Исследование F-рассеяния по временным и амплитудным вариациям dFs в зависимости от солнечной активности по данным ионозонда вертикального зондирования DPS-4

Исследование неоднородности электронной концентрации ионосферного слоя F2 проводилось методом измерения ширины следа отраженного сигнала при вертикальном зондировании ионосферной плазмы Причиной F-рассеяния является неоднородности электронной концентрации ионосферного слоя F2. Задача определения электронной концентрации и ее вариации относится к классу обратных задач, являющихся наиболее сложными в части разработки адекватных методов и алгоритмов обработки. Для успешного решения обратных задач требуется эффективные методы анализа и обработки результатов наблюдения. К одному из известных способов наблюдения относится метод измерения ширины следа отраженного сигнала в результате вертикального зондирования ионосферной плазмы. Можно полагать, что флуктуация ширины следа связана с изменением электронной концентрации F слоя. Для определения параметра изменчивости целесообразно измерение ширины следа, представленного в виде дискретного ряда равноудаленных отсчетов с интервалом дискретизации, равным 15 минутам. Ряд с такой временной дискретизацией позволяет предавать информацию в виде суммы гармонических составляющих с периодом, согласно теореме Котельникова, не менее 30 минут. Согласно сформулированной гипотезе, дискретный ряд данных наблюдения может быть представлен суммой гармонических составляющих, в том числе, и не обязательно кратных.
Наиболее привлекательным методом анализа данных следует считать спектральный анализ. Причем, полезным дополнением к анализу следует считать проведение предварительного разложения сигнала на отдельные спектральные полосы с помощью цифровой фильтрации с последующим спектральным разложением.
С этой целью был разработан метод синтеза Чебышевского цифрового фильтра с коэффициентом подавления в полосе среза не менее 400 Дб.
Для расчета спектра анализируемого процесса использовалось выражение, позволяющее оценивать вклад отдельного дискретного отсчета в спектр процесса. Для оценки энергии флуктуирующего процесса использовался интеграл энергетического спектра по частоте. С помощью такого алгоритма появилась возможность получить кривую изменения во времени энергии процесса. Такой алгоритм позволяет проводить сравнение во времени энергии разных геофизических процессов на фиксированных интервалах времени.
Для определения параметра изменчивости ширины следа разработан комплекс программ анализа данных на основе спектрального анализа с помощью цифровой фильтрации и последующим спектральным разложением [1]. Упомянутым методом были обработаны данные критической частоты foF2 и вариаций F-рассеяния dFs, полученные на ионозонде DPS-4 ИЗМИРАН за 2015, 2021 и 2024 года с целью оценить влияние солнечной активности на ионосферные процессы.
Для оценки энергии флуктуирующего процесса был рассчитан интеграл энергетического спектра по частоте. Получена кривая изменения во времени энергии процесса. Результаты расчетов показали прямую зависимость величины критической частоты foF2 от уровня солнечной активности для чисел Вольфа и излучения F10,7 cm, а также отмечено заметное уменьшение величины критической частоты в мае 2024 года во время сильной солнечной вспышке класса Xm. Вариации dFs характеризуют ионосферные неоднородности более высокой частоты. При 15-минутных измерениях они позволяют оценивать процессы, протекающие в течение 30 минут. В спектрах вариаций foF2 и dFs также прослеживается влияние солнечной активности. Так величина амплитуды основной гармоники для 2015 и 2024 годов, существенно выше, той же характеристики для 2021 года – минимума солнечной активности.