.36 радиозондирование ионосферы: Обобщенное название методов исследования ионосферы с использованием передачи и (или) приема специальных радиосигналов.

3.37 радиотомографический разрез ионосферы: Двумерное сечение распределения концентрации электронов в ионосфере, получаемое методами радиотомографии на основе измерений характеристик ионосферы методом когерентных частот.

3.38 рефракция радиоволн в ионосфере: Искривление траектории распространения радиоволн вследствие изменения скорости их распространения при прохождении через неоднородную среду в присутствии магнитного поля Земли.

3.39 риометр: Специальный радиоприемник для непрерывного измерения уровня поглощения космического радиошума в ионосфере Земли.

3.40 риометрический метод исследования ионосферы: Метод измерений интегрального поглощения в ионосфере Земли радиоизлучения космических источников.

3.41 сеть радиотомографии: Совокупность пунктов наблюдения сети радиотомографии и Центров приема и обработки сигналов. Сеть радиотомографии входит в состав ионосферной наблюдательной сети.

3.42 скорость ионизации: Количество актов ионизации в единице объема в единицу времени под действием источника ионизации.

3.43 слой F1: Нижний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.

3.44 слой F2: Верхний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.

3.45 спорадический слой Es: Узкий нерегулярно образующийся в силу тех или иных гелиогеофизических условий слой на высотах области E.

3.47 станция вертикального радиозондирования ионосферы: Ионозонд, предназначенный для проведения вертикального радиозондирования ионосферы.

3.48 станция наклонного радиозондирования ионосферы: Ионозонд, предназначенный для проведения наклонного радиозондирования ионосферы.

3.49 стационарный пункт ионосферных наблюдений: Комплекс, включающий в себя земельный участок или часть акватории с установленными на них приборами и оборудованием, предназначенными для определения количественных параметров и качественных характеристик ионосферы.

3.51 трансионосферное радиозондирование: Радиозондирование ионосферы между ИСЗ и наземной станцией вертикального радиозондирования ионосферы, которое осуществляется в двух вариантах: прямое — прием на Земле сигналов бортового ионозонда и обратное — прием на борту ИСЗ сигналов наземного ионозонда,

3.52 урсиграмма: Стандартный формат представления гелиогеофизической информации разного вида.

3.53 энергичные частицы: Электроны и ионы с энергиями, превышающими среднюю тепловую.

4 Обозначения и сокращения

4.1 В настоящем руководящем документе введены и применены следующие обозначения:

• Ar — аргон;
• c — скорость света;
• CO₂ - углекислый газ;
• D область — часть ионосферы, расположенная приблизительно между 50 и 90 км над поверхностью Земли;
• D0 — дальность радиотрассы вдоль земной поверхности;
• D(fm) — дальность вдоль земной поверхности;
• e — заряд электрона;
• e- — электрон;
• E область — часть ионосферы, расположенная приблизительно между 90 и 140 км над поверхностью Земли;
• E — вектор напряженности электрического поля;
• f — частота;
• F область — часть ионосферы, расположенная над поверхностью Земли на высоте более 140 км;
• F₁₀,7 — поток солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см, выраженный в солнечных единицах потока радиоизлучения, одна солнечная единица потока радиоизлучения равна 10-22 Вт/(м·Гц);
• fbEs — экранирующая частота слоя Es, т.е. наименьшая частота, на которой наблюдаются отражения первого порядка O-компоненты от вышележащей области;
• fH — гирочастота электрона;
• fHs — гирочастота на высоте спутника;
• fm — частота зондирования;
• fmin — минимальная частота, наблюдаемая на ионограммах вертикального радиозондирования ионосферы (ВЗ); минимальная частота носового свистящего атмосферика;
• fo, fx, fz — частоты обыкновенной, необыкновенной и z-волн;
• f₀s, fxs, fzs, — частоты обыкновенной, необыкновенной и z-волн в окрестности спутника;
• fobl — частота наклонного радиозондирования ионосферы (НЗ);
• foE, foF1, foF2 — критические частоты обыкновенной волны области E, слоев F1, F2;
• foEs — предельная частота обыкновенной радиоволны, отражающейся от спорадического слоя Es
• (foF2)в — возмущенное значение foF2;
• (foF2)p — предположительная критическая частота обыкновенной волны;
• fp — плазменная частота электронов;
• fR — высокочастотная отсечка удаленного резонанса;
• fTs — верхняя гибридная частота в окрестности спутника;
• ftEs — предельная частота отражения от слоя Es;
• fxF2 — критическая частота X-компоненты, отраженной от слоя F2;
• (fXF2)p — предположительная критическая частота необыкновенной волны;
• fxI — наибольшая частота, на которой имеются отражения от области F, независимо от того, отражаются ли они от ионосферы над головой или при наклонном падении;
• fv — частота ВЗ;
• h — высота;
• H — атомарный водород;
• H — модуль вектора напряженности магнитного поля;
• H — вектор напряженности магнитного поля;
• h0 — нижняя граница ионосферы;
• H2 — молекулярный водород;
• hmax — высота максимума области;
• hmaxF — высота максимума F-области;
• hmaxF2 — высота максимума слоя F2;
• Hs — модуль вектора напряженности магнитного поля в окрестности спутника;
• Ho — высота слоя, в котором уместилась бы вся атмосфера, если бы Pn, nn или \rho не уменьшались с высотой;
• hpF2 — действующая высота следа отражений O-компоненты на частоте, равной 0,834·foF2;
• - постоянная Планка;
• h' — действующая высота отражения;
• He — гелий;
• h'E — минимальная действующая высота области E;
• h'Es — минимальная действующая высота слоя Es, используемая для определения foEs;
• h'F — минимальная действующая высота следа отражений O-компоненты от взятой в целом области F;
• h'F2 — минимальная действующая высота слоя F2;
• I_{i}^{k} — задержка, вызванная распространением сигнала через ионосферу;
• J — интенсивность потока ионизирующего излучения Солнца;
• J144 — интенсивность потока ионизирующего излучения Солнца при уровне солнечной активности F10,7 равном 144;
• k — целое число;
• keff — эмпирический коэффициент для учета кривизны ионосферы;
• l — скорость гибели заряженных частиц;
• L_{1i}^{k} , L_{2i}^{k} — обозначения измерений фаз на частотах f1 и f2;
• lb — длина базовой линии;
• m — масса электрона;
• M3000F₁ - коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте слоя F1 при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км;
• M3000F2 — коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте слоя F2 при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км;
• Moi — молекулярная масса;
• n — показатель преломления среды;
• n' — групповой показатель преломления;
• N2 — молекулярный азот;
• Ne — концентрация электронов;
• N_{e}^{max} — концентрация электронов в максимуме области;
• NmaxF — концентрация электронов в максимуме F-области;
• NO — оксид азота;
• nn — концентрация нейтральных частиц;
• O — атомарный кислород;
• [O] — концентрация атомного кислорода;
• O2 — молекулярный кислород;
• O3 — озон;
• P_{1i}^{k} , P_{2i}^{k} — обозначения измерений псевдодальностей на частотах f1 и f2;
• Pn — давление;
• P'(f) — групповой путь радиоволны с частотой f, падающей наклонно;
• q — скорость образования заряженных частиц;
• q(h) — высотный профиль скорости образования электронов;
• qmax — скорость ионообразования в максимуме области;
• \vec{r}(x,y,z) — координаты точки;
• re — радиус Земли;
• rm — высота отражения для радиоволны частоты fm, отсчитываемая от центра Земли;
• Rz — число Вольфа;
• t — время;
• T_{i}^{k} — задержка, вызванная распространением сигнала через тропосферу;
• Tn — температура нейтральной атмосферы;
• uf — фазовая скорость волны;
• ug — групповая скорость;
• V — скорость переноса;
• w — дрейф;
• \alpha — диссоциативная рекомбинация;
• \alpha_{\text{эфф}} — эффективный коэффициент рекомбинации;
• \beta — линейный коэффициент потерь;
• \beta_{0} — вертикальный угол прихода;
• \beta_{0}^{m} — вертикальный угол прихода для частоты зондирования fm;
• \Delta P\prime(ƒ) — приведенный групповой путь;
• \delta_{i} — ошибка синхронизации часов спутника;
• \delta^{k} — ошибка синхронизации часов приемника;
• \lambda — длина волны;
• \nu — частота столкновений;
• \theta — угол между направлением нормали к фронту волны и вектором магнитного поля Земли;
• \rho — плотность нейтральных частиц;
• \rho_{i}^{k} — геометрическое расстояние между спутником k и приемником i;
• \rho_{oi} — плотность газа;
• \phi_{0} — угол между волновым вектором и нормалью к изолинии электронной концентрации ионосферы на действующей высоте отражения h';
• Ф — геомагнитная широта;
• \chi — зенитный угол Солнца;
• - затухание радиоволны;
• \omega — круговая частота.

4.2 В настоящем руководящем документе введены и применены следующие сокращения:

• ФГБУ «ААНИИ» — ФГБУ «Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт»;
• АИС — аналоговая ионосферная станция ВЗ;
• АП — авроральное поглощение;
• АПК — аппаратно-программный комплекс;
• АСПД — автоматизированная система передачи данных;
• АФК — антенно-фидерный комплекс;
• АЦП — аналого-цифровой преобразователь;
• ВГВ — внутренние гравитационные волны;
• ВЗ — вертикальное радиозондирование ионосферы;
• ВМО — Всемирная метеорологическая организация;
• ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД» — ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации — Мировой центр данных»;
• ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» — ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева»;
• ФГУП «ВНИИОФИ» — ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» Росстандарта;
• ФГУП «ВНИИФТРИ» — ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений»;
• ВнЗ — внешнее радиозондирование ионосферы;
• ВНЗ — возвратно-наклонное радиозондирование ионосферы;
• ВНКА — высокоорбитальные навигационные космические аппараты;
• ВНС — высокоорбитальные навигационные системы;
• ВОЛС — волоконно-оптическая линия связи;
• ВОРТ — высокоорбитальная радиотомография;
• ВЧ — высокочастотный;
• ГЛОНАСС — Глобальная радионавигационная система;
• ГЦ РАН — ФГУП «Геофизический центр Российской академии наук»;
• Закон — закон Российской Федерации: «Об обеспечении единства измерений» № 102-ФЗ от 26.06.2008;
• ЗГМО — зональная гидрометеорологическая обсерватория;
• ИБП — источник бесперебойного питания;
• ИК-19 — Интеркосмос 19;
• ФГБУН «ИДГ РАН» — ФГБУН «Институт динамики геосфер Российской академии наук»;
• ИЗМИРАН — ФГБУН Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук;
• ИИТС — интегрированная информационно-телекоммуникационная система сбора и обмена геофизической информацией;
• ФГБУН «ИКИ РАН» — ФГБУН «Институт космических исследований Российской академии наук»;
• ИОНДА — код урсиграммы с текущими ионосферными данными;
• ИОНКА — код урсиграммы с результатами обработки ионограммы;
• ИОНХА — код урсиграммы с ионосферными характеристиками, полусуточными прогнозами;
• ИП — источник питания;
• ФГБУ «ИПГ» — ФГБУ «Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова»;
• ФГБУН «ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН» — ФГБУН «Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН»;
• ИСЗ — искусственный спутник Земли;
• ФГБУН «ИСЗФ СО РАН» — ФГБУН «Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук»;
• ФГБУН «ИФА РАН» — ФГБУН «Институт физики атмосферы Российской академии наук»;
• К 1809 — Космос 1809;
• КА — космический аппарат;
• КВ — коротковолновый;
• КОИ — комплекс обработки ионограмм;
• КСД — кривая спокойного дня;
• КУ — комплекс управления;
• ЛЧМ — линейно частотно модулированные сигналы;
• МИТРА — Multiaddress Information TRAnsmission (многоадресная передача информации);
• МПЧ — максимально применимая частота;
• МПЧ(XXXX) (X)(XX) — максимально применимая частота с пояснительными обозначениями: (XXXX) — расстояние между приемником и передатчиком, (X) — количество скачков на трассе между приемником и передатчиком, (XX) — обозначение ионосферного слоя отражения сигнала. Указанные в скобках параметры могут опускаться;
• МШУ — малошумящий усилитель;
• НЗ — наклонное радиозондирование ионосферы;
• ФГБУН «НИИЯФ» — ФГБУН «Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова»;
• ФГУП «НИИУС» — ФГУП «Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации» Росстандарта;
• НИУ — научно-исследовательское учреждение;
• НКПОР — наземный комплекс приема, обработки и распространения спутниковой информации;
• ННКА — низкоорбитальные навигационные космические аппараты;
• ННС — низкоорбитальные навигационные системы;
• НОРТ — низкоорбитальная радиотомография;
• НПО «Тайфун» — Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-производственное объединение „Тайфун“ (ФГБУ „НПО „Тайфун“);»
• НПЧ — наименьшая применимая частота;
• ОАО НПК НИИДАР — ОАО НПК «Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи»;
• ОГЯ — опасное гелиогеофизическое явление;
• ОКП — околоземное космическое пространство;
• ОКСИОН — Общероссийская комплексная система оповещения населения;
• ОРЧ — оптимальная рабочая частота;
• ОТИЗ — обратное трансионосферное радиозондирование;
• ПАК — программно-аппаратный комплекс;
• ПКК — пилотируемый космический комплекс;
• ПНС — подсистема низовой связи;
• ПО — программное обеспечение;
• ППШ — поглощение в полярной шапке;
• ППС — поглощение типа Полярное Сияние;
• ПСД — платформа сбора данных;
• ПЭВМ — персональная электронно-вычислительная машина;
• ПЭС — полное электронное содержание;
• РПДУ — радиопередающее устройство;
• РПУ — радиоприемное устройство;
• РТ — радиотомография;
• РТС — сеть радиотомографии;
• РТЦ — радиотомографическая цепочка;
• СП — стационарный пункт;
• СПБР — приемник сигналов низкоорбитальных навигационных и специализированных КА;
• станция ВЗ — станция вертикального радиозондирования ионосферы;
• СЦРИ — система циркулярного распространения информации Росгидромета;
• ТИЗ — трансионосферное радиозондирование;
• ТК — технический комитет;
• ТККС — транспортная корпоративная компьютерная сеть;
• УГМС — Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
• УКВ — ультракоротковолновый;
• ФГБУ — федеральное государственное бюджетное учреждение;
• ФГБУН — федеральное государственное бюджетное учреждение науки;
• ФГУП — федеральное государственное унитарное предприятие;
• ФКМ — фазо-кодоманипулированный;
• ФГБУ «ЦАО» — ФГБУ «Центральная аэрологическая обсерватория»;
• ЦГМС — центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
• ЦГМС-Р — центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями;
• ЦОД — центр обработки данных;
• ЦСД — центр сбора данных;
• ЭВМ — электронно-вычислительная машина;
• CADI — Canadian Advanced Digital Ionosonde (Канадский передовой цифровой ионозонд);
• COM-порт (Communications Port — последовательный порт);
• DPS — Портативный цифровой ионозонд;
• ET-EGOS — Expert Team on Evolution of Global Observing Systems (Экспертная группа по развитию глобальных систем наблюдений);
• FTP — File Transfer Protocol (протокол передачи файлов);
• GNSS — Global Navigation Satellite System (глобальная спутниковая навигационная система);
• GPS — Global Positioning System (глобальная навигационная система);
• GSM — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи;
• GST WMO — глобальная система телесвязи Всемирной метеорологической организации;
• HTTP — HyperText Transfer Protocol (протокол передачи гипертекста);
• IGRF — International Geomagnetic Reference Field (Международное отсчетное геомагнитное поле);
• IR — инфракрасный;
• IRNSS — Indian Regional Navigation Satellite System (Индийская региональная спутниковая система);
• ITU — Международный союз электросвязи;
• NAT — Network Address Translator, ретранслятор внутренних сетевых адресов во внешнюю сеть;
• NOAA — National Oceanic and Atmospheric Administration;
• OSI — Open System Interconnection (стандартная модель взаимодействия открытых систем);
• PCA — Polar Cap Absorption, поглощение в полярной шапке;
• QZSS — Quasi-Zenith Satellite System (Квазизенитная спутниковая система);
• RINEX — Receiver Independent Exchange Format (Формат независимого обмена приемников);
• RWD — регулярные мировые дни;
• SBAS — Space Based Augmentation System (Спутниковая система дифференциальной коррекции);
• SID — sudden ionospheric disturbances (внезапные ионосферные возмущения);
• SIM — Subscriber Identification Module (модуль идентификации абонента);
• SSH — Secure Shell (безопасная оболочка);
• SSTP VPN — Secure Socket Tunneling Protocol Virtual Private Network (безопасный протокол туннелирования интерфейсов в виртуальной частной сети);
• SWI — Специальные мировые интервалы;
• TCP/IP — Transmission Control Protocol/Internet Protocol (протокол управления передачей/межсетевой протокол);
• URSI — Международный научный радиосоюз;
• USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина);
• UV — ультрафиолетовый;
• UT — международное время (сокращение применено при демонстрации оригинальных продуктов работы ионозондов);
• VSAT — Very Small Aperture Terminal (малая спутниковая наземная станция);
• WMO — World Meteorological Organization (ВМО);
• X — рентгеновский.

