СПРАВКА
Источник публикации
Обнинск: ФГБУ "ВНИИГМИ-МЦД", 2015
Примечание к документу
Документ утратил силу с 01.02.2024 в связи с изданием Приказа Росгидромета от 07.09.2023 N 449. Взамен введен в действие РД 52.26.817-2023.
Документ введен в действие с 01.12.2015.
Название документа
"РД 52.26.817-2015. Руководящий документ. Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть I. Ионосферные наблюдения"
(введен в действие Приказом Росгидромета от 17.07.2015 N 436)
"РД 52.26.817-2015. Руководящий документ. Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть I. Ионосферные наблюдения"
(введен в действие Приказом Росгидромета от 17.07.2015 N 436)
Содержание
Руководителем Росгидромета
13 июля 2015 года
Введен в действие
Приказом Росгидромета
от 17 июля 2015 г. N 436
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
РУКОВОДСТВО ПО ИОНОСФЕРНЫМ, МАГНИТНЫМ
И ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИМ НАБЛЮДЕНИЯМ
ЧАСТЬ I
ИОНОСФЕРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
РД 52.26.817-2015
Дата введения
1 декабря 2015 года
1 РАЗРАБОТАН федеральным государственным бюджетным учреждением "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова" (ФГБУ "ИПГ")
2 РАЗРАБОТЧИКИ: Минлигареев В.Т., д-р техн. наук (руководитель разработки); Котонаева Н.Г., д-р физ.-мат. наук (ответственный исполнитель); Алпатов В.В., канд. физ.-мат. наук; Гивишвили Г.В., д-р физ.-мат. наук; Данилов А.Д., д-р физ.-мат. наук; Данилкин Н.П., д-р физ.-мат. наук; Денисова В.И.; Дьяков В.П., канд. физ.-мат. наук; Журавлев С.В., канд. физ.-мат. наук; Крашенинников И.В., д-р физ.-мат. наук; Лещенко Л.Н.; Панынин Е.А.; Цыбуля К.Г., канд. физ.-мат. наук
3 СОГЛАСОВАН:
с Техническим комитетом по стандартизации ТК 101 "Метрологическое обеспечение измерений физических полей в околоземном космическом пространстве, магнитосфере, ионосфере и атмосфере", протокол от 06.11.2012 N 5;
с Федеральным государственным бюджетным учреждением "Научно-производственное объединение "Тайфун" (ФГБУ "НПО "Тайфун"), письмо от 24.02.2015 N 01-46/582;
с Управлением специальных и научных программ Росгидромета 13.07.2015
4 УТВЕРЖДЕН Руководителем Росгидромета 13.07.2015
ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Росгидромета от 17.07.2015 N 436,
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН ФГБУ "НПО "Тайфун" от 20.07.2015 за номером РД 52.26.817-2015
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
7 СРОК ПЕРВОЙ ПРОВЕРКИ 2020 год
ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕРКИ 5 лет
Земная ионосфера (далее - ионосфера) всегда была объектом практического интереса исследователей, поскольку была обнаружена именно по ее влиянию на распространение радиоволн - явлению, имеющему почти неограниченное практическое применение в жизни человечества.
За более чем 50-летнюю историю ионосферных наблюдений в силу ряда причин не было создано руководящего документа, регламентирующего этот вид наблюдений. В настоящее время при модернизации государственной наблюдательной сети и восстановлении ионосферных наблюдательных пунктов возникла острая необходимость в разработке данного документа. Настоящий руководящий документ организационно войдет в "Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям", которое предполагает выпуск 4 частей:
часть I - "Ионосферные наблюдения";
часть II - "Магнитные наблюдения";
часть III - "Гелиогеофизические наблюдения";
часть IV - "Передача оперативных данных наблюдений и организация удаленной технической поддержки".
В настоящий руководящий документ намеренно введено справочное приложение А по физике ионосферы для теоретической подготовки операторов с целью повышения достоверности результатов наблюдений, исключения ошибок при обработке ионограмм.
Основные положения настоящего руководящего документа учитывают требования Международного научного радиосоюза (URSI), Всемирной метеорологической организации (ВМО), распространяющиеся на международную сеть ионосферных наблюдений.
Настоящий руководящий документ устанавливает организацию, порядок проведения, основные принципы, методы и средства ионосферных наблюдений и разработан в целях обеспечения единства наблюдений, достоверности, эффективности, качества измерительной информации и передачи результатов наблюдений потребителям.
Настоящий руководящий документ является обязательным документом при выполнении ионосферных наблюдений на государственной наблюдательной сети. Настоящий руководящий документ предназначен для инженерного и технического персонала наблюдательных подразделений стационарных пунктов ионосферных наблюдений, сотрудников методических групп межрегиональных территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и центров (областных, краевых, республиканских) по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
Настоящий руководящий документ может быть полезен сотрудникам научно-исследовательских учреждений, использующих ионосферную информацию, а также преподавателям и студентам профильных учебных заведений при изучении курса "Физика атмосферы и гидросферы".
Настоящий руководящий документ может быть использован другими ведомствами, занимающихся ионосферными наблюдениями в части использования данных наблюдений с целью оперативного обеспечения потребителей геофизической информацией.
В настоящем руководящем документе использованы ссылки на следующие нормативные документы:
ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация;
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Здесь и далее в официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: стандарт имеет номер ГОСТ Р 12.0.007-2009, а не ГОСТ 12.0.007-2009. |
ГОСТ 12.0.007-2009. Система стандартов безопасности труда. Система управления охраной труда в организации. Общие требования по разработке, применению, оценке и совершенствованию;
ГОСТ 12.0.230-2007. Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Общие требования;
ГОСТ 22261-94. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия;
ГОСТ Р 1.0-2012. Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения;
ГОСТ Р 8.563-2009. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений;
ГОСТ Р 8.654-2009. Требования к программному обеспечению средств измерений. Основные положения;
ГОСТ Р ИСО 9001-2008. Системы менеджмента качества. Требования;
ГОСТ РВ 0015-002-2012. Система разработки и постановки продукции на производство. Военная техника. Система менеджмента качества. Общие требования;
РД 52.04.567-2003. Положение о государственной наблюдательной сети;
РД 52.14.610-99. Положение о службах стандартизации Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
Р 50.2.077-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Испытания средств измерений в целях утверждения типа. Проверка защиты программного обеспечения;
МИ 2891-2004. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Общие требования к программному обеспечению средств измерений.
В настоящем руководящем документе применены термины с соответствующими определениями.
3.1 авроральная зона: Область поверхности Земли шириной в несколько градусов, над которой наиболее часто наблюдаются полярные сияния.
3.2 аттестация методик (методов) измерений: Исследование и подтверждение соответствия методик (методов) измерений установленным метрологическим требованиям к измерениям. |
3.3 вертикальное радиозондирование ионосферы: Зондирование ионосферы при помощи радиосигналов в диапазоне радиочастот, соответствующих диапазону исследуемых плазменных частот ионосферы и излучаемых вертикально вверх относительно поверхности Земли при условии, что точки излучения и приема совмещены.
3.4 возвратно-наклонное радиозондирование ионосферы: Наклонное зондирование ионосферы, при котором принимаются отраженные или рассеянные в обратном направлении от поверхности Земли или от ионосферы радиосигналы, излученные из этого же пункта.
3.5 внезапное ионосферное возмущение: Резкое увеличение концентрации электронов в области D под действием рентгеновского излучения солнечной вспышки, которое приводит к прекращению коротковолновой радиосвязи на всем освещенном полушарии Земли.
3.6 внешнее радиозондирование ионосферы: Вертикальное радиозондирование ионосферы, при котором излучение и прием сигналов производятся на искусственном спутнике Земли.
3.7 высокоорбитальная радиотомография: Метод получения трехмерных распределений концентрации электронов в ионосфере, который в качестве исходных данных использует синхронные измерения разности фаз когерентных радиосигналов от нескольких спутников, входящих в высокоорбитальную спутниковую систему, в нескольких пунктах приема, разнесенных по поверхности Земли.
3.8 высокоорбитальная спутниковая навигационная система: Система глобальной спутниковой навигации, функционирующие на орбитах порядка 20 000 км.
3.9 высотно-частотная характеристика: Частотная зависимость действующих высот отражения от ионосферы радиосигналов.
3.10 действующая высота: Условная высота отражения от ионосферы радиосигнала, определяемая по времени задержки между передачей и приемом отраженного от ионосферы сигнала при вертикальном падении в предположении, что скорость распространения сигнала постоянна и равна скорости света в вакууме.
3.11 ионизация атмосферы: Образование в атмосфере свободных электронов и ионов из электрически нейтральных атомов и молекул.
3.12 ионограмма: Графическое изображение частотной зависимости действующих высот сигналов, отраженных от ионосферы, полученной путем радиозондирования ионосферы ионозондом.
3.13 ионозонд: Радиотехническое устройство, являющееся радаром декаметрового диапазона, используемым для радиозондирования ионосферы.
3.14 ионосфера: Область атмосферы на высотах выше 50 км, содержащая свободные электроны.
3.15 ионосферная буря: Ионосферное возмущение, сопровождающее магнитосферное возмущение.
3.16 ионосферное возмущение: Изменение параметров ионосферы под действием внешних факторов, не связанное с суточными или сезонными вариациями.
3.17 ионосферная наблюдательная сеть: Система стационарных ионосферных пунктов наблюдений, предназначенных для наблюдений за состоянием ионосферы. Ионосферная сеть относится к гидрометеорологической сети государственной наблюдательной сети РД 52.04.567.
3.18 ионосферное наблюдательное подразделение: Структурная единица организации ионосферной наблюдательной сети, непосредственно выполняющая наблюдения за состоянием ионосферы в одном или нескольких закрепленных стационарных пунктах ионосферных наблюдений, также выполняющая первичную обработку результатов ионосферных наблюдений и передачу их по утвержденной схеме в Гелиогеофизическую службу Росгидромета.
3.19 истинная высота отражения радиоволны в ионосфере: Высота, на которой происходит отражение электромагнитной волны, падающей на ионосферу вертикально.
3.20 ионосферный дрейф: Движение ионосферной плазмы под действием электромагнитных полей или динамических процессов.
3.21 критическая частота слоя: Наивысшая частоты радиоизлучения, при которой слой ионосферы не только отражает вертикально направленную радиоволну, но и пропускает ее.
3.22 критическая частота слоя F2: Критическая частота обыкновенной радиоволны, отраженной от слоя F2.
3.23 максимальная применимая частота: Наивысшая частота радиосвязи для заданной дальности односкачковой трассы, не превышающей 4000 км.
3.24 метод ионосферных наблюдений: Метод исследования, заключающийся в количественном определении значений ионосферных параметров и условий ионосферного распространения радиоволн, а также в оценке качественных характеристик ионосферных явлений.
3.25 метод когерентных частот: Метод исследования ионосферы, основанный на дисперсионных свойствах плазмы и заключающийся в просвечивании ионосферы радиосигналами с когерентными частотами.
3.26 наименьшая применимая частота: Наименьшая частота, на которой надежность работы радиолинии соответствует минимально допустимой.
3.27 наклонное радиозондирование ионосферы: Зондирование ионосферы при помощи радиосигналов между отстоящими друг от друга наземными пунктами.
3.28 нижняя ионосфера: Область ионосферы ниже 140 км, в которой гирочастота ионов меньше частот их столкновений с нейтральными частицами.
3.29 низкоорбитальная радиотомография: Метод получения двумерных распределений концентрации электронов в ионосфере, который в качестве исходных данных использует синхронные измерения разности фаз когерентных радиосигналов от одного низкоорбитального спутника в нескольких пунктах приема, разнесенных вдоль направления его пролета.
3.30 низкоорбитальный спутник: Спутник с высотой орбиты от 300 до 1500 км.
3.31 оптимальная рабочая частота; ОРЧ: Частота, равная 85% от максимальной применимой частоты.
3.32 опасное гелиогеофизическое явление; ОГЯ: Процесс или явление, возникающее в околоземном космическом пространстве, которое по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности оказывает или может оказать поражающее воздействие на функционирование технических и биологических систем как на Земле, так и в околоземном космическом пространстве.
3.33 поглощение радиоволн в ионосфере: Уменьшение энергии радиоволны вследствие частичного перехода ее в другие виды энергии в результате взаимодействия со средой.
3.34 прогноз распространения радиоволн в ионосфере: Предсказание условий распространения радиоволн при различных состояниях ионосферы.
3.35 пункт наблюдения сети радиотомографии: Ионосферный стационарный пункт наблюдения, оборудованный сетевыми программно-аппаратными комплексами приема сигналов низкоорбитальных и высокоорбитальных спутниковых навигационных систем и осуществляющий их передачу в Центры приема и обработки сигналов.
3.36 радиозондирование ионосферы: Обобщенное название методов исследования ионосферы с использованием передачи и (или) приема специальных радиосигналов.
3.37 радиотомографический разрез ионосферы: Двумерное сечение распределения концентрации электронов в ионосфере, получаемое методами радиотомографии на основе измерений характеристик ионосферы методом когерентных частот.
3.38 рефракция радиоволн в ионосфере: Искривление траектории распространения радиоволн вследствие изменения скорости их распространения при прохождении через неоднородную среду в присутствии магнитного поля Земли.
3.39 риометр: Специальный радиоприемник для непрерывного измерения уровня поглощения космического радиошума в ионосфере Земли.
3.40 риометрический метод исследования ионосферы: Метод измерений интегрального поглощения в ионосфере Земли радиоизлучения космических источников.
3.41 сеть радиотомографии: Совокупность пунктов наблюдения сети радиотомографии и Центров приема и обработки сигналов. Сеть радиотомографии входит в состав ионосферной наблюдательной сети.
3.42 скорость ионизации: Количество актов ионизации в единице объема в единицу времени под действием источника ионизации.
3.43 слой F1: Нижний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.
3.44 слой F2: Верхний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.
3.45 спорадический слой Es: Узкий нерегулярно образующийся в силу тех или иных гелиогеофизических условий слой на высотах области E.
3.46 средство измерений: Техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики. [РМГ 29-2013, пункт 6.2] |
3.47 станция вертикального радиозондирования ионосферы: Ионозонд, предназначенный для проведения вертикального радиозондирования ионосферы.
3.48 станция наклонного радиозондирования ионосферы: Ионозонд, предназначенный для проведения наклонного радиозондирования ионосферы.
3.49 стационарный пункт ионосферных наблюдений: Комплекс, включающий в себя земельный участок или часть акватории с установленными на них приборами и оборудованием, предназначенными для определения количественных параметров и качественных характеристик ионосферы.
3.50 технические системы и устройства с измерительными функциями: Технические системы и устройства, которые наряду с их основными функциями выполняют измерительные функции. [ГОСТ Р 8.674-2009, пункт 3.13] |
3.51 трансионосферное радиозондирование: Радиозондирование ионосферы между ИСЗ и наземной станцией вертикального радиозондирования ионосферы, которое осуществляется в двух вариантах: прямое - прием на Земле сигналов бортового ионозонда и обратное - прием на борту ИСЗ сигналов наземного ионозонда,
3.52 урсиграмма: Стандартный формат представления гелиогеофизической информации разного вида.
3.53 энергичные частицы: Электроны и ионы с энергиями, превышающими среднюю тепловую.
4.1 В настоящем руководящем документе введены и применены следующие обозначения:
- Ar - аргон;
- c - скорость света;
- CO2 - углекислый газ;
- D область - часть ионосферы, расположенная приблизительно между 50 и 90 км над поверхностью Земли;
- D0 - дальность радиотрассы вдоль земной поверхности;
- D(fm) - дальность вдоль земной поверхности;
- e - заряд электрона;
- e- - электрон;
- E область - часть ионосферы, расположенная приблизительно между 90 и 140 км над поверхностью Земли;
- E - вектор напряженности электрического поля;
- f - частота;
- F область - часть ионосферы, расположенная над поверхностью Земли на высоте более 140 км;
- F10,7 - поток солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см, выраженный в солнечных единицах потока радиоизлучения, одна солнечная единица потока радиоизлучения равна 10-22 Вт/(м·Гц);
- fbEs - экранирующая частота слоя Es, т.е. наименьшая частота, на которой наблюдаются отражения первого порядка O-компоненты от вышележащей области;
- fH - гирочастота электрона;
- fHs - гирочастота на высоте спутника;
- fm - частота зондирования;
- fmin - минимальная частота, наблюдаемая на ионограммах вертикального радиозондирования ионосферы (ВЗ); минимальная частота носового свистящего атмосферика;
- fo, fx, fz - частоты обыкновенной, необыкновенной и z-волн;
- f0s, fxs, fzs, - частоты обыкновенной, необыкновенной и z-волн в окрестности спутника;
- fobl - частота наклонного радиозондирования ионосферы (НЗ);
- foE, foF1, foF2 - критические частоты обыкновенной волны области E, слоев F1, F2;
- foEs - предельная частота обыкновенной радиоволны, отражающейся от спорадического слоя Es
- (foF2)в - возмущенное значение foF2;
- (foF2)p - предположительная критическая частота обыкновенной волны;
- fp - плазменная частота электронов;
- fR - высокочастотная отсечка удаленного резонанса;
- fTs - верхняя гибридная частота в окрестности спутника;
- ftEs - предельная частота отражения от слоя Es;
- fxF2 - критическая частота X-компоненты, отраженной от слоя F2;
- (fXF2)p - предположительная критическая частота необыкновенной волны;
- fxI - наибольшая частота, на которой имеются отражения от области F, независимо от того, отражаются ли они от ионосферы над головой или при наклонном падении;
- fv - частота ВЗ;
- h - высота;
- H - атомарный водород;
- H - модуль вектора напряженности магнитного поля;
- H - вектор напряженности магнитного поля;
- h0 - нижняя граница ионосферы;
- H2 - молекулярный водород;
- hmax - высота максимума области;
- hmaxF - высота максимума F-области;
- hmaxF2 - высота максимума слоя F2;
- Hs - модуль вектора напряженности магнитного поля в окрестности спутника;
- Ho - высота слоя, в котором уместилась бы вся атмосфера, если бы Pn, nn или 
не уменьшались с высотой;
не уменьшались с высотой;- hpF2 - действующая высота следа отражений O-компоненты на частоте, равной 0,834·foF2;
- 
- постоянная Планка;
- постоянная Планка;- h' - действующая высота отражения;
- He - гелий;
- h'E - минимальная действующая высота области E;
- h'Es - минимальная действующая высота слоя Es, используемая для определения foEs;
- h'F - минимальная действующая высота следа отражений O-компоненты от взятой в целом области F;
- h'F2 - минимальная действующая высота слоя F2;
- 
- задержка, вызванная распространением сигнала через ионосферу;
- задержка, вызванная распространением сигнала через ионосферу;- J - интенсивность потока ионизирующего излучения Солнца;
- J144 - интенсивность потока ионизирующего излучения Солнца при уровне солнечной активности F10,7 равном 144;
- k - целое число;
- keff - эмпирический коэффициент для учета кривизны ионосферы;
- l - скорость гибели заряженных частиц;
- 
, 
- обозначения измерений фаз на частотах f1 и f2;
, - обозначения измерений фаз на частотах f1 и f2;- lb - длина базовой линии;
- m - масса электрона;
- M3000F1 - коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте слоя F1 при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км;
- M3000F2 - коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте слоя F2 при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км;
- Moi - молекулярная масса;
- n - показатель преломления среды;
- n' - групповой показатель преломления;
- N2 - молекулярный азот;
- Ne - концентрация электронов;
- 
- концентрация электронов в максимуме области;
- концентрация электронов в максимуме области;- NmaxF - концентрация электронов в максимуме F-области;
- NO - оксид азота;
- nn - концентрация нейтральных частиц;
- O - атомарный кислород;
- [O] - концентрация атомного кислорода;
- O2 - молекулярный кислород;
- O3 - озон;
- 
, 
- обозначения измерений псевдодальностей на частотах f1 и f2;
, - обозначения измерений псевдодальностей на частотах f1 и f2;- Pn - давление;
- P'(f) - групповой путь радиоволны с частотой f, падающей наклонно;
- q - скорость образования заряженных частиц;
- q(h) - высотный профиль скорости образования электронов;
- qmax - скорость ионообразования в максимуме области;
- 
- координаты точки;
- координаты точки;- re - радиус Земли;
- rm - высота отражения для радиоволны частоты fm, отсчитываемая от центра Земли;
- Rz - число Вольфа;
- t - время;
- 
- задержка, вызванная распространением сигнала через тропосферу;
- задержка, вызванная распространением сигнала через тропосферу;- Tn - температура нейтральной атмосферы;
- uf - фазовая скорость волны;
- ug - групповая скорость;
- V - скорость переноса;
- w - дрейф;
- 
- диссоциативная рекомбинация;
- диссоциативная рекомбинация;- 
- эффективный коэффициент рекомбинации;
- эффективный коэффициент рекомбинации;- 
- линейный коэффициент потерь;
- линейный коэффициент потерь;- 
- вертикальный угол прихода;
- вертикальный угол прихода;- 
- вертикальный угол прихода для частоты зондирования fm;
- вертикальный угол прихода для частоты зондирования fm;- 
- приведенный групповой путь;
- приведенный групповой путь;- 
- ошибка синхронизации часов спутника;
- ошибка синхронизации часов спутника;- 
- ошибка синхронизации часов приемника;
- ошибка синхронизации часов приемника;- 
- длина волны;
- длина волны;- 
- частота столкновений;
- частота столкновений;- 
- угол между направлением нормали к фронту волны и вектором магнитного поля Земли;
- угол между направлением нормали к фронту волны и вектором магнитного поля Земли;- 
- плотность нейтральных частиц;
- плотность нейтральных частиц;- 
- геометрическое расстояние между спутником k и приемником i;
- геометрическое расстояние между спутником k и приемником i;- 
- плотность газа;
- плотность газа;- 
- угол между волновым вектором и нормалью к изолинии электронной концентрации ионосферы на действующей высоте отражения h';
- угол между волновым вектором и нормалью к изолинии электронной концентрации ионосферы на действующей высоте отражения h';- Ф - геомагнитная широта;
- 
- зенитный угол Солнца;
- зенитный угол Солнца;- 
- затухание радиоволны;
- затухание радиоволны;- 
- круговая частота.
- круговая частота.4.2 В настоящем руководящем документе введены и применены следующие сокращения:
- ФГБУ "ААНИИ" - ФГБУ "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт";
- АИС - аналоговая ионосферная станция ВЗ;
- АП - авроральное поглощение;
- АПК - аппаратно-программный комплекс;
- АСПД - автоматизированная система передачи данных;
- АФК - антенно-фидерный комплекс;
- АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
- ВГВ - внутренние гравитационные волны;
- ВЗ - вертикальное радиозондирование ионосферы;
- ВМО - Всемирная метеорологическая организация;
- ФГБУ "ВНИИГМИ-МЦД" - ФГБУ "Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных";
- ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева" - ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева";
- ФГУП "ВНИИОФИ" - ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" Росстандарта;
- ФГУП "ВНИИФТРИ" - ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений";
- ВнЗ - внешнее радиозондирование ионосферы;
- ВНЗ - возвратно-наклонное радиозондирование ионосферы;
- ВНКА - высокоорбитальные навигационные космические аппараты;
- ВНС - высокоорбитальные навигационные системы;
- ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи;
- ВОРТ - высокоорбитальная радиотомография;
- ВЧ - высокочастотный;
- ГЛОНАСС - Глобальная радионавигационная система;
- ГЦ РАН - ФГУП "Геофизический центр Российской академии наук";
- Закон - закон Российской Федерации: "Об обеспечении единства измерений" N 102-ФЗ от 26.06.2008;
- ЗГМО - зональная гидрометеорологическая обсерватория;
- ИБП - источник бесперебойного питания;
- ИК-19 - Интеркосмос 19;
- ФГБУН "ИДГ РАН" - ФГБУН "Институт динамики геосфер Российской академии наук";
- ИЗМИРАН - ФГБУН Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук;
- ИИТС - интегрированная информационно-телекоммуникационная система сбора и обмена геофизической информацией;
- ФГБУН "ИКИ РАН" - ФГБУН "Институт космических исследований Российской академии наук";
- ИОНДА - код урсиграммы с текущими ионосферными данными;
- ИОНКА - код урсиграммы с результатами обработки ионограммы;
- ИОНХА - код урсиграммы с ионосферными характеристиками, полусуточными прогнозами;
- ИП - источник питания;
- ФГБУ "ИПГ" - ФГБУ "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова";
- ФГБУН "ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН" - ФГБУН "Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН";
- ИСЗ - искусственный спутник Земли;
- ФГБУН "ИСЗФ СО РАН" - ФГБУН "Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук";
- ФГБУН "ИФА РАН" - ФГБУН "Институт физики атмосферы Российской академии наук";
- К 1809 - Космос 1809;
- КА - космический аппарат;
- КВ - коротковолновый;
- КОИ - комплекс обработки ионограмм;
- КСД - кривая спокойного дня;
- КУ - комплекс управления;
- ЛЧМ - линейно частотно модулированные сигналы;
- МИТРА - Multiaddress Information TRAnsmission (многоадресная передача информации);
- МПЧ - максимально применимая частота;
- МПЧ(XXXX) (X)(XX) - максимально применимая частота с пояснительными обозначениями: (XXXX) - расстояние между приемником и передатчиком, (X) - количество скачков на трассе между приемником и передатчиком, (XX) - обозначение ионосферного слоя отражения сигнала. Указанные в скобках параметры могут опускаться;
- МШУ - малошумящий усилитель;
- НЗ - наклонное радиозондирование ионосферы;
- ФГБУН "НИИЯФ" - ФГБУН "Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова";
- ФГУП "НИИУС" - ФГУП "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" Росстандарта;
- НИУ - научно-исследовательское учреждение;
- НКПОР - наземный комплекс приема, обработки и распространения спутниковой информации;
- ННКА - низкоорбитальные навигационные космические аппараты;
- ННС - низкоорбитальные навигационные системы;
- НОРТ - низкоорбитальная радиотомография;
- НПО "Тайфун" - Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственное объединение "Тайфун" (ФГБУ "НПО "Тайфун");
- НПЧ - наименьшая применимая частота;
- ОАО НПК НИИДАР - ОАО НПК "Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи";
- ОГЯ - опасное гелиогеофизическое явление;
- ОКП - околоземное космическое пространство;
- ОКСИОН - Общероссийская комплексная система оповещения населения;
- ОРЧ - оптимальная рабочая частота;
- ОТИЗ - обратное трансионосферное радиозондирование;
- ПАК - программно-аппаратный комплекс;
- ПКК - пилотируемый космический комплекс;
- ПНС - подсистема низовой связи;
- ПО - программное обеспечение;
- ППШ - поглощение в полярной шапке;
- ППС - поглощение типа Полярное Сияние;
- ПСД - платформа сбора данных;
- ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина;
- ПЭС - полное электронное содержание;
- РПДУ - радиопередающее устройство;
- РПУ - радиоприемное устройство;
- РТ - радиотомография;
- РТС - сеть радиотомографии;
- РТЦ - радиотомографическая цепочка;
- СП - стационарный пункт;
- СПБР - приемник сигналов низкоорбитальных навигационных и специализированных КА;
- станция ВЗ - станция вертикального радиозондирования ионосферы;
- СЦРИ - система циркулярного распространения информации Росгидромета;
- ТИЗ - трансионосферное радиозондирование;
- ТК - технический комитет;
- ТККС - транспортная корпоративная компьютерная сеть;
- УГМС - Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
- УКВ - ультракоротковолновый;
- ФГБУ - федеральное государственное бюджетное учреждение;
- ФГБУН - федеральное государственное бюджетное учреждение науки;
- ФГУП - федеральное государственное унитарное предприятие;
- ФКМ - фазо-кодоманипулированный;
- ФГБУ "ЦАО" - ФГБУ "Центральная аэрологическая обсерватория";
- ЦГМС - центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;
- ЦГМС-Р - центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями;
- ЦОД - центр обработки данных;
- ЦСД - центр сбора данных;
- ЭВМ - электронно-вычислительная машина;
- CADI - Canadian Advanced Digital Ionosonde (Канадский передовой цифровой ионозонд);
- COM-порт (Communications Port - последовательный порт);
- DPS - Портативный цифровой ионозонд;
- ET-EGOS - Expert Team on Evolution of Global Observing Systems (Экспертная группа по развитию глобальных систем наблюдений);
- FTP - File Transfer Protocol (протокол передачи файлов);
- GNSS - Global Navigation Satellite System (глобальная спутниковая навигационная система);
- GPS - Global Positioning System (глобальная навигационная система);
- GSM - глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи;
- GST WMO - глобальная система телесвязи Всемирной метеорологической организации;
- HTTP - HyperText Transfer Protocol (протокол передачи гипертекста);
- IGRF - International Geomagnetic Reference Field (Международное отсчетное геомагнитное поле);
- IR - инфракрасный;
- IRNSS - Indian Regional Navigation Satellite System (Индийская региональная спутниковая система);
- ITU - Международный союз электросвязи;
- NAT - Network Address Translator, ретранслятор внутренних сетевых адресов во внешнюю сеть;
- NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration;
- OSI - Open System Interconnection (стандартная модель взаимодействия открытых систем);
- PCA - Polar Cap Absorption, поглощение в полярной шапке;
- QZSS - Quasi-Zenith Satellite System (Квазизенитная спутниковая система);
- RINEX - Receiver Independent Exchange Format (Формат независимого обмена приемников);
- RWD - регулярные мировые дни;
- SBAS - Space Based Augmentation System (Спутниковая система дифференциальной коррекции);
- SID - sudden ionospheric disturbances (внезапные ионосферные возмущения);
- SIM - Subscriber Identification Module (модуль идентификации абонента);
- SSH - Secure Shell (безопасная оболочка);
- SSTP VPN - Secure Socket Tunneling Protocol Virtual Private Network (безопасный протокол туннелирования интерфейсов в виртуальной частной сети);
- SWI - Специальные мировые интервалы;
- TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol (протокол управления передачей/межсетевой протокол);
- URSI - Международный научный радиосоюз;
- USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина);
- UV - ультрафиолетовый;
- UT - международное время (сокращение применено при демонстрации оригинальных продуктов работы ионозондов);
- VSAT - Very Small Aperture Terminal (малая спутниковая наземная станция);
- WMO - World Meteorological Organization (ВМО);
- X - рентгеновский.
