Тирнов о Ф, Гармаш К П, Костров Л С, Розуменко В Т, Цимбал А М Харківський національний університет імені В Н Каразіна м Харків, 61077, Україна тел: 38057707 54 62 , e-mail: OlegFTyrnov @ univerkharl

Анотація – Кафедра космічної радіофізики Харківського національного університету імені В Н Каразіна, заснована в 1964 р, проводить дослідження на радіофізичному обсерваторії (49 ° 38N, 36 ° 20Е) До складу обсерваторії входять: СЧ радар, ВЧ радар (на вертикальних і на похилих трасах), приймачі сигналів штучних супутників Землі, магнітометри і іонозонд Ці інструменти дозволяють проводити дослідження в діапазоні висот -60 – 1000 км і характеристики поширення радіохвиль в діапазоні частот до ~ 2 ГГц Радіофізична обсерваторія включена до реєстру обєктів, що становлять національне надбання України, і постійно модернізується

I                                       Введення

Модернізація радіофізичного обсерваторії забезпечила нові можливості для дослідження динаміки мезосфери і трансформації між рухами різних масштабів в рамках міжнародного проекту «Дослідження взаємодії мезосфери з нижньої термосферою »(MLTCS) Ці дослідження також вкпючают в себе розгляд електродинамічних процесів, які протікають при взаємодії магнітосфери, іоносфери і нейтральної атмосфери Вони становлять особливий інтерес для міжнародних програм «Взаємодія, енергетика і динаміка атмосферних областей» (CEDAR), «Космічна погода» і «Клімат і погода в системі Сонце-Земля »(CAWSES)

II                                      СЧ радар

СЧ радар використовується для дослідження електродинамічних і динамічних процесів в мезосфері і D області іоносфери Модернізація радара вкпючала в себе перекомутацію антеною решітки, а також заміну фідерної системи, передавача (на більш надійний), перекпючателя антен і ланцюги захисту від перевантаження вхідних ланцюгів приймача У результаті стали можливими одночасні вимірювання мезосферних дрейфов і параметрів D області СЧ радар має наступні параметри Передавач здатний випромінювати від 1 до 100 імпульсів в секунду тривалістю від 25 мкс до безперервного випромінювання в діапазоні 1,5 – 4,5 МГц Потужність передавача – 100 кВт Динамічний діапазон приймача – 86 дБ, а ширина смуги пропускання на ПЧ – 40 кГц Як приймальна система, так і система збору даних перестраіваемость з режиму реєстрації магнітоіонних компонент на режим вимірювання вітрів У режимі реєстрації магнітоіонних компонент передавальна антена являє собою антенну решітку з 16 елементів з фізичної апертурою 300 х 300 м ^, а приймальня антена складається з двох здвоєних схрещених ромбів (150 м кожен), що забезпечують кругову поляризацію з перемикачем поляризації, забезпечує розвязку 22 дБ У режимі вимірювання вітрів лінійно поляризована передавальна антена складається з двох здвоєних схрещених ромбів (150 м кожен), заживлених у фазі, а прийом здійснюється на чотири антенні грати, кожна з яких представляє собою два здвоєних схрещених ромба, що забезпечують кругову поляризацію Така за-Пітка антен забезпечує рознесення фазових центрів на 187,5 і 265 метрів

В цілому СЧ радар дозволяє проводити дослідження збурень в іоносфері в діапазоні висот 55 – 115 км У режимі вимірювання вітрів в діапазоні висот 60 – 90 км похибка становить 30% У режимі вимірювання магнітоіонних компонент електронна концентрація вимірюється в діапазоні висот 60 – 75 км з похибкою 20 – 40%, частота зіткнень електронів в діапазоні висот 65 – 90 км з похибкою 30 – 50%, температура електронів в діапазоні висот 60 – 80 км з похибкою 20 – 40% і електричні поля в діапазоні висот 60 – 70 км з похибкою 30 – 50%

СЧ радар дозволяє одночасно вимірювати нейтральні вітри і потужні електричні поля в мезосфері і таким чином дослідити механізми генерації цих полів