5 Методы ионосферных наблюдений

5.1 Основные методы ионосферных наблюдений

Основными методами ионосферных наблюдений являются: вертикальное радиозондирование ионосферы (далее — ВЗ), наклонное радиозондирование ионосферы (далее — НЗ), возвратно-наклонное радиозондирование ионосферы (далее — ВНЗ), внешнее радиозондирование ионосферы (далее — ВнЗ), трансионосферное радиозондирование (далее — ТИЗ), низкоорбитальная радиотомография (далее — НОРТ) и высокоорбитальная радиотомография (далее — ВОРТ), риометрический метод.

5.2 Метод вертикального радиозондирования ионосферы

5.2.1 Принцип реализации метода

5.2.1.1 Метод ВЗ основан на измерении времени распространения посланных вертикально вверх и вернувшихся обратно коротких радиоимпульсов с приемлемой степенью точности. Принимая скорость распространения импульсов равной скорости света, по времени запаздывания отраженного от ионосферы сигнала относительно испущенного можно получить действующую высоту отражения h' на данной частоте f. Так как в действительности скорость распространения сигналов в ионосфере меньше скорости света (из-за их взаимодействия с заряженными частицами), h' всегда превышает истинную высоту h. Это превышение тем больше, чем выше концентрация заряженных частиц в ионосфере и, соответственно, сильнее ее влияние на распространяющиеся в ней сигналы.

5.2.1.2 При ВЗ частоту несущей радиоимпульсов изменяют от низкой к высокой. Причем каждый излученный радиоимпульс может оставить как один, так и несколько следов на ионограмме. Эти следы будут наблюдаться до тех пор, пока частота излучаемого сигнала не сравняется, а затем и превысит некую предельную для данных условий величину, связанную с концентрацией электронов в ионосфере. Вводится понятие критической частоты слоя (области) fo# — наивысшей частоты радиоизлучения, при которой слой (область) ионосферы не только отражает вертикально направленную радиоволну, но и пропускает ее, где # — наименование слоя (области) отражения.

5.2.1.3 Метод ВЗ является самым чувствительным и информативным методом исследования и контроля состояния ближнего космоса. Это обусловлено тем, что в основе метода ВЗ лежит эффект резонанса между частотой падающей (снизу) на ионосферу электромагнитной волны, испущенной ионозондом, и частотой плазменных колебаний, возбуждаемых ею в среде, в которой существуют в заметных количествах не только ионы, но, прежде всего, свободные электроны. В силу того, что последние значительно легче массивных ионов, они гораздо эффективнее, нежели ионы, взаимодействуют с радиосигналами.

5.2.2 Радиотехнические устройства для проведения ВЗ

5.2.2.1 Измерения методом ВЗ проводят с помощью ионозондов, иногда именуемых станциями вертикального радиозондирования ионосферы (далее — станции ВЗ). Ионозонд состоит из:

• импульсного генератора;
• широкополосного передатчика с передающей антенной (далее — передающая система);
• приемного устройства с приемной антенной (далее — приемная система);
• преобразователя сигналов;
• блока индикатора.

Генератор возбуждает короткие прямоугольные радиоимпульсы (от 50 до 200 мкс), несущая которых меняется с частотой, как правило, в пределах от 1 до 20 МГц. Они усиливаются в широкополосном передатчике и излучаются вертикально вверх. Синхронно с перестройкой частоты широкополосного передатчика перестраиваются и входные каскады приемного устройства, настроенные на ту же частоту, что и широкополосный передатчик. В блоке преобразователя сигналов частоты формируются высотные и частотные метки. В блоке индикатора эти метки смешиваются с отраженными сигналами, в результате чего возникает панорамное изображение ионосферы — ее высотно-частотная характеристика.

5.2.2.2 Основы единой международной методики, прописывающей правила обработки данных наблюдений и необходимой для сопоставимости результатов, выработаны при подготовке и проведении двух Международных геофизических годов: первого — в 1957 и 1958 гг., приуроченного к максимуму 11-летнего цикла солнечной активности и второго — в 1964 и 1965 гг. — Международного года спокойного Солнца. Измерения характеристик ионосферы проводились на аналоговой аппаратуре. Массив результатов измерений, архивируемый в Мировых центрах данных до конца XX века, состоит из кинопленок с изображениями ионограмм и результатов их ручной обработки.

5.2.2.3 Современные средства радиолокации ионосферы основаны на цифровой технике. Это, с одной стороны, позволяет повысить точность регистрируемых стандартных параметров (критических частот и действующих высот отражений), с другой — полностью или частично автоматизировать процедуру обработки данных измерений. К числу наиболее широко распространенных зарубежных комплексов подобной аппаратуры относятся «Digisonde» и «Dynasonde-21». Из отечественных разработок наиболее известны ионозонды серии АИС, «Авгур» и «Парус». Анализ цифровых ионограмм позволяет расширить число измеряемых ионосферных радиофизических параметров: регистрировать не только действующие высоты отражения, но и частотные зависимости амплитуды сигнала, фазы, доплеровского сдвига, поляризации и т.д.

5.2.3 Восстановление Ne(h)-профиля ионосферы

Завершающим этапом метода ВЗ является расчет Ne(h)-профиля ионосферы, Ne — концентрация электронов. Формально это численное решение интегрального уравнения Вольтерра для каждой в отдельности из магнитоионных компонент отраженного от ионосферы сигнала.

Действующая высота отражения h' для радиоволны с частотой f, падающей на ионосферу вертикально, вычисляется по формуле

h\prime = h_{0} + \int_{h_{0}}^{h} n\prime(ƒ,h)dh , (1)

где h0 — нижняя граница ионосферы (высота, где ионизация отсутствует);

h — истинная высота отражения от ионосферы, являющаяся искомой величиной;

n\prime = \frac{c}{u_{g}} = \frac{\partial}{\partialƒ} (ƒn) — групповой показатель преломления частоты f,

c — скорость света,

ug — групповая скорость — скорость движения «группы волн», образующих в каждый данный момент времени локализованный в пространстве волновой пакет,

n — показатель преломления среды, равный отношению скорости волны в вакууме к ее скорости в данной среде.

В результате решения уравнения (1) находится зависимость частоты от истинной высоты отражения — f(h)-профиль, то есть каждой высоте ставится в соответствие плазменная частота fp. Переход от частотной зависимости к концентрации Ne осуществляется по формуле (А.19, приложение А).

В современных ионозондах решение уравнения (1) происходит с использованием встроенных программ автоматической обработки ионограмм. Полученный f(h)-профиль наносятся на ионограмму.

5.3 Метод наклонного радиозондирования ионосферы

5.3.1 Назначение и область применения метода

5.3.1.1 Суть метода многочастотного НЗ состоит в пространственном разносе приемной и передающей систем ионозонда и синхронизации процессов излучения и приема. Метод НЗ дает как возможность прямого экспериментального исследования прохождения радиоволн на фиксированной дальности, так и возможность оценки состояния ионосферы в области средней точки радиотрассы на расстояниях односкачкового прохождения. Метод НЗ обладает возможностями исследования радиофизических проявлений локализованных искусственных ионосферных возмущений — бистатическое радиозондирование.

5.3.1.2 Результатом наклонного радиозондирования ионосферы является ионограмма НЗ, которая отражает частотную зависимость группового запаздывания сигналов, прошедших различными путями в ионосфере, в точке приема, т.е. модовую структуру волнового поля.

На рисунках 1а и 1б приведены примеры современных ионограмм НЗ на основе использования технологии линейно частотно модулированного (ЛЧМ) сигнала на практически ортогональных трассах с наличием комбинированной моды 1E + 1F2 (1F2 + 1E), соответственно, Кипр — ИЗМИРАН и Англия — ИЗМИРАН (март 2003 г.).

Рисунок 1 — Пример экспериментальных ионограмм НЗ

5.3.1.3 Метод НЗ дает прямое измерение максимально применимой частоты (МПЧ) ионосферных слоев для дальности радиотрассы.

5.3.1.4 В методе НЗ разделяют прямую и обратную задачи. В экспериментальном плане прямая задача состоит в регистрации модовой структуры волнового поля, связанной с отражениями от ионосферных слоев — функции группового пути и, возможно, углов прихода от частоты зондирования. Теоретический аспект прямой задачи имеет своей целью синтез ионограммы НЗ в математической модели ионосферы на основе механизмов переноса излучения, как правило, в приближении геометрической оптики для волнового уравнения, что важно для задачи прогнозирования прохождения радиоволн в ионосфере. Цель обратной задачи НЗ — оценка распределения концентрации электронов, на основе данных о групповом запаздывании и возможных дополнительных измерениях углов прихода, как функции частоты односкачковых мод.

5.3.1.5 В отличие от ионограмм ВЗ в ионограммах НЗ имеет место разделение следа мод на нижний и верхний лучи (рисунок 1), и точка их смыкания имеет специальный термин — МПЧ ионосферного слоя. Ее величина в основном зависит от критической частотой слоя, но также и от других параметров слоя: высоты, полутолщины и от распределения нижележащей ионизации.

5.3.1.6 В применении к практике ионосферной радиосвязи используется параметр — наименьшая применимая частота (НПЧ). Данная частота соответствует нижнему пределу частотного интервала наличия связи. Ее значение зависит от уровня поглощения радиоволн на радиотрассе (затухание радиоволн уменьшается с ростом частоты), уровня электромагнитных шумов в месте приема и того уровня напряженности поля, который требуется для обеспечения технической устойчивости передачи информации. В экспериментальных исследованиях ионосферы используется также термин наименьшая наблюдаемая частота (ННЧ) — наименьшая частота, на которой возможна регистрация радиосигналов НЗ.

5.3.1.7 Некоторой разновидностью метода НЗ можно считать случай совмещения пунктов излучения и приема с промежуточным обратным отражением (рассеянием) от земной поверхности — метод ВНЗ.

5.3.2 Восстановление Ne(h)-профиля ионосферы

5.3.2.1 В приближении плоской изотропной ионосферы между ионограммами НЗ и ВЗ существует взаимосвязь, определяемая аналитическими соотношениями. Согласно теореме Брайта и Тьюва время распространения волны из точки A в точку B через ионосферу равно времени распространения волны из точки A в точку G в свободном пространстве (рисунок 2а).

а — схема простого соответствия механизма НЗ;

б — зависимость эмпирического поправочного коэффициента от дальности.

\beta_{0} — вертикальный угол прихода;

D0 — дальность радиотрассы вдоль земной поверхности;

\phi_{0} — угол между волновым вектором и нормалью к изолинии концентрации электронов ионосферы на действующей высоте отражения h' = TG.

Рисунок 2

Связь между частотами наклонного fobl и вертикального fv зондирования определяется согласно теореме Мартина, известной как закон секанса,

f_{obl} = f_{\nu}sec\phi_{0} , (2)

Для учета кривизны Земли и ионосферы в соотношение (2) вводится эмпирический поправочный коэффициент keff и тогда

f_{obl} = k_{eff}f_{\nu}sec\phi_{0} . (3)

где keff — функция действующей и истинной высот, дальности и т.д., не имеет общего аналитического представления. Область допустимых значений keff в зависимости от дальности D0 лежит в пределах от 1,0 до 1,2 - (рисунок 2б).

Действующая высота отражения вертикально падающей на ионосферу радиоволны с частотой fv, обозначаемая h', и групповой путь P' связаны соотношением

h\prime = - r_{e}(1 - cos\alpha_{1}) + \sqrt{\frac{[P\prime(f_{obl})]^{2}}{4} - (r_{e}sin\alpha_{1})^{2}} , (4)

где re — радиус Земли;

\alpha_{1} = D_{0}(2r_{e}) ;

P'(fobl) — групповой путь радиоволны с частотой fobl, падающей наклонно.

Значение cos\phi_{0} можно определить из соотношения

cos\phi_{0} = \frac{[\frac{P\prime(f_{obl})}{2}]^{2} + 2r_{e}h\prime + h\prime^{2}}{P\prime(f_{obl})(r_{e} + h\prime)} . (5)

Последовательно применяя соотношения (4), (5) и (3), ионограмму НЗ пересчитывают в эквивалентную (эффективную) ионограмму ВЗ и далее в высотный профиль электронной концентрации.

Существенным ограничением данной методики пересчета является пренебрежение эффектом магнитоионного расщепления и влиянием горизонтальной неоднородности ионосферы.

5.3.2.2 Оценку ионосферных параметров, в частности высотного Ne(h)-профиля, проводят так же, решая обратную задачу НЗ для изотропной сферически-слоистой одномерной ионосферы с асимптотическим учетом влияния магнитоионного расщепления

P\prime(f_{m}) = 2 \int_{r_{e}}^{r_{m}} \frac{rdr}{\sqrt{r^{2}n^{2} - r_{e}^{2}(cos\beta_{0}^{m})^{2}}} , (6)

D_{0} = 2 \int_{r_{e}}^{r_{m}} \frac{r_{e}^{2}cos\beta_{0}^{m}dr}{r \cdot \sqrt{r^{2}n^{2} - r_{e}^{2}(cos\beta_{0}^{m})^{2}}} , (7)

где для каждой зондирующей радиоволны частоты fm определены:

rm — высота отражения, отсчитываемая от центра Земли,

\beta_{0}^{m} — вертикальный угол прихода.

5.3.2.3 Оценки параметров ионосферы в главном ионосферном максимуме для дневных условий радиотрассы меридионального направления по данным НЗ лежат в некоторой середине параметров в точках передающего и приемного устройств (терминальных точках). Пример восстановления высотных профилей электронной концентрации по данным комплексного (ВЗ и НЗ) радиозондирования ионосферы на радиотрассе Дурбс (Бельгия) — Рокитес (Испания) 1992-06-21 приведен на рисунке 3. Данные радиозондирования ионосферы получены двумя классическими импульсными ионозондами ВЗ Digisonde 256, дополнительно к их базовой функции ВЗ была реализована процедура регистрации взаимных ионограмм НЗ. На рисунке 3 представлены профили электронной концентрации: сплошные линии — в терминальных точках, полученные по данным ВЗ; квадратики — восстановленные по ионограммам НЗ, принятым в Дурбс — Рокитес.

Для наглядности высотный профили в Рокитес смещены на +1 МГц в частотной области.

Рисунок 3 — Профили электронной концентрации

5.3.3 Вид радиосигнала в реализации метода НЗ

5.3.3.1 Важным элементом в технике проведения многочастотного НЗ является вид применяемого сигнала и технология его обработки. В радиофизических ионозондовых исследованиях в настоящее время применяются три вида сигналов: простой гладкий импульс (классический метод), фазо-кодоманипулированный (ФКМ) и ЛЧМ сигналы. В НЗ практика использования ФКМ сигналов практически отсутствует в силу дисперсионных искажений, которые существенны даже при ВЗ. На рисунке 4а приведена ионограмма НЗ, снятая с применением цифровых методов обработки классического импульсного сигнала на трассе Калининград — ИЗМИРАН, имеющей дальность ~ 1100 км. Видно разделение мод, формирующихся при отражении от ионосферных слоев, МПЧ, но не хватает разрешения для качественного разделения магнитоионных компонент внутри мод, верхних лучей и следов кратных отражений.

а — с использованием простого импульсного метода,

б — на основе применения ЛЧМ-сигнала

Рисунок 4 — Ионограммы НЗ

5.3.3.2 В основе метода использования ЛЧМ-сигнала лежит перевод группового запаздывания зондирующих сигналов в частотное пространство и использование развитых методов спектрального анализа для их разрешения. Для этого частоты передатчика и приемника синхронно перестраиваются и вследствие того, что для различных мод время прохождения расстояния между двумя конечными точками трассы различается, в суммарном волновом поле они будут иметь различное частотное смещение. Чем ниже скорость перестройки, тем большая энергия может быть передана в конкретном частотном интервале, тем выше будет соотношение сигнал/шум и меньше требуемая мощность излучения. Однако при этом возрастает общее время зондирования. Разрешающую способность данного метода так же, как и в классическом случае, ограничивает дисперсионное искажение при расширении полосы зондирующего сигнала и рассеяние на мелкомасштабных неоднородностях. В настоящее время наиболее употребительной скоростью перестройки является ~ 100 кГц/с. Мощность передатчика варьируется в пределах от 100 Вт до 2 кВт непрерывного излучения. Первые ионограммы НЗ на основе этого принципа были получены в начале 70-х. Для ЛЧМ-сигнала также развита технология измерения углов прихода. Пример современной ионограммы НЗ, полученной на трассе ИЗМИРАН — Нижний Новгород (~ 500 км, 2012-08-30T10:06Z), представлен на рисунке 4б. Использование техники ЛЧМ-зондирования позволяет выделить не только базовые моды, но и различить магнитоионные компоненты внутри этих мод. Качество ионограмм НЗ в технике ЛЧМ-зондирования, в общем, заметно выше по сравнению с простым импульсным методом.