Основными методами ионосферных наблюдений являются: вертикальное радиозондирование ионосферы (далее - ВЗ), наклонное радиозондирование ионосферы (далее - НЗ), возвратно-наклонное радиозондирование ионосферы (далее - ВНЗ), внешнее радиозондирование ионосферы (далее - ВнЗ), трансионосферное радиозондирование (далее - ТИЗ), низкоорбитальная радиотомография (далее - НОРТ) и высокоорбитальная радиотомография (далее - ВОРТ), риометрический метод.
5.2.1.1 Метод ВЗ основан на измерении времени распространения посланных вертикально вверх и вернувшихся обратно коротких радиоимпульсов с приемлемой степенью точности. Принимая скорость распространения импульсов равной скорости света, по времени запаздывания отраженного от ионосферы сигнала относительно испущенного можно получить действующую высоту отражения h' на данной частоте f. Так как в действительности скорость распространения сигналов в ионосфере меньше скорости света (из-за их взаимодействия с заряженными частицами), h' всегда превышает истинную высоту h. Это превышение тем больше, чем выше концентрация заряженных частиц в ионосфере и, соответственно, сильнее ее влияние на распространяющиеся в ней сигналы.
5.2.1.2 При ВЗ частоту несущей радиоимпульсов изменяют от низкой к высокой. Причем каждый излученный радиоимпульс может оставить как один, так и несколько следов на ионограмме. Эти следы будут наблюдаться до тех пор, пока частота излучаемого сигнала не сравняется, а затем и превысит некую предельную для данных условий величину, связанную с концентрацией электронов в ионосфере. Вводится понятие критической частоты слоя (области) fo# - наивысшей частоты радиоизлучения, при которой слой (область) ионосферы не только отражает вертикально направленную радиоволну, но и пропускает ее, где # - наименование слоя (области) отражения.
5.2.1.3 Метод ВЗ является самым чувствительным и информативным методом исследования и контроля состояния ближнего космоса. Это обусловлено тем, что в основе метода ВЗ лежит эффект резонанса между частотой падающей (снизу) на ионосферу электромагнитной волны, испущенной ионозондом, и частотой плазменных колебаний, возбуждаемых ею в среде, в которой существуют в заметных количествах не только ионы, но, прежде всего, свободные электроны. В силу того, что последние значительно легче массивных ионов, они гораздо эффективнее, нежели ионы, взаимодействуют с радиосигналами.
5.2.2.1 Измерения методом ВЗ проводят с помощью ионозондов, иногда именуемых станциями вертикального радиозондирования ионосферы (далее - станции ВЗ). Ионозонд состоит из:
- импульсного генератора;
- широкополосного передатчика с передающей антенной (далее - передающая система);
- приемного устройства с приемной антенной (далее - приемная система);
- преобразователя сигналов;
- блока индикатора.
Генератор возбуждает короткие прямоугольные радиоимпульсы (от 50 до 200 мкс), несущая которых меняется с частотой, как правило, в пределах от 1 до 20 МГц. Они усиливаются в широкополосном передатчике и излучаются вертикально вверх. Синхронно с перестройкой частоты широкополосного передатчика перестраиваются и входные каскады приемного устройства, настроенные на ту же частоту, что и широкополосный передатчик. В блоке преобразователя сигналов частоты формируются высотные и частотные метки. В блоке индикатора эти метки смешиваются с отраженными сигналами, в результате чего возникает панорамное изображение ионосферы - ее высотно-частотная характеристика.
5.2.2.2 Основы единой международной методики, прописывающей правила обработки данных наблюдений и необходимой для сопоставимости результатов, выработаны при подготовке и проведении двух Международных геофизических годов: первого - в 1957 и 1958 гг., приуроченного к максимуму 11-летнего цикла солнечной активности и второго - в 1964 и 1965 гг. - Международного года спокойного Солнца. Измерения характеристик ионосферы проводились на аналоговой аппаратуре. Массив результатов измерений, архивируемый в Мировых центрах данных до конца XX века, состоит из кинопленок с изображениями ионограмм и результатов их ручной обработки.
5.2.2.3 Современные средства радиолокации ионосферы основаны на цифровой технике. Это, с одной стороны, позволяет повысить точность регистрируемых стандартных параметров (критических частот и действующих высот отражений), с другой - полностью или частично автоматизировать процедуру обработки данных измерений. К числу наиболее широко распространенных зарубежных комплексов подобной аппаратуры относятся "Digisonde" и "Dynasonde-21". Из отечественных разработок наиболее известны ионозонды серии АИС, "Авгур" и "Парус". Анализ цифровых ионограмм позволяет расширить число измеряемых ионосферных радиофизических параметров: регистрировать не только действующие высоты отражения, но и частотные зависимости амплитуды сигнала, фазы, доплеровского сдвига, поляризации и т.д.
Завершающим этапом метода ВЗ является расчет Ne(h)-профиля ионосферы, Ne - концентрация электронов. Формально это численное решение интегрального уравнения Вольтерра для каждой в отдельности из магнитоионных компонент отраженного от ионосферы сигнала.
Действующая высота отражения h' для радиоволны с частотой f, падающей на ионосферу вертикально, вычисляется по формуле
где h0 - нижняя граница ионосферы (высота, где ионизация отсутствует);
h - истинная высота отражения от ионосферы, являющаяся искомой величиной;
- групповой показатель преломления частоты f,c - скорость света,
ug - групповая скорость - скорость движения "группы волн", образующих в каждый данный момент времени локализованный в пространстве волновой пакет,
n - показатель преломления среды, равный отношению скорости волны в вакууме к ее скорости в данной среде.
В результате решения уравнения (1) находится зависимость частоты от истинной высоты отражения - f(h)-профиль, то есть каждой высоте ставится в соответствие плазменная частота fp. Переход от частотной зависимости к концентрации Ne осуществляется по формуле (А.19, приложение А).
В современных ионозондах решение уравнения (1) происходит с использованием встроенных программ автоматической обработки ионограмм. Полученный f(h)-профиль наносятся на ионограмму.
5.3.1.1 Суть метода многочастотного НЗ состоит в пространственном разносе приемной и передающей систем ионозонда и синхронизации процессов излучения и приема. Метод НЗ дает как возможность прямого экспериментального исследования прохождения радиоволн на фиксированной дальности, так и возможность оценки состояния ионосферы в области средней точки радиотрассы на расстояниях односкачкового прохождения. Метод НЗ обладает возможностями исследования радиофизических проявлений локализованных искусственных ионосферных возмущений - бистатическое радиозондирование.
5.3.1.2 Результатом наклонного радиозондирования ионосферы является ионограмма НЗ, которая отражает частотную зависимость группового запаздывания сигналов, прошедших различными путями в ионосфере, в точке приема, т.е. модовую структуру волнового поля.
На рисунках 1а и 1б приведены примеры современных ионограмм НЗ на основе использования технологии линейно частотно модулированного (ЛЧМ) сигнала на практически ортогональных трассах с наличием комбинированной моды 1E + 1F2 (1F2 + 1E), соответственно, Кипр - ИЗМИРАН и Англия - ИЗМИРАН (март 2003 г.).
5.3.1.3 Метод НЗ дает прямое измерение максимально применимой частоты (МПЧ) ионосферных слоев для дальности радиотрассы.
5.3.1.4 В методе НЗ разделяют прямую и обратную задачи. В экспериментальном плане прямая задача состоит в регистрации модовой структуры волнового поля, связанной с отражениями от ионосферных слоев - функции группового пути и, возможно, углов прихода от частоты зондирования. Теоретический аспект прямой задачи имеет своей целью синтез ионограммы НЗ в математической модели ионосферы на основе механизмов переноса излучения, как правило, в приближении геометрической оптики для волнового уравнения, что важно для задачи прогнозирования прохождения радиоволн в ионосфере. Цель обратной задачи НЗ - оценка распределения концентрации электронов, на основе данных о групповом запаздывании и возможных дополнительных измерениях углов прихода, как функции частоты односкачковых мод.
5.3.1.5 В отличие от ионограмм ВЗ в ионограммах НЗ имеет место разделение следа мод на нижний и верхний лучи (рисунок 1), и точка их смыкания имеет специальный термин - МПЧ ионосферного слоя. Ее величина в основном зависит от критической частотой слоя, но также и от других параметров слоя: высоты, полутолщины и от распределения нижележащей ионизации.
5.3.1.6 В применении к практике ионосферной радиосвязи используется параметр - наименьшая применимая частота (НПЧ). Данная частота соответствует нижнему пределу частотного интервала наличия связи. Ее значение зависит от уровня поглощения радиоволн на радиотрассе (затухание радиоволн уменьшается с ростом частоты), уровня электромагнитных шумов в месте приема и того уровня напряженности поля, который требуется для обеспечения технической устойчивости передачи информации. В экспериментальных исследованиях ионосферы используется также термин наименьшая наблюдаемая частота (ННЧ) - наименьшая частота, на которой возможна регистрация радиосигналов НЗ.
5.3.1.7 Некоторой разновидностью метода НЗ можно считать случай совмещения пунктов излучения и приема с промежуточным обратным отражением (рассеянием) от земной поверхности - метод ВНЗ.
5.3.2.1 В приближении плоской изотропной ионосферы между ионограммами НЗ и ВЗ существует взаимосвязь, определяемая аналитическими соотношениями. Согласно теореме Брайта и Тьюва время распространения волны из точки A в точку B через ионосферу равно времени распространения волны из точки A в точку G в свободном пространстве (рисунок 2а).
а - схема простого соответствия механизма НЗ;
б - зависимость эмпирического поправочного коэффициента от дальности.
- вертикальный угол прихода;D0 - дальность радиотрассы вдоль земной поверхности;
- угол между волновым вектором и нормалью к изолинии концентрации электронов ионосферы на действующей высоте отражения h' = TG.Связь между частотами наклонного fobl и вертикального fv зондирования определяется согласно теореме Мартина, известной как закон секанса,
Для учета кривизны Земли и ионосферы в соотношение (2) вводится эмпирический поправочный коэффициент keff и тогда
где keff - функция действующей и истинной высот, дальности и т.д., не имеет общего аналитического представления. Область допустимых значений keff в зависимости от дальности D0 лежит в пределах от 1,0 до 1,2 - (рисунок 2б).
Действующая высота отражения вертикально падающей на ионосферу радиоволны с частотой fv, обозначаемая h', и групповой путь P' связаны соотношением
где re - радиус Земли;
;P'(fobl) - групповой путь радиоволны с частотой fobl, падающей наклонно.
Значение 
можно определить из соотношения
можно определить из соотношения
Последовательно применяя соотношения (4), (5) и (3), ионограмму НЗ пересчитывают в эквивалентную (эффективную) ионограмму ВЗ и далее в высотный профиль электронной концентрации.
Существенным ограничением данной методики пересчета является пренебрежение эффектом магнитоионного расщепления и влиянием горизонтальной неоднородности ионосферы.
5.3.2.2 Оценку ионосферных параметров, в частности высотного Ne(h)-профиля, проводят так же, решая обратную задачу НЗ для изотропной сферически-слоистой одномерной ионосферы с асимптотическим учетом влияния магнитоионного расщепления
(6)
(7)где для каждой зондирующей радиоволны частоты fm определены:
rm - высота отражения, отсчитываемая от центра Земли,
- вертикальный угол прихода.5.3.2.3 Оценки параметров ионосферы в главном ионосферном максимуме для дневных условий радиотрассы меридионального направления по данным НЗ лежат в некоторой середине параметров в точках передающего и приемного устройств (терминальных точках). Пример восстановления высотных профилей электронной концентрации по данным комплексного (ВЗ и НЗ) радиозондирования ионосферы на радиотрассе Дурбс (Бельгия) - Рокитес (Испания) 1992-06-21 приведен на рисунке 3. Данные радиозондирования ионосферы получены двумя классическими импульсными ионозондами ВЗ Digisonde 256, дополнительно к их базовой функции ВЗ была реализована процедура регистрации взаимных ионограмм НЗ. На рисунке 3 представлены профили электронной концентрации: сплошные линии - в терминальных точках, полученные по данным ВЗ; квадратики - восстановленные по ионограммам НЗ, принятым в Дурбс - Рокитес.
Для наглядности высотный профили в Рокитес смещены на +1 МГц в частотной области.
5.3.3.1 Важным элементом в технике проведения многочастотного НЗ является вид применяемого сигнала и технология его обработки. В радиофизических ионозондовых исследованиях в настоящее время применяются три вида сигналов: простой гладкий импульс (классический метод), фазо-кодоманипулированный (ФКМ) и ЛЧМ сигналы. В НЗ практика использования ФКМ сигналов практически отсутствует в силу дисперсионных искажений, которые существенны даже при ВЗ. На рисунке 4а приведена ионограмма НЗ, снятая с применением цифровых методов обработки классического импульсного сигнала на трассе Калининград - ИЗМИРАН, имеющей дальность ~ 1100 км. Видно разделение мод, формирующихся при отражении от ионосферных слоев, МПЧ, но не хватает разрешения для качественного разделения магнитоионных компонент внутри мод, верхних лучей и следов кратных отражений.
а - с использованием простого импульсного метода,
б - на основе применения ЛЧМ-сигнала
5.3.3.2 В основе метода использования ЛЧМ-сигнала лежит перевод группового запаздывания зондирующих сигналов в частотное пространство и использование развитых методов спектрального анализа для их разрешения. Для этого частоты передатчика и приемника синхронно перестраиваются и вследствие того, что для различных мод время прохождения расстояния между двумя конечными точками трассы различается, в суммарном волновом поле они будут иметь различное частотное смещение. Чем ниже скорость перестройки, тем большая энергия может быть передана в конкретном частотном интервале, тем выше будет соотношение сигнал/шум и меньше требуемая мощность излучения. Однако при этом возрастает общее время зондирования. Разрешающую способность данного метода так же, как и в классическом случае, ограничивает дисперсионное искажение при расширении полосы зондирующего сигнала и рассеяние на мелкомасштабных неоднородностях. В настоящее время наиболее употребительной скоростью перестройки является ~ 100 кГц/с. Мощность передатчика варьируется в пределах от 100 Вт до 2 кВт непрерывного излучения. Первые ионограммы НЗ на основе этого принципа были получены в начале 70-х. Для ЛЧМ-сигнала также развита технология измерения углов прихода. Пример современной ионограммы НЗ, полученной на трассе ИЗМИРАН - Нижний Новгород (~ 500 км, 2012-08-30T10:06Z), представлен на рисунке 4б. Использование техники ЛЧМ-зондирования позволяет выделить не только базовые моды, но и различить магнитоионные компоненты внутри этих мод. Качество ионограмм НЗ в технике ЛЧМ-зондирования, в общем, заметно выше по сравнению с простым импульсным методом.
5.4.1.1 Ионозонд, установленный на ИСЗ дает возможность получать информацию о структуре и процессах на высотах между ИСЗ и максимумом ионосферы. Общее название такого метода исследования - внешнее радиозондирование. Если орбита ИСЗ находится ниже максимума слоя F2, то может использоваться термин внутреннее радиозондирование.
5.4.1.2 При ВнЗ вдоль всей траектории полета спутника могут быть получены следующие параметры: критическая частота и высота максимума слоя F2 (foF2, hmaxF2); распределение электронной концентрации от ИСЗ до главного максимума электронной концентрации слоя F2 - Ne(h)-профиль. Параметры распределения электронной концентрации выше hmaxF2 не могут быть получены при ВЗ. Соответственно при ВнЗ слой F1 и области E и D будут недоступны для тщательного анализа, характерного для радиозондирования.
5.4.1.3 В таблице 1 приведены значения основных параметров орбит ИСЗ с ионозондами на борту и даты их запуска.
Название ИСЗ | Перигей, км | Апогей, км | Наклонение, градусы | Дата запуска |
Alouette-1 | 1031 | 996 | 80,5 | 1962-09-29 |
Alouette-2 | 2982 | 508 | 79,8 | 1965-11-28 |
ISIS-I | 3523 | 574 | 88,4 | 1969-11-30 |
ISIS-B | 1700, круговая | 75 | 1971 | |
Explorer XX | 800, круговая | Полярная | 1964-08-25 | |
ISS-b | 1220 | 972 | 70 | 1978-04-24 |
Интеркосмос 19 (далее - ИК-19) | 600 | 1000 | 74 | 1979 |
Космос 1809 (далее - К1809) | 940 | 980 | 84 | 1986-12-21 |
Пилотируемый космический комплекс (ПКК) МИР | 370 | 340 | 52 | март 1996 |
Примечание - Запуск ИСЗ ИК-19, К 1809, ПКК МИР осуществлен в СССР, запуск ISS осуществлен Японией. Остальные ИСЗ запущены США и Канадой, позже присоединились Великобритания, Франция. | ||||
5.4.1.4 Для космических ионозондов конкурирующими характеристиками являются пространственное разрешение (расстояние, проходимое спутником между двумя ионограммами) и частотное разрешение (разница по частоте между двумя последовательными импульсами). Выбирается компромиссное решение между возможностью детального исследования вертикальной структуры ионосферы по одной ионограмме и возможностью изучения пространственной структуры ионосферы на основе серии ионограмм. Так, например, ионозонд на ИСЗ "Эксплорер-XX" получал ионограммы через каждые 750 м, но только на шести фиксированных частот, в то время как ионозонд ИС-338 (на ИСЗ ИК-19) снимал ионограммы ориентировочно через 60 км, но при съемках каждой ионограммы производилось 338 зондирований. При этом частотный шаг в области плазменных резонансов составлял 25 кГц, а в областях снятия критических частот ионосферы 50 кГц.
В таблице 2 приведены параметры ионозондов, установленных на различных спутниках.
Название ИСЗ | Диапазон частот либо дискретный набор частот, МГц | Мощность передатчика, Вт | Длительность импульса, мкс | Частота повторения импульсов, Гц | Скорость изменения частоты, МГц/с |
Alouette-1 | От 1 до 12 включ. | 100 | 100 | 62 | 1 |
Alouette-2 | От 0,2 до 13,5 включ. | 300 | 100 | 30 | 0,12 и 1 включ. |
ISIS-I | От 0,1 до 10(20) <*> включ. | 400 | 98 | 30 | Переменная от 0,31 до 1 <**> включ. |
0,25; 0,48; 1; 1,95; 4,0; 9,303 | |||||
ISIS-B | От 0,1 до 10(20) включ. | 400 | 87 | 45 | Переменная от 0,25 до 1 включ. |
Explorer XX | 1,5; 2; 2,8; 3,7; 5,5; 7,22 | ~ 100 <***> | 100 | Время приема 15 мс на 1 частоте | - |
ISS-b | От 0,5 до 14,8 включ., шаг 0,1 | Нет данных | Нет данных | Нет данных | 1 или 2 |
ИК-19 | От 0,3 до 15,95 включ. | ~ 200 | 133 | 58,6 | 2,5 |
К 1809 | От 0,3 до 15,95 включ. | ~ 200 | 133 | 58,6 | 2,5 |
ПКК МИР | От 3 до 15,95 включ. | > 350 | 133 | 58,6 | 2,5 |
5.4.1.5 Параметры научной аппаратуры отечественных спутников ИК-19 и К 1809 - системы моноимпульсного (на каждой частоте используется только один импульс) радиозондирования ионосферы ИС-388, в частности, ее основного компонента, предназначенного для ВнЗ - бортового ионозонда ИОН-1:
Диапазон зондирующих частот, МГц | ... от 0,3 до 15,95 |
Количество рабочих частот | ... 338 дискретных частот с кварцевой стабилизацией |
Шаг дискретности частот, кГц | ... 25 в диапазоне от 0,3 до 1,5 МГц и |
... 50 в диапазоне от 1,5 до 15,95 МГц | |
Ширина полосы приемника по уровню 0,7 | ... около 12 кГц |
Длительность импульсов передатчика, мкс | ... 133 |
Частота повторения, Гц | ... 58,6 |
Число импульсов на каждой из дискретных частот | ... 1 |
Длительность сеанса зондирования, с | ... около 6 |
Импульсная мощность передатчика, Вт, не менее | ... 140 |
Чувствительность приемника, мкВ, при соотношении сигнал-шум, равном 3 | ... около 10 с возможностью снижения чувствительности на 20 дБ по внешней команде |
Амплитудная характеристика приемника | ... близка к логарифмической, с динамическим диапазоном более 60 дБ |
Питание ионозонда от сети постоянного тока с напряжением, В | ... от 24 до 34 |
Потребляемая мощность, Вт, не более: | ... |
во время сеанса зондирования | ... 54 |
между сеансами | ... 0,2 |
Масса ионозонда, кг | ... 17,2 |
Объем, л | ... 18 |
Габариты, мм | ... 352·316·180 |
5.4.2.1 Метод ТИЗ направлен на изучение внутренней структуры ионосферы. Для его осуществления необходима синхронизация работы имеющихся бортового и наземного ионозондов одного типа в фиксированном диапазоне частот, заведомо перекрывающем возможные изменения частоты отсечки.
5.4.2.2 Схема метода. Излучающий ионозонд располагается на борту ИСЗ, а работающая только в режиме приема аппаратура - на Земле (рисунок 5). Бортовой ионозонд излучает синхронно тактами два радиоимпульса, один из которых, используется для синхронизации и заполнен постоянной частотой. Его длительностью ~10-5 с и частота, превышает 100 МГц, (использовались частоты от 136 до 138 МГц). Синхроимпульс проходит ионосферу насквозь с минимальной групповой задержкой и с возможно меньшим отклонением (за счет рефракции) от прямой, соединяющей передатчик и приемник.
1 - ионозонд на ИСЗ;
2, 4 - высокочастотный сигнал (f >= 100 МГц);
3, 5 - меняющийся сигнал в диапазоне зондирования;
6 - приемник
Второй радиоимпульс длительностью от 50 до 70 мкс заполнен меняющейся от импульса к импульсу зондирующей частотой на границе диапазона радиопрозрачности ионосферы в диапазоне работы станции ВЗ. После наклонного прохождения обоими импульсами всей ионосферы в каждом такте низкочастотный импульс вследствие большой групповой задержки движется позади высокочастотного импульса, и частотная зависимость этого запаздывания (пересчитанная в километры) регистрируется приемником на Земле в виде трансионограммы.
Разность условного расстояния, определяемая по времени задержки между приемом низкочастотного и высокочастотного сигналов в предположении, что скорость распространения сигналов постоянна и равна скорости света в вакууме, и истинного расстояния между ИСЗ и наземной станцией ВЗ называется приведенным групповым путем 
. Пространственная структура внутренней ионосферы может быть представлена рядом зависимостей электронной концентрации от дальности вдоль луча на трансионосферных траекториях. Частотные зависимости трансионосферных сигналов обычно помещают на ионограммах ВЗ или ВнЗ (рисунок 6).
. Пространственная структура внутренней ионосферы может быть представлена рядом зависимостей электронной концентрации от дальности вдоль луча на трансионосферных траекториях. Частотные зависимости трансионосферных сигналов обычно помещают на ионограммах ВЗ или ВнЗ (рисунок 6).
При одном прохождении бортового ионозонда над земной приемной аппаратурой снимается серия трансионограмм, характеризующая ионосферу, расположенную между бортовым ионозондом и приемником. Упомянутая серия вместе с серией ионограмм ВнЗ ложится в основу вычисления пространственной структуры ионосферы в зоне радиусом 5000 км вокруг наземной станции ВЗ.
5.4.2.3 Для повышения информативности и большей устойчивости приема сигналов ТИЗ, помимо дополнительной последетекторной обработки сигнала, целесообразно увеличить отношение сигнал/шум в трансионосферном канале. Для этого используется схема обратного трансионосферного радиозондирования (далее - ОТИЗ) с повышенной мощностью излучаемого сигнала. Мощный передатчик в этой схеме (рисунок 7а) располагается на Земле и синхронизируется по сигналам ИСЗ, а сброс информации о прохождении трансионосферного сигнала осуществляется на два пункта.
5.4.2.4 Функциональная схема устройства ОТИЗ приведена на рисунке 7б. По команде или автономно по заданной программе генератор вырабатывает сигнал, которым синхронно модулируются зондирующий передатчик и ультракоротковолновый (далее - УКВ) передатчик. УКВ передатчик излучает радиосигналы на постоянной частоте телеметрического канала, а зондирующий передатчик - в диапазоне зондирования на переменных дискретных частотах, определяемых диапазонным синтезатором, перестройкой которого по диапазону управляет генератор. Отраженные от ионосферы эхо-сигналы принимаются приемником, перестраиваемым синтезатором. С выхода приемника эхо-сигналы поступают в модулятор УКВ передатчика и транслируются на Землю.
а - принципиальная схема ОТИЗ
б - функциональная схема ОТИЗ:
на ИСЗ: 1 - генератор, 2 - диапазонный синтезатор, 3 - модулятор, 4 - зондирующий бортовой передатчик, 5 - приемник, 6 - УКВ передатчик;
на Земле: 7 - УКВ приемник, 8 - селектор, 9 - диапазонный синтезатор, 10 - модулятор, 11 - наземный передатчик
Принятые на Земле УКВ приемником сигналы поступают на селектор, который управляет диапазонным синтезатором и модулятором, таким образом, чтобы наземный передатчик излучил синхронно с бортовым передатчиком радиоимпульсы на тех же частотах, но с необходимым 
сдвигом. Радиосигналы наземного зондирующего передатчика, прошедшие снизу ионосферу насквозь, принимаются бортовым приемником и с помощью модулятора подмешиваются к эхо-сигналам бортового ионозонда и вместе с ними транслируются УКВ передатчиком на Землю, где принятые УКВ приемником, наряду с опорными и эхосигналами, регистрируются на ионограмме. При ОТИЗ следует дополнительно учитывать 
сдвиги излучаемого с Земли сигнала, обусловленные запаздыванием опорного сигнала на трассе ИСЗ - Земля.
сдвигом. Радиосигналы наземного зондирующего передатчика, прошедшие снизу ионосферу насквозь, принимаются бортовым приемником и с помощью модулятора подмешиваются к эхо-сигналам бортового ионозонда и вместе с ними транслируются УКВ передатчиком на Землю, где принятые УКВ приемником, наряду с опорными и эхосигналами, регистрируются на ионограмме. При ОТИЗ следует дополнительно учитывать сдвиги излучаемого с Земли сигнала, обусловленные запаздыванием опорного сигнала на трассе ИСЗ - Земля.5.4.2.5 Вопросы синхронизации бортовых и наземных ионозондов могут решаться различными способами. В настоящее время синхронизация наземного и бортового ионозондов может осуществляться по сигналам спутников GPS (Global Positioning System - глобальная навигационная система).
5.4.2.6. Большую информативность имеют результаты комплексных наблюдений при одновременной работе аппаратуры двух наземных пунктов, оснащенных установками ВЗ и ТИЗ, и спутникового ионозонда. При этом в различных комбинациях регистрируются ионограммы ВЗ, ВнЗ и трансионограммы, что позволяет при пролете ИСЗ определить пространственную картину изменения электронной концентрации в обширных районах. Это позволяет точнее провести расчет полного Ne(h)-профиля, так как возможное влияние горизонтальных градиентов электронной концентрации в данном случае сведено к минимуму. Наблюдается удовлетворительная стыковка Ne(h)-профилей внешней и внутренней ионосферы. Возможные рассогласования могут быть связаны как с погрешностями отсчета критических частот на ионограммах, так и с существованием в ионосфере горизонтальных градиентов электронной концентрации.
5.5.1. Современное радиозондирование, осуществляемое из одного пункта, включает в себя четыре известных сегодня вида радиозондирования: ВЗ, НЗ, являющиеся наземными исследованиями, ВнЗ и ТИЗ, проводящиеся с использованием ионозондов на космических аппаратах (КА). Ясно, что при этом из одного пункта можно получить информацию о явлениях различной пространственной протяженности, начиная с размеров, сравнимых с длиной волны 
, и кончая размерами, намного превышающими размеры первой зоны Френеля, т.е. по горизонтали сравнимыми с высотой максимума ионосферы (от 200 до 350 км). Это касается методов ВЗ и НЗ. Если же пункт оборудован дополнительно устройствами для приема сигналов ВнЗ и ТИЗ, то при высоте орбиты ИСЗ порядка 1000 км из этого пункта можно наблюдать за состоянием ионосферы на расстояниях, достигающих 5000 км. На рисунке 8 отображена схема системного радиозондирования ионосферы.
, и кончая размерами, намного превышающими размеры первой зоны Френеля, т.е. по горизонтали сравнимыми с высотой максимума ионосферы (от 200 до 350 км). Это касается методов ВЗ и НЗ. Если же пункт оборудован дополнительно устройствами для приема сигналов ВнЗ и ТИЗ, то при высоте орбиты ИСЗ порядка 1000 км из этого пункта можно наблюдать за состоянием ионосферы на расстояниях, достигающих 5000 км. На рисунке 8 отображена схема системного радиозондирования ионосферы.
