КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

February 23, 2013 by admin Комментировать »

Тырнов о. Ф., Гармаш К. П., Костров Л. С., Розуменко В. Т., Цимбал А. М. Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина г. Харьков, 61077, Украина тел.: 38 057 707 54 62, e-mail: Oleg.F.Tyrnov@univer.kharl<ov.ua

Аннотация – Кафедра космической радиофизики Харьковского национального университета имени В. Н. Каразина, основанная в 1964 г., проводит исследования на Радиофизической обсерватории (49°38’N, 36°20’Е). В состав обсерватории входят: СЧ радар, ВЧ радар (на вертикальных и на наклонных трассах), приёмники сигналов искусственных спутников Земли, магнитометры и ионозонд. Эти инструменты позволяют проводить исследования в диапазоне высот -60 – 1000 км и характеристики распространения радиоволн в диапазоне частот до ~2 ГГц. Радиофизическая обсерватория включена в реестр объектов, составляющих национальное достояние Украины, и постоянно модернизируется.

I.                                       Введение

Модернизация Радиофизической обсерватории обеспечила новые возможности для исследования динамики мезосферы и трансформации между движениями различных масштабов в рамках международного проекта «Исследование взаимодействия мезосферы с нижней термосферой» (MLTCS). Эти исследования также вкпючают в себя рассмотрение электродинамических процессов, которые протекают при взаимодействии магнитосферы, ионосферы и нейтральной атмосферы. Они представляют особый интерес для международных программ «Взаимодействие, энергетика и динамика атмосферных областей» (CEDAR), «Космическая погода» и «Климат и погода в системе Солнце-Земля» (CAWSES).

II.                                      СЧ радар

СЧ радар используется для исследования электродинамических и динамических процессов в мезосфере и D области ионосферы. Модернизация радара вкпючала в себя перекоммутацию антенной решётки, а также замену фидерной системы, передатчика (на более надёжный), перекпючателя антенн и цепи защиты от перегрузки входных цепей приёмника. В результате стали возможными одновременные измерения мезосферных дрейфов и параметров D области. СЧ радар имеет следующие параметры. Передатчик способен излучать от 1 до 100 импульсов в секунду длительностью от 25 мкс до непрерывного излучения в диапазоне 1,5 – 4,5 МГц. Мощность передатчика — 100 кВт. Динамический диапазон приёмника — 86 дБ, а ширина полосы пропускания на ПЧ — 40 кГц. Как приёмная система, так и система сбора данных перестраиваемы с режима регистрации магнитоионных компонент на режим измерения ветров. В режиме регистрации магнитоионных компонент передающая антенна представляет собой антенную решётку из 16 элементов с физической апертурой 300 х 300 м^, а приёмная антенна состоит из двух сдвоенных скрещенных ромбов (150 м каждый), обеспечивающих круговую поляризацию с переключателем поляризации, обеспечивающим развязку 22 дБ. В режиме измерения ветров линейно поляризованная передающая антенна состоит из двух сдвоенных скрещенных ромбов (150 м каждый), запитанных в фазе, а приём осуществляется на четыре антенные решётки, каждая из которых представляет собой два сдвоенных скрещенных ромба, обеспечивающих круговую поляризацию. Такая за- питка антенн обеспечивает разнесение фазовых центров на 187,5 и 265 метров.

В целом СЧ радар позволяет проводить исследования возмущений в ионосфере в диапазоне высот 55 – 115 км. В режиме измерения ветров в диапазоне высот 60 – 90 км погрешность составляет 30 %. В режиме измерения магнитоионных компонент электронная концентрация измеряется в диапазоне высот 60 – 75 км с погрешностью 20 – 40 %, частота соударений электронов в диапазоне высот 65 – 90 км с погрешностью 30 – 50 %, температура электронов в диапазоне высот 60 – 80 км с погрешностью 20 – 40 % и электрические поля в диапазоне высот 60 – 70 км с погрешностью 30 – 50 %.