5.4 Радиозондирование ионосферы с искусственных спутников Земли

5.4.1 Внешнее радиозондирование ионосферы

5.4.1.1 Ионозонд, установленный на ИСЗ дает возможность получать информацию о структуре и процессах на высотах между ИСЗ и максимумом ионосферы. Общее название такого метода исследования — внешнее радиозондирование. Если орбита ИСЗ находится ниже максимума слоя F2, то может использоваться термин внутреннее радиозондирование.

5.4.1.2 При ВнЗ вдоль всей траектории полета спутника могут быть получены следующие параметры: критическая частота и высота максимума слоя F2 (foF2, hmaxF2); распределение электронной концентрации от ИСЗ до главного максимума электронной концентрации слоя F2 — Ne(h)-профиль. Параметры распределения электронной концентрации выше hmaxF2 не могут быть получены при ВЗ. Соответственно при ВнЗ слой F1 и области E и D будут недоступны для тщательного анализа, характерного для радиозондирования.

5.4.1.3 В таблице 1 приведены значения основных параметров орбит ИСЗ с ионозондами на борту и даты их запуска.

Таблица 1

5.4.1.4 Для космических ионозондов конкурирующими характеристиками являются пространственное разрешение (расстояние, проходимое спутником между двумя ионограммами) и частотное разрешение (разница по частоте между двумя последовательными импульсами). Выбирается компромиссное решение между возможностью детального исследования вертикальной структуры ионосферы по одной ионограмме и возможностью изучения пространственной структуры ионосферы на основе серии ионограмм. Так, например, ионозонд на ИСЗ «Эксплорер-XX» получал ионограммы через каждые 750 м, но только на шести фиксированных частот, в то время как ионозонд ИС-338 (на ИСЗ ИК-19) снимал ионограммы ориентировочно через 60 км, но при съемках каждой ионограммы производилось 338 зондирований. При этом частотный шаг в области плазменных резонансов составлял 25 кГц, а в областях снятия критических частот ионосферы 50 кГц.

В таблице 2 приведены параметры ионозондов, установленных на различных спутниках.

Таблица 2

5.4.1.5 Параметры научной аппаратуры отечественных спутников ИК-19 и К 1809 — системы моноимпульсного (на каждой частоте используется только один импульс) радиозондирования ионосферы ИС-388, в частности, ее основного компонента, предназначенного для ВнЗ — бортового ионозонда ИОН-1:

5.4.2 Трансионосферное радиозондирование

5.4.2.1 Метод ТИЗ направлен на изучение внутренней структуры ионосферы. Для его осуществления необходима синхронизация работы имеющихся бортового и наземного ионозондов одного типа в фиксированном диапазоне частот, заведомо перекрывающем возможные изменения частоты отсечки.

5.4.2.2 Схема метода. Излучающий ионозонд располагается на борту ИСЗ, а работающая только в режиме приема аппаратура — на Земле (рисунок 5). Бортовой ионозонд излучает синхронно тактами два радиоимпульса, один из которых, используется для синхронизации и заполнен постоянной частотой. Его длительностью ~10-5 с и частота, превышает 100 МГц, (использовались частоты от 136 до 138 МГц). Синхроимпульс проходит ионосферу насквозь с минимальной групповой задержкой и с возможно меньшим отклонением (за счет рефракции) от прямой, соединяющей передатчик и приемник.

1 — ионозонд на ИСЗ;

2, 4 — высокочастотный сигнал (f >= 100 МГц);

3, 5 — меняющийся сигнал в диапазоне зондирования;

6 — приемник

Рисунок 5 — Принципиальная схема ТИЗ

Второй радиоимпульс длительностью от 50 до 70 мкс заполнен меняющейся от импульса к импульсу зондирующей частотой на границе диапазона радиопрозрачности ионосферы в диапазоне работы станции ВЗ. После наклонного прохождения обоими импульсами всей ионосферы в каждом такте низкочастотный импульс вследствие большой групповой задержки движется позади высокочастотного импульса, и частотная зависимость этого запаздывания (пересчитанная в километры) регистрируется приемником на Земле в виде трансионограммы.

Разность условного расстояния, определяемая по времени задержки между приемом низкочастотного и высокочастотного сигналов в предположении, что скорость распространения сигналов постоянна и равна скорости света в вакууме, и истинного расстояния между ИСЗ и наземной станцией ВЗ называется приведенным групповым путем \Delta P'(f) . Пространственная структура внутренней ионосферы может быть представлена рядом зависимостей электронной концентрации от дальности вдоль луча на трансионосферных траекториях. Частотные зависимости трансионосферных сигналов обычно помещают на ионограммах ВЗ или ВнЗ (рисунок 6).

Рисунок 6 — Комплексная ионограмма ВЗ и ТИЗ

При одном прохождении бортового ионозонда над земной приемной аппаратурой снимается серия трансионограмм, характеризующая ионосферу, расположенную между бортовым ионозондом и приемником. Упомянутая серия вместе с серией ионограмм ВнЗ ложится в основу вычисления пространственной структуры ионосферы в зоне радиусом 5000 км вокруг наземной станции ВЗ.

5.4.2.3 Для повышения информативности и большей устойчивости приема сигналов ТИЗ, помимо дополнительной последетекторной обработки сигнала, целесообразно увеличить отношение сигнал/шум в трансионосферном канале. Для этого используется схема обратного трансионосферного радиозондирования (далее — ОТИЗ) с повышенной мощностью излучаемого сигнала. Мощный передатчик в этой схеме (рисунок 7а) располагается на Земле и синхронизируется по сигналам ИСЗ, а сброс информации о прохождении трансионосферного сигнала осуществляется на два пункта.

5.4.2.4 Функциональная схема устройства ОТИЗ приведена на рисунке 7б. По команде или автономно по заданной программе генератор вырабатывает сигнал, которым синхронно модулируются зондирующий передатчик и ультракоротковолновый (далее — УКВ) передатчик. УКВ передатчик излучает радиосигналы на постоянной частоте телеметрического канала, а зондирующий передатчик — в диапазоне зондирования на переменных дискретных частотах, определяемых диапазонным синтезатором, перестройкой которого по диапазону управляет генератор. Отраженные от ионосферы эхо-сигналы принимаются приемником, перестраиваемым синтезатором. С выхода приемника эхо-сигналы поступают в модулятор УКВ передатчика и транслируются на Землю.

а — принципиальная схема ОТИЗ

б — функциональная схема ОТИЗ:

на ИСЗ: 1 — генератор, 2 — диапазонный синтезатор, 3 — модулятор, 4 — зондирующий бортовой передатчик, 5 — приемник, 6 — УКВ передатчик;

на Земле: 7 — УКВ приемник, 8 — селектор, 9 — диапазонный синтезатор, 10 — модулятор, 11 — наземный передатчик

Рисунок 7

Принятые на Земле УКВ приемником сигналы поступают на селектор, который управляет диапазонным синтезатором и модулятором, таким образом, чтобы наземный передатчик излучил синхронно с бортовым передатчиком радиоимпульсы на тех же частотах, но с необходимым временны́м сдвигом. Радиосигналы наземного зондирующего передатчика, прошедшие снизу ионосферу насквозь, принимаются бортовым приемником и с помощью модулятора подмешиваются к эхо-сигналам бортового ионозонда и вместе с ними транслируются УКВ передатчиком на Землю, где принятые УКВ приемником, наряду с опорными и эхосигналами, регистрируются на ионограмме. При ОТИЗ следует дополнительно учитывать временны́е сдвиги излучаемого с Земли сигнала, обусловленные запаздыванием опорного сигнала на трассе ИСЗ — Земля.

5.4.2.5 Вопросы синхронизации бортовых и наземных ионозондов могут решаться различными способами. В настоящее время синхронизация наземного и бортового ионозондов может осуществляться по сигналам спутников GPS (Global Positioning System — глобальная навигационная система).

5.4.2.6. Большую информативность имеют результаты комплексных наблюдений при одновременной работе аппаратуры двух наземных пунктов, оснащенных установками ВЗ и ТИЗ, и спутникового ионозонда. При этом в различных комбинациях регистрируются ионограммы ВЗ, ВнЗ и трансионограммы, что позволяет при пролете ИСЗ определить пространственную картину изменения электронной концентрации в обширных районах. Это позволяет точнее провести расчет полного Ne(h)-профиля, так как возможное влияние горизонтальных градиентов электронной концентрации в данном случае сведено к минимуму. Наблюдается удовлетворительная стыковка Ne(h)-профилей внешней и внутренней ионосферы. Возможные рассогласования могут быть связаны как с погрешностями отсчета критических частот на ионограммах, так и с существованием в ионосфере горизонтальных градиентов электронной концентрации.

5.5 Системное радиозондирование ионосферы

5.5.1. Современное радиозондирование, осуществляемое из одного пункта, включает в себя четыре известных сегодня вида радиозондирования: ВЗ, НЗ, являющиеся наземными исследованиями, ВнЗ и ТИЗ, проводящиеся с использованием ионозондов на космических аппаратах (КА). Ясно, что при этом из одного пункта можно получить информацию о явлениях различной пространственной протяженности, начиная с размеров, сравнимых с длиной волны (\lambda \approx 50\text{м}) , и кончая размерами, намного превышающими размеры первой зоны Френеля, т.е. по горизонтали сравнимыми с высотой максимума ионосферы (от 200 до 350 км). Это касается методов ВЗ и НЗ. Если же пункт оборудован дополнительно устройствами для приема сигналов ВнЗ и ТИЗ, то при высоте орбиты ИСЗ порядка 1000 км из этого пункта можно наблюдать за состоянием ионосферы на расстояниях, достигающих 5000 км. На рисунке 8 отображена схема системного радиозондирования ионосферы.

Рисунок 8 — Схема системного радиозондирования ионосферы

Современные ионосферные наблюдения представляют собой двухъярусную (наземно-космическую) систему, функционирующую по единой программе проведения измерений, получения и первичной обработки данных измерений, их сбора, завершающей обработки и передачи в региональные и федеральный информационные центры, доведения запрашиваемой информации до пользователей. Отсюда ясно, что для совмещения работ наземной и космической техники по программам ВЗ, ВнЗ и ТИЗ необходимо предусмотреть подключение адаптивных режимов зондирования штатных как наземных, так и бортовых измерительных комплексов. Необходимо оборудовать также основные и резервные каналы передачи информации.

5.5.2 Основные принципы использования метода системного радиозондирования, которые позволяют наиболее полно реализовать все его преимущества:

• измерительная система должна обеспечивать синхронную и синфазную частотную перестройку передающих и приемных систем четырех видов радиозондирования — ВЗ, НЗ, ВнЗ, ТИЗ;
• сочетание измерительных средств и вычислительной техники должно позволять получать частотные зависимости всех радиофизических характеристик каждого прошедшего ионосферу сигнала (действующей высоты отражения h'(f), амплитуды, фазы, доплеровского сдвига частот, поляризации). Из этих измерений должна быть получена вся геофизическая информация;
• необходим глобальный мониторинг ионосферы на основе органического синтеза региональных мониторингов, осуществляемых ограниченным количеством современных наземных СП ионосферных наблюдений и мониторинга с ИСЗ, находящихся на полярных и, по возможности, солнечно-синхронных орбитах.

5.6 Методы радиотомографии ионосферы

5.6.1 Назначение радиотомографического сегмента ионосферной наблюдательной сети

Методы радиотомографии (далее — РТ) ионосферы служат для определения радиотомографических разрезов ионосферы и трехмерных распределений электронной концентрации ионосферы.

Радиотомографическое просвечивание ионосферы позволяет решать ряд научных и прикладных задач:

• мониторинг пространственного распределения и временнуй динамики электронной концентрации в ионосфере;
• определение региональных особенностей вариации поля электронной концентрации в ионосфере для уточнения существующих ионосферных моделей;
• изучение эволюции и определение механизмов формирования неоднородностей электронной концентрации в ионосфере в связи с солнечной, сейсмической и антропогенной активностью.

Возможно эффективное комплексное использование методов РТ и других методов, использующих прием и обработку сигналов спутниковых навигационных систем. Аппаратура наблюдательных пунктов во всех случаях будет одинаковой и может быть параллельно использована в различных методах наблюдений и в используемых алгоритмах.

5.6.2 Радиотомографические методы мониторинга ионосферы

В радиотомографическом сегменте наземно-спутниковой подсистемы мониторинга ионосферы используются:

• методы НОРТ;
• методы ВОРТ;
• методы усвоения измерительных данных, получаемых сетевым программно-аппаратным комплексом (ПАК) НОРТ и ВОРТ, в специально разработанных моделях ионосферы.
• методы использования в радиотомографических реконструкциях сигналов между низкоорбитальными спутниками различного назначения и сигналами глобальной навигационной спутниковой системы — использование так называемых радиозатменных схем;
• методы восстановлений профилей электронной концентрации на основе применения алгоритмов однопозиционного радиопросвечивания.

Высокая эффективность одновременного использования различных методов для получения радиотомографических реконструкций обеспечивается за счет создания специальных центров обработки и анализа информации, в которых предполагается накапливание широкой номенклатуры данных с измерительно-наблюдательных комплексов как наземного, так и космического базирования.

5.6.3 Радиотомография ионосферы с помощью высокоорбитальных навигационных систем

Основным принципом РТ ионосферы с использованием сигналов высокоорбитальных навигационных систем (ВНС) является одновременный прием когерентных сигналов минимум на двух частотах от нескольких высокоорбитальных навигационных КА (ВНКА) несколькими ПАК. Применяются аппараты функционирующих двух глобальных спутниковых радионавигационных систем второго поколения — GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия). На различных этапах развертывания находятся еще две системы глобального позиционирования — европейская «Galileo» и китайская «Бэйдоу-2» («Beidou-2», европейское название «Compass»), а также две региональных системы спутниковой навигации — индийская IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System — Индийская региональная спутниковая система) и японская QZSS (Quasi-Zenith Satellite System — Квазизенитная спутниковая система).

Характерными чертами КА этих систем является наличие радиомаяков когерентных сигналов с частотами 1575,42, 1227,60, 1176,45 МГц для системы GPS и частотами (1602 + k·9/16) МГц, (1246 + k·7/16) МГц, где k — целое число, для системы ГЛОНАСС при высоте орбиты около 20 000 км. В классическом случае РТ ионосферы на основе приема и обработки сигналов ВНКА позволяет получать трехмерные («3D») распределения электронной концентрации в ионосфере.

Прием сигналов КА осуществляется на совокупности ПАК, располагаемых в соответствии с выбранной стратегией получения трехмерной реконструкции электронной концентрации в ионосфере. Схема расположения ПАК, принимающих зондирующие сигналы от ВНКА с лучами этих сигналов, показана на рисунке 9.

Рисунок 9 — Схема получения зондирующих сигналов ПАК ВОРТ

После получения информации от ПАК и обработки ее в Центрах обработки с использованием методов и алгоритмов РТ получается пространственное трехмерное распределение электронной концентрации в той области ионосферы, в которой имеется достаточное число лучей, пересекающих ее зондирующими сигналами спутниковых навигационных систем (достаточно «густое» пространственное покрытие).

5.6.4 Радиотомография ионосферы с помощью низкоорбитальных навигационных систем

Основным принципом РТ ионосферы с помощью сигналов низкоорбитальных навигационных КА (ННКА) является одновременный прием когерентных сигналов от одного ИСЗ сетью приемных установок. Для этих целей традиционно применяются аппараты низкоорбитальных навигационных систем (ННС) типа «Транзит» (США) и их российский аналог типа «Космос». В классическом случае приемные установки, осуществляющие прием сигналов ННКА, располагают приблизительно на одной долготе и условно называют радиотомографическими цепочками (далее — РТЦ).

Характерными чертами КА этих систем является наличие радиомаяков когерентных сигналов с частотами 150 и 400 МГц и приполярные орбиты высотой около 1000 км. В последние годы появились системы с дополнительной когерентной частотой 1067 МГц и с орбитами, позволяющими вести мониторинг ионосферы в низких широтах, например, FORMOSAT-3/COSMIC. В классическом случае РТ ионосферы на основе сигналов ННКА позволяет получать радиотомографические разрезы ионосферы. Протяженность этих сечений составляет от 1 до 3 тысяч километров (зависит от длины РТЦ), а высота определяется высотой орбиты ННКА и составляет около 1000 км (рисунок 10).