Современные ионосферные наблюдения представляют собой двухъярусную (наземно-космическую) систему, функционирующую по единой программе проведения измерений, получения и первичной обработки данных измерений, их сбора, завершающей обработки и передачи в региональные и федеральный информационные центры, доведения запрашиваемой информации до пользователей. Отсюда ясно, что для совмещения работ наземной и космической техники по программам ВЗ, ВнЗ и ТИЗ необходимо предусмотреть подключение адаптивных режимов зондирования штатных как наземных, так и бортовых измерительных комплексов. Необходимо оборудовать также основные и резервные каналы передачи информации.
5.5.2 Основные принципы использования метода системного радиозондирования, которые позволяют наиболее полно реализовать все его преимущества:
- измерительная система должна обеспечивать синхронную и синфазную частотную перестройку передающих и приемных систем четырех видов радиозондирования - ВЗ, НЗ, ВнЗ, ТИЗ;
- сочетание измерительных средств и вычислительной техники должно позволять получать частотные зависимости всех радиофизических характеристик каждого прошедшего ионосферу сигнала (действующей высоты отражения h'(f), амплитуды, фазы, доплеровского сдвига частот, поляризации). Из этих измерений должна быть получена вся геофизическая информация;
- необходим глобальный мониторинг ионосферы на основе органического синтеза региональных мониторингов, осуществляемых ограниченным количеством современных наземных СП ионосферных наблюдений и мониторинга с ИСЗ, находящихся на полярных и, по возможности, солнечно-синхронных орбитах.
Методы радиотомографии (далее - РТ) ионосферы служат для определения радиотомографических разрезов ионосферы и трехмерных распределений электронной концентрации ионосферы.
Радиотомографическое просвечивание ионосферы позволяет решать ряд научных и прикладных задач:
- мониторинг пространственного распределения и 
динамики электронной концентрации в ионосфере;
динамики электронной концентрации в ионосфере;- определение региональных особенностей вариации поля электронной концентрации в ионосфере для уточнения существующих ионосферных моделей;
- изучение эволюции и определение механизмов формирования неоднородностей электронной концентрации в ионосфере в связи с солнечной, сейсмической и антропогенной активностью.
Возможно эффективное комплексное использование методов РТ и других методов, использующих прием и обработку сигналов спутниковых навигационных систем. Аппаратура наблюдательных пунктов во всех случаях будет одинаковой и может быть параллельно использована в различных методах наблюдений и в используемых алгоритмах.
В радиотомографическом сегменте наземно-спутниковой подсистемы мониторинга ионосферы используются:
- методы НОРТ;
- методы ВОРТ;
- методы усвоения измерительных данных, получаемых сетевым программно-аппаратным комплексом (ПАК) НОРТ и ВОРТ, в специально разработанных моделях ионосферы.
- методы использования в радиотомографических реконструкциях сигналов между низкоорбитальными спутниками различного назначения и сигналами глобальной навигационной спутниковой системы - использование так называемых радиозатменных схем;
- методы восстановлений профилей электронной концентрации на основе применения алгоритмов однопозиционного радиопросвечивания.
Высокая эффективность одновременного использования различных методов для получения радиотомографических реконструкций обеспечивается за счет создания специальных центров обработки и анализа информации, в которых предполагается накапливание широкой номенклатуры данных с измерительно-наблюдательных комплексов как наземного, так и космического базирования.
Основным принципом РТ ионосферы с использованием сигналов высокоорбитальных навигационных систем (ВНС) является одновременный прием когерентных сигналов минимум на двух частотах от нескольких высокоорбитальных навигационных КА (ВНКА) несколькими ПАК. Применяются аппараты функционирующих двух глобальных спутниковых радионавигационных систем второго поколения - GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия). На различных этапах развертывания находятся еще две системы глобального позиционирования - европейская "Galileo" и китайская "Бэйдоу-2" ("Beidou-2", европейское название "Compass"), а также две региональных системы спутниковой навигации - индийская IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System - Индийская региональная спутниковая система) и японская QZSS (Quasi-Zenith Satellite System - Квазизенитная спутниковая система).
Характерными чертами КА этих систем является наличие радиомаяков когерентных сигналов с частотами 1575,42, 1227,60, 1176,45 МГц для системы GPS и частотами (1602 + k·9/16) МГц, (1246 + k·7/16) МГц, где k - целое число, для системы ГЛОНАСС при высоте орбиты около 20 000 км. В классическом случае РТ ионосферы на основе приема и обработки сигналов ВНКА позволяет получать трехмерные ("3D") распределения электронной концентрации в ионосфере.
Прием сигналов КА осуществляется на совокупности ПАК, располагаемых в соответствии с выбранной стратегией получения трехмерной реконструкции электронной концентрации в ионосфере. Схема расположения ПАК, принимающих зондирующие сигналы от ВНКА с лучами этих сигналов, показана на рисунке 9.
После получения информации от ПАК и обработки ее в Центрах обработки с использованием методов и алгоритмов РТ получается пространственное трехмерное распределение электронной концентрации в той области ионосферы, в которой имеется достаточное число лучей, пересекающих ее зондирующими сигналами спутниковых навигационных систем (достаточно "густое" пространственное покрытие).
Основным принципом РТ ионосферы с помощью сигналов низкоорбитальных навигационных КА (ННКА) является одновременный прием когерентных сигналов от одного ИСЗ сетью приемных установок. Для этих целей традиционно применяются аппараты низкоорбитальных навигационных систем (ННС) типа "Транзит" (США) и их российский аналог типа "Космос". В классическом случае приемные установки, осуществляющие прием сигналов ННКА, располагают приблизительно на одной долготе и условно называют радиотомографическими цепочками (далее - РТЦ).
Характерными чертами КА этих систем является наличие радиомаяков когерентных сигналов с частотами 150 и 400 МГц и приполярные орбиты высотой около 1000 км. В последние годы появились системы с дополнительной когерентной частотой 1067 МГц и с орбитами, позволяющими вести мониторинг ионосферы в низких широтах, например, FORMOSAT-3/COSMIC. В классическом случае РТ ионосферы на основе сигналов ННКА позволяет получать радиотомографические разрезы ионосферы. Протяженность этих сечений составляет от 1 до 3 тысяч километров (зависит от длины РТЦ), а высота определяется высотой орбиты ННКА и составляет около 1000 км (рисунок 10).
ионосферы с использованием ННКА
5.7.1 Целью риометрических наблюдений является выявление аномальных вариации поглощений космических шумов.
Риометрическая аппаратура позволяет получать информацию о солнечном ультрафиолетовом и рентгеновском излучении, солнечных протонах с энергией от 107 до 109 эВ, а также о высыпании электронов с энергией от 104 до 106 эВ и протонов с энергией от 106 до 107 эВ из магнитосферы в атмосферу Земли. Использование риометров позволяет диагностировать активность электромагнитного излучения и потоков энергичных протонов Солнца. Изучение процесса высыпания заряженных частиц из магнитосферы в атмосферу Земли позволяет решать задачи, связанные с поступлением энергии солнечного ветра в околоземное космическое пространство, а также процессы, происходящие внутри магнитосферы. Применение цепочки риометрических станций позволяет исследовать пространственно-временную структуру D-области ионосферы.
5.7.2 Риометрическая аппаратура состоит:
- риометра: высокочувствительного измерительного приемника с рабочей частотой 30 МГц - для преобразования сигналов космического радиоизлучения.
- АФК: фазированной коротковолновой антенны из двух двойных диполей с диаграммой направленности ориентированной в зенит - для приема сигналов космического радиоизлучения и фидерного тракта (коаксиального кабеля с согласующим трансформатором) - для передачи сигнала от антенны к риометру.
5.7.3 Риометрическая аппаратура принимает и обрабатывает постоянный фоновый сигнал космического коротковолнового радиоизлучения на фиксированной частоте (30 МГц). В течение суток уровень сигнала плавно меняется от максимума до минимума и при отсутствии возмущающих факторов эта вариация сохраняется (по амплитуде и форме) каждые сутки. Ежедневный невозмущенный повторяющийся уровень принимаемого сигнала называется кривой спокойного дня (КСД).
Понижения интенсивности сигнала относительно устойчивого фонового уровня записи представляют собой аномальные возмущения, основные из которых ППШ (Поглощение типа Полярной Шапки) и ППС (Поглощение типа Полярного Сияния).
Повышения уровня записи могут быть вызваны помехами - местными источниками электромагнитного излучения (передатчик, сварочные аппараты, бытовая техника и др.) или пургой, а также естественным фактором - возрастанием радиоизлучения после солнечных вспышек ("шумовые бури").
Кроме перечисленных выше применяют также и некоторые другие радиоволновые методы контроля состояния ионосферы.
На рисунке 11 представлена схема, иллюстрирующая соотношение различных методов контроля состояния ионосферы с помощью радиоволн в диапазоне высот от 10 км до 1000 км (вертикальная ось). По горизонтальной оси отложены частоты f, на которых работают те или иные методы диагностики ионосферы, (внизу) или длины 
соответствующих радиоволн (вверху).
соответствующих радиоволн (вверху).
состояния ионосферы
Станции вертикального радиозондирования ионосферы наземные "Парус-А" (далее - ионозонды "Парус-А") предназначены для измерений времени задержки радиоимпульса, импульсного напряжения переменного тока, а также для отображения результатов измерений и расчетных величин.
Продуктом работы ионозонда является ионограмма, которая в зависимости от ее качества и степени детальности обработки может дать информацию о состоянии основных ионосферных слоев и областей (F2, F1, E, Es), о высотном профиле электронной концентрации в ионосфере, о параметрах, определяющих условия распространения радиоволн. Правильная и максимально полная обработка ионограмм является важным этапом цепочки получения геофизической и радиофизической информации при ионосферном радиозондировании.
Ионозонд обеспечивает решение следующих задач:
- определение частотной зависимости действующих высот отраженных ионосферой сигналов (ионограмм ВЗ);
- автоматическое построение высотного профиля электронной концентрации ионосферы Ne(h);
- автоматическое формирование стандартных телеграмм с измеренными параметрами ионосферы;
- определение частотной зависимости действующих расстояний между ИСЗ и наземной станцией ВЗ (трансионограммы);
- организацию базы данных ионосферных измерений;
- подготовку данных для передачи потребителям по протоколу FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) по сети Интернет.
Конструктивно ионозонды выполнены в виде функциональных блоков: радиоприемного устройства (РПУ), радиопередающего устройства (РПДУ), комплекса управления (КУ) и комплекса обработки ионограмм (КОИ). РПДУ представляет собой моноблок, выполняющий функции передатчика. РПУ представляет собой модульную конструкцию, выполненную в стандарте "Евромеханика" и имеет две конструктивные модификации. В первой модификации управление ионозондом осуществляется от персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), встроенной в РПУ. При этом монитор, клавиатура и манипулятор "мышь" подключены к РПУ снаружи. Во второй модификации управление ионозондом осуществляется от ПЭВМ, которая в целом конструктивно не входит в блок РПУ.
Принцип действия ионозонда состоит в генерировании импульсного сигнала 100-микросекундной длительности, с заполнением несущей частотой от 1 до 20 МГц, излучаемого антенно-фидерным комплексом (АФК), не входящим в состав ионозонда, и измерении времени задержки этого сигнала после его отражения от слоев ионосферы.
По условиям эксплуатации ионозонды удовлетворяют требованиям группы 2 по ГОСТ 22261 с диапазоном рабочих температур от 10 °C до 35 °C, относительной влажностью воздуха 80% при температуре 25 °C.
Внешний вид ионозондов представлен на рисунках 12 - 14.
Рисунок 13 - Внешний вид РПУ (модификация 2)
Технические и метрологические характеристики радиопередающего устройства приведены в таблице 3.
Характеристика | Номинал |
Диапазон рабочих частот, МГц | От 1 до 20 |
Импульсная мощность излучения, кВт | Не менее 10 |
Средняя мощность излучения, Вт | От 45 до 75 |
Потребляемая мощность, не более, Вт | 600 |
Абсолютная погрешность частоты заполнения излучаемого радиоимпульса, кГц | +/- 5 |
Режим работы - круглосуточный, сеансами и непрерывный, длительность сеанса: | |
в режиме ВЗ, не более, с | 30 |
в режиме ТИЗ и ОТИЗ, не более, с | 7 |
Технические и метрологические характеристики радиоприемного устройства приведены в таблице 4.
Характеристика | Номинал |
Уровень собственных шумов приемника, дБ·Гц/Вт | -185 |
Диапазон рабочих частот, МГц | От 1 до 20 |
Диапазон аттенюации по входу РПУ ступенчатый, дБ, не менее | 30 |
Погрешность коэффициентов усиления каналов радиоприемного устройства не превышает: | |
по амплитуде, дБ | 0,5 |
по фазе, градус | 1 |
Динамический диапазон, дБ, не менее | 110 |
Точность привязки к системе GPS и ГЛОНАСС, мкс | 1 |
АФК представляет собой приемную и передающую антенны и фидера, соединяющие антенны и ионозонд.
Излучение и прием сигналов на ионозонде "Парус-А" производится либо на совмещенной приемо-передающей антенне, либо (для разделения ионных компонент) - на раздельных передающей и приемной антеннах. В первом случае полотно антенны формируется из антенного канатика сечением не менее 10 мм2 в виде двух встроенных друг в друга и расположенных в одной плоскости большого и малого вертикальных ромбов, растянутых на одной центральной мачте высотой 27 м и двух боковых мачтах высотой 15 м. Активное нагрузочное сопротивление составляет 600 Ом. Для согласования антенны с 75-омным выходным каскадом передатчика ставятся 2 согласующих трансформатора (75/600 Ом). Большой ромб предназначен для работы в диапазоне частот от 1 до 5 МГц, малый ромб - в диапазоне от 5 до 20 МГц. В случае работы ионозонда на совмещенную приемо-передающую антенну для предотвращения проникновения мощных импульсов передатчика в приемный тракт ионозонда на его входе ставится лампа-ключ.
Для разделения обыкновенной и необыкновенной компонент сигналов, отражающихся от ионосферы, приемную антенну располагают отдельно от передающей. В этом случае большой и малый вертикальные ромбы, описанные выше, используются в качестве передающей антенны, а приемная антенна представляет собой либо расположенные перпендикулярно друг другу две вертикальные дельты, с высотой центральной мачты 22 м, либо два скрещенных диполя. В последнем случае антенное полотно растягивается на одной центральной и четырех боковых мачтах высотой по 6 м. Расстояние между центральной и боковыми мачтами составляет 8 м. Внешний вид АФК с совмещенной приемо-передающей антенной, изготовленного из композитных материалов приведен на рисунке 15.
на зональной гидрометеорологической обсерватории (ЗГМО)
"Бор" (Подкаменная Тунгуска)
КУ обеспечивает решение следующих задач:
- автоматическое обнаружение сигналов ВЗ с очисткой поля ионограммы от помех;
- отображение результатов цифровой обработки, полученных в процессе радиозондирования ионосферы, на экране монитора;
- поиск и обеспечение работы ионозонда на частотах с минимальным уровнем помех в заданных частотных поддиапазонах;
- автоматическая обработка обнаруженных сигналов ВЗ с выделением и классификацией магнитоионных компонент;
- возможность запуска, изменение режимов работы ионозонда, модернизацию функционального программного обеспечения и передачу данных радиозондирования ионосферы по каналам связи совместимым с сетью Internet.
КОИ состоит из двух модулей: модуля операторской (стандартной) обработки ионограмм и модуля автоматического распознавания и анализа ионограмм. Модуль операторской (интерактивной) обработки ионограмм, обеспечивает обработку и представление результатов радиозондирования ионосферы в соответствии с действующими стандартами обмена ионосферными данными, автоматическое построение профиля электронной концентрации ионосферы, определение его параметров с формированием стандартных телеграмм, выделение мод распространения сигналов.
Модуль автоматического распознавания и анализа ионограмм предназначен для выполнения следующих основных задач:
- чтение выходных данных ионозонда "Парус-А", поступающих в соответствующий каталог локального FTP сервера, в исходном формате;
- контроль достоверности входных данных и запись частично декодированной информации в локальную или удаленную базу данных;
- формирование входного файла программы автоматической обработки ионограмм, например, файла ("RDF") для программы "AutoScala";
- запуск внешней программы автоматической обработки данных;
- занесение результатов автоматической обработки в базу данных;
- формирование выходных данных ("телеграмм") в формате "IONKA";
- отправка сформированных "телеграмм" на удаленный FTP сервер.
Пример ионограммы, зарегистрированной ионозондом "Парус-А", и результаты ее обработки представлены на рисунке 16. В ПО ионозонда "Парус-А" международное время обозначено UT, что сохранено при демонстрации продуктов работы ионозонда.
ионозондом "Парус-А" в Москве.
Ионозонд CADI (Canadian Advanced Digital Ionosonde - Канадский передовой цифровой ионозонд) используется в ионосферной наблюдательной сети для арктического сегмента станций ВЗ. Внешний вид ионозонда CADI представлен на рисунке 17.
На рисунке 18 представлен АФК ВЗ на о. Хейса.
Технические и метрологические характеристики ионозонда CADI приведены в таблице 5.
Характеристика | Номинал |
Пиковая мощность излучения, Вт | 600 |
Диапазон рабочих частот, МГц | От 1 до 20 |
Полоса ПЧ приемника, кГц | 35 |
Частота повторения импульсов излучения, Гц | 40 |
Длительность импульса, мкс | 40 |
Точность определения высоты, км | 6 |
Количество приемников | 4 |
Код сжатия импульсов | Баркеровский |
Излучающий сигнал в ионозонде CADI представляет собой простой прямоугольный радиоимпульс, пиковая мощность излучения составляет 600 Вт.
Основное назначение ионозонда CADI состоит в контроле динамики слоя F2. Возможности контроля областей E и Es ограничены. На рисунке 19 показаны примеры ионограмм, зарегистрированных ионозондами на СП ионосферных наблюдений Eureka и на о. Хейса, расположенных в полярной области.
ионозондом CADI
6.2.1.1 ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ входят в состав пункта наблюдения, используемого при РТ ионосферы с помощью когерентных радиосигналов ННКА и ВНКА и предназначены для диагностики состояния ионосферы методами РТ. Все ПАК ВОРТ и ПАК НОРТ являются сетевыми комплексами и объединены в соответствующих сетях радиотомографии (далее - РТС).
6.2.1.2 Задачами ПАК является
- управление работой приемника (включение, выключение, установка рабочей частоты);
- получение данных радиопросвечивания ионосферы от приемника;
- первичная обработка данных радиопросвечивания ионосферы;
- подготовка данных к хранению и передаче;
- передача данных.
6.2.2.1 Пункты наблюдений ВОРТ оснащены сетевыми ПАК. В состав ПАК ВОРТ входят:
- приемник спутниковый геодезический многочастотный;
- антенна для приема сигналов спутников ВНС с кабелем;
- персональный промышленный компьютер;
- источник бесперебойного питания;
- сетевой фильтр;
- защитный шкаф;
- модем или иное интерфейсное оборудование для передачи данных.
На рисунке 20 представлен пример внешнего вида ПАК ВОРТ и пример установки антенны ПАК ВОРТ.
а)
б)
а - Внешний вид ПАК ВОРТ. Установка на столе
б - Антенна ПАК ВОРТ
6.2.2.2 Основным приемником, которым оснащаются пункты ВОРТ, является GNSS-приемник спутниковый геодезический многочастотный ALPHA-G3T (GNSS - Global Navigation Satellite System, глобальная спутниковая навигационная система), со встроенными автоматическими аккумуляторами, в сочетании с антеннами Javad GrAnt (модификация G3T) фирмы "Javad GNSS Inc.", США, внесенный в Госреестр средств измерений за N 40861-09. По аппаратным возможностям приемник с антенной готов к приему сигналов спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС, "Galileo", SBAS (Space Based Augmentation System - Спутниковая система дифференциальной коррекции), "COMPASS/Beidou", QZSS (без учета готовности программных средств, обновляемых удаленно по сети до нужной версии) на частотах L1 (E1, B1), L2, L3 (ГЛОНАСС блока K с кодовым разделением), L5 (E5) и других совместимых частот и систем.
6.2.2.3 В ПАК ВОРТ, установленных в 2011 - 2012 гг., для обеспечения хранения полной локальной копии данных на станциях использованы персональные компьютеры формата mini-ITX с:
- материнской платой Giga-Byte GA-D525TUD;
- штатным центральным процессором Intel Dual-core Atom D525 (1,8 ГГц) с активной воздушной вентиляцией;
- оперативной памятью DDR3 2048 MB (pc-10600) 1333 MHz Kingston (KVR1333D3N9/2G);
- жестким диском 1 Tb Seagate ST1000DL002 SATA II Barracuda Green 5900 rpm;
- оптическим накопителем DVD +/- RW NEC AD-7260S Black DL < 24x, SATA, OEM;
- источником бесперебойного питания APC Back-UPS Pro 550 VA/330 W;
- сетевым фильтром APC P5B-RS Essential SurgeArrest 5 outlets 230 V Russia;
- программным обеспечением Microsoft Windows 7 Pro 32-bit SP1 Russian Single packageDSP OEI DVD (FQC-04671).
Для монтажа составных частей ПАК использовался защитный шкаф ZPAS WZ-2733-01-S1-011 (SU-104) размером 223·600·400 мм (19 дюймов) из листовой стали с активным воздушным охлаждением.
6.2.2.4 В настоящее время для обеспечения хранения полной локальной копии данных на пунктах наблюдения используется промышленный встраиваемый безвентиляторный компактный компьютер на платформе x86, совместимый с корпоративными службами развертывания программного обеспечения WDS, включая PXE-совместимую сетевую загрузку BIOS. Этот компьютер оснащен внутренним совместимым модулем ОЗУ 4 ГБ, 204 pin, внутренним твердотельным накопителем энергонезависимой памяти mSATA 256 ГБ, процессором с частотой от 1,6 ГГц, 4 COM-портами, видеовыходом VGA, 4 USB 2.0, встроенным Ethernet LAN до 1 Гб/с, аппаратным сторожевым таймером. Компьютер потребляет не более 10 Вт, имеет пассивное охлаждение, аппаратно-поддерживаемые настройки BIOS для периодического автовключения не реже одного раза в сутки и немедленного возобновления работы после сбоев внешнего электропитания.
Компьютер имеет поддержку технологии сетевой загрузки (PXE) операционной системы с сервера сетевых установок (Windows Deployment Services) корпоративной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры. Драйвер, необходимый для использования Ethernet-адаптера компьютера на этапе первичной загрузки допускает его встраивание в загрузочный образ (boot image).
Компьютер поставляется с блоком питания расширенного диапазона температур (от минус 20 °C до +70 °C) и совместимым кабелем питания 1.8 м, 3-pin в комплекте с программным обеспечением Windows 7 Pro 32-bit Russian OEI DVD.
Для монтажа составных частей ПАК используется защитный шкаф размером 170·300·250 мм из полимера с прозрачной дверью, что существенно упрощает размещение ПАК ВОРТ на пунктах наблюдения и доставку комплексов на место установки.
Активное охлаждение процессора и всего шкафа производится вентиляторами с автоматической регулировкой скорости вращения в соответствии с фактическими температурными условиями внутри компьютера и внутри шкафа соответственно.
В случае замены неисправных ПАК ВОРТ, или продолжении программы установки ПАК ВОРТ в новых пунктах наблюдения в составе и характеристиках составных элементов комплексов могут происходить изменения, позволяющие улучшить технические и эксплуатационные возможности ПАК ВОРТ.
6.2.2.5 Данные измерений приемника передаются в компьютер через порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) (виртуальный COM-порт (Communications Port - последовательный порт)) или через реальный COM-порт (подключены оба) и сохраняются на жесткий диск компьютера порциями задаваемой продолжительности.
6.2.2.6 Для возможности работы ПАК через NAT (Network Address Translator - ретранслятор внутренних сетевых адресов во внешнюю сеть), брандмауэры, прокси-серверы, а также с динамически назначаемыми IP-адресами при пуске ПАК устанавливают автоматические соединения SSTP VPN (Secure Socket Tunneling Protocol Virtual Private Network - безопасный протокол туннелирования интерфейсов в виртуальной частной сети) с интерфейсным сервером ФГБУ "ИПГ". Внутри такого виртуального соединения возможно активное подключение к ПАК из Центра сбора и обработки для подавляющего большинства сервисных операций и передачи данных без необходимости действий со стороны местного персонала удаленного пункта ионосферных наблюдений.
6.2.3.1 Пункты наблюдений НОРТ оснащены сетевыми ПАК.
В состав ПАК НОРТ входят:
- приемник сигналов низкоорбитальных навигационных и специализированных КА СПБР (далее - СПБР), являющийся сетевым приемным устройством сигналов спутников ННС (рисунки 21 - 22);
- турникетная антенна;
- кабель снижения (антенна - приемник);
- кабель питания приемника;
- сетевой фильтр (5 розеток), длина шнура 5 м;
- шкаф для размещения оборудования;
- специализированное программное обеспечение;
- средства для подключения к сети Интернет, включающие в себя GSM-модем (GSM - глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи), внешний вид которого приведен на рисунках 23 - 24, соединительный кабель модем-приемник; штыревую GSM антенну модема, совмещенную с кабелем, адаптер питания модема или шнур для подключения к коммутатору/маршрутизатору.
1 - индикатор питания от переменного тока (220 В, работа от сети);
2 - индикатор питания от постоянного тока (+12 В, работа от внутреннего ИБП);
3 - индикатор питания малошумящего усилителя (далее - МШУ (свидетельствует о наличии штатного напряжения на антенном усилителе);
4 - индикатор записи сеанса (загорается во время приема спутникового сигнала);
5 - кнопка включения/выключения ЭВМ (горит зеленым светом при работающей ЭВМ);
6 - кнопка включения/выключения питания приемного устройства;
7 - кнопка включения/выключения внутреннего ИБП.
1 - лоток SIM-карты (Subscriber Identification Module - модуль идентификации абонента);
2 - выталкиватель лотка SIM-карты;
3 - светодиодный индикатор статуса соединения (зеленый);
4 - светодиодный индикатор аварии (красный);
5 - разъем SMA для подключения антенны GSM.
6 - разъем RJ11 для подключения питания;
7 - разъем DB9 (RS232) для подключения коммуникационного кабеля;
8 - разъем USB тип B для подключения коммуникационного кабеля.
ПАК НОРТ имеет встроенную поддержку сетевых возможностей, что позволяет оперативно передавать результаты наблюдений на узлы дальнейшей обработки данных, а также осуществлять удаленный контроль работы через встроенный веб-интерфейс.
6.2.3.2 СПБР предназначен для автоматического проведения измерений относительного полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере по спутниковым сигналам в диапазоне +/- 300 ppm от номиналов 150 и 400 МГц. В результате работы СПБР регистрируется разность фаз когерентных сигналов на частотах 150 и 400 МГц, пропорциональная относительному ПЭС на радиотрассе передатчик - приемник. Данные используются при реконструкции распределения электронной концентрации в ионосфере методом фазоразностной томографии.
СПБР прошел метрологические испытания и находится в стадии утверждения для внесения в Госреестр средств измерений.
6.2.3.3 Основные технические и метрологические характеристики СПБР указаны в таблице 6.
Наименование параметра | Значение |
Напряжение питания, В | ~ 220 |
Ток потребления, А | 0,5 |
Потребляемая мощность, Вт | 60 |
Центральные частоты приема, МГц | 150,012 400,032 |
Диапазон перекрытия центральных частот, (в относительных единицах для каждого из каналов) | +/- 3·10-4 |
Автоматическое слежение за сигналом в пределах от центральной частоты, кГц | +/- 10 |
Оцифровка частот с частотой выборок, Гц | 16 |
Избирательность по зеркальному каналу, дБ | -40 |
Регулировка усиления на канале 150 МГц, не менее, дБ | 50 |
Коэффициент шума по входам малошумящего усилителя (МШУ) приемного устройства, не хуже, дБ | 3 |
Рабочий диапазон температур, °C | От -40 до 60 включ. |
Время автономной работы, не менее, мин | 45 |
Срок службы аккумуляторных батарей, лет | 2 |
6.2.3.4 Штатное питание СПБР осуществляется от сети переменного тока (~220 В, 50 Гц). Для поддержания работы во время кратковременных исчезновений напряжения в сети устройство оборудовано встроенным источником бесперебойного питания (ИБП).
При отключении штатного электропитания СПБР от 40 до 50 мин работает от ИБП, после чего выключается до появления напряжения в сети. После появления напряжения происходит подзарядка аккумуляторных батарей, и затем осуществляется автоматическое включение СПБР в штатный режим работы.
Организация ионосферной наблюдательной сети проводится в соответствии с организационными основами построения государственной наблюдательной сети, ее структурой и порядком открытия, переноса и закрытия пунктов наблюдений и наблюдательных подразделений РД 52.04.567.
7.2.1 Размещение стационарных пунктов (СП) ионосферных наблюдений по территории определяется пространственной изменчивостью основных параметров ионосферы. В соответствии с научно-организационными принципами построения сети и по ВМО СП ионосферных наблюдений в среднеширотном районе должны располагаться на расстоянии около 500 км вдоль меридиана и около 1000 км вдоль параллели. В высокоширотной области необходима более густая сеть СП ионосферных наблюдений.
7.2.2 Установка СП ионосферных наблюдений проводится с учетом рельефа местности и работающих радиотехнических средств другого назначения.
7.2.3 Как правило, новые СП ионосферных наблюдений устанавливаются в неизученных или малоизученных в гелиогеофизическом, ионосферном, магнитном отношении районах или в районах перспективного хозяйственного освоения, где плотность наблюдательной сети недостаточна.