СЧ радар позволяет одновременно измерять нейтральные ветры и мощные электрические поля в мезосфере и таким образом исследовать механизмы генерации этих полей.

III.                    вч доплеровский радар

вч доплеровский радар используется для исследования динамики ионосферной плазмы во время антропогенных и естественных возмущений. Увеличение числа одновременно излучаемых частот с двух до трёх позволило как расширить высотный диапазон от 90 до 465 км, так и повысить точность определения высоты. Третья антенна состоит из двух ортогональных дельта антенн (приёмной и передающей) с высотой подвеса 20 м. Дополнительный канал передатчика включает в себя новые модулятор и синтезатор частоты. Система опорных и тактовых частот является общей для всех передающих и приёмных каналов РЛС. Число стробов во всех приёмных каналах увеличено до пяти. В каждом канале сбора данных производится определение высоты, фильтрация и сравнение частот излучённого и принятого сигналов. Эта система позволяет не только определять высоту, но и увеличить отношение сиг- нал-шум. В каждом канале на третьей промежуточной частоте 1,0 кГц имеется усилитель с шириной полосы -10 Гц, что позволяет отфильтровывать центральную гармонику последовательности зондирующих импульсов и обрабатывать сигналы с доплеров- скими сдвигами до + 5 Гц. Поскольку скорость изменения доплеровского смещения частоты в ионосфере часто не превышает 10“^ Гц с“\ то постоянная времени фильтра 10“”с и период повторения зондирующих импульсов 5 X (10“ – 10“^) мс позволяют осуществлять синхронное детектирование, обеспечивающее помехозащищённость каналов.

ВЧ радар имеет следующие параметры. Стабильность частоты рубидиевого стандарта частоты

—   10-11; диапазон частот — 1.5-30 МГц; три независимых частотных канала и пять стробов по дальности — 100 – 500 мкс на каждой частоте; три передающих и приёмных дельта антенны. Пиковая мощность по каждому каналу — 1 кВт, длительность зондирующих импульсов — 100 – 500 мкс и частота повторения зондирующих импульсов — 100

–    200 в секунду. Динамический диапазон (трёх) приёмников — 80 дБ, ширина полосы пропускания по промежуточной частоте 20 кГц или 10 кГц, а ширина полосы системы сбора данных — 10 Гц. На максимальной доплеровской частоте 5Гц инструментальная погрешность составляет О, 01 Гц.

ВЧ радар позволяет проводить измерения действующих высот с погрешностью +7.5 км, скорость изменения действующей высоты до 5 х 10^ м/с с погрешностью +1 м/с, и временные вариации ионосферных возмущений в диапазоне периодов 10 – Ю^’с с погрешностью 1-10 %.

IV.                                  Заключение

Радиофизическая обсерватория, в состав которой, кроме перечисленных инструментов, входят два магнитометра и радиоприёмники сигналов искусственных спутников Земли «Цикада», «ГЛОНАСС» и «GPS», вкпючена в реестр научных объектов, составляющих национальное достояние Украины. Радиофизическая обсерватория позволяет вести исследования в следующих направлениях: 1) Конструирование и изготовление СЧ радаров для измерения мощных электрических полей в мезосфере, 2) Мезосферная электродинамика, 3) Методы для дистанционного измерения мощных электрических полей, 4) Магнитосферные и ионосферные бури и суббури, 5) Мезомасштабные явления и структуры в ионосфере, 6) Магнитосферно-ионосферно-атмосфер- ное взаимодействие, 7) Электрические поля и их роль в передаче крупномасштабных возмущений от литосферы через атмосферу и ионосферу в магнитосферу, 8) Крупномасштабные возмущения в околоземном пространстве от источников локального энерговыделения, включающих в себя нагрев ВЧ радиоволнами, пуски ракет, землетрясения и т. п., 9) Усовершенствование глобальных моделей электронной концентрации на основе измерения разности фаз когерентных частот, излучаемых с ИСЗ, 10) Исследования методом частичных отражений, 11) Исследования методом разнесённого приёма, 12) Магнитометрические исследования, 13) Исследования методом высокочастотного Доплера, 14) Исследования полного электронного содержания с использованием системы «ГЛОНАСС», 15) Исследования полного электронного содержания с использованием системы «Цикада», 16) Мощные ВЧ радиоволны в ионосфере, 17) Бистатические исследования искусственных неоднородностей, 18) Всплески спорадического излучения ионосферы в ОВЧ и УВЧ диапазонах радиоволн, 19) Солнечная и геомагнитная активность и здоровье человека.