III                    вч доплеровській радар

вч доплеровській радар використовується для дослідження динаміки іоносферної плазми під час антропогенних і природних збурень Збільшення числа одночасно випромінюваних частот з двох до трьох дозволило як розширити висотний діапазон від 90 до 465 км, так і підвищити точність визначення висоти Третя антена складається з двох ортогональних дельта антен (приймальної і передавальної) з висотою підвісу 20 м Додатковий канал передавача включає в себе нові модулятор і синтезатор частоти Система опорних і тактових частот є спільною для всіх передавальних і приймальних каналів РЛС Число стробов у всіх приймальних каналах збільшено до пяти У кожному каналі збору даних проводиться визначення висоти, фільтрація і порівняння частот випроміненого і прийнятого сигналів Ця система дозволяє не тільки визначати висоту, а й збільшити відношення сиг-нал-шум У кожному каналі на третій проміжній частоті 1,0 кГц мається підсилювач з шириною смуги -10 Гц, що дозволяє фільтрувати центральну гармоніку послідовності зондирующих імпульсів і обробляти сигнали з Доплера-ськими зрушеннями до + 5 Гц Оскільки швидкість зміни доплерівського зсуву частоти в іоносфері часто не перевищує 10 ^ Гц з \ то постійна часу фільтра 10 ” с і період повторення зондувальних імпульсів 5 X (10 – 10 ^) мс дозволяють здійснювати синхронне детектування, що забезпечує перешкодозахищеність каналів

ВЧ радар має наступні параметри Стабільність частоти рубідієвого стандарту частоти

– 10-11 діапазон частот – 15-30 МГц три незалежних частотних каналу і пять стробов по дальності – 100 – 500 мкс на кожній частоті три передавальних і приймальних дельта антени Пікова потужність по кожному каналу – 1 кВт, тривалість зондирующих імпульсів – 100 – 500 мкс і частота повторення зондувальних імпульсів – 100

– 200 в секунду Динамічний діапазон (трьох) приймачів – 80 дБ, ширина смуги пропускання по проміжній частоті 20 кГц або 10 кГц, а ширина смуги системи збору даних – 10 Гц На максимальної доплеровской частоті 5Гц інструментальна похибка становить О, 01 Гц

ВЧ радар дозволяє проводити вимірювання діючих висот з похибкою +75 км, швидкість зміни діючої висоти до 5 х 10 ^ м / с з похибкою +1 ​​м / с, і тимчасові варіації іоносферних збурень у діапазоні періодів 10 – Ю ^ з з похибкою 1-10%

IV                                  Висновок

Радіофізична обсерваторія, до складу якої, крім перерахованих інструментів, входять два магнітометра і радіоприймачі сигналів штучних супутників Землі «Цикада», «ГЛОНАСС» і «GPS», вкпючена в реєстру наукових обєктів, що становлять національне надбання України Радіофізична обсерваторія дозволяє вести дослідження у таких напрямках: 1) Конструювання і виготовлення СЧ радарів для вимірювання потужних електричних полів в мезосфері, 2) Мезосферная електродинаміка, 3) Методи для дистанційного вимірювання потужних електричних полів, 4) магнитосферная і іоносферні бурі і суббури, 5) мезомасштабної явища і структури в іоносфері, 6) магнитосферная-іоносферних-атмосфер-ве взаємодія, 7) Електричні поля та їх роль у передачі великомасштабних збурень від літосфери через атмосферу і іоносферу в магнітосферу, 8) Великомасштабні збурення в навколоземному просторі від джерел локального енерговиділення, що включають в себе нагрів ВЧ радіохвилями, пуски ракет, землетрусу і т п, 9) Вдосконалення глобальних моделей електронної концентрації на основі вимірювання різниці фаз когерентних частот, випромінюваних з ШСЗ, 10) Дослідження методом часткових відображень, 11) Дослідження методом разнесенного прийому, 12) Магнітометричні дослідження, 13) Дослідження методом високочастотного Доплера, 14) Дослідження повного електронного змісту з використанням системи «ГЛОНАСС», 15) Дослідження повного електронного змісту з використанням системи «Цикада», 16) Потужні ВЧ радіохвилі в іоносфері, 17) бістатичних дослідження штучних неоднорідностей, 18) Сплески спорадичного випромінювання іоносфери в ДВЧ і УВЧ діапазонах радіохвиль, 19) Сонячна та геомагнітна активність і здоровя людини

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: OlegF Tyrnov@univerkharkovua

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°38N, 36°20E) 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р