7.3.1 Организация новых наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567, п. 9.
7.3.2 Закрытие наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567, п. 10.
7.3.3 Перенос наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567, п. 11.
7.4.1 Документация СП ионосферных наблюдений состоит из:
- технической документации;
- хозяйственно-финансовой документации;
- организационно-оперативной документации;
- нормативной документации.
7.4.2 К технической документации СП ионосферных наблюдений относятся:
- учетная карточка СП ионосферных наблюдений;
- техническое дело СП ионосферных наблюдений;
- руководства по эксплуатации, схемы и технические паспорта;
- формуляры основного и электрического оборудования и средств связи.
7.4.3 Учетная карточка СП ионосферных наблюдений содержит основные текущие данные СП ионосферных наблюдений: название, синоптический индекс, координаты, разность между местным и московским временем, адрес, средства связи, характеристики служебных помещений и др.
Учетная карточка СП ионосферных наблюдений составляется в четырех экземплярах: первый экземпляр хранится в пункте наблюдения, второй - в УГМС, третий - в Росгидромете, четвертый - во ВНИИГМИ-МЦД.
7.4.4 Техническое дело СП ионосферных наблюдений представляет собой журнал, в который записываются все необходимые сведения о СП ионосферных наблюдений, ведется его история, включая изменения в штате, и заносятся сведения об инспекторских осмотрах, проверках и испытаниях технических средств.
Техническое дело ведется в двух экземплярах: первый (основной) хранится в пункте наблюдения, а второй - в УГМС.
7.4.5 Хозяйственно-финансовая документация СП ионосферных наблюдений включает инвентарные описи имущества СП ионосферных наблюдений и архива в соответствии с перечнем оборудования.
7.4.6 К организационно-оперативной документации СП ионосферных наблюдений относятся:
- технические журналы эксплуатации средств приема сигналов спутниковых навигационных систем;
- организационно-оперативные журналы регистрации расхода электроэнергии, трафика канала связи, сдачи дежурств, и т.д.
В техническом журнале эксплуатации и регистрации всех видов работ, производимых на пункте наблюдения, отмечают все неисправности и вносят замечания о работе технических средств, а также сведения о проведении ремонтных и регламентных работ, контрольных или сравнительных наблюдений.
7.5.1 Каждому СП ионосферных наблюдений, оборудованному ионозондом, органами исполнительной власти субъектов Российской Федерации и местного самоуправления предоставляется земельный участок для организации и функционирования СП ионосферных наблюдений. Оптимальный размер земельного участка составляет 1,5 га, для размещения АФК и ионосферного павильона с площадью не менее 45 м2, предназначенного для размещения обслуживающего персонала и измерительной аппаратуры.
7.5.2 В соответствии с установленными Росгидрометом нормативами, каждый СП ионосферных наблюдений, оборудованный ионозондом, обеспечивается кадрами соответствующей квалификации, средствами измерений, оборудованием и другими техническими средствами, служебными зданиями (помещениями), средствами связи и транспорта, энерго- и теплоснабжения, производственными сооружениями, устройствами и установками, хозяйственным инвентарем и инструментами, расходными и бланковыми материалами, производственно-технической литературой, оргтехникой и компьютерами.
7.5.3 Штат СП ионосферных наблюдений, оборудованного ионозондом, в основном состоит из 4 штатных сотрудников: заведующего, специалиста по радиоэлектронике и компьютерной технике, специалиста по обработке ионограмм и лаборанта. Для контроля за работой ионозонда, включенного в режим круглосуточных наблюдений, необходим дополнительный штат из 5 наблюдателей, которые могут выполнять и другие функции - техников, лаборантов, сторожей и т.д. В зависимости от особенностей СП ионосферных наблюдений, в том числе от решаемых задач и географического положения штат может отличаться от приведенного в данном пункте.
7.5.4 Обязательная документация на оборудование, установленное на СП ионосферных наблюдений, оборудованном ионозондом ВЗ, состоит из документации на ионозонд ВЗ и документации на АФК.
7.5.5 Документация на ионозонд состоит из:
- формуляра;
- паспорта;
- руководства по эксплуатации ионозонда.
7.5.6 Документация на встроенное в ионозонд программное обеспечение (ПО) состоит из:
- описания применения;
- руководства оператора.
7.5.7 Документация на АФК состоит из:
- формуляра;
- паспорта;
- руководства по эксплуатации;
- инструкции по монтажу, пуску, регулированию и обкатке, обязательно содержащей чертежи АФК.
7.6.1.1 Устанавливаются пункты наблюдений РТС трех категорий:
- пункты НОРТ: пункты, оборудованные ПАК НОРТ;
- пункты ВОРТ: пункты, оборудованные ПАК ВОРТ;
- комбинированные пункты: пункты, оборудованные одновременно ПАК ВОРТ и НОРТ.
7.6.1.2 Центры сбора и обработки радиотомографических данных оборудуются серверами ВОРТ и НОРТ.
7.6.1.3 Пункт наблюдения РТС должен размещаться в отведенном для него помещении, которое относится исключительно к федеральной собственности и находится под охраной государства. Определение местоположения пункта наблюдения РТС и организация его деятельности осуществляются в соответствии с решением Росгидромета (специально уполномоченного федерального органа исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях).
7.6.1.4 Ввод в эксплуатацию всех ПАК ВОРТ и ПАК НОРТ пунктов наблюдения РТС должен оформляться соответствующими актами. Акт на ввод в эксплуатацию пункта наблюдения РТС направляется в Росгидромет.
7.6.1.5 В дальнейшем деятельность пунктов наблюдения регламентируется РД 52.04.567
7.6.1.6 К критериям отбора местоположения пунктов наблюдения сети относятся:
- возможности и обязательства местных структур Росгидромета в отношении обеспечения непрерывности функционирования СП ионосферных наблюдений;
- географическая репрезентативность наблюдений;
- возможности передачи требуемых параметров наблюдения.
7.6.1.7 Для получения радиотомографических разрезов ионосферы необходимо расположить три или более ПАК НОРТ вдоль преимущественных направлений пролетов ННКА, т.е. вдоль линии пересечения с поверхностью Земли воображаемой плоскости, проходящей через центр Земли и наклоненной по отношению к плоскости экватора на угол в диапазоне от 82° до 98°.
Расстояние между пунктами РТС, оборудованными НОРТ, не должно превышать 500 км. В общем случае от взаимной удаленности точек расстановки зависит минимальная высота, на которой можно определить значение электронной концентрации.
7.6.1.8 Расстояние между пунктами РТС, оборудованными ПАК ВОРТ, должно находиться в диапазоне от 200 до 400 км, что позволит проводить мониторинг ионосферных параметров с заданным пространственным и временным разрешением в режиме, близком к режиму реального времени. В зависимости от решаемых прикладных задач в некоторых регионах это расстояние не должно превышать 200 км.
7.6.2.1 Решение о выборе места размещения пунктов наблюдения РТС принимается только по завершении всестороннего обследования местности и помещений, предназначенных для размещения ПАК НОРТ и ВОРТ.
7.6.2.2 Должно быть проведено обследование на наличие радиопомех.
7.6.2.3 Помещение должно обеспечивать соответствующие климатические условия, необходимые для стабильного функционирования ПАК ВОРТ и НОРТ: температура от +5 до +40 °C, влажность от 5 до 90%.
7.6.2.4 Помещение должно удовлетворять санитарным и противопожарным нормам безопасности, принятым на территории Российской Федерации.
7.6.2.5 Помещение должно обеспечивать сохранность оборудования.
7.6.2.6 В помещении должно быть необходимое пространство размером не менее 1·1 м для установки ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ. Оборудование может быть размещено на стене или на столе так, чтобы была возможность открыть дверцу шкафа и осуществить диагностические операции.
7.6.2.7 Помещение должно быть электрифицировано. Электроснабжение здания должно удовлетворять ГОСТам, принятым на территории РФ. В месте размещения ПАК ВОРТ и НОРТ должна быть розетка евростандарта или совместимая. Используемые ПАК должны запитываться от электрической сети переменного тока I категории (~ 220 В, 50 Гц). Мощность сети должна обеспечивать наличие 30 Вт для работы ПАК ВОРТ и 100 Вт для работы ПАК НОРТ.
7.6.2.8 Розетки для средства передачи данных и средств электропитания должны размещаться на расстоянии не более 2 м от ПАК НОРТ и ПАК ВОРТ.
7.6.2.9 Помещение должно быть оснащено средствами связи с возможностями использования сети Интернет. Скорость передачи данных должна составлять не менее 256 кбит/с для передачи данных от ПАК ВОРТ и не менее 6,3 Кбит/с для передачи данных от ПАК НОРТ. В случае отсутствия стационарных средств связи в пункте наблюдения должен быть устойчивый сигнал сотовой связи для организации беспроводной передачи данных.
7.6.2.10 Приборы и кабели должны располагаться как можно дальше от батарей отопления и другого нагревательного оборудования, работа которого может со временем пересушивать кабели. Длительный нагрев прибора прямым попаданием солнечных лучей нежелателен.
7.6.2.11 От места установки комплекса в помещении до места крепления антенны на улице на жестком неподвижном основании должно быть достаточно антенного кабеля длиной 30 м с учетом изгибов при прокладке.
7.6.2.12 Обзор видимости неба для антенны должен быть максимально возможным в конкретных условиях, без других активных антенн, а также металлических и других конструкций вблизи антенны выше уровня ее установки.
8.1.1.1 Ионосферные наблюдения на СП ионосферных наблюдений, оборудованных ионозондом ВЗ, Росгидромета проводятся с целью контроля состояния ионосферы путем исследования ее вертикальной структуры в местах расположения станций ВЗ.
Для достижения цели решаются следующие задачи:
- измерение числовых значений параметров ионосферы;
- оценка качественных характеристик ионосферных явлений;
- обеспечение сравнимости величин, получаемых в разных пунктах ионосферной сети и в разные периоды;
- регулярная и своевременная передача всех результатов наблюдений ионосферных данных в гелиогеофизическую службу Росгидромета;
- хранение ионосферной информации в собственной базе данных.
8.1.1.2 Содержанием работ СП ионосферных наблюдений, оборудованных ионозондом ВЗ, является мониторинг ионосферы методом ВЗ ионосферы.
Мониторинг ионосферы методом ВЗ состоит в проведении круглосуточных регулярных измерений характеристик ионосферы сеансами радиозондирования.
8.1.1.3 Наблюдения с помощью ионозондов должны проводиться по времени ближайшего часового меридиана, время которого отличается от мирового (т.е. от времени нулевого меридиана) обязательно на полное число часов.
8.1.1.4 Сеансы регулярных ионосферных наблюдений проводятся ежедневно четыре раза в час - через каждые 15 мин. Включение аппаратуры по программе должно осуществляться автоматически.
8.1.1.5 В регулярные мировые дни (RWD) и в Специальные мировые интервалы (SWI) измерения методом ВЗ должны проводиться через каждые 5 мин.
8.1.1.6 В случаях, когда, проводя зондирование по программе, наблюдатель замечает, что имеют место особые явления, проводятся непрерывные или учащенные (каждые 5 мин) наблюдения. Критерием для распознавания особых явлений служит сравнение наблюдаемых записей с полученными в обычные дни. Признаками особых явлений служат:
- быстрые изменения критических частот слоев F2 и Es (foF2, foEs), а также минимальной частоты отражений (fmin) или типов спорадических слоев Es за получасовые или еще меньшие интервалы времени;
- необычное уменьшение значений foF2 или присутствие особых форм отражений. Непрерывные записи используются для установления точных временных интервалов особых явлений и не обрабатываются в деталях, за исключением тех случаев, когда следует специальный запрос.
8.1.1.7 В тех случаях, когда выполнению полной программы наблюдений мешают радиопомехи и тому подобные причины, необходимо принять все меры для обработки записей, чтобы обеспечить наиболее полные данные, необходимые для научных целей.
8.1.1.8 Данные ежечасного зондирования анализируются оператором. Проводится ручная, либо интерактивная обработка ионограмм. Урсиграммы кодом ИОНКА формируются вручную либо в интерактивном режиме (см. п. 9.1.8.1). Промежуточное радиозондирование используется для получения надежных ежечасных значений, пригодных для сопоставления их с аналогичными данными других станций ВЗ. При обнаружении несовместимости между ионосферными данными разных СП ионосферных наблюдений или наблюдении каких-либо особенных вариаций, необходимо привлекать данные промежуточных измерений.
8.1.1.9 При наличии у ионозонда программы автоматической обработки ионограмм данные промежуточного ВЗ (15, 30 и 45 мин) обрабатываются автоматически. Оператором ежечасно проводится проверка ее работы на качество обработки.
8.1.1.10 При отсутствии программы автоматической обработки ионограмм данные промежуточного зондирования не обрабатываются.
8.1.1.11 При организации ионосферных наблюдений в соответствии с пунктом 8.1.1.4 передача данных измерений в пункт сбора информации происходит раз в 15 минут. В пункт сбора информации передают ионограмму с результатами обработки и стандартную урсиграмму, сформатированную кодом ИОНКА.
К эксплуатации РПДУ допускаются лица, обладающие соответствующей квалификацией и ознакомленные с инструкцией по эксплуатации и программой наблюдений.
В блоке РПДУ имеются цепи с напряжением ~ 220 В, минус 120 В, +950 В и +3700 В. Для предупреждения несчастных случаев и электрических повреждений РПДУ при его эксплуатации и ремонте необходимо соблюдать следующие правила:
- не вскрывать блок РПДУ и не производить замену элементов, подключение и отключение кабелей и шины заземления при включенном РПДУ;
- при обнаружении отказов в работе РПДУ немедленно выключить напряжение питания, выяснить и устранить неисправность;
- при проведении ремонтных работ проверить наличие остаточных напряжений на конденсаторах фильтров выпрямителей и при необходимости разрядить их специальным разрядником, в первую очередь это относится к ИП3700 и ИП950;
- при ремонте РПДУ тумблер "+4 кВ ВКЛ" включать только при необходимости, во всех остальных случаях, особенно при проверках в верхней части РПДУ, выключать;
- при ремонте источника питания (ИП) не работать с заземленными измерительными приборами;
- во время работы стоять на резиновом коврике;
- работая с высоким напряжением, все замеры производить одной рукой, другую руку держать за спиной или в кармане.
- РАБОТА С ОТКРЫТЫМ БЛОКОМ РАЗРЕШАЕТСЯ ПРИ НАЛИЧИИ В ПОМЕЩЕНИИ НЕ МЕНЕЕ ДВУХ ЧЕЛОВЕК
- недопустимо размещать РПДУ в помещении с большой влажностью и температурой выше 30 °C;
- в помещении должна быть шина общего заземления;
- длина коаксиальной линии от РПДУ до антенны должна быть как можно короче;
- земляная клемма приемника должна быть подключена к земляной шине помещения.
Ионозонд предназначен для работы в стационарных помещениях (допустимый диапазон температур воздуха в помещениях от 10 до 40 °C при относительной влажности воздуха до 80%).
Соединение приемника и усилителя мощности осуществляется следующим образом: кабель управления со стороны приемника подключается к разъему "УПР РПУ", а со стороны усилителя мощности - к разъему "УПР"; экран кабеля управления со стороны усилителя мощности должен быть обязательно подключен к корпусу усилителя; кабель зондирующего сигнала стороной с защелкивающимся разъемом типа "LEMO" подключается к разъему "XW4-ZS" приемника, стороной с резьбовым разъемом - к разъему "ВЧ" усилителя мощности.
Для соединение составных частей ПЭВМ необходимо: снять верхнюю и нижнюю задние крышки каркаса приемника, для чего открутить крепящие винты; снять фиксатор кабелей, для чего открутить два винта на боковой стенке с внутренней стороны; подключить 4 кабеля к соответствующим разъемам на задней стенке ПЭВМ - для дисплея, клавиатуры, манипулятора "мышь" и системного блока внешней ПЭВМ; вставить кабели в соответствующие прорези фиксатора и закрепить фиксатор; установить на место задние крышки каркаса приемника.
Для соединения приемника и ПЭВМ необходимо проверить после транспортировки и при необходимости подключить два кабеля на передней панели каркаса приемника к разъемам "USB" блока "Б-002" и "RS-232" блока "Б-001"; проверить и при необходимости соединить кабелями на передней панели каркаса приемника разъемы "XW2-IS" или "XW3-IS" блока "Б-002" с разъемом "IS" блока "Б-003". Выходы "XW2-IS" и "XW3-IS" равнозначны и используются оба в 8-канальном варианте приемника.
Приемные антенны подключаются к разъемам "Вх. 1 - Вх. 4" приемника, передающая антенна подключается к разъему усилителя мощности. Передающие антенны подключаются к выходам РПДУ "Б.РОМБ" и "М.РОМБ".
Разъемы, не оговоренные выше, используются при настройке и отладке программ и в процессе работы не используются.
Все кабели питания компьютера, приемника и усилителя мощности должны быть подсоединены к аппаратуре и подключены к сети 220 В, 50 Гц через блок бесперебойного питания. Включение питания осуществляется в последовательности: компьютер, приемник, усилитель мощности.
Компьютер включается нажатием на выключатель "ON/OFF" на блоке "Б-004". После включения питания приемника на этом переключателе должен светиться индикатор. После включения питания должен работать вентилятор. Категорически запрещается эксплуатация приемника с неработающим вентилятором!
Далее осуществляется автоматическая загрузка программ. В исправном приемнике должен светиться индикатор выключателя, на индикаторе "РЕЖИМ" блока "Б-002" промелькнет индикация "ЗГ" и установится индикация "ОС" - останов, должны мигать блочные индикаторы "1 - 4", "9". Красный индикатор "НЕИСПР." на блоке "Б-001" должен погаснуть.
После включения питания ионозонд готов к работе.
Дальнейшие действия по управлению аппаратурой осуществляются в соответствии с инструкцией оператора с клавиатуры ПЭВМ.
На передней панели блока "Б-002" приемника расположена кнопка "СБРОС". Ее нажатие осуществляет перезапуск программы микропроцессора приемника, обеспечивая исходное состояние, эквивалентное состоянию после включения питания. При сбоях и зависаниях программы как приемника, так и ПЭВМ, а также после включения питания необходимо пользоваться этой кнопкой. После нажатия кнопки "СБРОС" приемник и усилитель мощности отключены.
Для выключения питания необходимо:
- выполнить соответствующие действия, указанные в инструкции оператора по остановке работы программы и корректного выхода из нее;
- нажать кнопку "СБРОС" на блоке "Б-002";
- выключить усилитель мощности;
- перевести переключатель "СЕТЬ" на блоке питания приемника "087.360" в положения "0". При этом вся индикация должна погаснуть. Светодиодный индикатор "USB" будет светиться всегда, если к приемнику подсоединен включенный компьютер;
- компьютер выключается нажатием на выключатель "ON/OFF" на блоке "Б-004";
- выключить источник бесперебойного питания в соответствии с инструкцией, входящей в комплект к источнику бесперебойного питания.
В случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания переходит в режим работы от внутреннего аккумулятора (индикации и звуковые сигналы источника бесперебойного питания в случае отключения электроэнергии указаны в инструкции к источнику бесперебойного питания). В таком режиме источник бесперебойного питания может работать не более 5 минут.
Для включения питания усилителя мощности необходимо:
- тумблер "АНТ-ЭКВ" установить в положение "ЭКВ";
- включить тумблер "СЕТЬ" и нажать кнопку "РУЧН. ВКЛ". При этом должен загореться светодиод "БП";
- включить тумблер "4 кВ ВКЛ". Через 3 минуты после включения стрелка микроамперметра "Ua" должна установиться на делении от 37 до 38 мкА;
- шлиц потенциометра "РЕГ. ВЫХ" установить в крайнее левое положение. С пульта ЭВМ дать команду на зондирование на фиксированных частотах, при этом параметры импульса должны быть следующими: длительность 100 мкс; частота запуска 50 Гц;
- плавно установить шлиц потенциометра "РЕГ. ВЫХ" в крайнее правое положение;
- установить тумблер "АНТ-ЭКВ" в положение "АНТ" и дать команду на зондирование по всему частотному диапазону;
- по окончании проверки все органы управления вернуть в исходное положение;
- при эксплуатации РПДУ включение и выключение блока, задание режима работы осуществляет ЭВМ. Тумблеры "СЕТЬ" и "4 кВ ВКЛ" устанавливаются в положение "Включено", шлиц потенциометра "РЕГ. УСИЛ" - в крайнее правое положение. При необходимости производится регулировка уровня выходной мощности РПДУ. При работе на совмещенную приемо-передающую антенну тумблер "ППА" устанавливается в положении "Включено".
Аварийное выключение усилителя мощности производится автоматически, во всех других случаях - тумблером "СЕТЬ".
РПДУ БЕЗ НАГРУЗКИ НЕ ВКЛЮЧАТЬ!
Во время грозы и при других экстремальных условиях необходимо:
- произвести отключение аппаратуры тумблером "СЕТЬ";
- в случае работы с разнесенными антеннами, необходимо отключить выходы приемных антенн, подключенные к разъемам "Вх. 1 - Вх. 4" приемника и отключить вход передающей антенны, подключенный к усилителю мощности;
- в случае работы с совмещенной антенной, необходимо отключить вход антенны, подключенный к усилителю мощности;
- отключить от разъема "ANT.GPS" блока "Б-001" вход антенны GPS.
В соответствии с эксплуатационными документами на средства наблюдений и сложившейся практикой предусматривается регулярная проверка работы ионозонда, измерительных приборов, датчиков и компьютеров, а также проведение надлежащего технического обслуживания. Ограничения и периодичность технического обслуживания зависят от типа применяемых приборов, местных условий и рекомендаций изготовителя.
Для каждой компоненты измерительной системы, системы передачи данных и комплекса в совокупности составляются планы профилактического технического обслуживания и текущего ремонта.
Регулярно проводится проверка показаний датчиков, предупреждающих об ухудшении эксплуатационных характеристик, например, о падении напряжения батарейки или мощности излучения передатчика, загрязнении оптических поверхностей, производится сравнение с результатами дублирующих измерений. Наличие центрального ПЭВМ позволяет проводить перекрестную проверку параметров в целях обнаружения возможных аномалий или отклонений.
Техническое обслуживание осуществляется в плановом порядке квалифицированным персоналом по техническому обслуживанию. При проведении технического обслуживания система сбора и обработки данных резервируется.
8.2.1.1 Программа работы каждого пункта наблюдений РТС ежегодно устанавливается и утверждается "Планом зондирования ионосферы сетью радиотомографии Росгидромета".
8.2.1.2 ПАК НОРТ и ВОРТ на СП ионосферных наблюдений работают в автоматическом режиме.
8.2.1.3 ПАК НОРТ принимают сигналы ННС круглосуточно в периоды пролета ННКА. Эти периоды определяются специальной программой расчета в Центре сбора и обработки и передаются по каналам связи в пункты наблюдений. ПАК НОРТ включается в соответствующие периоды и передает измеренные параметры в Центр сбора и обработки для выполнения томографической реконструкции вертикальных разрезов ионосферы.
8.2.1.4 ПАК ВОРТ принимают сигналы ВНС круглосуточно с частотой опроса от 1 до 10 Гц. Возможны различные варианты расписаний передачи информации в Центр сбора и обработки. В настоящее время состояние системы связи Росгидромета позволяет осуществлять передачу 15 - 20 МБ информации в сутки (порциями по 700 КБ/час).
В случае наличия скоростного канала связи с Центром необходимо передавать принятые параметры сигналов ВНС в реальном времени.
8.2.1.5 Для обеспечения работы сетевых ПАК НОРТ и ВОРТ специальной квалификации не требуется. При возникновении неполадок, которые не могут быть детектированы или устранены с помощью удаленного сетевого подключения, персонал помещений, в которых установлен ПАК НОРТ или ВОРТ могут по просьбе оператора Центра сбора и обработки выполнить ряд элементарных операций с оборудованием из числа описанных в руководствах по эксплуатации.
8.2.1.6 Оператор Центра сбора и обработки должен обладать уверенными навыками работы с ЭВМ, знать основы сетевых технологий, уметь пользоваться программами-браузерами.
8.2.2 Минимальные программы наблюдений низкоорбитальной и высокоорбитальной радиотомографии ионосферы. Наблюдаемые параметры
8.2.2.1 Основой информации, используемой для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы, служат результаты наблюдений за параметрами распространяющихся в атмосфере навигационных радиосигналов и их характеристиками, представляющими собой показатели состояния и развития физических процессов в ионосфере.
8.2.2.2 Минимальная программа наблюдений для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы по сигналам ВНС включает следующие виды измерений:
- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L1 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L2 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L1 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L2 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P1 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P2 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P1 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;
- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P2 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения.
8.2.2.3 Измерения проводятся стандартными специализированными автоматическими измерительными комплексами в непрерывном круглосуточном режиме. Частота сбора данных составляет не менее 1 Гц. Данные сохраняются в стандартном для всех пунктов наблюдения формате.
8.2.2.4 Минимальная программа наблюдений для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы по ННС включает измерение разности фаз когерентных сигналов на частотах 150 и 400 МГц, которая пропорциональна относительному ПЭС на радиотрассе передатчик-приемник.
Для нормального функционирования РТС необходимо выполнение следующих условий:
- наличие источника зондирующих сигналов - одного или более ННКА с работающими передатчиками когерентного сигнала на частотах 150 и 400 МГц для НОРТ и одного или более ВНКА с работающими передатчиками на частотах 1575,42, 1227,60, 1176,45 МГц для системы GPS и на частотах (1602 + k·9/16) МГц и (1246 + k·7/16) МГц для системы ГЛОНАСС (ВОРТ);
- круглосуточно работающий сервер ВОРТ и НОРТ, доступный по сети Интернет по определенному IP-адресу;
- круглосуточно работающая одна или более РТЦ, каждая из которых содержит минимум 3 ПАК НОРТ;
- все ПАК ВОРТ и НОРТ должны быть подключены к сети Интернет и иметь возможность отправлять результаты измерений на сервер ВОРТ и НОРТ;
- все ПАК НОРТ одной РТЦ должны иметь уникальные идентификаторы в пределах того сервера НОРТ, с которым они обмениваются данными.
8.2.4.1 Центр сбора, обработки и анализа данных наблюдений сети пунктов наблюдения РТС (далее - Центр) размещается в Москве в ФГБУ "ИПГ".
8.2.4.2 Центр осуществляет дистанционный мониторинг состояния автоматических приемных пунктов сети и предоставляет заинтересованным организациям и лицам информацию о состоянии ионосферы в режиме, определенном ежегодно устанавливаемым и утверждаемым "Планом зондирования ионосферы сетью радиотомографии Росгидромета".
В случае обнаружения нарушений в функционировании автоматических приемных пунктов сети Центр принимает оперативные меры по устранению данных нарушений.
8.2.4.3 Центр осуществляет дистанционный сбор данных с автоматических пунктов сети и мониторинг их состояния посредством Интернета. Частота сбора оперативной информации составляет не менее 1 раза в час (получение данных за весь предыдущий интервал наблюдений).
8.2.4.4 Центр на основе полученных оперативных данных осуществляет радиотомографическую реконструкцию распределения электронной концентрации в ионосфере над территорией РФ с заданным пространственным и временным разрешением по методикам и информационным технологиям соответственно НОРТ и ВОРТ. В дальнейшем с развитием сети приемных пунктов для получения оперативных реконструкций распределения электронной концентрации можно использовать определенный набор базовых пунктов наблюдения РТС. Данные о реконструкции вместе с данными исходных наблюдений сохраняются в архиве Центра в стандартных форматах и становятся доступными заинтересованным организациям и лицам.
Центр выпускает еженедельную аналитическую справку о состоянии ионосферы над территорией РФ, отмечая в ней ионосферные проявления гелиогеофизических событий.
9.1.1.1 Обработка данных ВЗ производится с помощью программных комплексов, обеспечивающих как автоматическую, так и интерактивную обработку ионограмм.
9.1.1.2 На ионограммах почти всегда видны несколько похожих друг на друга следов отражений, так называемых "кратников". Такие отражения получаются, когда импульсы проходят от 2 до 3 раз (а иногда и больше) между станцией ВЗ и ионосферой. Действующая высота отражений 2-й (3-й) кратности будет в 2 (3) раза больше действующей высоты отражения основного (1-го) отражения. Многократные отражения преобладают в периоды малого поглощения радиоволн в нижней ионосфере (области D).
9.1.1.3 Все числовые характеристики обычно снимаются по отражениям 1-й кратности, т.е. по основному следу. На рисунке 25 показаны основные частотные и высотные характеристики, которые определяются по ионограмме ВЗ.
fmin - наименьшая частота, при которой на ионограмме наблюдаются следы отражений от ионосферы;
foE - критическая частота O-компоненты самого низкого толстого слоя в области E;
foF1 - критическая частота O-компоненты, отраженной от слоя F1;
foF2 - критическая частота O-компоненты, отраженной от слоя F2;
fxF2 - критическая частота X-компоненты, отраженной от слоя F2;
fbEs - экранирующая частота спорадического слоя Es, т.е. наименьшая частота, на которой наблюдаются отражения первого порядка O-компоненты от вышележащей области;
ftEs - предельная частота отражения от слоя Es;
h'E - минимальная действующая высота области E;
h'Es - минимальная действующая высота следа отражений от Es, используемая для определения foEs;
h'F - минимальная действующая высота следа отражений O-компоненты от взятой в целом области F;
h'F2 - минимальная действующая высота слоя F2.
"Парус-А" на СП ионосферных наблюдений "Москва"
9.1.1.4 По ионограммам также определяют безразмерные характеристики:
M3000 (F2, F1) - коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте данного слоя при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км.