THE FACILITY FOR REMOTE SENSING OF THE NEAR-EARTH SPACE ENVIRONMENT

K. p. Garmash, L. S. Kostrov, V. T. Rozumenko,

A. M. Tsymbal, O. F. Tyrnov Kharkiv V. Karazin National University

4              Svoboda Square, Kharkiv, 61077, Ukraine E-mail: Oleg.F. Tyrnov@univerkharkov.ua

Abstract – The Department of Space Radio Physics that was established in 1964 at the Kharkiv V. N. Karazin National University conducts studies of the near-Earth space environment at its constituent Radiophysical Observatory that is continuously upgraded. The Radiophysical Observatory (49°38’N, 36°20’E) is a facility that includes the MF radar, the HF Doppler radar (at vertical and oblique incidence), the satellite radio beacon receivers, the magnetometers, and the ionosonde. The instrumentation allows to investigate the various interacting processes operating in the ionosphere within an altitude range of ~60 – 1000 km and the characteristics of radio-wave propagation within a frequency band of up to approximately 2 GHz, simultaneously with magnetometer measurements. The Radiophysical Observatory is included in the register of the most valuable scientific facilities in Ukraine.

I.                                        Introduction

The upgrades to the Radiophysical Observatory facility have provided a new capability for ionospheric dynamics studies and the Mesosphere Lower Thermosphere Coupling Study (MLTCS) ofthe winds and waves (tidal, planetary, gravity), and the coupling between the various scales of motion. The studies also necessarily involve some consideration of the electrodynamic mechanisms that lead to coupling between the magnetosphere, ionosphere, and the neutral atmosphere. These studies are of particular interest to the Coupling Energetics and Dynamics of Atmospheric Regions (CEDAR), National Space Weather (USA), and the Climate and Weather of the Sun-Earth System (CAWSES) Programs.

IV.                                      Conclusion

As a whole, the Radiophysical Observatory, which has also been instrumented with two magnetometers and satellite radio beacon receivers for signals from satellites of «Cicada,» GLON- ASS, and GPS systems allows research opportunities in the following areas: (I) Design and production of MF radars for measuring large mesospheric electric fields, (ii) Mesospheric electrodynamics, (iii) Technique for measuring large mesospheric electric fields, (iv) Magnetospheric and ionospheric storms and substorms, (v) Mesoscale ionospheric phenomena and structures, (vi) Magnetosphere/ionosphere/atmosphere coupling, (vii) Electric fields and their role in the transfer of large-scale perturbations in the region from the lithosphere through the atmosphere and ionosphere to the magnetosphere, (viii) Large-scale perturbations in the near-Earth environment from localized sources of energy, which include HF high-power radio waves, rocket launches, earthquakes, etc., (ix) Updating the global models of electron density by analyzing dual-frequency signals from satellite radio beacons, (x) MF radar differential absorption experiment, (xi) Spaced antenna drift technique, (xii) Magnetometer technique, (xiii) High-frequency Doppler technique, (xiv) GLONASS TEC measurements, (xv) Cicada satellite TEC measurements, (xvi) High-power radio waves in the ionosphere, (xvii) Bistatic HF radar diagnostics of field-aligned irregularities induced artificially, (xviii) Bursts of sporadic emissions from the ionosphere in the VHF and UHF bands, (xix) Solar/geomagnetic activity and public health.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты