Гелиогеофизические исследования в Арктике: сборник трудов всероссийской конференции, Мурманск, 19-23 сент. 2016г. Апатиты, 2016.

Многочастотное радиопросвечивание арктической ионосферы модулей (НПМ), синхронизированных с бортовым БПМ. Так как в данном случае на земной поверхности регистрируются лишь сигналы, не испытавшие полного внутреннего отражения, метод назван многочастотным радиопросвечиванием ионосферы (МРПИ). Благодаря высокой стабильности мощности излучаемых сигналов метод МРПИ представляет собой аналог многочастотного искусственного риометра (измерителя уровня поглощения космического радиоизлучения). Сигналы, регистрируемые в методе МРПИ, несут больше информации и обладают существенно большей чувствительностью, нежели используемые в практике традиционных риометрических измерений. Это особенно актуально для полярной ионосферы, которая регулярно подвергается разнообразным возмущениям в нижней ионосфере (эффекты аномального поглощения - ГІПШ и АП) и в слое F2 (во время ионосферных и магнитосферных бурь и суббурь), вносящим заметные погрешности в функционирование навигационных систем GPS и ГЛОНАСС в арктическом регионе. Зависимость группового пути от частоты - Р '(f), в данном случае, есть ионограмма радиопросвечивания (или трансионограмма), которая, в общем случае, представляет собой более простой объект, нежели ионограммы вертикального и наклонного радиозондирования, что позволяет надеяться на автоматизацию процесса распознавания ее структуры, интерпретации и обработки. Таким образом, в каждом текущем сеансе измерений на каждом из к НПМ определяются следующие характеристики: 1./с - частота отсечки, равная наинизшей частоте (НЧ) прошедших сквозь ионосферу сигналов, которая, как показано ниже, связанна со значением foF2 в локальной области пересечения луча зрения на спутник и главного ионосферного максимума, что дает возможность использовать адаптационные процедуры в модельном представлении ионосферы и, в частности, более корректно рассчитывать максимально применимую частот}' радиосвязи (МГІЧ); 2. L(J) - частотная зависимость поглощения трансионосферных сигналов, позволяющая с высокой точностью оценивать энергетику KB-сигналов, распространяющихся в полярной зоне и вычислять интегральное состояние фактора ионосферного поглощения. Проблемы энергетического обеспечения метода Энергетическая проблема является решающим фактором в надежности регистрации виде ионограмм многочастотного радиопросвечивания ионосферы (трансионограмм) на трассе высокоапогейный КА - земная поверхность и рассмотрим ее на примере численного эксперимента со спутником, находящемся над Северным полюсом с высотами локализации: 10000, 20000 и 30000 км и приемом в п. Диксон (73°N, 80°Е). Дальность по земной поверхности между излучателем и приемником - 1900 км. Расчеты выполнялись в глобальной модели ионосферы СМИ-88 для марта 2016 г. (весеннее равноденствие) с индексом солнечной активности Rz - 50. Технология моделирования в принципиальной форме описана в [Кища и др., 1993] и различие состоит только в высоте источника излучения над земной поверхностью. Лучевые траектории, по которым формируется волновое поле для частот вблизи границы радиопрозрачности ионосферы, представлены на рис. 1 и видно, что наибольшее воздействие ионосферной плазмы на зондирующие волны происходит в окрестности главного ионосферного максимума. Учитывались следующие факторы в формировании энергетических характеристик волнового поля, задаваемого стандартным излучателем мощностью 1 кВт с полосой 1 кГц: геометрооптическая (пространственная) расходимость и поглощение в ионосфере через частоту столкновений электронов с ионами и нейтральными молекулами газов. В силу большого расстояния от спутника до приемного пункта фактор расходимости является определяющим в итоговой напряженности волнового поля - он более чем на четыре порядка превосходит столкновительные потери волны в ионосферной плазме. Антенны как передающая на спутнике, так и приемная на Земле предполагались изотропными, и использование реальных антенн, особенно на приемном конце радиотрассы, может дать существенный выигрыш в задаче выделения зондирующего сигнала. Соотношение сигнал/шум (SNR) рассчитывалось по методике, использованной в [Гивишвили и др., 2012] для геостационарного КА и пренебрегалось антропогенным источником электромагнитного шума в силу его малости в Арктическом регионе. На рис. 2 приведены результаты в виде синтезированных трансионограмм для локальных полудня (левая панель) и полуночи (правая панель) для высоты локализации КА в 30 000 км. Хорошо видно, что на частоте отсечки уменьшается как напряженность поля, что связано с антиволноводным распространением вдоль максимума слоя F2 (рис. 1), так и SNR, причем для полуночи SNR даже меньше, чем для полудня, в силу возрастания электромагнитных шумов с уменьшением частоты. Антиволноводное распространение характеризуется повышенной расходимостью радиоволны и появлением неустойчивости лучевой трубки, что проявляется в флуктуациях напряженности волнового поля. В реальной практике радиозондирования ионосферы частотная полоса применяемых сигналов значительно больше - для простых импульсных посылок она составляет ~ 10 кГц и такой сигнал уже будет ниже уровня шумов в окрестности частоты отсечки. Кроме того, излучение импульсных сигналов относительно большой мощности может создавать проблемы электромагнитной совместимости с другой измерительной и управляющей аппаратурой, находящейся на борту КА. Альтернативой подход состоит в использовании 12