Типы Es - типы спорадических слоев, по которым классифицируются отражения от Es.
Типы F-рассеяния - классификация вида рассеянных отражений.
9.1.2.1 Существует одиннадцать специальных категорий, по которым классифицируются отражения от спорадических слоев Es. Число типов, наблюдающихся на одном СП ионосферных наблюдений, обычно меньше. На частотных (f-) и высотных (h-) графиках указываются типы Es наиболее вероятные для данного СП ионосферных наблюдений. Подробнее о спорадических слоях см. подраздел А2.3 (приложение А).
9.1.2.2 Тип c (cusp - пикообразный, с перегибом). Этот тип обычно обнаруживается как след Es, слившийся с отражениями от регулярного E, за исключением симметричного перегиба около foE. В некоторых случаях, когда отклоняющее поглощение велико, часть или весь перегиб могут отсутствовать. Этот тип Es часто мешает определению foE (рисунок 26).
9.1.2.3 Тип h (high - высокий). Этот тип отличается от типа c наличием разрыва по высоте вблизи foE. Загибы следов E и Es обычно несимметричны, причем начало следа Es лежит выше конца следа E. В этом случае точность определения foE не ухудшается (рисунок 27).
9.1.2.4 Тип l (low - низкий). Es, расположенный ниже минимальной действующей высоты регулярной области E. Данный тип Es относится к дневному периоду, когда наблюдается толстая область E (рисунок 28).
9.1.2.5 Тип f (flat - плоский). Сюда относится след Es, который не показывает увеличения высоты с частотой. Этот след относительно широкий, с хорошо выраженными нижним и верхним краями. Структурно он близок типу l, но отмечается обычно в ночное время (т.е. когда отсутствует регулярная область E) (рисунок 29).
9.1.2.6 Тип r (retardation - запаздывание). След этого типа дает увеличение действующей высоты у своего высокочастотного конца, подобно следу регулярной области E. Групповое запаздывание обнаруживается в Es, но не наблюдается на соответствующих частотах в области F (рисунок 30).
9.1.2.7 Тип a (auroral - авроральный, тип полярных сияний). Он виден обычно ночью и сопровождается увеличением магнитной активности и полярными сияниями. Этот тип Es обладает хорошо выраженным плоским или постепенно возрастающим нижним краем, с расслоениями и рассеянными отражениями над ним. Размытая часть следа иногда простирается вверх до нескольких сот километров (рисунок 31).
9.1.2.8 Тип s (косой). Он представляет собой равномерно поднимающийся размытый след. След отражений этого типа обычно начинается от регулярной области E или от Es другого типа. Именно этот возрастающий по высоте след и классифицируется как след типа s.
9.1.2.9 В экваториальных широтах в дневные часы регулярно наблюдается Es типа q (экваториальный). Он возбуждается дневной токовой системой в области E (электроджетом), направленной на восток, почти прозрачен во всем диапазоне частот. Зона наибольшей вероятности появления Es типа q образует полосу шириною около 1200 км вдоль магнитного экватора (+/- 5° магнитной широты).
9.1.3.1 Явление, при котором сигнал, отраженный ионизированным слоем F, из-за мелкомасштабных, не более 2 - 3 км, неоднородностей ионосферы становится диффузным, теряет свою упорядоченную структуру, называется F-рассеянием. В этих случаях отражения от ионосферы сильно размыты, т.е. не имеют резко очерченной формы и наблюдаются ниже или выше реальной критической частоты области. Такие отражения называются рассеянными. Рассеянные отражения наблюдаются и от других областей, но типы F-рассеяние является наиболее частым и наиболее трудным для интерпретации.
9.1.3.2 F-частотное рассеяние. При этом типе рассеяния следы отражений на ионограмме расширены по частоте вблизи критических частот (рисунок 32).
9.1.3.3 Q1-рассеяние. Иногда на фоне обычного рассеяния типа F имеются дополнительные следы отражений ниже критической частоты foF2, подобные нормальному следу. Такой тип F-рассеяния классифицируется, как Q1. Но чаще оба типа неоднородностей наблюдаются одновременно - рисунок 33.
9.1.3.4 Q-рассеяние по высоте. Если следы отражений вдали от критической частоты расширены по высоте и диапазон рассеяния превышает 30 км, то такой тип F-рассеяния классифицируется, как тип Q - рисунок 34.
(диапазонное рассеяние) и тип F (частотное рассеяние),
что можно обозначить как тип L - смешанный тип
9.1.3.5 L-рассеяние. Если одновременно с рассеянием по высоте наблюдается и рассеяние по частоте типа F, то такой вид рассеяния можно классифицировать двумя способами: отмечая двумя буквами F и Q или одной буквой L, обозначающей смешанный тип F-рассеяния.
9.1.3.6 P-шпора. Если на ионограмме присутствуют следы от наклонов отражающей области, которые простираются до более высоких частот, чем следы от F-области, расположенного над головой, то в этих случаях рассеяние относят к типу P - шпора - рисунок 35. Когда отражающая структура со временем перемещается к точке наблюдения, рассеянные отражения типа P могут переходить в типы F и Q.
9.1.4.1 Определение ионосферных характеристик по ионограммам часто бывает затруднительно, а иногда и совсем невозможно по разным причинам (ионосферным или аппаратурным). Во многих случаях причины этих трудностей сами по себе представляют большой научный интерес, в остальных случаях указание причины может иметь значение при статистической обработке данных. Поэтому для объяснения трудностей определений характеристик и классификации явлений принята международная система буквенных обозначений. Буквенные обозначения (символы) служат для того, чтобы:
- оценить числовую величину (больше или меньше указанного значения);
- указать, что значение получено в результате какой-либо операции (интерполировано, вычислено по обыкновенной компоненте (O-компоненте) или необыкновенной компоненте (X- или Z-компоненте), сглажено по графику).
- объяснить отсутствие измерений характеристик;
- указать причину, по которой измерение полагается сомнительным;
- объяснить, почему была необходима интерполяция;
- дать полезную описательную информацию об ионограмме;
Символы первых двух групп называются оценочными, а последних четырех - описательными. Ниже даются определения этих символов, принятые URSI.
9.1.4.2 В качестве оценочных букв используются: A, D, E, I, J, M, O, T, U, Z.
Они имеют следующий смысл:
A - меньше, чем (применяется только с параметром fbEs в случае полного экранирования слоем Es вышележащих областей);
D - больше, чем;
E - меньше, чем;
I - отсутствующее значение заменено интерполированным;
J - характеристика O-компоненты вычислена по X-компоненте;
M - сомнительная интерпретация вида компоненты;
O - характеристика необыкновенной компоненты волны, вычисленная по обыкновенной компоненте;
T - значение определено по ряду последовательных наблюдений;
U - числовое значение недостоверно или сомнительно;
Z - характеристика обыкновенной (O) компоненты волны, вычисленная по Z-компоненте.
9.1.4.3 К описательным буквам относятся: A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, V, W, X, Y, Z.
Описательные буквы имеют следующие значения:
A - на измерение параметра влияет или делает его невозможным наличие нижележащего тонкого спорадического слоя - Es. В первом случае с описательной буквой A используется соответствующая оценочная буква (U, J, E, D). Во втором - числовое значение параметра заменяется буквой A;
B - на измерение влияет или делает его невозможным большое поглощение (большое значение fmin). В первом случае с описательной буквой B используется соответствующая оценочная буква (U, J, E, D). Во втором - числовое значение параметра заменяется буквой B;
C - на измерение влияет или делает его невозможным какая-либо не ионосферная причина (неполадки в аппаратуре, отсутствие электроэнергии, погрешность часов);
D - на измерение влияет или делает его невозможным верхний предел нормального диапазона частот ионозонда (10 или 20 МГц);
E - на измерение влияет или делает его невозможным нижний предел нормального диапазона частот ионозонда (1 МГц);
F - на измерение влияет или делает его невозможным наличие рассеянных отражений;
G - на измерение влияет или делает его невозможным малая плотность ионизации отражающей области. Буква G используется в основном при определении параметров слоев F2 и Es:
а) если foF2 - foF1 < 0,5 МГц, то числовое значение foF2 сопровождается символом G. Если отражений от слоя F2 совсем нет, тогда foF2 отсчитывается на частоте, очень близкой к foF1, и сопровождается символами EG (этот случай называется "Условием G" в ионосфере). При этом значение M3000F2 и действующая высота следа отражений O-компоненты на частоте, равной 0,834·foF2 (hpF2) заменяются буквой G;
б) если foEs или fbEs <= foE, числовые значения foEs и fbEs сопровождаются буквой G;
в) если след слоя Es, по которому определяется высота слоя Es не становится горизонтальным, то тогда числовое значение минимальной действующей высоты слоя Es, используемое для определения foEs, (h'Es) сопровождается символами EG;
H - на измерение влияет или делает его невозможным наличие расслоений в области;
K - имеется корпускулярная область E. Эта буква применяется в тех случаях, когда во время ионосферной бури в ночное время наблюдаются отражения, напоминающие отражения от регулярной дневной области E. Числовое значение foE в таких случаях сопровождается букой K, что указывает на корпускулярную природу ночной области E;
L - на измерение влияет или делает его невозможным отсутствие на следе достаточно четко выраженного перегиба между слоями F1 и F2. Буква L применяется для пары foF1 M3000F1, а также иногда при определении значений h'F2:
- foF1 - если переход от слоя F1 к слою F2 выражен очень слабо, но он все же заметен, тогда отсчитывается числовое значение точки перегиба и сопровождается буквой L. На f-графике на этой частоте будет стоять буква L. В таблицах вместо числового значения foF1 будет записана только буква L. Числовые значения МПЧ и, соответственно, M3000F1 в этом случае заменяются буквой L. Если перегиб выражен достаточно четко, тогда числовое значение foF1 сопровождается буквами UL, на f-графике при этом будет заполненный кружок.
- h'F2 - если след слоя F2 не имеет почти горизонтального участка, то отсчитывается наиболее подходящее значение h'F2 и сопровождается буквой L (на h-графике на этой высоте будет стоять буква L. В таблицах вместо числового значения будет записана только буква L). Если же след слоя F2 почти горизонтален, числовое значение h'F2 с буквами UL;
M - значение сомнительно из-за невозможности различить O- и X-компоненты. Эта буква применяется очень редко;
N - ионосферные условия таковы, что измерение не поддается интерпретации (чаще всего при наличии наклонных отражений, затрудняющих интерпретацию ионограмм);
O - измерение относится к обыкновенной компоненте (при определении некоторых параметров X-компоненты);
P - наличие рассеянных следов типа полярной шпоры;
Q - наличие диапазонного рассеяния;
R - на измерение влияет или делает его невозможным отклоняющее поглощение вблизи критической частоты;
S - на измерение влияют или делают его невозможным радиопомехи или атмосферные помехи;
T - значение характеристики определено из ряда наблюдений, причем фактическое наблюдение было противоречиво или сомнительно;
V - разветвленный след вблизи критической частоты, который может повлиять на измерение;
W - измерение характеристики неточно или невозможно, вследствие того, что отражения находятся за пределами записываемого диапазона высот;
X - измерение относится к необыкновенной компоненте;
Y - прерывистый след (явление лакуны), сильный наклон области (ненормальный ход следов вблизи foF2 - очень сложные отражения);
Z - измерение относится к третьей магнито-ионной компоненте. Z-след является характерным для высокоширотных СП ионосферных наблюдений.
9.1.5.1 Определение foE должно производиться по крайней мере с точностью равной 0,05 МГц.
9.1.5.2 Оценка степени точности при определении foE:
- значение foE считается точным, если предполагаемая неточность не превышает +/- 0,05 МГц, т.е. в диапазоне 0,1 МГц;
- если предполагаемая неточность больше +/- 0,05 МГц, но не превышает +/- 0,15 МГц, т.е. в диапазоне от 0,1 до 0,3 МГц, то значение foE сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра (см. подпункт 9.1.2.2);
- если предполагаемая неточность больше +/- 0,15 МГц, но не превышает +/- 0,2 МГц, т.е. в диапазоне от 0,3 до 0,4 МГц, то foE должно записываться с оценочной буквой E или D, в зависимости от существовавших условий, и соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2);
- если предполагаемая неточность больше +/- 0,4 МГц, то числовое значение foE заменяется соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2).
9.1.5.3 Определение foF2 должно производиться по крайней мере с точностью равной 0,1 МГц или 2% (здесь и в пункте 9.1.5.4 берут то значение, которое больше).
- значение foF2 считается точным и записывается без оценочной буквы, если предполагаемая неточность не превышает +/- 0,1 МГц, т.е. в диапазоне 0,2 МГц, либо не превышает +/- 2%;
- если предполагаемая неточность больше +/- 0,1 МГц, но не превышает +/- 0,2 МГц, т.е. в диапазоне от 0,2 до 0,4 МГц, или, соответственно, больше +/- 2%, но не превышает +/- 5%, значение foF2 сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра (см. подпункт 9.1.2.2);
- если предполагаемая неточность больше +/- 0,2 МГц, но не превышает +/- 0,3 МГц т.е. в диапазоне от 0,4 до 0,5 МГц или, соответственно, больше +/- 5%, но не превышает +/- 10%, то foF2 должно записываться с оценочной буквой E или D, в зависимости от существовавших условий, и соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2);
- если предполагаемая неточность больше +/- 0,3 МГц или +/- 10%, то числовое значение fo F2 заменяется соответствующей описательной буквой (см. подпункт 9.1.2.2).
9.1.5.5 Трудности при определении foEs и fbEs возникают, если между концом следа Es и началом вышележащего слоя (F1 или F2) имеется разрыв. Тогда применяются следующие правила:
- если разрыв не превосходит 0,3 МГц, значение foEs и fbEs определяются как точные значения;
- если разрыв более 0,3 МГц, но не превосходит 0,4 МГц - значения foEs и fbEs определяются в середине диапазона и сопровождаются оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра;
- если разрыв более 0,4 МГц, но не превосходит 0,5 МГц - значения foEs и fbEs должны записываться с оценочной буквой E или D и соответствующей описательной буквой.
9.1.5.6 Значение действующей высоты h' любого слоя считается точным, если отсчет производится в точке, в которой можно провести касательную прямую к следу данного слоя. В противном случае используют описательные и оценочные буквы.
h'Es - если след слоя не стал горизонтальным, то числовое значение h'Es записывается с буквами EG.
h'E, h'F1 и h'F2 - если след области E, слоя F1 или F2 не является горизонтальным, а имеет "наклон", числовое значение h' должно сопровождаться оценочной буквой U или E и описательной буквой, указывающей причину неточного определения высоты области или слоя в данном случае (использование описательной буквы L при определении h'F2 приведено выше в подпункте 9.1.4.3).
9.1.6.1 К общему обозначению МПЧ добавляется наименование ионосферной области, от которой происходит отражение данной частоты, и количество скачков, например, МПЧ 1F2 - односкачковая мода слоя F2. Также после обозначения МПЧ перед обозначением количества скачков и слоя отражения может добавляться дальность. Различают МПЧ на дальности в 4000 км (МПЧ 4000), на дальности 3000 км и т.д.
9.1.6.2 С точки зрения теории распространения радиоволн в ионосфере МПЧ - особая точка на ионограмме наклонного радиозондирования ионосферы, в которой соединяются верхние и нижние геометрооптические лучи (рисунок 36).
на радиотрассе Москва (ИЗМИРАН) - Калининград
с отмеченными МПЧ.
На рисунке 36 МПЧ 1E равно 11.5 МГц, МПЧ 1F2 равно 9 МГц, а МПЧ слоя F1 не сформировалась и имеет только перегиб в частотном ходе группового пути. Превышение МПЧ 1E над МПЧ 1F2 характерно для односкачковых радиотрасс в области существования отражения от слоя E в летнее околополуденное время при низкой и средней солнечной активности.
Если реализуется трасса с несколькими скачками, то МПЧ всей трассы можно оценить как наименьшее значение МПЧ в этих скачках
9.1.6.3 В практике ионосферных исследований исторически введен параметр, характеризующий отношение МПЧ моды 1F2 для дальности 3000 км к критической частоте foF2 по ионограмме ВЗ (M3000 F2). Исторически для определения M3000 использовался метод номограмм, когда в одном и том же масштабе графически подбиралась кривая передачи из семейства стандартных кривых, касающаяся следа отражения от слоя F2 на ионограмме ВЗ. Кривой передачи называют зависимость высоты эквивалентного треугольника при фиксированной дальности от угла падения 
(рисунок 2а).
(рисунок 2а).9.1.6.4 В системе интерактивной обработки ионограмм на ионозонде "Парус-А" реализована исторически апробированная методика оценки параметра M3000 - для фиксированной точки fv, h' (указатель мышки) строится кривая передачи в диапазоне действующих высот от 200 до 800 км. На рисунке 37 показан пример определения значения МПЧ на ионограмме ВЗ. Механическая операция наложения графиков выполняется программным образом. В поле ионограммы появляется кривая передачи. Курсором надо подвести ее к соответствующему следу слоя (F2 или F1) так, чтобы кривая оказалась касательной к следу обыкновенной компоненты, и сделать отсчет. Значение коэффициента M3000 определяется автоматически.
9.1.6.5 Если же определение значения МПЧ3000 невозможно, то соответствующей буквой указывается причина, по которой невозможно определить МПЧ. Если отсчитанное значение МПЧ является сомнительным, то оно сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, соответствующей причине неточности. Чаще всего сомнение возникает из-за неточного определения критической частоты соответствующего слоя. Т.е. буквы, используемые при определении foF2 или foF1, чаще всего повторяются с параметром МПЧ и, соответственно, M3000.
9.1.6.6 В процедуре автоматической обработки ионограмм, инкорпорированной в общую систему определения ионосферных параметров ионозонда "Парус-А", МПЧ3000 1F2 находится методом прямого расчета по высотному профилю концентрации электронов.
Параметр hpF2 определяется по следу F2 на ионограмме, как действующая высота на частоте f равной foF2·0,834. В приближении "параболического" слоя эту величину считают равной высоте максимума электронной концентрации. При этом надо обращать внимание что частота f равная foF2·0,834 должна быть больше, чем частота на которой определяется h'F2. Если это не так, то числовое значение hpF2 заменяется буквой G. Если эти частоты совпадают, записывают hpF2 = h'F2 с буквой G.
На рисунке 38 приведена ионограмма, демонстрирующая пример определения параметра hpF2.
Гелиогеофизическая информация, поступающая с СП ионосферных наблюдения, имеет стандартный формат для каждого вида урсиграмм.
Для представления результатов обработки ионограмм используется формат урсиграммы ИОНКА, состоящий из 13 групп символов, описанных в таблице 7, разделенных пробелами. ИОНКА завершается знаком равенства (=), который не отделяется пробелом. Общая форма записи формата ИОНКА имеет вид:
ИОНКА ///// ГММДД Н/М/К /ЧЧММ ФФФВВ ПП/ММ СССВВ ОООВВ ККЭЭЭ ЕЕЕВВ АААТ/ РРР//=
Номер и назначение группы символов | Символ | Описание элементов группы | |
1. Кодовое слово | ИОНКА | - | - |
2. Индексный номер СП ионосферных наблюдений | ///// | - | Пятизначный индексный номер СП ионосферных наблюдений, оборудованного ионозондом ВЗ |
3. Дата наблюдения | ГММДД | Г | Последняя цифра года |
ММ | Месяц | ||
ДД | День по Гринвичу | ||
4. Служебная группа | Н/М/К | Н | Всегда цифра "7" |
/ | Всегда косая черта | ||
М | Количество сеансов зондирования, одновременно сообщаемых в коде | ||
/ | Всегда косая черта | ||
К | Сумма цифр во всех передаваемых группах, следующих после служебной, только разряд единиц общей суммы | ||
5. Международное время | /ЧЧММ | / | Всегда косая черта |
ЧЧ | Часы | ||
ММ | Минуты | ||
6. foF2, h'F2 | ФФФВВ | ФФФ | foF2, записанная в десятых долях МГц |
ВВ | h'F2. Записывают только сотни и десятки км | ||
7. M3000F2, тип F-рассеяния (Spread F), fmin | ПП/ММ | ПП | Коэффициент M3000F2 |
/ | Косая черта при отсутствии F-рассеяния; при F-рассеянии вместо косой черты ставится цифра, характеризующая тип F-рассеяния: 6 - тип F, 7 - тип P, 8 - тип Q, 9 - тип L | ||
ММ | Минимальная частота отражения, в десятых долях МГц | ||
8. foEs, h'Es | СССВВ | ССС | foEs, записанная в десятых долях МГц |
ВВ | h'Es. Записывают только десятки и единицы км - превышение над уровнем в 100 км | ||
9. foF1, h'F | ОООВВ | ООО | foF1, записанная в десятых долях МГц |
ВВ | h'F. Записывают только сотни и десятки км | ||
10. M3000F1 и hpF2 | ККЭЭЭ | КК | M3000F1 |
ЭЭЭ | hpF2 в км | ||
11. foE, h'E | ЕЕЕВВ | ЕЕЕ | foE, записанная в десятых долях МГц |
ВВ | h'E. Записывают только десятки и единицы км - превышение над уровнем в 100 км | ||
12. fbEs, тип Es | АААТ/ | ААА | fbEs, записанная в десятых долях МГц |
Т | Значение, определяющее тип Es: (1 - тип f, 2 - тип l, 3 - тип c, 4 - тип h) 5 - тип q, 6 - тип r, 7 - тип a, 8 - тип s, 9 - не классифицируется, 0 - нет данных | ||
/ | Всегда косая черта | ||
13. fxI | РРР// | РРР | fxI, записанная в десятых долях МГц |
// | Всегда две косые черты | ||
При формировании урсиграммы годом ИОНКА следует учитывать, что
- при отсутствии слоя Es вместо цифры ставится косая черта.
- при отсутствии какого-либо из параметров вместо него в соответствующем месте кода ставится косая черта (или две черты) и одна из следующих цифр, определяющих причину отсутствия параметра:
I - экранирование;
2 - неотклоняющее поглощение;
3 - неисправность аппаратуры;
4 - верхний предел (по частоте) аппаратуры;
5 - нижний предел (по частоте) аппаратуры;
6 - диффузность;
7 - малая плотность ионизации или отсутствие слоя;
8 - сложная ионограмма;
9 - отклоняющее поглощение;
0 - всевозможные прочие причины и помехи.
Например, в случае диффузности, в сообщение вместо последней цифры ставится цифра "6", а недостающие цифры заменяются косой чертой (//6/6).
При формировании сообщения за несколько часов наблюдения группы с пятой по тринадцатую повторяются для каждого часа.
Ниже приведен пример телеграммы с кодом ИОНКА:
ИОНКА 33702 10323 7/1/5 /1200 05628 32616 //7/7 03922 37290 02720 //70/ 068//=
Который расшифровывается следующим образом: 1 группа: служебный код ИОНКА; 2 группа: СП N 33702; 3 группа: 23 марта 2011; 4 группа: 1 сеанс зондирования, единичный разряд суммы цифр равен 5 (1 + 2 + 0 + 0 + 0 + 5 + 6 + 2 + 8 + 3 + 2 + 6 + 1 + 6 + 7 + 7 + 0 + 3 + 9 + 2 + 2 + 3 + 7 + 2 + 9 + 0 + 0 + 2 + 7 + 2 + 0 + 7 + 0 + 0 + 6 + 8 = 125); 5 группа: время 12:00, 6 группа: критическая частота слоя F2 равна 5,6 МГц минимальна действующая высота слоя F2 равна 280 км; 7 группа: M3000F2 равен 32, диффузность типа F, минимальная частота отражения равна 1,6 МГц; 8 группа: отсутствие слоя Es; 9 группа: критическая частота слоя F1 равна 3,9 МГц, минимальная действующая высота слоя F1 равна 220 км; 10 группа: M3000F1 равен 37, высота максимума электронной концентрации слоя F2 в параболическом приближении 290 км; 11 группа: критическая частота слоя E равна 2,7 МГц, минимальная действующая высота слоя E равна 120 км; 12 группа: частота экранировки спорадическим образованием отсутствует; 13 группа: предельная частота отражения от области F равна 6,8 МГц.
Одна из обязательных форм представления результатов обработки ионограмм ВЗ - f-график (рисунок 39).
следов отражений (f-график)
f-график является суточным графиком частотных характеристик следов отражений, имеющихся на ионограмме. Он показывает зависимость частоты от времени и построен по международным правилам, чтобы можно было легко сравнивать детальные наблюдения, полученные на различных СП ионосферных наблюдений. На f-график наносятся все стандартные частоты, кроме foEs. По f-графику можно провести интерполяцию для пополнения пропущенных значений.
На ионозонде "Парус-А" предусмотрена предварительная автоматическая обработка данных. Результаты автоматической обработки наносятся на f-графики синим цветом. Разноцветные обозначения относятся к ручной обработке.
Внизу f-графика имеется дополнительная шкала - "Типы Es". Она показывает наличие отражений от того или иного типа Es.
По международному соглашению для f-графиков приняты следующие обозначения:
а) foE, foF1 и foF2, которые согласно правилам точности не имеют при себе оценочных букв, наносятся пустым кружочком - "o":
foE - "o" зеленый цвет;
foF1 - "o" черный;
foF2 - "o" красный;
б) достоверные значения fxF2 наносятся значком "x" - красный;
в) если числовое значение любого параметра сопровождается:
- оценочной буквой E (меньше, чем), то на f-графике на данной частоте будет значок 
с соответствующей описательной буквой.
с соответствующей описательной буквой.- оценочной буквой D (больше, чем), то на f-графике на данной частоте будет значок 
с соответствующей описательной буквой;
с соответствующей описательной буквой;ИС МЕГАНОРМ: примечание. Нумерация пунктов дана в соответствии с официальным текстом документа. |
в) если foE, foF1, foF2 и fxF2 оказывается неточным, т.е. числовое значение сопровождается оценочным и описательным символами, то значения fo и fx наносятся заполненным кружочком - 
.
.foE обозначается 
, если числовое значение foE отмечено буквами UA. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком 
на f-график будет нанесена эта буква.
, если числовое значение foE отмечено буквами UA. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком на f-график будет нанесена эта буква.foF1 обозначается 
, если числовое значение foF1 отмечено буквами UL. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком 
на f-график будет нанесена буква. Если на ионограмме нет четкого перегиба между слоями F1 и F2, на f-график наносится буква "L" (верх буквы соответствует условной частоте перехода от слоя F1 к слою F2.
, если числовое значение foF1 отмечено буквами UL. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком на f-график будет нанесена буква. Если на ионограмме нет четкого перегиба между слоями F1 и F2, на f-график наносится буква "L" (верх буквы соответствует условной частоте перехода от слоя F1 к слою F2.foF2 и fxF2 обозначается 
, если числовое значение foF2 и fxF2 отмечено буквами UF, если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком 
на f-график будет нанесена буква;
, если числовое значение foF2 и fxF2 отмечено буквами UF, если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком на f-график будет нанесена буква;г) fxI - наибольшая частота, на которой имеются отражения от области F, независимо от того, отражаются ли они от ионосферы над головой или при наклонном падении. На графиках наносится значком "+" - красный цвет. Если fxI равна fxF2, то в таких случаях fxF2 не отсчитывается, а определяется fxI и это значение сопровождается описательной буквой X
ИС МЕГАНОРМ: примечание. Нумерация пунктов дана в соответствии с официальным текстом документа. |
е) fmin наносится заполненным кружочком 
- (черный цвет), который соединяется вертикальной линией с нулевой отметкой f-графика - 
(по правилам он должен соединяться с фактической низшей частотой диапазона зондирования (на ионозонде "Парус-А" 1 МГц). Если числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E (меньше, чем) и описательной буквой S, то на f-графике на данной частоте будет значок 
и вертикальная черта. В тех случаях, когда числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E и описательной буквой C, то рядом со значком 
на f-график будет нанесена буква C;
- (черный цвет), который соединяется вертикальной линией с нулевой отметкой f-графика - (по правилам он должен соединяться с фактической низшей частотой диапазона зондирования (на ионозонде "Парус-А" 1 МГц). Если числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E (меньше, чем) и описательной буквой S, то на f-графике на данной частоте будет значок и вертикальная черта. В тех случаях, когда числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E и описательной буквой C, то рядом со значком на f-график будет нанесена буква C;ж) fbEs наносится на f-график заполненным кружочком с пересекающей его горизонтальной линией - "
" (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией;
" (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией;з) типы Es отмечаются на нижней части f- и h-графиков заполненным кружочком 
.
.Следующая обязательная форма представления результатов обработки ионограмм ВЗ - h-график. h-график (рисунок 40) является суточным графиком действующих высот всех областей, имеющихся на ионограмме.
Под графиком имеется также дополнительная шкала - "Типы Es".
На ионозонде "Парус-А" предусмотрена предварительная автоматическая обработка данных. Результаты автоматической обработки наносятся на h-графики синим цветом. Разноцветные обозначения относятся к ручной обработке.
Обозначения для h-графиков:
а) h'E обозначается:
- "o", если значение h'E точное;
- 
, если значение h'E сопровождается оценочной буквой U;
, если значение h'E сопровождается оценочной буквой U;- 
, если значение h'E сопровождается оценочной буквой E;
, если значение h'E сопровождается оценочной буквой E;б) h'F обозначается:
- "o", если значение h'F точное;
- 
, если значение h'F сопровождается буквами U;
, если значение h'F сопровождается буквами U;- 
, если значение h'F сопровождается оценочной буквой E;
, если значение h'F сопровождается оценочной буквой E;в) h'F2 обозначается:
- "o", если значение h'F2 точное;
- 
, если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой UL;
, если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой UL;- 
с буквой, если вместо L применяется другая буква;
с буквой, если вместо L применяется другая буква;- 
, если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой E;
, если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой E;г) В случае точного определения значение минимальной действующей высоты следа Es h'Es, используемого для определения foEs, ее обозначают "
" (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией.