Рисунок 10 — Схема радиотомографического радиозондирования ионосферы с использованием ННКА

5.7 Риометрический метод

5.7.1 Целью риометрических наблюдений является выявление аномальных вариации поглощений космических шумов.

Риометрическая аппаратура позволяет получать информацию о солнечном ультрафиолетовом и рентгеновском излучении, солнечных протонах с энергией от 107 до 109 эВ, а также о высыпании электронов с энергией от 104 до 106 эВ и протонов с энергией от 106 до 107 эВ из магнитосферы в атмосферу Земли. Использование риометров позволяет диагностировать активность электромагнитного излучения и потоков энергичных протонов Солнца. Изучение процесса высыпания заряженных частиц из магнитосферы в атмосферу Земли позволяет решать задачи, связанные с поступлением энергии солнечного ветра в околоземное космическое пространство, а также процессы, происходящие внутри магнитосферы. Применение цепочки риометрических станций позволяет исследовать пространственно-временную структуру D-области ионосферы.

5.7.2 Риометрическая аппаратура состоит:

• риометра: высокочувствительного измерительного приемника с рабочей частотой 30 МГц — для преобразования сигналов космического радиоизлучения.
• АФК: фазированной коротковолновой антенны из двух двойных диполей с диаграммой направленности ориентированной в зенит — для приема сигналов космического радиоизлучения и фидерного тракта (коаксиального кабеля с согласующим трансформатором) — для передачи сигнала от антенны к риометру.

5.7.3 Риометрическая аппаратура принимает и обрабатывает постоянный фоновый сигнал космического коротковолнового радиоизлучения на фиксированной частоте (30 МГц). В течение суток уровень сигнала плавно меняется от максимума до минимума и при отсутствии возмущающих факторов эта вариация сохраняется (по амплитуде и форме) каждые сутки. Ежедневный невозмущенный повторяющийся уровень принимаемого сигнала называется кривой спокойного дня (КСД).

Понижения интенсивности сигнала относительно устойчивого фонового уровня записи представляют собой аномальные возмущения, основные из которых ППШ (Поглощение типа Полярной Шапки) и ППС (Поглощение типа Полярного Сияния).

Повышения уровня записи могут быть вызваны помехами — местными источниками электромагнитного излучения (передатчик, сварочные аппараты, бытовая техника и др.) или пургой, а также естественным фактором — возрастанием радиоизлучения после солнечных вспышек («шумовые бури»).

5.8 Радиоволновые методы контроля состояния ионосферы

Кроме перечисленных выше применяют также и некоторые другие радиоволновые методы контроля состояния ионосферы.

На рисунке 11 представлена схема, иллюстрирующая соотношение различных методов контроля состояния ионосферы с помощью радиоволн в диапазоне высот от 10 км до 1000 км (вертикальная ось). По горизонтальной оси отложены частоты f, на которых работают те или иные методы диагностики ионосферы, (внизу) или длины \lambda соответствующих радиоволн (вверху).

Рисунок 11 — Современные радиоволновые методы контроля состояния ионосферы

6 Средства ионосферных наблюдений

6.1 Средства наблюдений ионосферы методом ВЗ

6.1.1 Наземная станция ВЗ «Парус-А»

6.1.1.1 Назначение ионозонда «Парус-А»

Станции вертикального радиозондирования ионосферы наземные «Парус-А» (далее — ионозонды «Парус-А») предназначены для измерений времени задержки радиоимпульса, импульсного напряжения переменного тока, а также для отображения результатов измерений и расчетных величин.

Продуктом работы ионозонда является ионограмма, которая в зависимости от ее качества и степени детальности обработки может дать информацию о состоянии основных ионосферных слоев и областей (F2, F1, E, Es), о высотном профиле электронной концентрации в ионосфере, о параметрах, определяющих условия распространения радиоволн. Правильная и максимально полная обработка ионограмм является важным этапом цепочки получения геофизической и радиофизической информации при ионосферном радиозондировании.

Ионозонд обеспечивает решение следующих задач:

• определение частотной зависимости действующих высот отраженных ионосферой сигналов (ионограмм ВЗ);
• автоматическое построение высотного профиля электронной концентрации ионосферы Ne(h);
• автоматическое формирование стандартных телеграмм с измеренными параметрами ионосферы;
• определение частотной зависимости действующих расстояний между ИСЗ и наземной станцией ВЗ (трансионограммы);
• организацию базы данных ионосферных измерений;
• подготовку данных для передачи потребителям по протоколу FTP (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов) по сети Интернет.

6.1.1.2 Состав ионозонда «Парус-А»

Конструктивно ионозонды выполнены в виде функциональных блоков: радиоприемного устройства (РПУ), радиопередающего устройства (РПДУ), комплекса управления (КУ) и комплекса обработки ионограмм (КОИ). РПДУ представляет собой моноблок, выполняющий функции передатчика. РПУ представляет собой модульную конструкцию, выполненную в стандарте «Евромеханика» и имеет две конструктивные модификации. В первой модификации управление ионозондом осуществляется от персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), встроенной в РПУ. При этом монитор, клавиатура и манипулятор «мышь» подключены к РПУ снаружи. Во второй модификации управление ионозондом осуществляется от ПЭВМ, которая в целом конструктивно не входит в блок РПУ.

6.1.1.3 Принцип действия

Принцип действия ионозонда состоит в генерировании импульсного сигнала 100-микросекундной длительности, с заполнением несущей частотой от 1 до 20 МГц, излучаемого антенно-фидерным комплексом (АФК), не входящим в состав ионозонда, и измерении времени задержки этого сигнала после его отражения от слоев ионосферы.

По условиям эксплуатации ионозонды удовлетворяют требованиям группы 2 по ГОСТ 22261 с диапазоном рабочих температур от 10 °C до 35 °C, относительной влажностью воздуха 80% при температуре 25 °C.

Внешний вид ионозондов представлен на рисунках 12 - 14.

Рисунок 12 — Внешний вид РПУ (модификация 1)

Рисунок 13 — Внешний вид РПУ (модификация 2)

Рисунок 14 — Внешний вид РПДУ

6.1.1.4 Характеристики радиопередающего устройства

Технические и метрологические характеристики радиопередающего устройства приведены в таблице 3.

Таблица 3

6.1.1.5 Характеристики радиоприемного устройства

Технические и метрологические характеристики радиоприемного устройства приведены в таблице 4.

Таблица 4

6.1.1.6 Антенно-фидерный комплекс

АФК представляет собой приемную и передающую антенны и фидера, соединяющие антенны и ионозонд.

Излучение и прием сигналов на ионозонде «Парус-А» производится либо на совмещенной приемо-передающей антенне, либо (для разделения ионных компонент) — на раздельных передающей и приемной антеннах. В первом случае полотно антенны формируется из антенного канатика сечением не менее 10 мм2 в виде двух встроенных друг в друга и расположенных в одной плоскости большого и малого вертикальных ромбов, растянутых на одной центральной мачте высотой 27 м и двух боковых мачтах высотой 15 м. Активное нагрузочное сопротивление составляет 600 Ом. Для согласования антенны с 75-омным выходным каскадом передатчика ставятся 2 согласующих трансформатора (75/600 Ом). Большой ромб предназначен для работы в диапазоне частот от 1 до 5 МГц, малый ромб — в диапазоне от 5 до 20 МГц. В случае работы ионозонда на совмещенную приемо-передающую антенну для предотвращения проникновения мощных импульсов передатчика в приемный тракт ионозонда на его входе ставится лампа-ключ.

Для разделения обыкновенной и необыкновенной компонент сигналов, отражающихся от ионосферы, приемную антенну располагают отдельно от передающей. В этом случае большой и малый вертикальные ромбы, описанные выше, используются в качестве передающей антенны, а приемная антенна представляет собой либо расположенные перпендикулярно друг другу две вертикальные дельты, с высотой центральной мачты 22 м, либо два скрещенных диполя. В последнем случае антенное полотно растягивается на одной центральной и четырех боковых мачтах высотой по 6 м. Расстояние между центральной и боковыми мачтами составляет 8 м. Внешний вид АФК с совмещенной приемо-передающей антенной, изготовленного из композитных материалов приведен на рисунке 15.

Рисунок 15 — Внешний вид АФК для ионозонда «Парус-А» на зональной гидрометеорологической обсерватории (ЗГМО) «Бор» (Подкаменная Тунгуска)

6.1.1.7 Комплекс управления

КУ обеспечивает решение следующих задач:

• автоматическое обнаружение сигналов ВЗ с очисткой поля ионограммы от помех;
• отображение результатов цифровой обработки, полученных в процессе радиозондирования ионосферы, на экране монитора;
• поиск и обеспечение работы ионозонда на частотах с минимальным уровнем помех в заданных частотных поддиапазонах;
• автоматическая обработка обнаруженных сигналов ВЗ с выделением и классификацией магнитоионных компонент;
• возможность запуска, изменение режимов работы ионозонда, модернизацию функционального программного обеспечения и передачу данных радиозондирования ионосферы по каналам связи совместимым с сетью Internet.

6.1.1.8 Комплекс обработки ионограмм

КОИ состоит из двух модулей: модуля операторской (стандартной) обработки ионограмм и модуля автоматического распознавания и анализа ионограмм. Модуль операторской (интерактивной) обработки ионограмм, обеспечивает обработку и представление результатов радиозондирования ионосферы в соответствии с действующими стандартами обмена ионосферными данными, автоматическое построение профиля электронной концентрации ионосферы, определение его параметров с формированием стандартных телеграмм, выделение мод распространения сигналов.

Модуль автоматического распознавания и анализа ионограмм предназначен для выполнения следующих основных задач:

• чтение выходных данных ионозонда «Парус-А», поступающих в соответствующий каталог локального FTP сервера, в исходном формате;
• контроль достоверности входных данных и запись частично декодированной информации в локальную или удаленную базу данных;
• формирование входного файла программы автоматической обработки ионограмм, например, файла («RDF») для программы «AutoScala»;
• запуск внешней программы автоматической обработки данных;
• занесение результатов автоматической обработки в базу данных;
• формирование выходных данных («телеграмм») в формате «IONKA»;
• отправка сформированных «телеграмм» на удаленный FTP сервер.

Пример ионограммы, зарегистрированной ионозондом «Парус-А», и результаты ее обработки представлены на рисунке 16. В ПО ионозонда «Парус-А» международное время обозначено UT, что сохранено при демонстрации продуктов работы ионозонда.

Рисунок 16 — Пример ионограммы, зарегистрированной ионозондом «Парус-А» в Москве.

6.1.2 Ионозонд CADI

Ионозонд CADI (Canadian Advanced Digital Ionosonde — Канадский передовой цифровой ионозонд) используется в ионосферной наблюдательной сети для арктического сегмента станций ВЗ. Внешний вид ионозонда CADI представлен на рисунке 17.

Рисунок 17 — Внешний вид ионозонда CADI

На рисунке 18 представлен АФК ВЗ на о. Хейса.

Рисунок 18 — АФК ВЗ на о. Хейса

Технические и метрологические характеристики ионозонда CADI приведены в таблице 5.

Таблица 5

Излучающий сигнал в ионозонде CADI представляет собой простой прямоугольный радиоимпульс, пиковая мощность излучения составляет 600 Вт.

Основное назначение ионозонда CADI состоит в контроле динамики слоя F2. Возможности контроля областей E и Es ограничены. На рисунке 19 показаны примеры ионограмм, зарегистрированных ионозондами на СП ионосферных наблюдений Eureka и на о. Хейса, расположенных в полярной области.

Рисунок 19 — Примеры ионограмм, зарегистрированных ионозондом CADI

6.2 Средства наблюдений и оборудование пунктов радиотомографии ионосферной наблюдательной сети

6.2.1 Задачи ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ

6.2.1.1 ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ входят в состав пункта наблюдения, используемого при РТ ионосферы с помощью когерентных радиосигналов ННКА и ВНКА и предназначены для диагностики состояния ионосферы методами РТ. Все ПАК ВОРТ и ПАК НОРТ являются сетевыми комплексами и объединены в соответствующих сетях радиотомографии (далее — РТС).

6.2.1.2 Задачами ПАК является

• управление работой приемника (включение, выключение, установка рабочей частоты);
• получение данных радиопросвечивания ионосферы от приемника;
• первичная обработка данных радиопросвечивания ионосферы;
• подготовка данных к хранению и передаче;
• передача данных.

6.2.2 Средства наблюдений и оборудование пунктов наблюдений высокоорбитальной радиотомографии

6.2.2.1 Пункты наблюдений ВОРТ оснащены сетевыми ПАК. В состав ПАК ВОРТ входят:

• приемник спутниковый геодезический многочастотный;
• антенна для приема сигналов спутников ВНС с кабелем;
• персональный промышленный компьютер;
• источник бесперебойного питания;
• сетевой фильтр;
• защитный шкаф;
• модем или иное интерфейсное оборудование для передачи данных.

На рисунке 20 представлен пример внешнего вида ПАК ВОРТ и пример установки антенны ПАК ВОРТ.

а)

б)

а — Внешний вид ПАК ВОРТ. Установка на столе

б — Антенна ПАК ВОРТ

Рисунок 20

6.2.2.2 Основным приемником, которым оснащаются пункты ВОРТ, является GNSS-приемник спутниковый геодезический многочастотный ALPHA-G3T (GNSS — Global Navigation Satellite System, глобальная спутниковая навигационная система), со встроенными автоматическими аккумуляторами, в сочетании с антеннами Javad GrAnt (модификация G3T) фирмы «Javad GNSS Inc.», США, внесенный в Госреестр средств измерений за № 40861-09. По аппаратным возможностям приемник с антенной готов к приему сигналов спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС, «Galileo», SBAS (Space Based Augmentation System — Спутниковая система дифференциальной коррекции), «COMPASS/Beidou», QZSS (без учета готовности программных средств, обновляемых удаленно по сети до нужной версии) на частотах L1 (E1, B1), L2, L3 (ГЛОНАСС блока K с кодовым разделением), L5 (E5) и других совместимых частот и систем.

6.2.2.3 В ПАК ВОРТ, установленных в 2011 — 2012 гг., для обеспечения хранения полной локальной копии данных на станциях использованы персональные компьютеры формата mini-ITX с:

• материнской платой Giga-Byte GA-D525TUD;
• штатным центральным процессором Intel Dual-core Atom D525 (1,8 ГГц) с активной воздушной вентиляцией;
• оперативной памятью DDR3 2048 MB (pc-10600) 1333 MHz Kingston (KVR1333D3N9/2G);
• жестким диском 1 Tb Seagate ST1000DL002 SATA II Barracuda Green 5900 rpm;
• оптическим накопителем DVD +/- RW NEC AD-7260S Black DL < 24x, SATA, OEM;
• источником бесперебойного питания APC Back-UPS Pro 550 VA/330 W;
• сетевым фильтром APC P5B-RS Essential SurgeArrest 5 outlets 230 V Russia;
• программным обеспечением Microsoft Windows 7 Pro 32-bit SP1 Russian Single packageDSP OEI DVD (FQC-04671).

Для монтажа составных частей ПАК использовался защитный шкаф ZPAS WZ-2733-01-S1-011 (SU-104) размером 223·600·400 мм (19 дюймов) из листовой стали с активным воздушным охлаждением.

6.2.2.4 В настоящее время для обеспечения хранения полной локальной копии данных на пунктах наблюдения используется промышленный встраиваемый безвентиляторный компактный компьютер на платформе x86, совместимый с корпоративными службами развертывания программного обеспечения WDS, включая PXE-совместимую сетевую загрузку BIOS. Этот компьютер оснащен внутренним совместимым модулем ОЗУ 4 ГБ, 204 pin, внутренним твердотельным накопителем энергонезависимой памяти mSATA 256 ГБ, процессором с частотой от 1,6 ГГц, 4 COM-портами, видеовыходом VGA, 4 USB 2.0, встроенным Ethernet LAN до 1 Гб/с, аппаратным сторожевым таймером. Компьютер потребляет не более 10 Вт, имеет пассивное охлаждение, аппаратно-поддерживаемые настройки BIOS для периодического автовключения не реже одного раза в сутки и немедленного возобновления работы после сбоев внешнего электропитания.

Компьютер имеет поддержку технологии сетевой загрузки (PXE) операционной системы с сервера сетевых установок (Windows Deployment Services) корпоративной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры. Драйвер, необходимый для использования Ethernet-адаптера компьютера на этапе первичной загрузки допускает его встраивание в загрузочный образ (boot image).

Компьютер поставляется с блоком питания расширенного диапазона температур (от минус 20 °C до +70 °C) и совместимым кабелем питания 1.8 м, 3-pin в комплекте с программным обеспечением Windows 7 Pro 32-bit Russian OEI DVD.

