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

Перспективы внешнего радиозондирования арктической ионосферы с высокоэллиптических ИСЗ Рассмотрим их более детально указанные выше проблемы в приложении конкретной ВЭО. 1. При высокоорбитальном внешнем радиозондировании арктической ионосферы в апогее траектории время распространения до отражения и обратно резко увеличивается при сравнении со спутниками на круговых орбитах с высотой около 1000 км. Эта трудность может быть разрешена применением специальных видов кодирования радиосигналов [1]. В нашем случае используются ФКМ-импульсы. При этом заполняются промежутки «пустого» времени распространения между зондирующими импульсами на различных частотах, не дожидаясь отклика ионосферного эха. Также необходима интеллектуальная система регистрации ионограммы в зависимости от переменной дальности до ионосферы при движении спутника по орбите для исключения на ионограммах «пустого» пространства, на котором отсутствуют следы отраженных сигналов. Для спутников «Арктика-М» произведены расчеты основных параметров, касающихся реализации схемы зондирования, включая расчеты заполнения, расчеты энергетики, параметры ФКМ. 2. Эхо-сигналы от высот вблизи апогея будут значительно ослаблены. Например, для дальности 40 ООО км (спутники «Арктика-М») в традиционном диапазоне 1-20 МГц ослабление из-за сферичности фронта радиоволны на пути распространения спутник-ионосфера-спутник составит от 120 дБ (1 МГц) до 160 дБ (20 Мгц). Решение предлагается в виде комбинации подходов: используется ФКМ сигналы, применяются схемы накопления импульсов [1, 2] и планируется использование бортовых антенн с направленным излучением. В высокочастотной области указанного диапазона, где ослабление значительнее, а зондирующие импульсы будут иметь частоту заведомо большую плазменной, планируется в дополнение к внешнему вертикальному зондированию реализовать регистрацию ионограмм внешнего трансионосферного зондирования на наземных пунктах приема. Это частично разрешит также следующую проблему. 3. Увеличение области отражения сигналов. Отраженный от ионосферы сигнал формируется областью, размеры которой совпадают с размерами первой зоны Френеля. При высокоэллиптической орбите ионозонда эта область изменяется в зависимости от высоты расположения ионозонда над Землей в размерах. Условие однородности ионосферы в зоне отражения с увеличением высоты расположения спутника также меняются. Это приводит к тому, что доля рассеянных сигналов с увеличением высоты ионозонда будет расти. Однако, эксперимент на ИСЗ «Image» [4] показал, что до высот в 5 земных радиусов наблюдается довольно часто сигнал с долей рассеяния, которая не препятствует в дальнейшем расчету Nh-профилей ионосферы. Моделирование ионограмм внешнего зондирования с высот 40 000 км, с учетом ионосферных неоднородностей размеров порядка диаметра первой зоной Френеля, проведенное в [1] показывает возможность регистрации параметров таких неоднородностей. Результаты моделирования внешнего радиозондирования приведены на рис. 2. а б в Рисунок 2. Моделирование зондирования ионосферы из апогея высокоэллиптической орбиты (высота над поверхностью Земли 40 000 км) а) расчет лучевых траекторий на частоте 7,5 МГц ; б) используемый для моделирования Nh-профиль плазменных частот; в) модельная ионограмма. Для зондирования предлагается использовать бортовой вариант ионозонда «Томион» [3]. Применяется излучение зондирующего сигнала сразу на нескольких некратных рабочих частотах, которые могут быть выделены с помощью фильтрации. Это позволит ускорить процесс регистрации ионограммы. Предлагается использовать двухканальный приемник и поляризационную антенную систему с возможностью разделения обеих магниторасщепленных компонент эхо-сигнала. Принятый антенной эхо-сигнал поступает в переключатель (коммутатор), затем на вход преселектора, в котором подавляются частоты вне рабочего диапазона. Он усиливается низкошумящим предварительным усилителем и поступает на входа супергетеродинных приёмников с двойным преобразованием частоты (М штук). Количество каналов М выбираются исходя из числа излучаемых одновременно в группе частот и полосы оцифровки АЦП. Опорные частоты, необходимые для переноса на промежуточные частоты fl.M и 24