" (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией.Если h'Es сопровождается буквами EG используется обозначение - 
.
.Результаты обработки ионограмм ВЗ представляются в виде суточных таблиц. Суточная таблица представляет собой таблицу ежечасных значений всех параметров, снимаемых с ионограмм ВЗ (таблица 8). Дополнительно к параметрам, которые наносятся на f- и h-графики, в таблице отмечаются "Типы F-рассеяния". Для краткой записи в таблицах 8 и 9 вместо обозначений M3000F1 и M3000F2 использованы соответственно MF1 и MF2.
Таблица 8
Ежечасные значения ионосферных параметров. Станция 34502.
Дата: 2011-04-09. Всемирное время Z
fmin | foF2 | M F2 | h'F2 | h'F | foF1 | M F1 | foE | h'E | fbEs | foEs | h'Es | hpF2 | fxI | |||
00 | 10 | 32 F | 257 F | - | 296 | - | - | - | - | - | - | - | - | 412 F | 45 F | F |
01 | 10 | 29 F | 260 F | - | 285 | - | - | - | - | - | - | - | - | 413 F | 42 F | F |
02 | 10 | 32 F | 257 F | - | 281 | - | - | - | - | - | - | - | - | 400 F | 46 F | F |
03 | 10 | 42 | 308 | - | 264 | - | - | 154UH | 109 | - | - | - | - | 307 | 49 X | - |
04 | 12 | 45 | 309 | - | 235 | - | - | 219 | 108 | - | - | - | - | 297 | 53 X | - |
05 | 12 | 50 | 297 | - | 231 | - | - | 259 | 103 | - | - | - | - | 316 | 58 X | - |
06 | 13 | 54 | 296 | 343 | 217 | 424UL | 359UL | 286 | 105 | - | - | - | - | 345 | 61 X | - |
07 | 13 | 59 | 294 | 340 | 212 | 439UL | 360UL | 306 | 101 | G | 31 | 129 | c1 | 342 G | 67 X | - |
08 | 15 | 63 | 299 | 341 | 192 | 450UL | 363UL | 310 | 100 | 32 | 32 | 118 | c1 | 341 G | 70 X | - |
09 | 14 | 60 | 272 | 395 | 192UH | 468UL | 353UL | 312UA | 100 | 32 | 32 | 110 | c2 | G | 67 X | - |
10 | 14 | 65 | 286 | 347 | 218 | 467UL | 340UL | 320 | 101 H | 31 G | 31 G | 108 | c2 | 354 | 73 X | - |
11 | 13 | 65 | 300 | 329 | 235 | 464UL | 349UL | 320 | 101 | 28 G | 28 G | 108 | c1 | 333 | 72 X | - |
12 | 13 | 66 | 305 | 312 | 218 | 461UL | 336UL | 307 | 106EA | 30 G | 30 G | 104 | c1l1 | 322 | 73 X | - |
13 | 10 | 65 | 316 | 297 | 228 | 430UL | 361UL | 289 | 109EA | 15 G | 18 G | 97 | l1 | 305 | 73 X | - |
14 | 14 | 61 | 317 | 268 | 226 | L | L | 265 H | 109EB | 20 G | 21 G | 108 | c2 | 296 | 69 X | - |
15 | 14 | 61 | 317 | 262 | 245 | L | L | 228 | 119EB | 23 | 24 | 127 | h2 | 288 | 68 X | - |
16 | 12 | 59 | 320 | - | 247 | - | - | 171 | 127EA | G | 20 | 127 | c2l1 | 295 | 66 X | - |
17 | 12 | 54 | 305 | - | 240 | - | - | A | A | 13 | 20 | 103 | l1 | 315 | 61 X | - |
18 | 12ES | 50 F | 295 F | - | 247 | - | - | - | - | - | - | - | - | 337 F | 59 F | F |
19 | 12ES | 45 F | 286 F | - | 260 | - | - | - | - | 12 | 15 | 109 | f1 | 354 F | 57 F | F |
20 | 11ES | 38 | 297 | - | 241 | - | - | - | - | - | - | - | - | 328 | 45 X | - |
21 | 10 | 32 F | 274 F | - | 264 | - | - | - | - | - | - | - | - | 377 F | 47 F | F |
22 | 12ES | 30 F | 276 F | - | 287EA | - | - | - | - | S | 14 | 112 | f2 | 379 F | 46 F | F |
23 | 12ES | 26 F | 292 F | - | 286EA | - | - | - | - | 12 | 20 | 106 | f2 | 353 F | 46 F | F |
Для получения истинных значений числовых параметров числовые значения таблицы 8 необходимо умножить на соответствующие коэффициенты, приведенные в таблице 9. В ней же приведены единицы измерения этих параметров.
Таблица 9
Параметр | fmin | foE | foF1 | foF2 | fxI | fbEs | foEs | fxI | h'E | h'F | h'F2 | h'F | h'Es | hpF2 | MF1 | MF2 |
K | 0,1 | 0,01 | 0,01 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0,01 | 0,01 |
Единицы измерения | МГц | МГц | МГц | МГц | МГц | МГц | МГц | МГц | км | км | км | км | км | км | - | - |
В графе типы Es цифра рядом с буквой, указывающей тип Es, показывает число кратных отражений от наблюдаемого типа области Es. Если одновременно имеются отражения от нескольких типов Es, то на первом месте указывается тип, по которому определяется значение fbEs. Одновременно может отмечаться до 3-х типов (при этом 3-й тип отмечается без кратности).
В графе типы F-рассеяния классификация вида рассеянных отражений, представляется соответствующими буквами.
Месячные таблицы представляют собой таблицы ежечасных значений критической частоты foF2 и действующей высоты h'F2, снимаемых с ионограмм ВЗ в течение календарного месяца.
Ниже в качестве примера приведены месячные таблицы foF2 (таблица 10) и h'F2 (таблица 11), полученные по данным станции Москва (34502). Мировое время.
Таблица 10
Месячные значения ионосферного параметра foF2. Август 2011 г. Станция 34502.
День\Час | 00 | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | 06 | 07 | 08 | 09 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |
01 | 31 | 30 | 37 | 43 | 49 | 51 | 57 | 64 | 63 | 62 | 62 | 59 | 58 | 58 | 56 | 52 | 55 | 56 | 60 | 63 | 60 | 56 | 46 F | 41 F |
02 | 41 | 34 F | 40 | 50 | 53 H | 54 | 57 | 57 | 61 | 61 | 59 | 58 | 60 | 58 | 60 | 57 | 57 | 61 | 63 | 60 | 55UF | 47UF | 43UF | 41UF |
03 | 35UF | 33UF | 39 H | 48UH | 57 | 57 H | 54 H | 57 | 57 | 62 | 59 | 59 | 59 | 59 | 58 | 55 | 56 | 52 | 51 | 57 F | 56 F | 51 F | 44 F | 42 F |
04 | 39 F | 38 F | 43 F | 49 H | 61 H | 60 | 64 | 63 | 67 | 64 | 58 | 58 | 57 | 57 | 54 | 54 | 57 | 59 | 65 | 68 | 62 | 51 | 45 | 39 |
05 | 35 F | 33 F | 39UH | 52 | 54 | 58 | 63 | 56 H | 66 | 63UH | 62 | 58UH | 58 | 57 | 57 H | 54 | 59 | 57 | 59 | 61 | 53 | 29 F | 27 F | 34UF |
06 | 40UF | 27UF | 30 F | 33EG | 36 G | 38EG | 40EG | 41EG | 42EG | 45 G | 43EG | 43 G | 42EG | 45 G | 46 | 46 | 49 | 49 | 47 | 44 | 35 | 26 | 24 | 20 |
07 | 17 | 23 | 31 | 38 G | 41 G | 44 G | 50UH | 51 H | 54 | 56 | 59 H | 58 | 55 | 55 | 55 | 57 | 54 | 59 | 58 | 55 F | 46 F | 41UF | 37UF | 32UF |
08 | 30UF | 28UF | 36 | 46 | 55 | 48 G | 52 | 59 H | 64 | 66 | 64 | 63 | 59 | 58 | 61 | 57 | 62 | 65 | 60 | 58 | 51 F | 45 F | 43 F | 40 F |
09 | 33 F | 31UH | 40UH | 48 | 49 | 56 | 58 | 53 | 59 | 61 H | 64UH | 61 | 62 | 59 | 60 | 58 | 57 | 66 | 60 | 53 | 48 | 47 | 41UF | 39 |
10 | 34 | 31 | 37 H | 46 | 52 | 64 | 62 | 60 H | 65 | 68 | 67 | 59 | 60 | 57 | 58 | 52 | 60 | 65 | 68 | 59 | 51 | 49 | 43 | 39 |
11 | 38 | 36 | 40 | 48 | 53 | 58 | 58 | 58 | 59 | 61 | 60 H | 58 H | 62 | 56 | 55 | 53 | 56 | 61 | 66 | 62 | 59 | 53 | 50 | 42 |
12 | 41 | 37 | 39 | 45 | 50 | 57 | 59 | 62 | 60 | 63 | 59 | 55 | 56 | 59 | 57 | 55 | 59 | 62 | 63 | 63 | 53 | 51 | 48 | 40 |
13 | 35 | 32 | 36 | 45 | 46 H | 49 | 57 H | 60 | 58 | 60 | 54 | 56 | 52 | 52 | 54 | 55 | 55 | 54 | 57 F | 56 F | 50 F | 50 | 44 F | 42 F |
14 | 38 F | 33 F | 36 | 44 | 53 | 58 | 64 H | 61 | 68 | 67 | 72 | 68 | 62 | 63 | 62 | 62 | 59 | 65 | 63 | 59 | 56 | 49 | 40 | 33 |
15 | 33 | 28 | 30 | 40 G | 44 | 49 | 56 | 51 | 57 H | 58 | 53 | 58 | - A | 55 | 55 | 53 | 52 | 52 | 44UF | 44UF | 43 F | 43 | 41 | 37 F |
16 | 33 F | 32 F | 34 | 40 H | 46 | 47 | 51 | 52 | 56 | 58 | 56 | 60 | 61 | 57 | 56 | 55 | 57 | 55 | 59 | 53 | 48 | 41 | 37 | 36 |
17 | 35 | 35 | 37 | 46 | 54 | 52 | 55 H | 55 | - A | 54 | 58 | 54 | 54 | 56 | 51 | 51 | 50 | 54 | 56 | 55 | 51 | 44 | 44 | 43 |
18 | 38 | 36 | 38 | 46 | 51 | 53 | 62 | 59 | 57 | 61 | 58 H | 58 | 56 | 54 | 57 | 53 | 54 | 59 | 65 | 61 | 58 F | 50 F | 43 F | 41 |
19 | 39 F | 38 F | 38 F | 45 | 55 | 58UH | 59 | 60 | 67 | 59 | 58 | 61 | 58 | 57 | 57 | 56 | 56 | 59 | 59 | 58 | 53 | 47 F | 43 | 38 F |
20 | 37 F | 36 F | 38 | 46 | 52 H | 58 H | 65 | 67 | 69UH | 62 | 66 | 67 | 59 | 57 | - A | 57 | 59 | 68 | 71 | 66 | 61 | 56 | 48 | 44 |
21 | 39 F | 39 | 43 | 47 | 55 | 50 H | 56 | 63 | 69 | 65 | 62 | 61 | 58 | 56 | 56 | 55 | 54 | 61 | 63 | 58 | 52 | 48 | 44 | 43 |
22 | 41 | 39 | 36 | 47 | 58UH | 67 | 63UH | 68 | 71 | 58 | 66 | 68 | 72 | 66 | 62 | 61 | 60 | 67 | 66 | 59 | 61 | 56 | 49 | 45 |
23 | 43 | 42 | 40 | 48 | 57 | 60 | 57UH | 61 | 64 | 66 | 63UH | 63 | 62 | 62 | 62 | 62 | 59 | 69 | 66 | 57 | 53 | 49 | 50 | 45 |
24 | 41 | 37 | 37 | 43 | 46 | 52 | 57 | 55 V | 56 | 55 | 54 H | 53 | 53 | 53 | 52 | 52 | 51 | 56 | 60 | 58 F | 52UF | 47UF | 44 F | 38UF |
25 | 37UF | 35UF | 37 H | 46 | 51 H | 58 | 60 | 59 H | 65 | 61 | 67 | 63 | 61 | 62 | 59 | 59 | 55 | 56 | 64 | 60 | 53 F | 48 F | 48 F | 47 F |
26 | 46 | 43 F | 35UF | 46 F | 50 | 56 H | 62 | 63 | 64 | 65 | 64 | 61 | 60 | 60 H | 58 | 59 | 62 | 63 | 60 | 58 | 51 | 48 | 45 | 42 |
27 | 39 | 37 | 32 F | 43 | 54 | 58 | 64 | 57 | 62 | 59 H | 62 | 62 | 59 | 59 | 56 | 56 | 62 | 62 | 62 | 59 | 57 | 52 | 48 F | 42 |
28 | 37 | 35 | 36 | 44 | 50 | 56 | 60 | 63 | 66 | 62 | 62 H | 62 | 65 | 61 | 60 | 60 | 61 | 65 | 67 | 64 | 59 | 52 | 47 | 44 |
29 | 42 | 39 | 36 | 45 | 55 V | 62 | 64 | 72 | 71 | 65 | 73 | 71 | 71 | 65 | 60 | 57 | 58 | 60 | 66 | 63 | 64 | 56 | 48 | 43 |
30 | 39 | 38 | 40 | 49 | 65 | 62 H | 72 H | 78 | 75 | 76 | 67 H | 67 | 68 | 66 | 63 | 59 | 59 | 63 | 64 | 61 | 55 | 50 | 47 | 43 |
31 | 43 | 40 | 40 | 51 | 54 | 59UH | 60UH | 66 | 69 | 70 | 65 | 70 | 68 | 61 | 60 | 59 | 61 | 64 | 64 | 58 | 47 | 39 | 34 | 33 |
Учтено | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 30 | 31 | 31 | 31 | 30 | 31 | 30 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 | 31 |
Среднее | 37 | 35 | 37 | 45 | 52 | 55 | 59 | 60 | 63 | 62 | 61 | 60 | 60 | 58 | 57 | 56 | 57 | 60 | 61 | 58 | 53 | 47 | 43 | 40 |
Медиана | 38 | 35 | 37 | 46 | 53 | 57 | 59 | 60 | 64 | 62 | 62 | 60 | 59 | 58 | 57 | 56 | 57 | 61 | 63 | 59 | 53 | 49 | 44 | 41 |
Н. кварт. | 35 | 32 | 36 | 44 | 49 | 52 | 56 | 56 | 58 | 59 | 58 | 58 | 57 | 56 | 55 | 53 | 55 | 56 | 59 | 57 | 51 | 45 | 42 | 38 |
В. кварт. | 41 | 38 | 40 | 48 | 55 | 59 | 63 | 64 | 67 | 65 | 65 | 63 | 62 | 61 | 60 | 59 | 59 | 65 | 66 | 61 | 58 | 51 | 48 | 43 |
Д. кварт. | 6 | 6 | 4 | 4 | 6 | 7 | 6 | 8 | 9 | 6 | 7 | 5 | 4 | 5 | 5 | 6 | 5 | 9 | 7 | 5 | 7 | 6 | 6 | 5 |
Таблица 11
Месячные значения ионосферного параметра h'F2. Август 2011 г. Станция 34502.
День\Час | 00 | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | 06 | 07 | 08 | 09 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |
01 | - | - | - | 343 | 362 | 434 | 371EA | 325 | 314 | 316 | 340 | 341 | 328 | 326 | 302 | 322 | 286 | - | - | - | - | - | - | - |
02 | - | - | - | 294 | 343 | 290 | 366 | 375 | 331 | 300 | 317 | 337 | 328 | 318 | 291 | 283 | 289 | - | - | - | - | - | - | - |
03 | - | - | - | - | 297 | 290 | 332UH | 329 | 341 | 328 | 320 | 333 | 341 | 301 | 310 | 294UL | 261 | - | - | - | - | - | - | - |
04 | - | - | - | - | 289 | 311UA | 292 | 351 | 322 | 301 | 301 | 327 | 330 | 326 | 307 | 287 | 278 | - | - | - | - | - | - | - |
05 | - | - | 321 | 238 | 348 | 310 | 291 | 398 | 317 | 323UH | 310 | 304UH | 343 | 304 | 295 | - | 263 | - | - | - | - | - | - | - |
06 | - | - | - | - G | - G | - G | - G | - G | - G | 587EG | - G | - G | - G | 368EG | 441 | 437 | 276 | - | - | - | - | - | - | - |
07 | - | - | - | 429 | 352UL | 620EG | 408 | 357 | 369 | 351 | 362UH | 320 | 333 | 327 | 321 | 286 | 264 | - | - | - | - | - | - | - |
08 | - | - | - | 332 | 236 | 482KG | 434 | 377 H | 311 | 307 | 297 | 323 | 364 | 318 | 306 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
09 | - | - | - | 254 | 309 | 331UK | 299 | 353 | 342 | 347 | 311UH | 347 | 284 | 283 | 284 | 283 | 284 | - | - | - | - | - | - | - |
10 | - | - | - | - | 361 | 283 | 292 | 301 | 304 | 340 | 304 | 332UH | 304 | 337 | 290 | - | 271 | 300EA | - | - | - | - | - | - |
11 | - | - | - | 290UL | 280 | 287 | 312 | 367 | 340 | 306 | 314 | 330 | 292 | 326 | 234 | 306 | 274 | - | - | - | - | - | - | - |
12 | - | - | - | 326 | 344 | 300 | 318 | 305 | 314 | 330 | 287 | 353 | 353 | 286 | 291 | 304 | 269 | - | - | - | - | - | - | - |
13 | - | - | - | 293 | 441 | 332 | 364 | 310 | 337 | 316 | 330 | 321 | 336 | 325 | 320 | 284 | 260 | - | - | - | - | - | - | - |
14 | - | - | - | 323 | 287 | 292 | 283 | 304 | 296 | 320 | 286 | 295 | 283 | 297 | 271 | 259 | 249 | - | - | - | - | - | - | - |
15 | - | - | - | - G | 306 | 384 | 330 H | 373 | 340 | 314 H | 411 H | 323 | - A | 342UA | 294 | 295 | 258 | - | - | - | - | - | - | - |
16 | - | - | - | 347 | 316 | 367 | 340 H | 380 | 354 | 326 | 379 | 336 | 310 | 290 | 327 | 289 | - | - | - | - | - | - | - | - |
17 | - | - | - | 304UL | 276 | 306 | 318UH | 322 | - A | 379 | 312 | 354 | 312 | 307 | 269 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
18 | - | - | - | 233 | 310 | 330 | 281 | 320 | 354 | 312 | 335 | 300 | 323 | 292 | 284 | 260 | - | - | - | - | - | - | - | - |
19 | - | - | - | - | 266 | 309UH | 279 | 307 | 278 | 285 | 295 | 310 | 312 | 316 | 299 | 271 | - | - | - | - | - | - | - | - |
20 | - | - | - | 322UL | 276 | 284 | 295 | 290 | 283 | 311 | 314 | 290 | 278 | 292 | - A | 273 | 270 | - | - | - | - | - | - | - |
21 | - | - | - | 291 | 243 | 278 | 369 | 341EA | 289 | 297 | 304 | 299 | 304 | 315 | 271 | 281 | 257 | - | - | - | - | - | - | - |
22 | - | - | - | - L | - L | 275 | 280 | 311 | 275 | 280 | 312 | 316 | 278 | 280 | 279 | 269UL | - | - | - | - | - | - | - | - |
23 | - | - | - | 280 | 270 | 245 | 261 | 342 | 276 | 335 | 293 | 300 | 307 | 285 | 287 | 273 | 244 | - | - | - | - | - | - | - |
24 | - | - | - | 304 | 354 | 340 | 321 | 356 | 346 | 378 | 333 | 371 | 399UL | 332 | 290 | 269UL | - | - | - | - | - | - | - | - |
25 | - | - | - | 290 | 323 | 312 | 294 | 363 | 292 | 317 | 321 | 307 | 309 | 287 | 278 | 259 | - | - | - | - | - | - | - | - |
26 | - | - | - | 293 | 346 | 337 | 289 | 309 | 337 | 307 | 297 | 291 | 289 | 276 | 270 | 285 | - | - | - | - | - | - | - | - |
27 | - | - | - | 292UL | 264 | 305 | 301 | 284 | 312 | 369 | 326 | 318 | 284 | 315 | 284 | 263 | - | - | - | - | - | - | - | - |
28 | - | - | - | - | 254UL | 280 | 326 | 290 | 293 | 314 | 307 | 322 | 295 | 264 | 259 | 255 | - | - | - | - | - | - | - | - |
29 | - | - | - | - | 275 | 275UL | 258 | 285 | 265 | 303UH | 296 | 292 | 281 | 265 | 261UL | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
30 | - | - | - | - | 239 | 263UL | 264 | 279 | 278 | 266 | 311 | 294UH | 295 | 269 | 243 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
31 | - | - | - | - | - | - A | 306UH | 343EA | 283 | 263 | 290 | 278 | 275 | 266 | 263UL | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Учтено | 0 | 0 | 1 | 20 | 28 | 29 | 30 | 30 | 29 | 31 | 30 | 30 | 29 | 31 | 30 | 24 | 17 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Среднее | 0 | 0 | 321 | 306 | 308 | 324 | 316 | 331 | 314 | 328 | 317 | 318 | 313 | 310 | 292 | 288 | 268 | 300 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Медиана | 0 | 0 | 321 | 296 | 302 | 305 | 303 | 327 | 314 | 316 | 312 | 320 | 309 | 304 | 289 | 283 | 269 | 300 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Н. кварт. | 0 | 0 | 321 | 296 | 276 | 235 | 289 | 305 | 287 | 306 | 299 | 300 | 295 | 295 | 271 | 270 | 260 | 300 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
В. кварт. | 0 | 0 | 321 | 326 | 347 | 336 | 340 | 356 | 339 | 336 | 326 | 333 | 329 | 326 | 302 | 294 | 276 | 300 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Д. кварт. | 0 | 0 | 0 | 38 | 71 | 51 | 51 | 51 | 52 | 29 | 27 | 33 | 45 | 41 | 31 | 24 | 16 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Аналогично таблице 8 для получения истинных значений числовых параметров числовые значения таблиц 10 и 11 необходимо умножить на соответствующие коэффициенты, приведенные в таблице 9.
9.2.1.1 Ионограммы, получаемые при внешнем радиозондировании ионосферы, имеют следующие отличия от ионограмм, получаемых при наземном радиозондировании:
- следы отраженных сигналов начинаются вблизи высоты расположения бортового передатчика;
- дополнительно к привычным следам обыкновенной и необыкновенной волн на ионограммах часто наблюдается след необыкновенной Z-волны. След асимптотически заканчивается на частоте fzI;
- на некоторых частотах наблюдаются устойчивые сигналы, возбужденные широкополосным излучением передатчика в непосредственной близости от спутника и называемые плазменными резонансами; их частоты определяются параметрами плазмы в окрестности спутника;
- за критическими частотами, определяющими электронную концентрацию в максимуме ионосферы, наблюдаются следы отражения от Земли или от спорадического слоя Es и Земли.
9.2.1.2 Следы на ионограммах при трансионосферном и обратном трансионосферном радиозондировании, как и отражение от Земли, характеризуют не только внешнюю ионосферу, но и внутреннюю, параметры которой могут быть получены в результате специальной обработки.
9.2.1.3 С точки зрения системы контроля состояния ионосферы выделяют три контролируемые с помощью спутникового радиозондирования зоны: первая зона - пространство вблизи спутника, вторая зона - область внешней ионосферы, включая высоту и максимум концентрации слоя F2 и третья зона - область внутренней ионосферы. При этом наблюдается закономерность: с удалением от спутника его диагностирующие возможности ослабляются.
9.2.1.4 Область вблизи спутника характеризуется прежде всего частотами отсечки (см. рисунок 41) - т.е. минимальными частотами, на которых могут распространяться радиоволны определенного типа в плазме - fzs, fos, fxs, где s указывает на то, что измерение сделано на высоте спутника.
и циклотронных резонансов
Частоты отсечки связаны с плазменной частотой на высоте спутника fp следующими соотношениями:
O-компонента | fp = fos, |
X-компонента |  , |
Z-компонента |  . |
В области плазменных резонансов устойчивые сигналы на ионограмме наблюдаются на следующих частотах:
на плазменной частоте на высоте спутника;
на гирочастоте или циклотронной частоте на высоте спутника fHs = eH/mc;
на циклотронных гармониках на высоте спутника n1fHs, где n1 = 2, 3, 4;
на верхней гибридной частоте на высоте спутника 
;
;на второй гармонике верхней гибридной частоты на высоте спутника 2 fTs.
Кроме основных пиков, наблюдаются дополнительные пики, характеризующие распространение электростатической волны или резонансные явления пикообразного вида: диффузные пики, плавающие пики, пики, относящиеся к сумме или разности частот основных резонансных пиков, пик удаленного резонанса, характеризующий гирочастоту на истинной высоте его возникновения и т.д.
Область плазменных резонансов дает возможность точного и "независимого" от распространения радиоволн определения геофизических характеристик среды - концентрации электронов и напряженности магнитного поля вблизи спутника.
9.2.1.5 Вторая зона, контролируемая внешним зондированием, начинается, как и первая, вблизи спутника и заканчивается на высоте максимума электронной концентрации. Основным инструментом здесь является пересчет 
и 
на ионограмме в Ne(h)-профили внешней ионосферы, который во многом аналогичен расчетам по данным наземных ионограмм. Способы пересчета внешних ионограмм, в отличие от наземных, лишены трудности учета параметров ионизации в долине и ниже h(fmin). При расчете Ne(h)-профилей во внешней ионосфере необходимо учитывать изменение гирочастоты как функции высоты. Главным источником ошибок является предположение, что радиоволны распространяются вниз от спутника вертикально. Современные бортовые ионозонды должны отличать невертикальное распространение с боковым отклонением луча в плоскости магнитного меридиана от вертикального.
и на ионограмме в Ne(h)-профили внешней ионосферы, который во многом аналогичен расчетам по данным наземных ионограмм. Способы пересчета внешних ионограмм, в отличие от наземных, лишены трудности учета параметров ионизации в долине и ниже h(fmin). При расчете Ne(h)-профилей во внешней ионосфере необходимо учитывать изменение гирочастоты как функции высоты. Главным источником ошибок является предположение, что радиоволны распространяются вниз от спутника вертикально. Современные бортовые ионозонды должны отличать невертикальное распространение с боковым отклонением луча в плоскости магнитного меридиана от вертикального.9.2.1.6 Третья зона - зона определения параметров внутренней ионосферы по данным спутникового зондирования - может быть разбита на две подзоны. В первой из них foF2 и hmaxF2 могут быть найдены после расчета Ne(h)-профиля по ионограммам внешнего зондирования, во второй модельный профиль внутренней ионосферы может быть определен по отражениям от Земли (рисунок 42).
1 и 2 - ВЗ на ст. Ростов-на-Дону (47,2° с.ш., 33,7° в.д.) 17:46 (1) и 18:15 (2); 3 - зондирование с ИСЗ ИК-19 (47,2° с.ш., 43,0° в.д.) 17:58:58 (выше hmaxF по данным ВнЗ, ниже - по отраженным от Земли сигналам).
ионосфере, полученные по данным спутникового и наземного
зондирования 26 марта 1981 года
9.2.1.7 Наиболее характерной чертой современных ионозондов должна быть возможность получения информации в режиме системного радиозондирования. Это означает, что, кроме ВЗ и НЗ, наземная станция ВЗ должна регистрировать ионограммы ВнЗ и ТИЗ (или ОТИЗ) с борта КА. При этих условиях станция ВЗ значительно расширяет зону, в которой она контролирует состояние ионосферы. Кроме информации ВЗ, она теперь получает информацию об обширной области (около 5000 км) вдоль трассы ИСЗ из ионограмм ВнЗ. При точности современных ионозондов (около 15 км по действующей глубине и 0,1 МГц по частоте) это позволяет получить Ne(h) профиль внешней ионосферы, в том числе NmaxF (электронная концентрация в максимуме F-области) и hmaxF (высота максимума F-области), а также по h'(f)-кривым отражения от Земли оценить один параметр внутренней ионосферы, например, полутолщину области в параболической аппроксимации. Получаемые здесь же трансионограммы дополнительно дают сведения о состоянии ионосферы вдоль второй полосы определения параметров внутренней ионосферы. Последние сведения в основном относятся к крупномасштабным и мелкомасштабным неоднородностям ионосферы. Возможны различные схемы работы станции ВЗ, оборудованной аппаратурой системного радиозондирования. Для того чтобы не прерывать длительные и ценные ряды наблюдений, проводимых многими СП ионосферных наблюдений уже в течение нескольких десятилетий через каждые 15 минут можно, например, рекомендовать следующий режим. При отсутствии ИСЗ с ионозондом в зоне радиовидимости конкретной наземной станции ВЗ она проводит стандартное 15-минутное (или более частое в специальные дни) зондирование ионосферы в режимах ВЗ и НЗ. При появлении КА в зоне видимости ионосферной станции ВЗ его бортовая аппаратура переводится в режим, при котором полученные ионограммы ВнЗ здесь же передаются на Землю. На станции ВЗ из этих сигналов выделяются синхронизирующие импульсы, которые управляют работой передатчика станции ВЗ таким образом, чтобы его излучение попало в соответствующие временные и частотные "окна" приемной аппаратуры бортового ионозонда.