Для монтажа составных частей ПАК используется защитный шкаф размером 170·300·250 мм из полимера с прозрачной дверью, что существенно упрощает размещение ПАК ВОРТ на пунктах наблюдения и доставку комплексов на место установки.

Активное охлаждение процессора и всего шкафа производится вентиляторами с автоматической регулировкой скорости вращения в соответствии с фактическими температурными условиями внутри компьютера и внутри шкафа соответственно.

В случае замены неисправных ПАК ВОРТ, или продолжении программы установки ПАК ВОРТ в новых пунктах наблюдения в составе и характеристиках составных элементов комплексов могут происходить изменения, позволяющие улучшить технические и эксплуатационные возможности ПАК ВОРТ.

6.2.2.5 Данные измерений приемника передаются в компьютер через порт USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) (виртуальный COM-порт (Communications Port — последовательный порт)) или через реальный COM-порт (подключены оба) и сохраняются на жесткий диск компьютера порциями задаваемой продолжительности.

6.2.2.6 Для возможности работы ПАК через NAT (Network Address Translator — ретранслятор внутренних сетевых адресов во внешнюю сеть), брандмауэры, прокси-серверы, а также с динамически назначаемыми IP-адресами при пуске ПАК устанавливают автоматические соединения SSTP VPN (Secure Socket Tunneling Protocol Virtual Private Network — безопасный протокол туннелирования интерфейсов в виртуальной частной сети) с интерфейсным сервером ФГБУ «ИПГ». Внутри такого виртуального соединения возможно активное подключение к ПАК из Центра сбора и обработки для подавляющего большинства сервисных операций и передачи данных без необходимости действий со стороны местного персонала удаленного пункта ионосферных наблюдений.

6.2.3 Средства наблюдений и оборудование пунктов наблюдений низкоорбитальной радиотомографии

6.2.3.1 Пункты наблюдений НОРТ оснащены сетевыми ПАК.

В состав ПАК НОРТ входят:

• приемник сигналов низкоорбитальных навигационных и специализированных КА СПБР (далее — СПБР), являющийся сетевым приемным устройством сигналов спутников ННС (рисунки 21 - 22);
• турникетная антенна;
• кабель снижения (антенна — приемник);
• кабель питания приемника;
• сетевой фильтр (5 розеток), длина шнура 5 м;
• шкаф для размещения оборудования;
• специализированное программное обеспечение;
• средства для подключения к сети Интернет, включающие в себя GSM-модем (GSM — глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи), внешний вид которого приведен на рисунках 23 - 24, соединительный кабель модем-приемник; штыревую GSM антенну модема, совмещенную с кабелем, адаптер питания модема или шнур для подключения к коммутатору/маршрутизатору.

1 — индикатор питания от переменного тока (220 В, работа от сети);

2 — индикатор питания от постоянного тока (+12 В, работа от внутреннего ИБП);

3 — индикатор питания малошумящего усилителя (далее — МШУ (свидетельствует о наличии штатного напряжения на антенном усилителе);

4 — индикатор записи сеанса (загорается во время приема спутникового сигнала);

5 — кнопка включения/выключения ЭВМ (горит зеленым светом при работающей ЭВМ);

6 — кнопка включения/выключения питания приемного устройства;

7 — кнопка включения/выключения внутреннего ИБП.

Рисунок 21 — Внешний вид передней и задней панелей СПБР

Рисунок 22 — Увеличенный фрагмент передней панели СПБР

1 — лоток SIM-карты (Subscriber Identification Module — модуль идентификации абонента);

2 — выталкиватель лотка SIM-карты;

3 — светодиодный индикатор статуса соединения (зеленый);

4 — светодиодный индикатор аварии (красный);

5 — разъем SMA для подключения антенны GSM.

Рисунок 23 — Передняя панель GSM модема

6 — разъем RJ11 для подключения питания;

7 — разъем DB9 (RS232) для подключения коммуникационного кабеля;

8 — разъем USB тип B для подключения коммуникационного кабеля.

Рисунок 24 — Задняя панель GSM модема

ПАК НОРТ имеет встроенную поддержку сетевых возможностей, что позволяет оперативно передавать результаты наблюдений на узлы дальнейшей обработки данных, а также осуществлять удаленный контроль работы через встроенный веб-интерфейс.

6.2.3.2 СПБР предназначен для автоматического проведения измерений относительного полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере по спутниковым сигналам в диапазоне +/- 300 ppm от номиналов 150 и 400 МГц. В результате работы СПБР регистрируется разность фаз когерентных сигналов на частотах 150 и 400 МГц, пропорциональная относительному ПЭС на радиотрассе передатчик — приемник. Данные используются при реконструкции распределения электронной концентрации в ионосфере методом фазоразностной томографии.

СПБР прошел метрологические испытания и находится в стадии утверждения для внесения в Госреестр средств измерений.

6.2.3.3 Основные технические и метрологические характеристики СПБР указаны в таблице 6.

Таблица 6

6.2.3.4 Штатное питание СПБР осуществляется от сети переменного тока (~220 В, 50 Гц). Для поддержания работы во время кратковременных исчезновений напряжения в сети устройство оборудовано встроенным источником бесперебойного питания (ИБП).

При отключении штатного электропитания СПБР от 40 до 50 мин работает от ИБП, после чего выключается до появления напряжения в сети. После появления напряжения происходит подзарядка аккумуляторных батарей, и затем осуществляется автоматическое включение СПБР в штатный режим работы.

7 Организация ионосферной наблюдательной сети

7.1 Организация ионосферной наблюдательной сети

Организация ионосферной наблюдательной сети проводится в соответствии с организационными основами построения государственной наблюдательной сети, ее структурой и порядком открытия, переноса и закрытия пунктов наблюдений и наблюдательных подразделений РД 52.04.567.

7.2 Размещение стационарных пунктов ионосферных наблюдений

7.2.1 Размещение стационарных пунктов (СП) ионосферных наблюдений по территории определяется пространственной изменчивостью основных параметров ионосферы. В соответствии с научно-организационными принципами построения сети и по ВМО СП ионосферных наблюдений в среднеширотном районе должны располагаться на расстоянии около 500 км вдоль меридиана и около 1000 км вдоль параллели. В высокоширотной области необходима более густая сеть СП ионосферных наблюдений.

7.2.2 Установка СП ионосферных наблюдений проводится с учетом рельефа местности и работающих радиотехнических средств другого назначения.

7.2.3 Как правило, новые СП ионосферных наблюдений устанавливаются в неизученных или малоизученных в гелиогеофизическом, ионосферном, магнитном отношении районах или в районах перспективного хозяйственного освоения, где плотность наблюдательной сети недостаточна.

7.3 Порядок открытия, закрытия или переноса СП ионосферных наблюдений

7.3.1 Организация новых наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567, п. 9.

7.3.2 Закрытие наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567, п. 10.

7.3.3 Перенос наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567, п. 11.

7.4 Документация СП ионосферных наблюдений

7.4.1 Документация СП ионосферных наблюдений состоит из:

• технической документации;
• хозяйственно-финансовой документации;
• организационно-оперативной документации;
• нормативной документации.

7.4.2 К технической документации СП ионосферных наблюдений относятся:

• учетная карточка СП ионосферных наблюдений;
• техническое дело СП ионосферных наблюдений;
• руководства по эксплуатации, схемы и технические паспорта;
• формуляры основного и электрического оборудования и средств связи.

7.4.3 Учетная карточка СП ионосферных наблюдений содержит основные текущие данные СП ионосферных наблюдений: название, синоптический индекс, координаты, разность между местным и московским временем, адрес, средства связи, характеристики служебных помещений и др.

Учетная карточка СП ионосферных наблюдений составляется в четырех экземплярах: первый экземпляр хранится в пункте наблюдения, второй — в УГМС, третий — в Росгидромете, четвертый — во ВНИИГМИ-МЦД.

7.4.4 Техническое дело СП ионосферных наблюдений представляет собой журнал, в который записываются все необходимые сведения о СП ионосферных наблюдений, ведется его история, включая изменения в штате, и заносятся сведения об инспекторских осмотрах, проверках и испытаниях технических средств.

Техническое дело ведется в двух экземплярах: первый (основной) хранится в пункте наблюдения, а второй — в УГМС.

7.4.5 Хозяйственно-финансовая документация СП ионосферных наблюдений включает инвентарные описи имущества СП ионосферных наблюдений и архива в соответствии с перечнем оборудования.

7.4.6 К организационно-оперативной документации СП ионосферных наблюдений относятся:

• технические журналы эксплуатации средств приема сигналов спутниковых навигационных систем;
• организационно-оперативные журналы регистрации расхода электроэнергии, трафика канала связи, сдачи дежурств, и т.д.

В техническом журнале эксплуатации и регистрации всех видов работ, производимых на пункте наблюдения, отмечают все неисправности и вносят замечания о работе технических средств, а также сведения о проведении ремонтных и регламентных работ, контрольных или сравнительных наблюдений.

7.5 Организация работ СП ионосферных наблюдений, оборудованного ионозондом

7.5.1 Каждому СП ионосферных наблюдений, оборудованному ионозондом, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и местного самоуправления предоставляется земельный участок для организации и функционирования СП ионосферных наблюдений. Оптимальный размер земельного участка составляет 1,5 га, для размещения АФК и ионосферного павильона с площадью не менее 45 м2, предназначенного для размещения обслуживающего персонала и измерительной аппаратуры.

7.5.2 В соответствии с установленными Росгидрометом нормативами, каждый СП ионосферных наблюдений, оборудованный ионозондом, обеспечивается кадрами соответствующей квалификации, средствами измерений, оборудованием и другими техническими средствами, служебными зданиями (помещениями), средствами связи и транспорта, энерго- и теплоснабжения, производственными сооружениями, устройствами и установками, хозяйственным инвентарем и инструментами, расходными и бланковыми материалами, производственно-технической литературой, оргтехникой и компьютерами.

7.5.3 Штат СП ионосферных наблюдений, оборудованного ионозондом, в основном состоит из 4 штатных сотрудников: заведующего, специалиста по радиоэлектронике и компьютерной технике, специалиста по обработке ионограмм и лаборанта. Для контроля за работой ионозонда, включенного в режим круглосуточных наблюдений, необходим дополнительный штат из 5 наблюдателей, которые могут выполнять и другие функции — техников, лаборантов, сторожей и т.д. В зависимости от особенностей СП ионосферных наблюдений, в том числе от решаемых задач и географического положения штат может отличаться от приведенного в данном пункте.

7.5.4 Обязательная документация на оборудование, установленное на СП ионосферных наблюдений, оборудованном ионозондом ВЗ, состоит из документации на ионозонд ВЗ и документации на АФК.

7.5.5 Документация на ионозонд состоит из:

• формуляра;
• паспорта;
• руководства по эксплуатации ионозонда.

7.5.6 Документация на встроенное в ионозонд программное обеспечение (ПО) состоит из:

• описания применения;
• руководства оператора.

7.5.7 Документация на АФК состоит из:

• формуляра;
• паспорта;
• руководства по эксплуатации;
• инструкции по монтажу, пуску, регулированию и обкатке, обязательно содержащей чертежи АФК.

7.6 Организация сети радиотомографии и ее функционирование

7.6.1 Требования к размещению пунктов наблюдений РТС

7.6.1.1 Устанавливаются пункты наблюдений РТС трех категорий:

• пункты НОРТ: пункты, оборудованные ПАК НОРТ;
• пункты ВОРТ: пункты, оборудованные ПАК ВОРТ;
• комбинированные пункты: пункты, оборудованные одновременно ПАК ВОРТ и НОРТ.

7.6.1.2 Центры сбора и обработки радиотомографических данных оборудуются серверами ВОРТ и НОРТ.

7.6.1.3 Пункт наблюдения РТС должен размещаться в отведенном для него помещении, которое относится исключительно к федеральной собственности и находится под охраной государства. Определение местоположения пункта наблюдения РТС и организация его деятельности осуществляются в соответствии с решением Росгидромета (специально уполномоченного федерального органа исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях).

7.6.1.4 Ввод в эксплуатацию всех ПАК ВОРТ и ПАК НОРТ пунктов наблюдения РТС должен оформляться соответствующими актами. Акт на ввод в эксплуатацию пункта наблюдения РТС направляется в Росгидромет.

7.6.1.5 В дальнейшем деятельность пунктов наблюдения регламентируется РД 52.04.567

7.6.1.6 К критериям отбора местоположения пунктов наблюдения сети относятся:

• возможности и обязательства местных структур Росгидромета в отношении обеспечения непрерывности функционирования СП ионосферных наблюдений;
• географическая репрезентативность наблюдений;
• возможности передачи требуемых параметров наблюдения.

7.6.1.7 Для получения радиотомографических разрезов ионосферы необходимо расположить три или более ПАК НОРТ вдоль преимущественных направлений пролетов ННКА, т.е. вдоль линии пересечения с поверхностью Земли воображаемой плоскости, проходящей через центр Земли и наклоненной по отношению к плоскости экватора на угол в диапазоне от 82° до 98°.

Расстояние между пунктами РТС, оборудованными НОРТ, не должно превышать 500 км. В общем случае от взаимной удаленности точек расстановки зависит минимальная высота, на которой можно определить значение электронной концентрации.

7.6.1.8 Расстояние между пунктами РТС, оборудованными ПАК ВОРТ, должно находиться в диапазоне от 200 до 400 км, что позволит проводить мониторинг ионосферных параметров с заданным пространственным и временным разрешением в режиме, близком к режиму реального времени. В зависимости от решаемых прикладных задач в некоторых регионах это расстояние не должно превышать 200 км.

7.6.2 Требования к помещению для размещения пунктов наблюдения РТС

7.6.2.1 Решение о выборе места размещения пунктов наблюдения РТС принимается только по завершении всестороннего обследования местности и помещений, предназначенных для размещения ПАК НОРТ и ВОРТ.

7.6.2.2 Должно быть проведено обследование на наличие радиопомех.

7.6.2.3 Помещение должно обеспечивать соответствующие климатические условия, необходимые для стабильного функционирования ПАК ВОРТ и НОРТ: температура от +5 до +40 °C, влажность от 5 до 90%.

7.6.2.4 Помещение должно удовлетворять санитарным и противопожарным нормам безопасности, принятым на территории Российской Федерации.

7.6.2.5 Помещение должно обеспечивать сохранность оборудования.

7.6.2.6 В помещении должно быть необходимое пространство размером не менее 1·1 м для установки ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ. Оборудование может быть размещено на стене или на столе так, чтобы была возможность открыть дверцу шкафа и осуществить диагностические операции.

7.6.2.7 Помещение должно быть электрифицировано. Электроснабжение здания должно удовлетворять ГОСТам, принятым на территории РФ. В месте размещения ПАК ВОРТ и НОРТ должна быть розетка евростандарта или совместимая. Используемые ПАК должны запитываться от электрической сети переменного тока I категории (~ 220 В, 50 Гц). Мощность сети должна обеспечивать наличие 30 Вт для работы ПАК ВОРТ и 100 Вт для работы ПАК НОРТ.

7.6.2.8 Розетки для средства передачи данных и средств электропитания должны размещаться на расстоянии не более 2 м от ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ.

7.6.2.9 Помещение должно быть оснащено средствами связи с возможностями использования сети Интернет. Скорость передачи данных должна составлять не менее 256 кбит/с для передачи данных от ПАК ВОРТ и не менее 6,3 Кбит/с для передачи данных от ПАК НОРТ. В случае отсутствия стационарных средств связи в пункте наблюдения должен быть устойчивый сигнал сотовой связи для организации беспроводной передачи данных.

7.6.2.10 Приборы и кабели должны располагаться как можно дальше от батарей отопления и другого нагревательного оборудования, работа которого может со временем пересушивать кабели. Длительный нагрев прибора прямым попаданием солнечных лучей нежелателен.

7.6.2.11 От места установки комплекса в помещении до места крепления антенны на улице на жестком неподвижном основании должно быть достаточно антенного кабеля длиной 30 м с учетом изгибов при прокладке.

7.6.2.12 Обзор видимости неба для антенны должен быть максимально возможным в конкретных условиях, без других активных антенн, а также металлических и других конструкций вблизи антенны выше уровня ее установки.

8 Проведение ионосферных наблюдений

8.1 Порядок проведения ВЗ

8.1.1 Цели, периодичность сеансов ВЗ

8.1.1.1 Ионосферные наблюдения на СП ионосферных наблюдений, оборудованных ионозондом ВЗ, Росгидромета проводятся с целью контроля состояния ионосферы путем исследования ее вертикальной структуры в местах расположения станций ВЗ.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

• измерение числовых значений параметров ионосферы;
• оценка качественных характеристик ионосферных явлений;
• обеспечение сравнимости величин, получаемых в разных пунктах ионосферной сети и в разные периоды;
• регулярная и своевременная передача всех результатов наблюдений ионосферных данных в гелиогеофизическую службу Росгидромета;
• хранение ионосферной информации в собственной базе данных.

