Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)
Будущая конференция
Архив конференций
2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003
Личный кабинет
Зарегистрироваться на сайте Войти на сайт Забыли пароль?
Электронный сборник статей
«Информационные технологии в дистанционном зондировании Земли - RORSE 2018»
Журнал
«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Дополнительная информация
Контакты Полезная информация
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:

Двадцать вторая международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"

XXII.I.39

Оценки влияния ионосферы на амплитуду, фазовое запаздывание и поляризацию радиолокационного сигнала

Крюковский А.С. (1,2), Кутуза Б.Г. (2), Растягаев Д.В. (1,2)
(1) Российский новый университет, Москва, Россия
(2) Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Ионосфера значительно ограничивает возможности спутниковой радиолокации поверхности Земли [1-4], поскольку поглощает электромагнитное излучение, оказывает существенное влияние на задержку радиосигналов, вращение вектора поляризации, а также на девиацию фазы.
С увеличение несущей частоты радиосигнала воздействие ионосферы уменьшается, и поэтому влияние ионосферной плазмы на очень высоких частотах незначительно. Однако для решения задач радиолокации земной поверхности особый интерес представляют частотные диапазоны, на которых влияние ионосферы может быть существенно. Радиолокационное зондирование поверхности Земли с самолётов в дециметровом и метровом диапазонах в условиях, когда влияние ионосферы отсутствует, показало, что в P и VHF- диапазонах возможно подповерхностное зондирование, что позволяет обнаруживать и изучать объекты природного и антропогенного характера, расположенные под почвенным, растительным и снежным покровами [4-7].
Воздействие ионосферы на распространение радиоволн изучалось во ряде работ. Например, работе [8] исследовано фарадеевское вращение плоскости поляризации при измерении радиоизлучения поверхности океана из космоса, а в работе [9] развит метод устранения влияния ионосферы при обработке сигналов бортовых радиолокаторов P-диапазона с синтезированной апертурой. В [10,11] исследованы особенности влияния ионосферы в Р-диапазоне. В работах [4,12,13] рассмотрено влияние ионосферных неоднородностей на распространение радиоволн дециметрового диапазона.
В отличие от [11-13], где рассматривалось влияние ионосферы при пролете спутника на радиосигналы на заданных частотах, в настоящей работе исследована частотная зависимость влияния ионосферы на выбранных трассах, проходящих и не проходящих через перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ). Представлены результаты моделирования влияния ионосферы Земли на распространение радиосигнала дециметрового диапазона от космического спутника до земли с учётом локальных ионосферных неоднородностей типа ПИВ на основе трёхслоевой модели ионосферной плазмы. При лучевых расчётах использовалась система бихарактеристик Гамильтона-Лукина [14-16], применение которой описано нами в [10-13, 17].
Исследованы отклонения луча от прямолинейного распространения, изменения амплитуды радиосигнала и времени запаздывания, девиация фазы. Рассчитано полное электронное содержание (TEC) вдоль трассы. Рассмотрено влияние ПИВ на вращение плоскости поляризации радиоволны. Угол фарадеевского вращения вычислялся в соответствии с методикой, изложенной в [2, 10–13, 18] на основе формулы Эпплтона – Хартри – Лассена [2, 19–21], описывающей эффективную диэлектрическую проницаемость холодной плазмы.
Выполненные вычисления показали, что:
 в диапазоне частот 200 МГц – 1500 МГц влияние поглощения на амплитуду радиосигнала мало (< 1 мкВ/м);
 ошибка определения TEC вдоль выбранной трассы меньше 0.02 TECU;
 на наклонных трассах отклонение луча за счет рефракции от прямолинейного распространения может превышать 12 м по вертикали и достигать 400 м по горизонтали (на частоте 200 МГц);
 угол фарадеевского вращения зависит от взаимной ориентации магнитного поля Земли и трассы распространения радиосигнала; в зависимости от ориентации трассы на частоте 200 МГц угол вращения плоскости поляризации принимает значения от 1 до 7 радиан;
 пересечение траекторией ПИВ оказывает значительное влияние на дифференциальные характеристики, но слабо сказывается на интегральные;
 девиация фазы по модулю составляет сотни радиан, она отрицательная, минимальная девиация фазы на частоте 1500 МГц составляет более 100 рад;
 коэффициенты поляризации [2] на выбранных частотах по модулю близки к единице, компонентой поля вдоль траектории (продольной) можно пренебречь.
Следует отметить, что ионосфера в метровом и дециметровом диапазоне оказывает сильное деструктивное влияние на параметры радиолокационного сигнала. Полученные результаты позволяют корректировать влияние ионосферы, а также использовать наблюдаемые в этом диапазоне эффекты для диагностики ПИВ.
Работа выполнена в рамках Госзадания по теме «Космос-2».