В этом случае на ионограмме ВнЗ регистрируются сигналы ОТИЗ, которые вместе с ионограммой ВнЗ поступают на обработку на станцию ВЗ. Таким образом, на станции ВЗ одновременно должны регистрироваться ионограммы ВЗ, НЗ, ВнЗ и ОТИЗ. В случае, если изучение передатчика ВЗ не следует использовать по каким-либо техническим (или иным) причинам для получения трансионограмм, ряд системного радиозондирования состоит из ВЗ, НЗ, ВнЗ и ТИЗ, где последний получается на основе использования уже не передающих, а приемных цепей ионозонда.
Обработка ионограмм, полученных спутником, производится на Земле. Основным режимом обработки является автоматический. Задачами обработки являются:
- автоматическое выделение следов отражения обыкновенной и необыкновенной волн, а также медленной необыкновенной волны - z-моды (в случае ее присутствия), следов отражения от земли на ионограммах внешнего зондирования;
- автоматическое определение частот отсечек на ионограммах внешнего зондирования;
- автоматическое определение частот основных плазменных резонансов;
- автоматическое определение критической частоты foF2;
- расчет вертикальных профилей электронной концентрации по выделенным следам отражений (обыкновенной и необыкновенной модам);
- расчет критической частоты вдоль орбиты спутника по данным об измерении динамических высокочастотных (далее - ВЧ) спектров в диапазоне частот от 0,1 до 20 МГц;
- расчет локальной плазменной частоты (и локальной концентрации электронов) вдоль орбиты спутника по данным об измерении динамических ВЧ спектров в диапазоне частот от 0,1 до 20 МГц;
- обеспечение интерактивной обработки ионограмм и динамических ВЧ спектров и коррекции автоматически обработанных ионограмм и динамических ВЧ спектров в случае низкого качества ионограмм и спектров или в сложных случаях (сильных геомагнитных возмущениях, ионосферных неоднородностях и при наличии на ионограммах множественных следов отражения).
Как известно, ионосфера отражает радиоволны, частота которых ниже критической частоты главного максимума ионосферы fOF2. Таким образом, во внешней ионосфере уровень электромагнитных шумов в диапазоне ниже критической частоты довольно низок. Если частоты превышают критическую частоту, то любые электромагнитные сигналы (сигналы радиовещательных КВ радиостанций, различных систем связи и пр.) проникают во внешнюю ионосферу, при этом регистрируемый уровень электромагнитных шумов резко возрастает.
Возможно использование измерения электромагнитного фона, производимого на каждой рабочей частоте ионозонда перед началом сеанса зондирования. Частота, на которой уровень шумов резко повышается (и на более высоких частотах остается высоким по сравнению с нижними частотами), обозначается как предположительная критическая частота обыкновенной волны (fOF2)p, и в дальнейшем анализ производится в частотном диапазоне от 0,1 МГц до предположительной критической частоты необыкновенной волны (fXF2)p, определяемой по формуле:
, (8)где индекс p показывает, что данные значения носят вероятностный характер и не окончательны, то есть определены программой автоматической обработки ионограмм и требуют минимизации невязки между определенными частотами;
fHF2 - гирочастота в максимуме области F, определяемая из модели IGRF (International Geomagnetic Reference Field - Международное отсчетное геомагнитное поле).
Упрощенный вариант - анализ производится в диапазоне частот от 0,1 МГц до [(fOF2)p + 1 МГц].
Одним из отличительных свойств ионограмм внешнего зондирования по сравнению с ионограммами ВЗ с поверхности Земли является наличие плазменных резонансов.
На рисунке 43 (ионограмма спутника Космос-1809) по уровню ВЧ шумов и по увеличению шумов на самой ионограмме определяется (fOF2)p.
с указанием резонансных частот
В дальнейшем анализ производится в частотном диапазоне от 0,1 МГц до [(fOF2)p + 1 МГц]. Частота (fOF2)p на данной ионограмме равна приблизительно 3,7 МГц. Общий анализ проводится в полосе от 0,1 до 4,7 МГц. Наиболее точно гирочастота fHs определяется по наивысшей гармонике, наблюдаемой на ионограмме.
В данном случае это 3 гармоника, частота которой равна ~ 2,76 МГц. Это можно проверить также по модели IGRF. Тогда гирочастота равна 0,92 МГц. Соответственно, это левый из двух близкорасположенных резонансов в диапазоне от 0,9 до 1 МГц. Тогда правый резонанс - это локальная плазменная частота f0s. Используя формулы (9), легко рассчитать все остальные частоты.
Все величины, зависящие от высоты, берутся в окрестности спутника. Размерность модуля вектора напряженности магнитного поля в окрестности спутника Hs будет выражена в микротеслах, если размерности fos и fxs выражены в мегагерцах.
В дальнейшем производится минимизация невязки между всеми определенными частотами и производится абсолютно точная привязка ионограммы по частотам отсечки. Зная частоты отсечки и частоты foF2 и fxF2, запускается алгоритм распознавания образа следов на ионограмме.
В простейшем случае GPS-приемник или ГЛОНАСС-приемник - это инструмент, измеряющий время прохождения сигнала от спутника k до приемника i. Если это время умножить на скорость света в вакууме c, наблюдаемая величина (псевдодальность) может быть представлена в виде комбинации геометрического расстояния между спутником k и приемником i 
, ошибки синхронизации часов приемника 
, ошибки синхронизации часов спутника 
, задержек, вызванных распространением сигнала через ионосферу, 
, и распространением сигнала через тропосферу 
. Обе задержки имеют линейную размерность и представляют собой соответствующие действующие расстояния. Также добавляется шум в наблюдениях, связанный, например, с многолучевостью и нестабильностью фазового центра антенны приемника. Наблюдаемые псевдодальности (
и 
- обозначения измерений псевдодальностей на частотах f1 и f2) и фазовые измерения (
и 
- обозначения измерений фаз на частотах f1 и f2), выраженные в метрах, можно записать следующим образом:
, ошибки синхронизации часов приемника , ошибки синхронизации часов спутника , задержек, вызванных распространением сигнала через ионосферу, , и распространением сигнала через тропосферу . Обе задержки имеют линейную размерность и представляют собой соответствующие действующие расстояния. Также добавляется шум в наблюдениях, связанный, например, с многолучевостью и нестабильностью фазового центра антенны приемника. Наблюдаемые псевдодальности ( и - обозначения измерений псевдодальностей на частотах f1 и f2) и фазовые измерения ( и - обозначения измерений фаз на частотах f1 и f2), выраженные в метрах, можно записать следующим образом:
(10)где 
- случайные погрешности измерений;
- случайные погрешности измерений;
- число длин волн на соответствующих частотах.Уравнения для фазовых измерений (
и 
) включают в себя неоднозначность 
, равную расстоянию между приемником и спутником в момент начала приема. Ионосферные вклады в измерения псевдодальности и фазовые измерения противоположны по знаку.
и ) включают в себя неоднозначность , равную расстоянию между приемником и спутником в момент начала приема. Ионосферные вклады в измерения псевдодальности и фазовые измерения противоположны по знаку.9.3.2.1 С каждого спутника излучаются сигналы на двух несущих частотах: L1 Carrier Wave 1575,42 МГц, L2 Carrier Wave 1227,60 МГц. Две частоты необходимы для создания возможности вычисления дисперсии и ее учета при измерениях. С помощью бифазной манипуляции (180°) на сигналы наложен двоичный цифровой код. Цифровой код представляет собой результат сложения "псевдослучайной последовательности" и информационного сообщения.
Сложение производится операцией "сложение по модулю 2". Она не изменяет длину кода, повторное сложение приводит к исходному сообщению, наложение их друг на друга не влияет на способность распознать сообщение.
9.3.2.2 Основными типами форматов данных, с которыми необходимо работать на этапе восстановления трехмерного распределения электронной концентрации для ВОРТ, являются двоичные форматы данных приемников и текстовый формат RINEX (Receiver Independent Exchange Format - формат независимого обмена приемников), преобразование в который может быть произведено штатными утилитами конвертирования.
Двоичные файлы имеют форматы, специфичные для каждого производителя приемника, но всегда содержат самую полную информацию, включая возможные особенности приемников, свойственные данному производителю.
Текстовые файлы RINEX обычно содержат заметно меньше информации по сравнению с двоичными, занимают больше места на носителях, но более просты для программного считывания и пригодны для просмотра текстовыми редакторами. Кроме того, формат файлов RINEX не зависит от производителей приемников, задействованных в измерениях.
Для осуществления пространственно-временных радиотомографических реконструкций распределения электронной концентрации в ионосфере используются данные глобальных навигационных систем, которые включают в себя данные приемных СП ионосферных наблюдений в формате RINEX и 15-минутные эфемериды спутников в формате SP3. В RINEX-файлах содержатся фазовые данные L1 и L2 (фазовые задержки, известные с точностью до начального целого числа циклов) и данные по групповым задержкам (псевдодальностям) 
и 
.
и .9.3.2.3 Главной измеряемой величиной для определения относительного ПЭС (с точностью до неизвестной постоянной величины) являются фазы несущих частот L1 и L2. Дополнительной информацией, обеспечивающей грубую оценку постоянной составляющей ПЭС, могут послужить измерения групповых задержек (кодовые измерения) на тех же двух несущих частотах. Также для дополнительных расчетов, связанных с вычислением параметров ионосферы, могут требоваться измерения доплеровского смещения несущих частот.
9.3.2.4 Минимальным набором данных, предназначенных для РТ-реконструкции, является пучок лучей. Для каждого из лучей необходимо задать его пространственное положение, момент времени и интеграл вдоль луча.
Данные по пучку лучей представляются в текстовом файле. В первой строке должно быть указано количество лучей в пучке (для упрощения считывания файла). Каждая последующая строка представляет собой данные по одному лучу и содержит восемь чисел, разделенных пробелами:
- декартовы координаты x, y, z первого конца луча в системе отсчета, связанной с центром Земли (оси x, y лежат в плоскости экватора, ось x пересекает нулевой меридиан, ось y - 90-й меридиан, ось z проходит через северный полюс). Координаты выражены в километрах;
- декартовы координаты x, y, z второго конца луча в той же системе отсчета;
- время от начала суток в секундах;
- значение интеграла вдоль луча.
Пример листинга файла данных показан на рисунке 44. Дискретизация по времени 10 мин.
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 20363.3 | -8456.09 | 14569.1 | 45600 | -63.390658981921419 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 19780.1 | -7416.93 | 15880.5 | 46200 | -65.403995377767359 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 19175.2 | -6284 | 17069.4 | 46800 | -67.480471137380633 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 18561.4 | -5056.76 | 18125.5 | 47400 | -69.335612050677071 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 17950.5 | -3750.94 | 19040.4 | 48000 | -70.82985899050054 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 17351.6 | -2367.55 | 19808 | 48600 | -72.378998701016741 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 16775.3 | -916.757 | 20421.8 | 49200 | -73.551728766112063 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 16230.7 | 583.541 | 20877 | 49800 | -74.553726029633353 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 15724.3 | 2129.38 | 21170.7 | 50400 | -75.629079916269404 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 15262.8 | 3705.23 | 21300.3 | 51000 | -76.46797139803688 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 14851.4 | 5296.63 | 21265.2 | 51600 | -77.231255239722728 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 14492.8 | 6892 | 21065.7 | 52200 | -77.543510722648392 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 14189.3 | 8476.31 | 20703.4 | 52800 | -77.610489451504947 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 13940.9 | 10034.5 | 20181.8 | 53400 | -77.728995918222708 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 13746.6 | 11555 | 19504.4 | 54000 | -77.775433696354682 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 13603.8 | 13023.4 | 18676.7 | 54600 | -77.688984909366937 |
1843.96 | 3016.2 | 5291.26 | 13531.8 | 14012.7 | 18012 | 55200 | -77.773953117261257 |
В данном случае первый конец луча соответствует приемному пункту наблюдений РТС, а второй - спутнику.
9.3.2.5 Выходными данными должны являться (все файлы текстовые):
1) массивы трехмерных сеток.
Каждый файл содержит значения искомой функции на сетке последовательно развернутой по высоте, долготе и широте. В конце каждого ряда данных по высоте и долготе содержится символ перевода конца строки. Каждый файл соответствует фиксированному моменту времени. Количества отсчетов по высоте, долготе и широте равны указанному в конфигурационном файле числу интервалов плюс один. Имя файла состоит из фиксированного префикса array и номера отсчета по времени;
2) карты ПЭС
Каждый файл содержит значения вертикального ПЭС, на сетке последовательно развернутой по долготе и широте. В конце каждого ряда данных по долготе содержится символ перевода конца строки. Каждый файл соответствует фиксированному моменту времени. Количества отсчетов по долготе и широте равны указанному в конфигурационном файле числу интервалов плюс один. Имя файла состоит из фиксированного префикса ПЭС и номера отсчета по времени;
3) зависимость невязки от номера итерации.
Зависимость невязки от номера итерации сохраняется в файле df.dat в виде двух столбцов чисел, разделенных пробелом;
4) растровые изображения электронной концентрации на заданной высоте и в выбранном сечении;
5) растровые изображения карты ПЭС.
Пример файла с растровым изображением распределения электронной концентрации в выбранном сечении показан на рисунках 45, 46.
в выбранном сечении
9.3.2.6 Входными данными для восстановления радиотомографических разрезов ионосферы для НОРТ являются файлы регистрации изменения разности фаз предметного и опорного сигналов, получаемые от ПАК НОРТ.
В каждом выходном файле ПАК НОРТ содержатся два массива данных: амплитуда и в радианах, а также ряд атрибутов, характеризующих условия получения этих данных. Список атрибутов приведен в таблице 12.
Таблица 12
Обозначение атрибута в файле | Значение атрибута |
freq | Частота дискретизации записанного сигнала, Гц |
start_time | Время начала записи данных в формате ГГГГ-ММ-ДД ЧЧ:ММ:СС.мс |
pass_id | Уникальный для данного ПАК комплекса идентификатор сеанса |
max_elevation | Максимальный угол возвышения, достигнутый ИСЗ за время сеанса |
sat_name | Международное наименование ИСЗ |
sat_id | Идентификатор ИСЗ |
station_name | Трехсимвольное обозначение ПАК |
station_id | Идентификатор ПАК |
lat | Широта размещения ПАК, градусы |
lon | Долгота размещения ПАК, градусы |
height | Высота размещения ПАК, метры над уровнем моря |
tle1 | Первая строка баллистических данных |
tle2 | Вторая строка баллистических данных |
9.3.2.7 Имена выходных файлов для НОРТ формируются в формате СТАГГГГММДДЧЧММССНИСЗ00.nc, где СТА - трехсимвольное наименование ПАК, ГГГГ - год, ММ - месяц, ДД - день месяца, ЧЧММСС - часы, минуты и секунды времени начала записи, НИСЗ - четырехсимвольное обозначение ИСЗ.
9.3.2.8 В процессе работы информационной технологии по восстановлению радиотомографических разрезов ионосферы формируется несколько выходных файлов, содержащих как результаты обработки информации, так и данные об условиях и промежуточных результатах расчета распределения электронной концентрации ионосферы.
9.3.2.9 Выходными файлами процесса обработки являются:
- результаты реконструкции распределения электронной концентрации <имя_файла>.crf;
- растровое изображение распределение электронной концентрации <имя_файла>.png;
- файл условий обработки <имя_файла>.log;
- файл ошибок обработки <имя_файла>.err.
9.3.2.10 Имя файла содержит время середины сеанса регистрации данных, и записывается в формате ГГГГММДДЧЧммСС, где ГГГГ - год, ММ - месяц, ДД - день месяца, ЧЧммСС - часы, минуты и секунды времени начала записи, например, название файла 20090106234914.crf обозначает то, что он содержит результаты реконструкции по данным, зарегистрированным в 23 часа 49 минут 14 секунд (+/- 10 минут) 6 января 2009 года. Все значения времени в системе хранятся в мировом времени.
9.3.2.11 Файл с результатами реконструкции распределения электронной концентрации является текстовым файлом и содержит три столбца: широта (градусы), высота (км) и значение электронной концентрации в этой точке в 1011 эл/м3.
Пример содержимого (первые 5 строк) приведен ниже:
26.239279 | 0.000000 | 3.668087e-020 |
26.689730 | 0.000000 | 3.637319e-020 |
27.140180 | 0.000000 | 3.606551e-020 |
27.590631 | 0.000000 | 3.575783e-020 |
28.041081 | 0.000000 | 3.545015e-020 |
9.3.2.12 Пример файла с растровым изображением распределения электронной концентрации показан на рисунке 47.
распределения электронной концентрации
9.3.2.13 Файл условий обработки содержит условия хода обработки данных. Пример файла представлен ниже:
$h={
decimator => 8,
relative_tolerance => 1,
sat_height => 1000,
t_step => 50,
h_step => 25,
iter => 30,
bounds => [-800, 1200, 150, 850],
stations => {ysk => 46.96, por => 49.2, nog => 51.81, },
edges => {ysk => [55.425097, 2.4390028, 66.416402, 2.91033327], por => [27.059776, 0.162539851, 70.821042, 2.96651014], nog => [32.715471, 0.241339654, 70.81787, 2.89780657], },
sta_num => 3,
num_rays => 9123,
grid_rows => 41,
grid_cols => 101,
ld_t0 => -2300,
ig_l2 => 0.168477,
mf2_l => 4.1875e + 011,
mf2_r => 6.75e + 010,
mf2_ht => 227,
rec_l2 => 0.00948261,
rec_l_ => 0.195833,
total => "0.800517 min", };
Содержимое файла имеет синтаксис структуры HASH языка программирования Perl для удобства его автоматической интерпретации. Значения тематических полей перечислены в таблице 13.
Таблица 13
Наименование поля | Комментарий к содержимому поля |
decimator | Для обработки из исходных данных берется каждое <decimator> измерение (если исходные данные избыточны) |
relative_tolerance | Величина коррекции решения регуляризирующим профилем |
sat_height | Высота ИСЗ над уровнем моря, км |
t_step | Шаг сетки реконструкции по вдоль направления пролета, км |
h_step | Шаг сетки реконструкции по высоте, км. |
bounds | Массив границ области реконструкции, для которых выводятся результаты реконструкции, км от южного пункта наблюдений РТС цепочки (минимальная широта, максимальная широта, минимальная высота, максимальная высота) |
stations | Координаты использованных при обработке приемных установок |
edges | Широта и угол возвышения ИСЗ в крайних точках наблюдения для каждой приемной установки |
sta_num | Количество приемных установок, данные которых использовались для обработки |
num_rays | Количество измерений |
grid_rows | Количество строк в сетке реконструкции |
grid_cols | Количество столбцов в сетке реконструкции |
ld_t0 | Расстояние от наиболее южной приемной установки до наиболее южного столбца (начала) сетки реконструкции |
ig_l2 | Относительная среднеквадратичная ошибка, полученная в ходе подбора начального приближения |
mf2_l | Значение NeF2 подобранного начального приближения в первом столбце сетки реконструкции |
mf2_r | Значение NeF2 подобранного начального приближения в последнем столбце сетки реконструкции |
mf2_ht | Использованное значение высоты слоя F2 |
rec_l2 | Относительная среднеквадратичная ошибка, полученная в ходе решения задачи реконструкции (восстановлении интегральных значений) |
rec_l_ | Относительная максимальная ошибка, полученная в ходе решения задачи реконструкции (восстановлении интегральных значений) |
total | Время, затраченное на совместную обработку данных |
10.1.1.1 Для решения задач сбора и распространения гелиогеофизической информации (в том числе и ионосферной информации), используются прежде всего телекоммуникационные каналы связи Росгидромета.
10.1.1.2 Работу функциональных систем системы телесвязи Росгидромета обеспечивает прежде всего подсистема низовой связи (ПНС), отвечающая за передачу информации от СП ионосферных наблюдений в центры первичного сбора данных, расположенные в территориальных и областных центрах Росгидромета.
По структуре задействованных технических средств ПНС разделяется на:
- ПНС в районах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой;
- ПНС с труднодоступными СП ионосферных наблюдений в районах с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой;
10.1.1.3 Работу функциональных систем системы телесвязи Росгидромета также обеспечивает ведомственная сеть связи, которая в свою очередь включает:
- подсистему каналов связи;
- транспортную корпоративную компьютерную сеть (ТККС) "Меком";
- подсистему ведомственной электронной почты;
- подсистему ведомственной телефонии;
- подсистему информационной безопасности;
- подсистему управления;
- подсистему обеспечения функционирования.
10.1.1.4 Ведомственная сеть связи базируется на выделенных арендованных магистральных и внутризоновых каналах связи, пропускная способность которых не менее 64 кбит/с и составляет:
- на направлениях ЦГМС - УГМС не менее 64 кбит/с;
- на направлениях УГМС - региональный узел телесвязи не менее 128 кбит/с;
- на направлениях между региональным узлом телесвязи и Мировым метеорологическим центром и на каналах спутниковой связи VSAT (Very Small Aperture Terminal - малая спутниковая наземная станция не менее 1024 (2048) кбит/с;
10.1.1.5 Работу функциональных систем системы телесвязи Росгидромета также обеспечивает автоматизированная система передачи данных (АСПД) - прикладная система, осуществляющая основные функции на уровнях модели OSI (Open System Interconnection - стандартная модель взаимодействия открытых систем) от 4 до 7 и коммуникационные функции на уровнях от 1 до 3. Узлы АСПД функционируют на стыке различных технологий, включая стыковку различных интерфейсов, перекодировку и представление данных измерений, преобразование форматов сообщений, автоматизированную маршрутизацию сообщений по признакам, принятым в системе Росгидромета и ВМО;
10.1.1.6 К телекоммуникационным каналам связи относится также система циркулярного распространения информации (СЦРИ) Росгидромета.
СЦРИ Росгидромета использует технологию МИТРА (MITRA - Multiaddress Information TRAnsmission, многоадресная передача информации) - совокупность протоколов, алгоритмов, программных и технических средств, позволяющих организовать высоконадежную и экономически эффективную многоадресную передачу файлов по спутниковым каналам и IP-сетям. Это прикладная система, которая обеспечивает передачу больших объемов информации из центров обработки к ее потребителям по каналам широкополосного спутникового вещания федерального государственного унитарного предприятия (ФГУП) "Космическая связь" в диапазоне от 3,4 до 7 ГГц (в настоящее время начато вещание и в диапазоне от 10,7 до 18 ГГц). Дополняет возможности АСПД и ТККС "Меком", использующих выделенные каналы связи относительно невысокой пропускной способности, а также обеспечивает передачу необходимой информации потребителям, не подключенным к АСПД и ТККС "Меком".
10.1.2.1 Для решения задач сбора и распространения гелиогеофизической информации используются также:
- спутниковые телекоммуникационные системы сбора данных Росгидромета с использованием отечественных полярно-орбитальных и геостационарных КА: оперативный сбор информации с платформ сбора данных (ПСД), ретрансляцию данных ПСД на наземные пункты приема, получение данных от бортовых датчиков отечественных полярно-орбитальных и геостационарных КА;
- автономные пункты приема гелиогеофизической информации непосредственно с борта КА в квазинепрерывном режиме;
- имеющиеся технические гелиогеофизические средства мониторинга, включая наземный комплекс приема, обработки и распространения спутниковой информации (НКПОР) Росгидромета, в том числе подлежащие модернизации;
- обмен информацией по протоколу FTP с использованием сети Интернет;
- электронная почта через Интернет/"Меком";
- вновь организованные выделенные каналы связи - оптоволоконные, радиорелейные и так далее с минимальной пропускной способностью 100 Мбит/с.
10.1.2.2 В настоящее время основным средством приема-передачи гелиогеофизической информации, в том числе и о состоянии ионосферы, является Интернет и ведомственная сеть "Меком". В рамках этих сетей используются: технологические системы, АСПД "Погода" (в том числе, использование протокола WMO-FTP, WMO - World Meteorological Organization, BMO), электронная почта e-mail (SMTP+POP3) и WWW (HTTP). Также используются спутниковый канал "Митра", телеграфная и телефонная сеть. По телефонной сети данные передаются с помощью модема, факса и голосом. Для приема и передачи спутниковой информации используются отдельные каналы FTP в рамках тех же сетей.
10.2.1 Организация сбора данных наблюдений базируется на использовании типовых технических и технологических решений Интегрированной информационно-телекоммуникационной системы Росгидромета, включая российский сегмент Информационной системы ВМО.
10.2.2 Все циркулирующие в подсистеме сбора гелиогеофизической информации данные сопровождаются метаданными, их описывающими. Метаданные создаются на уровне платформ сбора данных (СП ионосферных наблюдений), содержат уникальный идентификатор, сведения о содержании, пространственно-временном покрытии и сведения, отражающие специфику данных наблюдений.
10.2.3 Для сбора данных гелиогеофизических наблюдений используется прикладной протокол обмена данными на базе транспортного протокола TCP/IP и децентрализованный механизм подключения (рисунок 48).
гелиогеофизических наблюдений, использующая
технологические системы сети телесвязи Росгидромета
Данная технология обеспечивает подключение любой платформы сбора данных к любому доступному центру сбора данных (ЦСД), с последующей регистрацией в системе распределенных данных интегрированная информационно-телекоммуникационная система сбора и обмена геофизической информацией (далее - ИИТС) в качестве штатного источника данных, что существенно повышает живучесть всей системы в целом.
10.2.4 В качестве ПСД может рассматриваться контроллер или ПК, обеспечивающий передачу данных, модуль передачи данных которого разработан с использованием Библиотеки интеграции, выполняющей все функции аппаратно-программного комплекса (АПК) ПСД, и прошел соответствующую сертификацию.
10.2.5 Обмен данными в сети взаимосвязанных ЦСД в режиме "выталкивание" (push) осуществляется по единым политикам управления данными в части распространения информации. Для этой цели предусматривается применение каталога распространения информации, как части аналогичного общесистемного каталога в соответствии с зоной действия сети взаимосвязанных АПК ЦСД.
10.2.6 Для обеспечения надежности функционирования системы сбора данных наблюдений и управления функционированием геофизических измерительных комплексов предусмотрены резервные каналы связи и маршруты доставки критически важной информации с возможностью использования унифицированных протоколов передачи данных, организована регулярная проверка функционирования системы резервной связи.
Пример возможной организации основного (сплошная стрелка) и резервных (пунктирные стрелки) каналов связи и передачи данных из ЗГМО "Бор" (Подкаменная Тунгуска) представлен на рисунке 49. Основной маршрут:
- спутниковый канал связи ЗГМО "Бор" - спутниковый оператор конструкторского бюро "Искра" (с использованием ресурсов КА "Экспресс-АМ2");
- волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) с пропускной способностью 2048 кбит/с - служба АСПД Среднесибирского УГМС (Красноярск);
- арендованные каналы связи Красноярск - Новосибирск, Новосибирск - Москва;
- ВОЛС с пропускной способностью канала Авиаметтелеком - ФГБУ "ИПГ" (оператор "АКАДО Телеком").
передачи данных с СП ионосферных наблюдений
Подкаменная Тунгуска в ФГБУ "ИПГ"
10.2.7 ПО платформ сбора данных гелиогеофизической информации должно иметь возможность автоматического обновления со специально выделенных для этой цели в ИИТС серверов. Для одновременной эксплуатации средств связи и измерительного комплекса необходимо обеспечение соответствующих характеристик электромагнитной совместимости.
10.3.1 Общий поток информации, поступающий от наземных и космических систем наблюдательной сети службы и международного обмена, в Гелиогеофизической службе используется для решения следующих задач:
- оценки текущего состояния и прогноза солнечной активности, межпланетной среды, магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы;
- контроля и прогноза радиационной обстановки;
- диагностики изменений состояния магнитосферы, ионосферы и верхней атмосферы, за счет естественных и антропогенных факторов.
10.3.2 Оперативная и режимно-справочная информация распространяется через:
- сайт ФГБУ "ИПГ";
- телефонные автоинформаторы (ежечасные ионосферные и трехчасовые геомагнитные данные, ежесуточные солнечные и геомагнитные данные);
- сеть Интернет;
- сеть абонентского телеграфа по суточной циклограмме;
- автоматизированную систему передачи данных Росгидромета ("Погода");
- электронную почту (E-mail);
- каналы GST WMO (глобальная система телесвязи ВМО);
- почту и все остальные вышеупомянутые каналы связи.
10.3.3 Потребители обеспечиваются оперативной гелиогеофизической информацией в соответствии с ведомственным заказом и заявками заинтересованных ведомств и организаций, в том числе и заявками стран СНГ.
10.3.4 Информационное обеспечение потребителей (органов государственной власти, организаций и населения) прогностической гелиогеофизической информации проходит по следующим направлениям:
- ежедневное и по запросу оперативное гелиогеофизическое обеспечение деятельности федеральных, муниципальных и местных органов исполнительной и законодательной власти Российской Федерации;
- ежедневное обеспечение населения информацией о текущих и ожидаемых гелиогеофизических явлениях на Солнце, в околоземном космическом пространстве (ОКП), магнитосфере, ионосфере и высоких слоях атмосферы через средства массовой информации;
- ежедневное обеспечение Российских и зарубежных организаций текущими данными и прогнозами состояния активности Солнца, радиационной обстановки в ОКП, магнитосферы, ионосферы и высоких слоев атмосферы, условий распространения радиоволн, прогнозами распределения МПЧ на конкретных радиотрассах, а также специальными данными (Федеральные органы законодательной и исполнительной власти Российской Федерации, Росгидромет, МЧС, РАН, РАМН, РЖД, Роскосмос, Минобороны, зарубежные научные, метеорологические и геофизические центры и др.);
- ежедневное обеспечение организаций экстренной информацией о возникновении опасных и аномальных геофизических и гелиофизических явлений (солнечные вспышки, геомагнитные бури и ионосферные возмущения, ухудшение радиационной обстановки), приводящих к изменению программ работы ПКК, выходу из строя аппаратуры спутников связи и других КА, а также наземных технических систем;
- обеспечение межведомственной Общероссийской комплексной системы оповещения населения (ОКСИОН) информацией об опасных и аномальных гелиогеофизических событиях;
- ежедневная рассылка прогнозов по электронной почте, факсу и курьерская рассылка по соответствующему перечню организаций.