8.1.1.2 Содержанием работ СП ионосферных наблюдений, оборудованных ионозондом ВЗ, является мониторинг ионосферы методом ВЗ ионосферы.

Мониторинг ионосферы методом ВЗ состоит в проведении круглосуточных регулярных измерений характеристик ионосферы сеансами радиозондирования.

8.1.1.3 Наблюдения с помощью ионозондов должны проводиться по времени ближайшего часового меридиана, время которого отличается от мирового (т.е. от времени нулевого меридиана) обязательно на полное число часов.

8.1.1.4 Сеансы регулярных ионосферных наблюдений проводятся ежедневно четыре раза в час — через каждые 15 мин. Включение аппаратуры по программе должно осуществляться автоматически.

8.1.1.5 В регулярные мировые дни (RWD) и в Специальные мировые интервалы (SWI) измерения методом ВЗ должны проводиться через каждые 5 мин.

8.1.1.6 В случаях, когда, проводя зондирование по программе, наблюдатель замечает, что имеют место особые явления, проводятся непрерывные или учащенные (каждые 5 мин) наблюдения. Критерием для распознавания особых явлений служит сравнение наблюдаемых записей с полученными в обычные дни. Признаками особых явлений служат:

• быстрые изменения критических частот слоев F2 и Es (foF2, foEs), а также минимальной частоты отражений (fmin) или типов спорадических слоев Es за получасовые или еще меньшие интервалы времени;
• необычное уменьшение значений foF2 или присутствие особых форм отражений. Непрерывные записи используются для установления точных временных интервалов особых явлений и не обрабатываются в деталях, за исключением тех случаев, когда следует специальный запрос.

8.1.1.7 В тех случаях, когда выполнению полной программы наблюдений мешают радиопомехи и тому подобные причины, необходимо принять все меры для обработки записей, чтобы обеспечить наиболее полные данные, необходимые для научных целей.

8.1.1.8 Данные ежечасного зондирования анализируются оператором. Проводится ручная, либо интерактивная обработка ионограмм. Урсиграммы кодом ИОНКА формируются вручную либо в интерактивном режиме (см. п. 9.1.8.1). Промежуточное радиозондирование используется для получения надежных ежечасных значений, пригодных для сопоставления их с аналогичными данными других станций ВЗ. При обнаружении несовместимости между ионосферными данными разных СП ионосферных наблюдений или наблюдении каких-либо особенных вариаций, необходимо привлекать данные промежуточных измерений.

8.1.1.9 При наличии у ионозонда программы автоматической обработки ионограмм данные промежуточного ВЗ (15, 30 и 45 мин) обрабатываются автоматически. Оператором ежечасно проводится проверка ее работы на качество обработки.

8.1.1.10 При отсутствии программы автоматической обработки ионограмм данные промежуточного зондирования не обрабатываются.

8.1.1.11 При организации ионосферных наблюдений в соответствии с пунктом 8.1.1.4 передача данных измерений в пункт сбора информации происходит раз в 15 минут. В пункт сбора информации передают ионограмму с результатами обработки и стандартную урсиграмму, сформатированную кодом ИОНКА.

8.1.2 Подготовка к работе ионозонда (на примере ионозонда «Парус-А»)

8.1.2.1 Меры безопасности при работе с РПДУ

К эксплуатации РПДУ допускаются лица, обладающие соответствующей квалификацией и ознакомленные с инструкцией по эксплуатации и программой наблюдений.

В блоке РПДУ имеются цепи с напряжением ~ 220 В, минус 120 В, +950 В и +3700 В. Для предупреждения несчастных случаев и электрических повреждений РПДУ при его эксплуатации и ремонте необходимо соблюдать следующие правила:

• не вскрывать блок РПДУ и не производить замену элементов, подключение и отключение кабелей и шины заземления при включенном РПДУ;
• при обнаружении отказов в работе РПДУ немедленно выключить напряжение питания, выяснить и устранить неисправность;
• при проведении ремонтных работ проверить наличие остаточных напряжений на конденсаторах фильтров выпрямителей и при необходимости разрядить их специальным разрядником, в первую очередь это относится к ИП3700 и ИП950;
• при ремонте РПДУ тумблер «+4 кВ ВКЛ» включать только при необходимости, во всех остальных случаях, особенно при проверках в верхней части РПДУ, выключать;
• при ремонте источника питания (ИП) не работать с заземленными измерительными приборами;
• во время работы стоять на резиновом коврике;
• работая с высоким напряжением, все замеры производить одной рукой, другую руку держать за спиной или в кармане.
• РАБОТА С ОТКРЫТЫМ БЛОКОМ РАЗРЕШАЕТСЯ ПРИ НАЛИЧИИ В ПОМЕЩЕНИИ НЕ МЕНЕЕ ДВУХ ЧЕЛОВЕК
• недопустимо размещать РПДУ в помещении с большой влажностью и температурой выше 30 °C;
• в помещении должна быть шина общего заземления;
• длина коаксиальной линии от РПДУ до антенны должна быть как можно короче;
• земляная клемма приемника должна быть подключена к земляной шине помещения.

8.1.2.2 Сборка ионозонда

Ионозонд предназначен для работы в стационарных помещениях (допустимый диапазон температур воздуха в помещениях от 10 до 40 °C при относительной влажности воздуха до 80%).

Соединение приемника и усилителя мощности осуществляется следующим образом: кабель управления со стороны приемника подключается к разъему «УПР РПУ», а со стороны усилителя мощности — к разъему «УПР»; экран кабеля управления со стороны усилителя мощности должен быть обязательно подключен к корпусу усилителя; кабель зондирующего сигнала стороной с защелкивающимся разъемом типа «LEMO» подключается к разъему «XW4-ZS» приемника, стороной с резьбовым разъемом — к разъему «ВЧ» усилителя мощности.

Для соединение составных частей ПЭВМ необходимо: снять верхнюю и нижнюю задние крышки каркаса приемника, для чего открутить крепящие винты; снять фиксатор кабелей, для чего открутить два винта на боковой стенке с внутренней стороны; подключить 4 кабеля к соответствующим разъемам на задней стенке ПЭВМ — для дисплея, клавиатуры, манипулятора «мышь» и системного блока внешней ПЭВМ; вставить кабели в соответствующие прорези фиксатора и закрепить фиксатор; установить на место задние крышки каркаса приемника.

Для соединения приемника и ПЭВМ необходимо проверить после транспортировки и при необходимости подключить два кабеля на передней панели каркаса приемника к разъемам «USB» блока «Б-002» и «RS-232» блока «Б-001»; проверить и при необходимости соединить кабелями на передней панели каркаса приемника разъемы «XW2-IS» или «XW3-IS» блока «Б-002» с разъемом «IS» блока «Б-003». Выходы «XW2-IS» и «XW3-IS» равнозначны и используются оба в 8-канальном варианте приемника.

Приемные антенны подключаются к разъемам «Вх. 1 — Вх. 4» приемника, передающая антенна подключается к разъему усилителя мощности. Передающие антенны подключаются к выходам РПДУ «Б.РОМБ» и «М.РОМБ».

Разъемы, не оговоренные выше, используются при настройке и отладке программ и в процессе работы не используются.

Все кабели питания компьютера, приемника и усилителя мощности должны быть подсоединены к аппаратуре и подключены к сети 220 В, 50 Гц через блок бесперебойного питания. Включение питания осуществляется в последовательности: компьютер, приемник, усилитель мощности.

Компьютер включается нажатием на выключатель «ON/OFF» на блоке «Б-004». После включения питания приемника на этом переключателе должен светиться индикатор. После включения питания должен работать вентилятор. Категорически запрещается эксплуатация приемника с неработающим вентилятором!

Далее осуществляется автоматическая загрузка программ. В исправном приемнике должен светиться индикатор выключателя, на индикаторе «РЕЖИМ» блока «Б-002» промелькнет индикация «ЗГ» и установится индикация «ОС» — останов, должны мигать блочные индикаторы «1 — 4», «9». Красный индикатор «НЕИСПР.» на блоке «Б-001» должен погаснуть.

После включения питания ионозонд готов к работе.

Дальнейшие действия по управлению аппаратурой осуществляются в соответствии с инструкцией оператора с клавиатуры ПЭВМ.

На передней панели блока «Б-002» приемника расположена кнопка «СБРОС». Ее нажатие осуществляет перезапуск программы микропроцессора приемника, обеспечивая исходное состояние, эквивалентное состоянию после включения питания. При сбоях и зависаниях программы как приемника, так и ПЭВМ, а также после включения питания необходимо пользоваться этой кнопкой. После нажатия кнопки «СБРОС» приемник и усилитель мощности отключены.

Для выключения питания необходимо:

• выполнить соответствующие действия, указанные в инструкции оператора по остановке работы программы и корректного выхода из нее;
• нажать кнопку «СБРОС» на блоке «Б-002»;
• выключить усилитель мощности;
• перевести переключатель «СЕТЬ» на блоке питания приемника «087.360» в положения «0». При этом вся индикация должна погаснуть. Светодиодный индикатор «USB» будет светиться всегда, если к приемнику подсоединен включенный компьютер;
• компьютер выключается нажатием на выключатель «ON/OFF» на блоке «Б-004»;
• выключить источник бесперебойного питания в соответствии с инструкцией, входящей в комплект к источнику бесперебойного питания.

В случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания переходит в режим работы от внутреннего аккумулятора (индикации и звуковые сигналы источника бесперебойного питания в случае отключения электроэнергии указаны в инструкции к источнику бесперебойного питания). В таком режиме источник бесперебойного питания может работать не более 5 минут.

Для включения питания усилителя мощности необходимо:

• тумблер «АНТ-ЭКВ» установить в положение «ЭКВ»;
• включить тумблер «СЕТЬ» и нажать кнопку «РУЧН. ВКЛ». При этом должен загореться светодиод «БП»;
• включить тумблер «4 кВ ВКЛ». Через 3 минуты после включения стрелка микроамперметра «Ua» должна установиться на делении от 37 до 38 мкА;
• шлиц потенциометра «РЕГ. ВЫХ» установить в крайнее левое положение. С пульта ЭВМ дать команду на зондирование на фиксированных частотах, при этом параметры импульса должны быть следующими: длительность 100 мкс; частота запуска 50 Гц;
• плавно установить шлиц потенциометра «РЕГ. ВЫХ» в крайнее правое положение;
• установить тумблер «АНТ-ЭКВ» в положение «АНТ» и дать команду на зондирование по всему частотному диапазону;
• по окончании проверки все органы управления вернуть в исходное положение;
• при эксплуатации РПДУ включение и выключение блока, задание режима работы осуществляет ЭВМ. Тумблеры «СЕТЬ» и «4 кВ ВКЛ» устанавливаются в положение «Включено», шлиц потенциометра «РЕГ. УСИЛ» — в крайнее правое положение. При необходимости производится регулировка уровня выходной мощности РПДУ. При работе на совмещенную приемо-передающую антенну тумблер «ППА» устанавливается в положении «Включено».

Аварийное выключение усилителя мощности производится автоматически, во всех других случаях — тумблером «СЕТЬ».

РПДУ БЕЗ НАГРУЗКИ НЕ ВКЛЮЧАТЬ!

Во время грозы и при других экстремальных условиях необходимо:

• произвести отключение аппаратуры тумблером «СЕТЬ»;
• в случае работы с разнесенными антеннами, необходимо отключить выходы приемных антенн, подключенные к разъемам «Вх. 1 — Вх. 4» приемника и отключить вход передающей антенны, подключенный к усилителю мощности;
• в случае работы с совмещенной антенной, необходимо отключить вход антенны, подключенный к усилителю мощности;
• отключить от разъема «ANT.GPS» блока «Б-001» вход антенны GPS.

8.1.2.3 Режим обслуживания ионозондов

В соответствии с эксплуатационными документами на средства наблюдений и сложившейся практикой предусматривается регулярная проверка работы ионозонда, измерительных приборов, датчиков и компьютеров, а также проведение надлежащего технического обслуживания. Ограничения и периодичность технического обслуживания зависят от типа применяемых приборов, местных условий и рекомендаций изготовителя.

Для каждой компоненты измерительной системы, системы передачи данных и комплекса в совокупности составляются планы профилактического технического обслуживания и текущего ремонта.

Регулярно проводится проверка показаний датчиков, предупреждающих об ухудшении эксплуатационных характеристик, например, о падении напряжения батарейки или мощности излучения передатчика, загрязнении оптических поверхностей, производится сравнение с результатами дублирующих измерений. Наличие центрального ПЭВМ позволяет проводить перекрестную проверку параметров в целях обнаружения возможных аномалий или отклонений.

Техническое обслуживание осуществляется в плановом порядке квалифицированным персоналом по техническому обслуживанию. При проведении технического обслуживания система сбора и обработки данных резервируется.

8.2 Порядок проведения НОРТ и ВОРТ

8.2.1 Организация работ НОРТ и ВОРТ

8.2.1.1 Программа работы каждого пункта наблюдений РТС ежегодно устанавливается и утверждается «Планом зондирования ионосферы сетью радиотомографии Росгидромета».

8.2.1.2 ПАК НОРТ и ВОРТ на СП ионосферных наблюдений работают в автоматическом режиме.

8.2.1.3 ПАК НОРТ принимают сигналы ННС круглосуточно в периоды пролета ННКА. Эти периоды определяются специальной программой расчета в Центре сбора и обработки и передаются по каналам связи в пункты наблюдений. ПАК НОРТ включается в соответствующие периоды и передает измеренные параметры в Центр сбора и обработки для выполнения томографической реконструкции вертикальных разрезов ионосферы.

8.2.1.4 ПАК ВОРТ принимают сигналы ВНС круглосуточно с частотой опроса от 1 до 10 Гц. Возможны различные варианты расписаний передачи информации в Центр сбора и обработки. В настоящее время состояние системы связи Росгидромета позволяет осуществлять передачу 15 — 20 МБ информации в сутки (порциями по 700 КБ/час).

В случае наличия скоростного канала связи с Центром необходимо передавать принятые параметры сигналов ВНС в реальном времени.

8.2.1.5 Для обеспечения работы сетевых ПАК НОРТ и ВОРТ специальной квалификации не требуется. При возникновении неполадок, которые не могут быть детектированы или устранены с помощью удаленного сетевого подключения, персонал помещений, в которых установлен ПАК НОРТ или ВОРТ могут по просьбе оператора Центра сбора и обработки выполнить ряд элементарных операций с оборудованием из числа описанных в руководствах по эксплуатации.

8.2.1.6 Оператор Центра сбора и обработки должен обладать уверенными навыками работы с ЭВМ, знать основы сетевых технологий, уметь пользоваться программами-браузерами.

8.2.2 Минимальные программы наблюдений низкоорбитальной и высокоорбитальной радиотомографии ионосферы. Наблюдаемые параметры

8.2.2.1 Основой информации, используемой для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы, служат результаты наблюдений за параметрами распространяющихся в атмосфере навигационных радиосигналов и их характеристиками, представляющими собой показатели состояния и развития физических процессов в ионосфере.

8.2.2.2 Минимальная программа наблюдений для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы по сигналам ВНС включает следующие виды измерений:

• измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L1 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L2 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L1 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L2 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P1 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P2 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P1 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
• измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P2 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения.

8.2.2.3 Измерения проводятся стандартными специализированными автоматическими измерительными комплексами в непрерывном круглосуточном режиме. Частота сбора данных составляет не менее 1 Гц. Данные сохраняются в стандартном для всех пунктов наблюдения формате.

8.2.2.4 Минимальная программа наблюдений для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы по ННС включает измерение разности фаз когерентных сигналов на частотах 150 и 400 МГц, которая пропорциональна относительному ПЭС на радиотрассе передатчик-приемник.

8.2.3 Необходимые условия для функционирования РТС

Для нормального функционирования РТС необходимо выполнение следующих условий:

• наличие источника зондирующих сигналов — одного или более ННКА с работающими передатчиками когерентного сигнала на частотах 150 и 400 МГц для НОРТ и одного или более ВНКА с работающими передатчиками на частотах 1575,42, 1227,60, 1176,45 МГц для системы GPS и на частотах (1602 + k·9/16) МГц и (1246 + k·7/16) МГц для системы ГЛОНАСС (ВОРТ);
• круглосуточно работающий сервер ВОРТ и НОРТ, доступный по сети Интернет по определенному IP-адресу;
• круглосуточно работающая одна или более РТЦ, каждая из которых содержит минимум 3 ПАК НОРТ;
• все ПАК ВОРТ и НОРТ должны быть подключены к сети Интернет и иметь возможность отправлять результаты измерений на сервер ВОРТ и НОРТ;
• все ПАК НОРТ одной РТЦ должны иметь уникальные идентификаторы в пределах того сервера НОРТ, с которым они обмениваются данными.