Ключевые слова: радиоволны дециметрового диапазона, распространение, амплитуда, поглощение, лучи, бихарактеристики, ионосфера, перемещающиеся ионосферные возмущения, групповое время.
Литература:
  1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. – М.: Связь, 1972. 336 с.
  2. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973. 502 с.
  3. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекции их дисперсионных искажений //Монография / Йошкар-Ола, 2006. 266 с.
  4. Zheng-Wen Xu, Jian Wu, Zhen-Sen Wu. Potential Effects of the Ionosphere on Space-Based SAR Imaging // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2008.V. 56 No 7. P. 1968 – 1975.
  5. Wegmüller U., Werner C., Strozzi T., Wiesmann A. Ionospheric electron concentration effects on SAR and INSAR // Gamma Remote Sensing, Worbstrasse 225, CH-3073 Gümligen, Switzerland http://www.gamma-rs.ch e-mail: wegmuller@gamma-rs.ch.
  6. Bochen Zhang, Wu Zhu, Xiaoli Ding, Chisheng Wang, Songbo Wu, Qin Zhang. A review of methods for mitigating ionospheric artifacts in differential SAR interferometry // Geodesy and Geodynamics. V. 13, No 2, March 2022, PP. 160-169.
  7. Brcic R., Parizzi A., Eineder M., Bamler R., Meyer F. Ionospheric effects in SAR interferometry: An analysis and comparison of methods for their estimation. // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vancouver, BC, Canada, 2011. PP. 1497-1500, doi: 10.1109/IGARSS.2011.6049351.
  8. Кутуза Б.Г., Мошков А.В. Влияние фарадеевского вращения плоскости поляризации в ионосфере при измерении из космоса радиоизлучения поверхности океана // Исследование Земли из космоса. 1988. № 5. С. 94–98.
  9. Кутуза Б.Г., Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Комбинированный метод, который устраняет влияние ионосферы при обработке сигналов бортовых радиолокаторов p-диапазона с синтезированной апертурой //Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 9. С. 889.
  10. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Кутуза Б.Г., Лукин Д.С. Исследование влияния ионосферы Земли на распространение радиоволн в высокочастотном диапазоне // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 8. С. 752–758
  11. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Кутуза Б.Г., Лукин Д.С., Стасевич В.И. Исследование влияния ионосферы на распространение электромагнитных волн p-диапазона // Физические основы приборостроения. 2018. Т. 7. № 1 (27). С. 54–61
  12. Kryukovsky A.S., Kutuza B.G., Stasevich V.I., Rastyagaev D.V. Ionospheric inhomogeneities and their influences on the Earth's remote sensing from space // Remote Sensing. 2022. V. 14. No 21. P. 5469.
  13. Kryukovsky A.S., Bova Y.I., Rastyagaev D.V., Kutuza B.G. Effects of ionospheric inhomogeneities on remote sensing of the Earth by space-borne P-band SAR // Radio Science. 2022. V. 57. No 6. P. e2021RS007341.
  14. Hamilton, William Rowan, Sir. On a general method of expressing the paths of light, & of the planets, by the coefficients of a characteristic function. Printed by P.D. Hardy. 1833. 34 p.
  15. Казанцев А.Н., Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Метод исследования распространения радиоволн в неоднородной магнитоактивной ионосфере. // Космические исследования, 1967. Т. 5. Вып. 4. С. 593–600.
  16. Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Применение метода характеристик для численного решения задач распространения радиоволн в неоднородной и нелинейной среде // Радиотехника и электроника. 1969. Т. 14. № 9. С. 1673–1677.
  17. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Растягаев Д.В. Исследование влияния локальных неоднородностей ионосферной плазмы на распространение коротких радиоволн // Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2010. № 3. С. 17–25.
  18. Kutuza B.G., Bova Yu.I., Kryukovsky A.S., Stasevich V.I. Features of the influence of the Earth's ionosphere on the P-band propagation // Proceedings of 12th European conference on synthetic aperture radar, EUSAR 2018. 2018. P. 806–809.
  19. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Лукин Д.С. Распространение частотно-модулированного излучения электромагнитных волн в ионосфере Земли с учетом поглощения и внешнего магнитного поля // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 1. С. 3–14.
  20. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Бова Ю.И. Моделирование поля в окрестности каустик обыкновенной и необыкновенной волн при ионосферном распространении // Радиотехника и электроника. 2020. Т. 65. № 12. С. 1160–1169.
  21. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Михалёва Е.В., Растягаев Д.В. Математическое моделирование амплитудных, угловых и временных характеристик коротких радиоволн при слабонаклонном зондировании ионосферы // Радиотехника и электроника. 2023. Т. 68. № 6. С. 553–562.

Презентация доклада

Дистанционное зондирование ионосферы