8.2.4 Порядок работы Центра сбора и обработки сигналов ВНС и ННС

8.2.4.1 Центр сбора, обработки и анализа данных наблюдений сети пунктов наблюдения РТС (далее — Центр) размещается в Москве в ФГБУ «ИПГ».

8.2.4.2 Центр осуществляет дистанционный мониторинг состояния автоматических приемных пунктов сети и предоставляет заинтересованным организациям и лицам информацию о состоянии ионосферы в режиме, определенном ежегодно устанавливаемым и утверждаемым «Планом зондирования ионосферы сетью радиотомографии Росгидромета».

В случае обнаружения нарушений в функционировании автоматических приемных пунктов сети Центр принимает оперативные меры по устранению данных нарушений.

8.2.4.3 Центр осуществляет дистанционный сбор данных с автоматических пунктов сети и мониторинг их состояния посредством Интернета. Частота сбора оперативной информации составляет не менее 1 раза в час (получение данных за весь предыдущий интервал наблюдений).

8.2.4.4 Центр на основе полученных оперативных данных осуществляет радиотомографическую реконструкцию распределения электронной концентрации в ионосфере над территорией РФ с заданным пространственным и временным разрешением по методикам и информационным технологиям соответственно НОРТ и ВОРТ. В дальнейшем с развитием сети приемных пунктов для получения оперативных реконструкций распределения электронной концентрации можно использовать определенный набор базовых пунктов наблюдения РТС. Данные о реконструкции вместе с данными исходных наблюдений сохраняются в архиве Центра в стандартных форматах и становятся доступными заинтересованным организациям и лицам.

Центр выпускает еженедельную аналитическую справку о состоянии ионосферы над территорией РФ, отмечая в ней ионосферные проявления гелиогеофизических событий.

9 Обработка результатов наблюдений

9.1 Обработка ионограмм ВЗ

9.1.1 Ионосферные характеристики, определяемые по ионограммам ВЗ

9.1.1.1 Обработка данных ВЗ производится с помощью программных комплексов, обеспечивающих как автоматическую, так и интерактивную обработку ионограмм.

9.1.1.2 На ионограммах почти всегда видны несколько похожих друг на друга следов отражений, так называемых «кратников». Такие отражения получаются, когда импульсы проходят от 2 до 3 раз (а иногда и больше) между станцией ВЗ и ионосферой. Действующая высота отражений 2-й (3-й) кратности будет в 2 (3) раза больше действующей высоты отражения основного (1-го) отражения. Многократные отражения преобладают в периоды малого поглощения радиоволн в нижней ионосфере (области D).

9.1.1.3 Все числовые характеристики обычно снимаются по отражениям 1-й кратности, т.е. по основному следу. На рисунке 25 показаны основные частотные и высотные характеристики, которые определяются по ионограмме ВЗ.

fmin — наименьшая частота, при которой на ионограмме наблюдаются следы отражений от ионосферы;

foE — критическая частота O-компоненты самого низкого толстого слоя в области E;

foF1 — критическая частота O-компоненты, отраженной от слоя F1;

foF2 — критическая частота O-компоненты, отраженной от слоя F2;

fxF2 — критическая частота X-компоненты, отраженной от слоя F2;

fbEs — экранирующая частота спорадического слоя Es, т.е. наименьшая частота, на которой наблюдаются отражения первого порядка O-компоненты от вышележащей области;

ftEs — предельная частота отражения от слоя Es;

h'E — минимальная действующая высота области E;

h'Es — минимальная действующая высота следа отражений от Es, используемая для определения foEs;

h'F — минимальная действующая высота следа отражений O-компоненты от взятой в целом области F;

h'F2 — минимальная действующая высота слоя F2.

Рисунок 25 — Ионограмма ВЗ, полученная на цифровом ионозонде «Парус-А» на СП ионосферных наблюдений «Москва»

9.1.1.4 По ионограммам также определяют безразмерные характеристики:

M3000 (F2, F1) — коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте данного слоя при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км.

Типы Es — типы спорадических слоев, по которым классифицируются отражения от Es.

Типы F-рассеяния — классификация вида рассеянных отражений.

9.1.2 Типы спорадических слоев Es

9.1.2.1 Существует одиннадцать специальных категорий, по которым классифицируются отражения от спорадических слоев Es. Число типов, наблюдающихся на одном СП ионосферных наблюдений, обычно меньше. На частотных (f-) и высотных (h-) графиках указываются типы Es наиболее вероятные для данного СП ионосферных наблюдений. Подробнее о спорадических слоях см. подраздел А2.3 (приложение А).

9.1.2.2 Тип c (cusp — пикообразный, с перегибом). Этот тип обычно обнаруживается как след Es, слившийся с отражениями от регулярного E, за исключением симметричного перегиба около foE. В некоторых случаях, когда отклоняющее поглощение велико, часть или весь перегиб могут отсутствовать. Этот тип Es часто мешает определению foE (рисунок 26).

Рисунок 26 — Спорадический слой Es типа c

9.1.2.3 Тип h (high — высокий). Этот тип отличается от типа c наличием разрыва по высоте вблизи foE. Загибы следов E и Es обычно несимметричны, причем начало следа Es лежит выше конца следа E. В этом случае точность определения foE не ухудшается (рисунок 27).

Рисунок 27 — Спорадический слой Es типа h

9.1.2.4 Тип l (low — низкий). Es, расположенный ниже минимальной действующей высоты регулярной области E. Данный тип Es относится к дневному периоду, когда наблюдается толстая область E (рисунок 28).

Рисунок 28 — Спорадический слой Es типа l

9.1.2.5 Тип f (flat — плоский). Сюда относится след Es, который не показывает увеличения высоты с частотой. Этот след относительно широкий, с хорошо выраженными нижним и верхним краями. Структурно он близок типу l, но отмечается обычно в ночное время (т.е. когда отсутствует регулярная область E) (рисунок 29).

Рисунок 29 — Спорадический слой Es типа f

9.1.2.6 Тип r (retardation — запаздывание). След этого типа дает увеличение действующей высоты у своего высокочастотного конца, подобно следу регулярной области E. Групповое запаздывание обнаруживается в Es, но не наблюдается на соответствующих частотах в области F (рисунок 30).

Рисунок 30 — Спорадический слой Es типа r

9.1.2.7 Тип a (auroral — авроральный, тип полярных сияний). Он виден обычно ночью и сопровождается увеличением магнитной активности и полярными сияниями. Этот тип Es обладает хорошо выраженным плоским или постепенно возрастающим нижним краем, с расслоениями и рассеянными отражениями над ним. Размытая часть следа иногда простирается вверх до нескольких сот километров (рисунок 31).

Рисунок 31 — Спорадический слой Es типа a

9.1.2.8 Тип s (косой). Он представляет собой равномерно поднимающийся размытый след. След отражений этого типа обычно начинается от регулярной области E или от Es другого типа. Именно этот возрастающий по высоте след и классифицируется как след типа s.

9.1.2.9 В экваториальных широтах в дневные часы регулярно наблюдается Es типа q (экваториальный). Он возбуждается дневной токовой системой в области E (электроджетом), направленной на восток, почти прозрачен во всем диапазоне частот. Зона наибольшей вероятности появления Es типа q образует полосу шириною около 1200 км вдоль магнитного экватора (+/- 5° магнитной широты).

9.1.3 Классификация вида рассеянных отражений. Типы F-рассеяния

9.1.3.1 Явление, при котором сигнал, отраженный ионизированным слоем F, из-за мелкомасштабных, не более 2 — 3 км, неоднородностей ионосферы становится диффузным, теряет свою упорядоченную структуру, называется F-рассеянием. В этих случаях отражения от ионосферы сильно размыты, т.е. не имеют резко очерченной формы и наблюдаются ниже или выше реальной критической частоты области. Такие отражения называются рассеянными. Рассеянные отражения наблюдаются и от других областей, но типы F-рассеяние является наиболее частым и наиболее трудным для интерпретации.

9.1.3.2 F-частотное рассеяние. При этом типе рассеяния следы отражений на ионограмме расширены по частоте вблизи критических частот (рисунок 32).

Рисунок 32 — Тип F — частотное рассеяние

9.1.3.3 Q1-рассеяние. Иногда на фоне обычного рассеяния типа F имеются дополнительные следы отражений ниже критической частоты foF2, подобные нормальному следу. Такой тип F-рассеяния классифицируется, как Q1. Но чаще оба типа неоднородностей наблюдаются одновременно - рисунок 33.

Рисунок 33 — Рассеяния типа Q1 и F

9.1.3.4 Q-рассеяние по высоте. Если следы отражений вдали от критической частоты расширены по высоте и диапазон рассеяния превышает 30 км, то такой тип F-рассеяния классифицируется, как тип Q - рисунок 34.

Рисунок 34 — Тип Q — рассеяние по высоте (диапазонное рассеяние) и тип F (частотное рассеяние), что можно обозначить как тип L — смешанный тип

9.1.3.5 L-рассеяние. Если одновременно с рассеянием по высоте наблюдается и рассеяние по частоте типа F, то такой вид рассеяния можно классифицировать двумя способами: отмечая двумя буквами F и Q или одной буквой L, обозначающей смешанный тип F-рассеяния.

9.1.3.6 P-шпора. Если на ионограмме присутствуют следы от наклонов отражающей области, которые простираются до более высоких частот, чем следы от F-области, расположенного над головой, то в этих случаях рассеяние относят к типу P — шпора - рисунок 35. Когда отражающая структура со временем перемещается к точке наблюдения, рассеянные отражения типа P могут переходить в типы F и Q.

Рисунок 35 — Тип P — шпора

9.1.4 Оценка и описание измеряемых характеристик

9.1.4.1 Определение ионосферных характеристик по ионограммам часто бывает затруднительно, а иногда и совсем невозможно по разным причинам (ионосферным или аппаратурным). Во многих случаях причины этих трудностей сами по себе представляют большой научный интерес, в остальных случаях указание причины может иметь значение при статистической обработке данных. Поэтому для объяснения трудностей определений характеристик и классификации явлений принята международная система буквенных обозначений. Буквенные обозначения (символы) служат для того, чтобы:

• оценить числовую величину (больше или меньше указанного значения);
• указать, что значение получено в результате какой-либо операции (интерполировано, вычислено по обыкновенной компоненте (O-компоненте) или необыкновенной компоненте (X- или Z-компоненте), сглажено по графику).
• объяснить отсутствие измерений характеристик;
• указать причину, по которой измерение полагается сомнительным;
• объяснить, почему была необходима интерполяция;
• дать полезную описательную информацию об ионограмме;

Символы первых двух групп называются оценочными, а последних четырех — описательными. Ниже даются определения этих символов, принятые URSI.

9.1.4.2 В качестве оценочных букв используются: A, D, E, I, J, M, O, T, U, Z.

Они имеют следующий смысл:

A — меньше, чем (применяется только с параметром fbEs в случае полного экранирования слоем Es вышележащих областей);

D — больше, чем;

E — меньше, чем;

I — отсутствующее значение заменено интерполированным;

J — характеристика O-компоненты вычислена по X-компоненте;

M — сомнительная интерпретация вида компоненты;

O — характеристика необыкновенной компоненты волны, вычисленная по обыкновенной компоненте;

T — значение определено по ряду последовательных наблюдений;

U — числовое значение недостоверно или сомнительно;

Z — характеристика обыкновенной (O) компоненты волны, вычисленная по Z-компоненте.

9.1.4.3 К описательным буквам относятся: A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, V, W, X, Y, Z.

Описательные буквы имеют следующие значения:

A — на измерение параметра влияет или делает его невозможным наличие нижележащего тонкого спорадического слоя — Es. В первом случае с описательной буквой A используется соответствующая оценочная буква (U, J, E, D). Во втором — числовое значение параметра заменяется буквой A;

B — на измерение влияет или делает его невозможным большое поглощение (большое значение fmin). В первом случае с описательной буквой B используется соответствующая оценочная буква (U, J, E, D). Во втором — числовое значение параметра заменяется буквой B;

C — на измерение влияет или делает его невозможным какая-либо не ионосферная причина (неполадки в аппаратуре, отсутствие электроэнергии, погрешность часов);

D — на измерение влияет или делает его невозможным верхний предел нормального диапазона частот ионозонда (10 или 20 МГц);

E — на измерение влияет или делает его невозможным нижний предел нормального диапазона частот ионозонда (1 МГц);

F — на измерение влияет или делает его невозможным наличие рассеянных отражений;

G — на измерение влияет или делает его невозможным малая плотность ионизации отражающей области. Буква G используется в основном при определении параметров слоев F2 и Es:

а) если foF2 — foF1 < 0,5 МГц, то числовое значение foF2 сопровождается символом G. Если отражений от слоя F2 совсем нет, тогда foF2 отсчитывается на частоте, очень близкой к foF1, и сопровождается символами EG (этот случай называется «Условием G» в ионосфере). При этом значение M3000F2 и действующая высота следа отражений O-компоненты на частоте, равной 0,834·foF2 (hpF2) заменяются буквой G;

б) если foEs или fbEs <= foE, числовые значения foEs и fbEs сопровождаются буквой G;

в) если след слоя Es, по которому определяется высота слоя Es не становится горизонтальным, то тогда числовое значение минимальной действующей высоты слоя Es, используемое для определения foEs, (h'Es) сопровождается символами EG;

H — на измерение влияет или делает его невозможным наличие расслоений в области;

K — имеется корпускулярная область E. Эта буква применяется в тех случаях, когда во время ионосферной бури в ночное время наблюдаются отражения, напоминающие отражения от регулярной дневной области E. Числовое значение foE в таких случаях сопровождается букой K, что указывает на корпускулярную природу ночной области E;

L — на измерение влияет или делает его невозможным отсутствие на следе достаточно четко выраженного перегиба между слоями F1 и F2. Буква L применяется для пары foF1 M3000F1, а также иногда при определении значений h'F2:

• foF1 — если переход от слоя F1 к слою F2 выражен очень слабо, но он все же заметен, тогда отсчитывается числовое значение точки перегиба и сопровождается буквой L. На f-графике на этой частоте будет стоять буква L. В таблицах вместо числового значения foF1 будет записана только буква L. Числовые значения МПЧ и, соответственно, M3000F1 в этом случае заменяются буквой L. Если перегиб выражен достаточно четко, тогда числовое значение foF1 сопровождается буквами UL, на f-графике при этом будет заполненный кружок.
• h'F2 — если след слоя F2 не имеет почти горизонтального участка, то отсчитывается наиболее подходящее значение h'F2 и сопровождается буквой L (на h-графике на этой высоте будет стоять буква L. В таблицах вместо числового значения будет записана только буква L). Если же след слоя F2 почти горизонтален, числовое значение h'F2 с буквами UL;

M — значение сомнительно из-за невозможности различить O- и X-компоненты. Эта буква применяется очень редко;

N — ионосферные условия таковы, что измерение не поддается интерпретации (чаще всего при наличии наклонных отражений, затрудняющих интерпретацию ионограмм);

O — измерение относится к обыкновенной компоненте (при определении некоторых параметров X-компоненты);

P — наличие рассеянных следов типа полярной шпоры;

Q — наличие диапазонного рассеяния;

R — на измерение влияет или делает его невозможным отклоняющее поглощение вблизи критической частоты;

S — на измерение влияют или делают его невозможным радиопомехи или атмосферные помехи;

T — значение характеристики определено из ряда наблюдений, причем фактическое наблюдение было противоречиво или сомнительно;

V — разветвленный след вблизи критической частоты, который может повлиять на измерение;

W — измерение характеристики неточно или невозможно, вследствие того, что отражения находятся за пределами записываемого диапазона высот;

X — измерение относится к необыкновенной компоненте;

Y — прерывистый след (явление лакуны), сильный наклон области (ненормальный ход следов вблизи foF2 — очень сложные отражения);

Z — измерение относится к третьей магнито-ионной компоненте. Z-след является характерным для высокоширотных СП ионосферных наблюдений.

9.1.5 Оценка степени точности параметров

9.1.5.1 Определение foE должно производиться по крайней мере с точностью равной 0,05 МГц.

9.1.5.2 Оценка степени точности при определении foE:

• значение foE считается точным, если предполагаемая неточность не превышает +/- 0,05 МГц, т.е. в диапазоне 0,1 МГц;
• если предполагаемая неточность больше +/- 0,05 МГц, но не превышает +/- 0,15 МГц, т.е. в диапазоне от 0,1 до 0,3 МГц, то значение foE сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра (см. подпункт 9.1.2.2);
• если предполагаемая неточность больше +/- 0,15 МГц, но не превышает +/- 0,2 МГц, т.е. в диапазоне от 0,3 до 0,4 МГц, то foE должно записываться с оценочной буквой E или D, в зависимости от существовавших условий, и соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2);
• если предполагаемая неточность больше +/- 0,4 МГц, то числовое значение foE заменяется соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2).

9.1.5.3 Определение foF2 должно производиться по крайней мере с точностью равной 0,1 МГц или 2% (здесь и в пункте 9.1.5.4 берут то значение, которое больше).

9.1.5.4 Оценка степени точности при определении foF2:

• значение foF2 считается точным и записывается без оценочной буквы, если предполагаемая неточность не превышает +/- 0,1 МГц, т.е. в диапазоне 0,2 МГц, либо не превышает +/- 2%;
• если предполагаемая неточность больше +/- 0,1 МГц, но не превышает +/- 0,2 МГц, т.е. в диапазоне от 0,2 до 0,4 МГц, или, соответственно, больше +/- 2%, но не превышает +/- 5%, значение foF2 сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра (см. подпункт 9.1.2.2);
• если предполагаемая неточность больше +/- 0,2 МГц, но не превышает +/- 0,3 МГц т.е. в диапазоне от 0,4 до 0,5 МГц или, соответственно, больше +/- 5%, но не превышает +/- 10%, то foF2 должно записываться с оценочной буквой E или D, в зависимости от существовавших условий, и соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2);
• если предполагаемая неточность больше +/- 0,3 МГц или +/- 10%, то числовое значение fo F2 заменяется соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2).

9.1.5.5 Трудности при определении foEs и fbEs возникают, если между концом следа Es и началом вышележащего слоя (F1 или F2) имеется разрыв. Тогда применяются следующие правила:

• если разрыв не превосходит 0,3 МГц, значение foEs и fbEs определяются как точные значения;
• если разрыв более 0,3 МГц, но не превосходит 0,4 МГц — значения foEs и fbEs определяются в середине диапазона и сопровождаются оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра;
• если разрыв более 0,4 МГц, но не превосходит 0,5 МГц — значения foEs и fbEs должны записываться с оценочной буквой E или D и соответствующей описательной буквой.

9.1.5.6 Значение действующей высоты h' любого слоя считается точным, если отсчет производится в точке, в которой можно провести касательную прямую к следу данного слоя. В противном случае используют описательные и оценочные буквы.

h'Es — если след слоя не стал горизонтальным, то числовое значение h'Es записывается с буквами EG.

h'E, h'F1 и h'F2 — если след области E, слоя F1 или F2 не является горизонтальным, а имеет «наклон», числовое значение h' должно сопровождаться оценочной буквой U или E и описательной буквой, указывающей причину неточного определения высоты области или слоя в данном случае (использование описательной буквы L при определении h'F2 приведено выше в подпункте 9.1.4.3).

9.1.6 Определение максимально применимых частот и коэффициента M3000F1 (M3000F2)

9.1.6.1 К общему обозначению МПЧ добавляется наименование ионосферной области, от которой происходит отражение данной частоты, и количество скачков, например, МПЧ 1F2 — односкачковая мода слоя F2. Также после обозначения МПЧ перед обозначением количества скачков и слоя отражения может добавляться дальность. Различают МПЧ на дальности в 4000 км (МПЧ 4000), на дальности 3000 км и т.д.

9.1.6.2 С точки зрения теории распространения радиоволн в ионосфере МПЧ — особая точка на ионограмме наклонного радиозондирования ионосферы, в которой соединяются верхние и нижние геометрооптические лучи (рисунок 36).

Рисунок 36 — Ионограмма наклонного зондирования на радиотрассе Москва (ИЗМИРАН) — Калининград с отмеченными МПЧ.

На рисунке 36 МПЧ 1E равно 11.5 МГц, МПЧ 1F2 равно 9 МГц, а МПЧ слоя F1 не сформировалась и имеет только перегиб в частотном ходе группового пути. Превышение МПЧ 1E над МПЧ 1F2 характерно для односкачковых радиотрасс в области существования отражения от слоя E в летнее околополуденное время при низкой и средней солнечной активности.

Если реализуется трасса с несколькими скачками, то МПЧ всей трассы можно оценить как наименьшее значение МПЧ в этих скачках

9.1.6.3 В практике ионосферных исследований исторически введен параметр, характеризующий отношение МПЧ моды 1F2 для дальности 3000 км к критической частоте foF2 по ионограмме ВЗ (M3000 F2). Исторически для определения M3000 использовался метод номограмм, когда в одном и том же масштабе графически подбиралась кривая передачи из семейства стандартных кривых, касающаяся следа отражения от слоя F2 на ионограмме ВЗ. Кривой передачи называют зависимость высоты эквивалентного треугольника при фиксированной дальности от угла падения \phi_{0} (рисунок 2а).

9.1.6.4 В системе интерактивной обработки ионограмм на ионозонде «Парус-А» реализована исторически апробированная методика оценки параметра M3000 — для фиксированной точки fv, h' (указатель мышки) строится кривая передачи в диапазоне действующих высот от 200 до 800 км. На рисунке 37 показан пример определения значения МПЧ на ионограмме ВЗ. Механическая операция наложения графиков выполняется программным образом. В поле ионограммы появляется кривая передачи. Курсором надо подвести ее к соответствующему следу слоя (F2 или F1) так, чтобы кривая оказалась касательной к следу обыкновенной компоненты, и сделать отсчет. Значение коэффициента M3000 определяется автоматически.

Рисунок 37 — Определения значения МПЧ

9.1.6.5 Если же определение значения МПЧ3000 невозможно, то соответствующей буквой указывается причина, по которой невозможно определить МПЧ. Если отсчитанное значение МПЧ является сомнительным, то оно сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, соответствующей причине неточности. Чаще всего сомнение возникает из-за неточного определения критической частоты соответствующего слоя. Т.е. буквы, используемые при определении foF2 или foF1, чаще всего повторяются с параметром МПЧ и, соответственно, M3000.

9.1.6.6 В процедуре автоматической обработки ионограмм, инкорпорированной в общую систему определения ионосферных параметров ионозонда «Парус-А», МПЧ3000 1F2 находится методом прямого расчета по высотному профилю концентрации электронов.

9.1.7 Определение действующей высоты следа отражений O-компоненты hpF2

Параметр hpF2 определяется по следу F2 на ионограмме, как действующая высота на частоте f равной foF2·0,834. В приближении «параболического» слоя эту величину считают равной высоте максимума электронной концентрации. При этом надо обращать внимание что частота f равная foF2·0,834 должна быть больше, чем частота на которой определяется h'F2. Если это не так, то числовое значение hpF2 заменяется буквой G. Если эти частоты совпадают, записывают hpF2 = h'F2 с буквой G.

На рисунке 38 приведена ионограмма, демонстрирующая пример определения параметра hpF2.

Рисунок 38 — Определения параметра hpF2

9.1.8 Представление данных обработки

9.1.8.1 Формат урсиграммы ИОНКА

Гелиогеофизическая информация, поступающая с СП ионосферных наблюдения, имеет стандартный формат для каждого вида урсиграмм.

Для представления результатов обработки ионограмм используется формат урсиграммы ИОНКА, состоящий из 13 групп символов, описанных в таблице 7, разделенных пробелами. ИОНКА завершается знаком равенства (=), который не отделяется пробелом. Общая форма записи формата ИОНКА имеет вид:

ИОНКА ///// ГММДД Н/М/К /ЧЧММ ФФФВВ ПП/ММ СССВВ ОООВВ ККЭЭЭ ЕЕЕВВ АААТ/ РРР//=

Таблица 7

При формировании урсиграммы годом ИОНКА следует учитывать, что

• при отсутствии слоя Es вместо цифры ставится косая черта.
• при отсутствии какого-либо из параметров вместо него в соответствующем месте кода ставится косая черта (или две черты) и одна из следующих цифр, определяющих причину отсутствия параметра:

I — экранирование;

2 — неотклоняющее поглощение;

3 — неисправность аппаратуры;

4 — верхний предел (по частоте) аппаратуры;

5 — нижний предел (по частоте) аппаратуры;

6 — диффузность;

7 — малая плотность ионизации или отсутствие слоя;

8 — сложная ионограмма;

9 — отклоняющее поглощение;

0 — всевозможные прочие причины и помехи.

Например, в случае диффузности, в сообщение вместо последней цифры ставится цифра «6», а недостающие цифры заменяются косой чертой (//6/6).

При формировании сообщения за несколько часов наблюдения группы с пятой по тринадцатую повторяются для каждого часа.

Ниже приведен пример телеграммы с кодом ИОНКА:

ИОНКА 33702 10323 7/1/5 /1200 05628 32616 //7/7 03922 37290 02720 //70/ 068//=

Который расшифровывается следующим образом: 1 группа: служебный код ИОНКА; 2 группа: СП № 33702; 3 группа: 23 марта 2011; 4 группа: 1 сеанс зондирования, единичный разряд суммы цифр равен 5 (1 + 2 + 0 + 0 + 0 + 5 + 6 + 2 + 8 + 3 + 2 + 6 + 1 + 6 + 7 + 7 + 0 + 3 + 9 + 2 + 2 + 3 + 7 + 2 + 9 + 0 + 0 + 2 + 7 + 2 + 0 + 7 + 0 + 0 + 6 + 8 = 125); 5 группа: время 12:00, 6 группа: критическая частота слоя F2 равна 5,6 МГц минимальна действующая высота слоя F2 равна 280 км; 7 группа: M3000F2 равен 32, диффузность типа F, минимальная частота отражения равна 1,6 МГц; 8 группа: отсутствие слоя Es; 9 группа: критическая частота слоя F1 равна 3,9 МГц, минимальная действующая высота слоя F1 равна 220 км; 10 группа: M3000F1 равен 37, высота максимума электронной концентрации слоя F2 в параболическом приближении 290 км; 11 группа: критическая частота слоя E равна 2,7 МГц, минимальная действующая высота слоя E равна 120 км; 12 группа: частота экранировки спорадическим образованием отсутствует; 13 группа: предельная частота отражения от области F равна 6,8 МГц.

9.1.8.2 График частотных характеристик следов отражений

Одна из обязательных форм представления результатов обработки ионограмм ВЗ — f-график (рисунок 39).

Рисунок 39 — Суточный график частотных характеристик следов отражений (f-график)

f-график является суточным графиком частотных характеристик следов отражений, имеющихся на ионограмме. Он показывает зависимость частоты от времени и построен по международным правилам, чтобы можно было легко сравнивать детальные наблюдения, полученные на различных СП ионосферных наблюдений. На f-график наносятся все стандартные частоты, кроме foEs. По f-графику можно провести интерполяцию для пополнения пропущенных значений.

На ионозонде «Парус-А» предусмотрена предварительная автоматическая обработка данных. Результаты автоматической обработки наносятся на f-графики синим цветом. Разноцветные обозначения относятся к ручной обработке.

Внизу f-графика имеется дополнительная шкала — «Типы Es». Она показывает наличие отражений от того или иного типа Es.

По международному соглашению для f-графиков приняты следующие обозначения:

а) foE, foF1 и foF2, которые согласно правилам точности не имеют при себе оценочных букв, наносятся пустым кружочком — «o»:

foE — «o» зеленый цвет;

foF1 — «o» черный;

foF2 — «o» красный;

б) достоверные значения fxF2 наносятся значком «x» — красный;

в) если числовое значение любого параметра сопровождается:

• оценочной буквой E (меньше, чем), то на f-графике на данной частоте будет значок " \vee " с соответствующей описательной буквой.
• оценочной буквой D (больше, чем), то на f-графике на данной частоте будет значок " \wedge " с соответствующей описательной буквой;

в) если foE, foF1, foF2 и fxF2 оказывается неточным, т.е. числовое значение сопровождается оценочным и описательным символами, то значения fo и fx наносятся заполненным кружочком — " \cdot " .

foE обозначается " \cdot " , если числовое значение foE отмечено буквами UA. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком " \cdot " на f-график будет нанесена эта буква.

foF1 обозначается " \cdot " , если числовое значение foF1 отмечено буквами UL. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком " \cdot " на f-график будет нанесена буква. Если на ионограмме нет четкого перегиба между слоями F1 и F2, на f-график наносится буква «L» (верх буквы соответствует условной частоте перехода от слоя F1 к слою F2.

foF2 и fxF2 обозначается " \cdot " , если числовое значение foF2 и fxF2 отмечено буквами UF, если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком " \cdot " на f-график будет нанесена буква;

г) fxI — наибольшая частота, на которой имеются отражения от области F, независимо от того, отражаются ли они от ионосферы над головой или при наклонном падении. На графиках наносится значком «+» — красный цвет. Если fxI равна fxF2, то в таких случаях fxF2 не отсчитывается, а определяется fxI и это значение сопровождается описательной буквой X

е) fmin наносится заполненным кружочком " \cdot " — (черный цвет), который соединяется вертикальной линией с нулевой отметкой f-графика - (по правилам он должен соединяться с фактической низшей частотой диапазона зондирования (на ионозонде «Парус-А» 1 МГц). Если числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E (меньше, чем) и описательной буквой S, то на f-графике на данной частоте будет значок " \vee " и вертикальная черта. В тех случаях, когда числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E и описательной буквой C, то рядом со значком " \vee " на f-график будет нанесена буква C;

ж) fbEs наносится на f-график заполненным кружочком с пересекающей его горизонтальной линией — « » (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией;

з) типы Es отмечаются на нижней части f- и h-графиков заполненным кружочком " \cdot " .

9.1.8.3 Суточный график действующих высот (h-график)

Следующая обязательная форма представления результатов обработки ионограмм ВЗ — h-график. h-график (рисунок 40) является суточным графиком действующих высот всех областей, имеющихся на ионограмме.

Рисунок 40 — Суточный график действующих высот (h-график)

Под графиком имеется также дополнительная шкала — «Типы Es».

На ионозонде «Парус-А» предусмотрена предварительная автоматическая обработка данных. Результаты автоматической обработки наносятся на h-графики синим цветом. Разноцветные обозначения относятся к ручной обработке.

Обозначения для h-графиков:

а) h'E обозначается:

• «o», если значение h'E точное;
• " \cdot " , если значение h'E сопровождается оценочной буквой U;
• " \vee " , если значение h'E сопровождается оценочной буквой E;

б) h'F обозначается:

• «o», если значение h'F точное;
• " \cdot " , если значение h'F сопровождается буквами U;
• " \vee " , если значение h'F сопровождается оценочной буквой E;

в) h'F2 обозначается:

• «o», если значение h'F2 точное;
• " \cdot " , если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой UL;
• " \cdot " с буквой, если вместо L применяется другая буква;
• " \vee " , если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой E;

г) В случае точного определения значение минимальной действующей высоты следа Es h'Es, используемого для определения foEs, ее обозначают « » (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией.

Если h'Es сопровождается буквами EG используется обозначение — " \vee " .

9.1.8.4 Суточная таблица

Результаты обработки ионограмм ВЗ представляются в виде суточных таблиц. Суточная таблица представляет собой таблицу ежечасных значений всех параметров, снимаемых с ионограмм ВЗ (таблица 8). Дополнительно к параметрам, которые наносятся на f- и h-графики, в таблице отмечаются «Типы F-рассеяния». Для краткой записи в таблицах 8 и 9 вместо обозначений M3000F1 и M3000F2 использованы соответственно MF1 и MF2.

Таблица 8

Пример суточной таблицы

Ежечасные значения ионосферных параметров. Станция 34502. Дата: 2011-04-09. Всемирное время Z

Для получения истинных значений числовых параметров числовые значения таблицы 8 необходимо умножить на соответствующие коэффициенты, приведенные в таблице 9. В ней же приведены единицы измерения этих параметров.

Таблица 9

Единицы измерения параметров суточной таблицы

В графе типы Es цифра рядом с буквой, указывающей тип Es, показывает число кратных отражений от наблюдаемого типа области Es. Если одновременно имеются отражения от нескольких типов Es, то на первом месте указывается тип, по которому определяется значение fbEs. Одновременно может отмечаться до 3-х типов (при этом 3-й тип отмечается без кратности).

В графе типы F-рассеяния классификация вида рассеянных отражений, представляется соответствующими буквами.

9.1.8.5 Месячные таблицы

Месячные таблицы представляют собой таблицы ежечасных значений критической частоты foF2 и действующей высоты h'F2, снимаемых с ионограмм ВЗ в течение календарного месяца.

Ниже в качестве примера приведены месячные таблицы foF2 (таблица 10) и h'F2 (таблица 11), полученные по данным станции Москва (34502). Мировое время.

Таблица 10

Пример месячной таблицы параметра foF2

Месячные значения ионосферного параметра foF2. Август 2011 г. Станция 34502.

Таблица 11

Пример месячной таблицы параметра h'F2

Месячные значения ионосферного параметра h'F2. Август 2011 г. Станция 34502.