10.3.5 В рамках специализированного АПК существует процедура формирования адресов, которая подготавливает данные для рассылки потребителям. АПК обеспечивает быстрое формирование информационных пакетов соответственно запросам.
10.3.6 Выпускается оперативная и режимно-справочная информация:
- ежедневная сводка "Обзор и прогноз космической погоды";
- дважды в сутки выпускаются материалы, содержащие наблюдательные данные и диагностические оценки;
- гелиогеофизические прогнозы солнечной активности, состояния геомагнитного поля, состояния ионосферы и радиационной обстановки в ОКП (краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные);
- еженедельные бюллетени "Гелиогеофизические данные";
- информация об опасных гелиогеофизических явлениях (ОГЯ). Данный вид информации поставляется в случаях, когда на основании солнечной, геомагнитной и ионосферной информации с наземных СП ионосферных наблюдений и по наблюдениям на космических аппаратах, а также данных о потоках заряженных частиц ожидается или регистрируется ОГЯ.
10.3.7 Примером выпуска обзора с диагностическими оценками является полусуточный прогноз состояния отдельных областей ионосферы по регионам. Краткосрочный полусуточный прогноз включает в себя:
- текущие ионосферные данные (ИОНДА) по слою F2 (foF2 и M3000F2) по опорным пунктам для следующих регионов территории РФ: полярная шапка, зона полярных сияний, средние широты, восток, юг. В качестве опорных пунктов используются следующие СП ионосферных наблюдений: обсерватория имени Кренкеля (о. Хейса), Салехард, Мурманск, Диксон, Москва, Санкт-Петербург, Хабаровск, Новосибирск, Подкаменная Тунгуска, Ростов-на-Дону, Магадан, Ашхабад, Ташкент. foF2 передается с точностью до десятых долей мегагерца. В случае foF2 > 10 МГц цифра, соответствующая десяткам мегагерц, опускается. M3000F2 передается с точностью до десятых;
- ионосферные характеристики, полусуточные прогнозы (ИОНХА), пятидневные прогнозы состояния ионосферы (ПРОГНОЗ) для тех же регионов;
- характеристики магнитной активности и сведения о началах и концах бурь по данным магнитных обсерваторий: Москва, Подкаменная Тунгуска.
10.3.8 Гелиогеофизическая служба каждые пять дней передает медианные значения и прогноз отклонений от медианных значений ионосферных и магнитных данных, рассчитанный для СП ионосферных наблюдений своего региона: Москва, Ростов и обобщенную и проверенную информацию всех региональных центров.
10.3.9 Ежемесячно выпускается прогноз ионосферной и магнитной возмущенности на следующий месяц, рассчитанный для СП ионосферных наблюдений, входящих в зону ответственности ФГБУ "ИПГ" (код ПРОГНОЗ), и обобщенный прогноз региональных центров Мурманск, Новосибирск, Хабаровск и Ташкент.
10.3.10 Выпускаются специализированные прогнозы распространения радиоволн:
- месячный прогноз МПЧ;
- суточный, пятисуточный, месячный прогноз диапазонов ОРЧ для конкретных радиотрасс.
11.1 Научно-методическое руководство нормативным и метрологическим обеспечением ионосферных наблюдений
11.1.1 Под метрологическим, техническим и нормативным обеспечением ионосферных наблюдений понимается система программных мероприятий по стандартизации и метрологии, необходимая для разработки, производства и эксплуатации средств наблюдений, создания поверочных лабораторий, организации технологических процессов и других работ, для обеспечения единства и требуемой точности измерений, а также для технического обслуживания средств ионосферной наблюдательной сети.
11.1.2 Целью метрологического и нормативного обеспечения ионосферных наблюдений является своевременное создание и реализация системно увязанного комплекса стандартов и эталонов Российской Федерации, межгосударственных и международных стандартов, норм и правил, а также методов и средств измерений, поверки, калибровки, устанавливающих и обеспечивающих единство, требуемую точность и достоверность измерений при проведении ионосферных наблюдений, повышение эффективности наблюдений, недопущение недостоверных результатов измерений.
11.1.3 В метрологическое и нормативное обеспечение ионосферных наблюдений включены следующие направления деятельности:
- разработка новых нормативных документов, обновление (пересмотр, внесение изменений) действующих нормативных документов по стандартизации и обеспечению единства измерений на основании современных требований Росгидромета, Росстандарта, ВМО и др.;
- разработка норм, правил, требований, а также методик обработки ионосферных наблюдений;
- проведение научно-исследовательских работ по разработке необходимых стандартов;
- проведение фундаментальных и прикладных научных исследований с целью создания и (или) совершенствования эталонов единиц физических величин, методов и средств поверки и калибровки средств измерений, а также методик измерений, разработки соответствующего программного обеспечения;
- создание поверочных, калибровочных лабораторий и других метрологических комплексов для обеспечения ионосферных наблюдений;
- проведения испытаний с целью утверждения типа, аттестация методик измерений и программного обеспечения;
- нормативное и метрологическое обеспечение работ по сертификации продукции и систем менеджмента качества.
Направления деятельности по нормативному и метрологическому обеспечению ионосферных наблюдений согласуются с действующим в Российской Федерации фондом государственных стандартов, комплексом национальных эталонов Российской Федерации, системой каталогизации и системой сертификации.
11.1.4 Реализация работ по нормативному и метрологическому обеспечению ионосферных наблюдений осуществляются в соответствии с требованиями по стандартизации и метрологии в действующем законодательстве Российской Федерации и с положениями законов Российской Федерации: "Об обеспечении единства измерений" N 102-ФЗ от 26.06.2008 (далее - Закон), "О техническом регулировании" N 184-ФЗ от 27.12.2002, а также в соответствии с требованиями стандартов, норм и правил Государственной системы стандартизации в Российской Федерации, Государственной системы обеспечения единства измерений, Государственной системы каталогизации.
11.1.5 Выполнение работ по нормативному и метрологическому обеспечению ионосферных наблюдений взаимосвязано с тематическими федеральными и межгосударственными целевыми программами, в том числе с такими как: Федеральная космическая программа, ведомственная целевая программа Минпромторга "Проведение фундаментальных исследований в области метрологии, разработки государственных (в том числе, первичных) эталонов единиц величин" и др.
11.1.6 Базовой организацией Метрологической службы Росгидромета в части работ по обеспечению единства измерений при наблюдениях за состоянием атмосферы в слоях выше 100 км, ионосферы, магнитосферы, околоземного космического пространства, межпланетного пространства и Солнца является ФГБУ "ИПГ" [1]. Научно-методическое руководство нормативным и метрологическим обеспечением ионосферных наблюдений осуществляет метрологическая служба ФГБУ "ИПГ".
11.1.7 Структура метрологической службы ФГБУ "ИПГ" представлена на рисунке 50.
метрологической службы ФГБУ "ИПГ"
11.1.8 Формирование метрологической службы ФГБУ "ИПГ" ведется в соответствии с Положением [2] и предполагает совместное проведение регламентных, ремонтных и поверочных (калибровочных) работ в рамках технического обеспечения средств измерений (ионосферных, магнитных и гелиогеофизических наблюдений) вместе с представителями предприятий-изготовителей, в основном, на местах эксплуатации этих средств.
11.1.9 Техническая поддержка метрологического обеспечения ионосферной наблюдательной сети осуществляется лабораторией измерительной техники с рабочими эталонами, имитаторами сигналов, стандартными техническими средствами контроля технических характеристик технических средств ионосферных наблюдений, созданной в ФГБУ "ИПГ" на основании требований Положения [2], РД 52.14.610, РД 52.04.567.
11.2 Распространение сферы государственного регулирования и обеспечения единства измерений на ионосферные наблюдения
11.2.1 На технические средства ионосферных наблюдений (средства измерений) распространяются следующие метрологические требования Закона:
- обязательное выполнение требований к средствам измерений (испытание и утверждения типа, поверка (калибровка));
- обязательное выполнение требований к техническим системам и устройствам с измерительными функциями (сертификация, подтверждение заявленных характеристик);
- обязательная аттестация методик (методов) измерений;
- обязательная аттестация программного обеспечения;
- метрологическая экспертиза, метрологический надзор и др.
11.2.2 Перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования в части ионосферных наблюдений, представлен в таблице 14 [3].
Таблица 14
гидрометеорологии и смежных с ней областях (выдержка) [3].
Измерения | Обязательные метрологические требования к измерениям | |
Диапазон измерений | Предельно допустимая погрешность | |
36 Измерение максимальной частоты волны, отражающейся от слоя F2 ионосферы, МГц | От 1 до 20 |  |
37 Измерение полного содержания электронов в ионосфере, м-2 | От 1016 до 1018 |  |
11.2.3 На ионосферные наблюдения распространяются требования по утверждению типа средств измерений (внесение в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений - Госреестр средств измерений), на основании Закона и в соответствии с порядком, установленным в [4] и [5].
Пример свидетельства об утверждении типа средств измерений, полученного ФГБУ "ИПГ" на ионозонд "Парус-А", и описания типа средств измерения приведены на рисунке 51.
типа ионозондов "Парус-А"
В случае признания средств наблюдений техническими системами или устройствами с измерительными функциями в соответствии с ГОСТ Р 8.563 они должны быть сертифицированы в рамках системы добровольной сертификации и откалиброваны, если таковые не являются средствами измерений [6].
11.2.4 ПО ионозондов должно пройти аттестацию в соответствии с ГОСТ Р 8.654, Р 50.2.077, МИ 2891, другими документами.
11.3.1.1 Базовой организацией службы стандартизации Росгидромета в области методов и технических средств наблюдений за состоянием атмосферы в слоях выше 100 км является ФГБУ "ИПГ" РД 52.14.610.
11.3.1.2 Работы по стандартизации ионосферных наблюдений проводятся в соответствии с законом Российской Федерации "О техническом регулировании" N 184-ФЗ от 27.12.2002, ГОСТ Р 1.0, требованиями ВМО (см. п. 11.3.1.3).
Все средства ионосферных наблюдений должны соответствовать разработкам современного международного уровня в соответствии с рекомендациями по ионосферным наблюдениям ВМО, Международного союза электросвязи (ITU), Международного радиосоюза (URSI), ведомственных и других рекомендаций.
11.3.1.3 Для стандартизации унификации ионосферных средств наблюдений ВМО разработала рекомендации к соответствующим техническим средствам. В целях координирования, стандартизации и улучшения всемирной метеорологической и связанной с ней деятельности Конгресс ВМО утверждает технические регламенты. В них входят стандартные практика и процедуры и рекомендованная практика и процедуры, называемые вместе стандарты и рекомендованная практика. Стандартные практика и процедуры имеют статус требований и страны-члены обязаны им следовать или выполнять.
В соответствии с требованиями ВМО ионосферная сеть наблюдений России должна соответствовать базе данных ВМО [7], созданной экспертами данной организации для сетей, входящих в глобальные системы наблюдений Expert Team on Evolution of Global Observing Systems (ET-EGOS). В таблице 15 приведены технические и метрологические рекомендации ВМО к ионосферным сетям и средствам наблюдений.
Таблица 15
к ионосферным сетям и средствам наблюдений
Параметр | Разрешение по горизонтали, км | Интервалы наблюдений, мин | Время задержки передачи данных, мин | Точность | Примечание | ||||||||
желательно | удовлетворительно | не хуже | желательно | удовлетворительно | не хуже | желательно | удовлетворительно | не хуже | желательно | удовлетворительно | не хуже | ||
ПЭС | 100 | 200 | 500 | 5 | 15 | 60 | 1 | 10 | 60 | 0,1 TECU | 0,5 TECU | 2 TECU | Определение ПЭС (TEC) |
Ионосферные сцинтилляции (мерцания) | 50 | 100 | 200 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 60 | 0,10% | 1,00% | 10,00% | GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система) Нарушение показателей, кратковременные затухания сигналов. |
Вертикальная протяженность возмущенной области F (h`P) | 10 | 200 | 500 | 5 | 15 | 60 | 1 | 10 | 60 | 1 км | 5 км | 50 км | Минимальная действующая высота, соответствующая наибольшей частоте существования рассеянного следа отражения от области F |
hmaxF2 | 100 | 200 | 500 | 5 | 15 | 60 | 1 | 10 | 60 | 1 км | 5 км | 10 км | Определение профиля концентрации электронов (Ne(h)-профиля) |
foF2 | 100 | 200 | 500 | 5 | 15 | 60 | 1 | 10 | 60 | 0,05 МГц | 0,1 МГц | 0,2 МГц | Определение профиля концентрации электронов (Ne(h)-профиля) |
Действующая высота области F | 100 | 200 | 500 | 5 | 15 | 60 | 1 | 10 | 60 | 1 км | 5 км | 10 км | То же |
foEs | 100 | 200 | 500 | 5 | 15 | 60 | 1 | 10 | 60 | 0,05 МГц | 0,1 МГц | 0,2 МГц | Условия распространения радиоволн |
Скорость дрейфа ионосферной плазмы | 10 | 50 | 300 | < 1 | 5 | 30 | 1 | 10 | 60 | 50 м/с | 100 м/с | 200 м/с | Перенос ионосферной плазмы |
Поглощение радиоволн в ионосфере | 100 | 200 | 500 | < 1 | 5 | 10 | 1 | 10 | 60 | 0,1 дБ | 0,5 дБ | 1 дБ | Наличие высокочастотных радиосигналов |
11.3.2.1 Для обеспечения единства измерений при производстве гелиогеофизических, магнитных и ионосферных наблюдений при ФГБУ "ИПГ" создан технический комитет (ТК) по стандартизации ТК-101 - "Метрологическое обеспечение измерений физических полей в околоземном космическом пространстве, магнитосфере, ионосфере и атмосфере", в который организационно входят 6 подкомитетов. Структура ТК-101 приведена в таблице 16. ТК-101 отвечает за 54 национальных и межгосударственных стандарта.
Таблица 16
Название подкомитетов ТК-101 | Организация, на базе которой создается подкомитет ТК-101, Руководители ТК-101, подкомитетов |
Метрологическое обеспечение измерений физических полей в околоземном космическом пространстве, магнитосфере, ионосфере и атмосфере | ФГБУ "ИПГ", 129128, Москва, ул. Ростокинская, д. 9 Председатель ТК-101 директор ФГБУ "ИПГ" |
Подкомитет ПК-1 Процессы в ионосфере, магнитосфере, атмосфере и в околоземном космическом пространстве | ФГБУ "ИПГ", 129128, Москва, ул. Ростокинская, д. 9 Председатель ПК-1 главный метролог ФГБУ "ИПГ" |
Подкомитет ПК-2 Магнитное поле Земли | ФГБУН "ИЗМИРАН". 142190, Москва, г. Троицк, Калужское шоссе, 4 Председатель ПК-2 директор ФГБУН "ИЗМИРАН" |
Подкомитет ПК-3 Прохождение радиоволн в атмосфере, магнитосфере, ионосфере и околоземном космическом пространстве | ФГБУ "ИПГ", 129128, Москва, ул. Ростокинская, д. 9 Председатель ПК-3 ст. науч. сотрудник ФГБУ "ИПГ" |
Подкомитет ПК-4 Методы и средства метрологического обеспечения измерений параметров прохождения радиоволн в верхней атмосфере, ионосфере Земли и околоземном пространстве | ФГУП "ВНИИФТРИ". 241570, Московская обл., Солнечногорский р-н, пгт. Менделеево Председатель ПК-4 зам. руководителя НИО-8 |
Подкомитет ПК-5 Метрологическое обеспечение физико-химических измерений параметров среды верхней атмосфере | ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева", 190005, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 19 Председатель ПК-5 руководитель отделения Госэталонов |
Подкомитет ПК-6 Методы измерений термодинамических параметров, газового и аэрозольного состава атмосферы | ФГБУ "ЦАО", 141799, г. Долгопрудный, Московская обл., ул. Первомайская, д. 3 Председатель ПК-6 директор ФГБУ "ЦАО" |
11.3.2.2 В состав ТК-101 входят 15 организаций Росгидромета, РАН, Росстандарта. Перечень организаций, входящих в ТК-101, представлен в таблице 17.
Таблица 17
Организация | Адрес |
1 ФГБУ "ИПГ" | 129128, г. Москва, ул. Ростокинская, д. 9 |
2 ФГБУН "Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова" (ИЗМИРАН) | 142190, г. Москва, г. Троицк, Калужское шоссе, 4 |
3 ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Росстандарта (ФГУП "ВНИИФТРИ") | 141570, Московская обл., Солнечногорский р-н, г.п. Менделеево |
4 ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева" Росстандарта (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | 19805, Санкт-Петербург, Московский пр-т, д. 19 |
5 ФГБУ "Центральная аэрологическая обсерватория" (ФГБУ "ЦАО") | 141799, г. Долгопрудный, Моск. обл., ул. Первомайская, д. 3 |
6 ФГБУН "Институт физики атмосферы Российской академии наук" (ФГБУН "ИФА РАН") | 119017, г. Москва, Пыжевский пер., д. 3 |
7 ФГБУН "Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук" (ФГБУН "ИСЗФ СО РАН") | 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 126а |
8 ФГУП "Геофизический Центр Российской академии наук" (ФГБУН "ГЦ РАН") | 112296, г. Москва, Молодежная, д. 3 |
9 ФГБУН "Институт динамики геосфер Российской академии наук" (ФГБУН "ИДГ РАН") | 112296, г. Москва, Ленинский пр-т, д. 38, кор. 1. |
10 ФГБУ "Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт" (ФГБУ "ААНИИ") | 199397 Санкт-Петербург, ул. Беринга, д. 38 |
11 ФГБУН "НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова" (ФГБУН "НИИЯФ") | 119992-ГСП, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2 |
12 ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений" Росстандарта (ФГУП "ВНИИОФИ") | 119361, г. Москва, ул. Озерная, д. 46 |
13 ФГБУН "Институт космических исследований Российской академии наук" (ФГБУН "ИКИ РАН") | 117997, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32 |
14 ФГБУН "Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН" (ФГБУН "ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН") | 125009, г. Москва, ул. Моховая, д. 11, корп. 7 |
15 ФГУП "Научно-исследовательский институт стандартизации и унификации" Росстандарта (ФГУП "НИИУС") | 107113, г. Москва, Сокольнический вал, д. 37/10 |
11.3.2.3 Задачи ТК-101:
- выработка единых требований в области стандартизации и метрологического обеспечения всех видов работ, связанных с мониторингом физических полей и излучений в околоземном космическом пространстве, ионосфере, магнитосфере и атмосфере;
- разработка единых требований по организации мониторинга параметров ионосферы, магнитосферы и атмосферы техническими средствами;
- разработка единых требований на метрологическое обеспечение комплекса целевой аппаратуры;
- проведение экспертиз технических регламентов в составе экспертных комиссий;
- проведение экспертиз стандартов организаций;
- сотрудничество и оказание методической помощи предприятиям (организациям) по видам деятельности. Проведение консультаций и экспертиз с последующей выдачей экспертных заключений;
- сотрудничество с испытательными центрами (лабораториями) и органами по сертификации.
11.3.2.4 Специализация ТК-101 и его подкомитетов (таблица 16) по видам деятельности включает в себя:
- разработку документов по стандартизации в области метрологии: методик поверки, терминов и определений, технических требований к методам и средствам измерений;
- разработку перспективных стандартов национального и международного уровней;
- метрологическое и нормативное обеспечение и обслуживание реализации вышеуказанных работ.
11.4.1 Обеспечение качества ионосферных наблюдений в соответствии с мировой практикой осуществляется через управление качеством. Данное направление обеспечения ионосферных наблюдений должно удовлетворять стандартам: ГОСТ Р ИСО 9001, ГОСТ РВ 0015-002 <*>.
--------------------------------
<*> В случае проведение работ в рамках Гособоронзаказа, в соответствии с постановлением Правительства РФ от 17.08.2010 г. N 629.
11.4.2 Общая схема управления качеством согласно ГОСТ Р ИСО 9001 и ГОСТ РВ 0015-002 состоит в следующем:
- знать требования потребителей информации;
- выявлять и документировать процессы производства, управления и материально-технического обеспечения, связанные с ионосферными наблюдениями;
- определить цели: возможности ионозондов, каналов передачи измерительной информации, эксплуатационные характеристики, желаемый уровень надежности, приемлемые и неприемлемые 
рамки ремонтных работ;
рамки ремонтных работ;- получить одобрение этих целей пользователями (или пересмотреть их) и, при необходимости, направить официальное уведомление о различиях. Нехватка ресурсов или персонала может означать внедрение систем и/или методов наблюдения, которые удовлетворяют не всем требованиям потребителей;
- убедиться в достижении целей, т.е. определить аспекты технического обслуживания, запасных частей, профилактического ремонта и т.д.
- определить частоту проведения технического обслуживания;
- провести количественную оценку достижения целей и установить надлежащие показатели;
- осуществлять контроль за результатами, выявлять и устранять отклонения от нормы;
- оценить удовлетворенность потребителей и действия по повышению качества;
- оценить удовлетворенность потребителей обслуживанием, обеспечиваемым автоматическими системами;
- предпринять корректирующие и профилактические действия. Это означает совершенствование системы на протяжении срока ее службы в целях повышения уровня ее возможностей и уменьшения ограничений. Это особенно важно в отношении тех автоматических систем наблюдения, которые еще не удовлетворяют всем требованиям.
В обязанности персонала СП ионосферных наблюдений в части технического обслуживания входит:
- обеспечение физической сохранности оборудования;
- обеспечение в помещении, в котором размещено оборудование, необходимого режима температуры, пыле- и влагозащищенности;
- обеспечение и контроль наличия доступа к электросети и каналу доступа в сеть Росгидромета и, если это соответствует руководству по эксплуатации оборудования, в Интернет;
- составление и поддержание в актуальном состоянии схемы размещения оборудования;
- ведение журнала учета работы оборудования, в котором фиксируется каждая возникающая нештатная ситуация;
- извещение специалистов головных НИУ о любой нештатной ситуации;
- знание руководств по эксплуатации и руководств оператора ПО;
- выполнение, в случае необходимости, по указанию специалистов головных НИУ операций с оборудованием из числа описанных в руководствах по эксплуатации;
- проведение технического осмотра и периодических планово-профилактических работ установленного оборудования.
11.5.2.1 Для обеспечения технического обслуживания АФК необходимо иметь техническую документацию на АФК, принимаемые в эксплуатацию.
11.5.2.2 Основной задачей технического обслуживания АФК является поддержание качественных показателей приемо-передающего тракта измерительного комплекса в пределах, установленных паспортами на них, а также механического состояния всех элементов трактов, обеспечивающих надежность их работы.
11.5.2.3 Техническое обслуживание подразделяется на текущее (повседневное) - технический осмотр и планово-профилактическое (периодическое).
Ремонтные работы подразделяются на текущие и капитальные.
11.5.2.4 При техническом осмотре опор обращают внимание на наличие повреждений и коррозии:
- конструкций мачт и оттяжек мачт (наличие искривлений в элементах поясов и решетки, наличие вибрации в оттяжках и элементах ствола);
- анкерных закреплений оттяжек мачт;
- конструкций крепления опоры к фундаментам;
- наземной части фундаментов.
Результаты технического осмотра записываются в технический журнал, а также делаются записи об устранении этих неисправностей.
11.5.2.5 При проведении текущих технических осмотров проводится визуальный контроль конструкций, видимых с земли невооруженным глазом или при помощи бинокля, осмотр которых не требует подъема на высоту, а также затрат времени.
11.5.2.6 Планово-профилактическое обслуживание антенно-фидерных устройств выполняется согласно годовому плану-графику.
11.5.2.7 В план-график технического обслуживания, ревизий и текущего ремонта включают следующие работы:
- геодезическую проверку проектного положения стволов мачт с целью своевременного выявления опор, находящихся в аварийном состоянии;
- значений монтажных натяжений в оттяжках мачт (с их регулировкой), с осмотром оттяжек и механических деталей, болтовых соединений и сварных швов (с применением лупы в сомнительных случаях);
- крепление антенн и волноводных трактов;
- герметизацию антенно-волноводных трактов;
- снегозащитного ограждения;
- внешний осмотр светильников, проверка состояния изоляции питающих кабелей и т.д.);
- молниезащиты мачт и оттяжек;
- проведение контрольных замеров сопротивления заземления.
11.5.2.8 СП ионосферных наблюдений должен быть обеспечен инструментом, приспособлениями и оборудованием, необходимым для проведения текущего ремонта антенно-фидерных устройств, выполняемого персоналом.
Проверка правильности работы ионозонда проводится не менее одного раза в месяц.
Правильность работы ионозонда оценивается путем анализа ионограмм, на которых наблюдаются кратные отражения (рисунок 52).
Для проверки правильности измерения действующих высот оператор наводит курсор мышки на нижнюю точку следа основного отражения от слоя F2. Оператор запоминает частоту и действующую высоту для данной точки (h'1 равна 226,3 км, fo равна 5,02 МГц) (рисунок 53).
в нижней точке следа основного отражения от слоя F2
Затем оператор наводит курсор мышки на нижнюю точку первого кратного отражения на той же частоте (h'2 равна 452,7 км). Если действующие высоты определены правильно, должно выполняться соотношение h'2 = 2 h'1 (рисунок 54). Если имеется второе кратное отражение, для него должно выполняться соотношение h'3 = 3 h'1 (рисунок 55) и т.д.
в нижней точке следа первого кратного отражения от слоя F2
в нижней точке следа второго кратного отражения от слоя F2
Исключения из правил случаются при наклонном отражении от ионосферы, что происходит редко [8].
11.5.4.1 Оборудование пунктов наблюдения РТС мониторинга состояния ионосферы должно находиться в работоспособном состоянии круглосуточно. Надежная работа оборудования обеспечивается его грамотным использованием персоналом, ответственным за его эксплуатацию.
11.5.4.2 Диагностика состояния пункта наблюдений РТС осуществляется удаленно из Центра сбора, обработки и анализа данных. В случае отсутствия возможности дистанционной диагностики состояния пункта наблюдения РТС специалист из Центра сбора, обработки и анализа данных оперативно связывается с персоналом пункта наблюдения РТС и в случае необходимости выезжает на пункт наблюдения для устранения возникших неисправностей.
11.5.4.3 Техническое обслуживание оборудования осуществляют специалисты, прошедшие специальную подготовку и допущенные к самостоятельной работе распоряжением директора ФБГУ "ИПГ" (разработчика РТС).
К самостоятельной работе по техническому обслуживанию оборудования допускают специалистов, имеющих необходимую теоретическую подготовку, твердые знания по устройству оборудования, практические навыки по его обслуживанию, а также знающих правила технической эксплуатации оборудования, входящего в комплекс, правила техники безопасности и производственной санитарии.
Подготовку специалистов к самостоятельной работе по техническому обслуживанию оборудования осуществляют непосредственно в Центре сбора, обработки и анализа данных методом стажировки. Стажировку проводят в зависимости от уровня подготовки стажера. Стажера прикрепляют к наиболее опытным и грамотным специалистам Центра сбора, обработки и анализа данных. Стажировку специалистов целесообразно проводить с привлечением специалистов предприятия-изготовителя или на предприятии-изготовителе соответствующего оборудования.
12.1.1 Целью проведения мероприятий по обеспечению безопасности труда на СП ионосферных наблюдений является защита персонала от воздействия опасных и вредных производственных факторов, исключение несчастных случаев, в том числе со смертельным исходом, и профессиональных заболеваний на производстве,
12.1.2 Безопасность труда регламентируется нижеперечисленными нормативно-правовыми актами, национальными стандартами, документами Росгидромета и эксплуатационной документацией:
- Трудовым кодексом Российской Федерации (от 30 декабря 2001 г. N 197-ФЗ);
- инструкцией по технике безопасности при работе в СП ионосферных наблюдений;
- руководствами по эксплуатации ионозондов и других средств ионосферных наблюдений.
12.2 Мероприятия по обеспечению безопасности труда в СП ионосферных наблюдений, оборудованном ионозондом
12.2.1 Все лица, проводящие техническое обслуживание, ремонт ионозондов и АФК, должны пройти проверку знаний по правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей [9] и иметь квалификационную группу по электробезопасности не ниже III группы.
12.2.2 Перед началом эксплуатации устройств СП ионосферных наблюдений необходимо изучить руководства по эксплуатации этих устройств.
12.2.3 Для обеспечения безопасности при работе с ионозондом и с контрольно-испытательной аппаратурой необходимо:
- содержать в порядке рабочее место;
- иметь достаточную освещенность рабочего места;
- убедиться в наличии на месте испытаний штепсельных розеток и сети 220 В 50 Гц;
- иметь исправные сетевые шнуры у всех измерительных приборов;
- заземлить прибор, контрольно-измерительную аппаратуру и измерительные приборы;
- проводить стыковку и расстыковку разъемов только при выключенном напряжении;
- проверить правильность маркировки состыкованных разъемов и правильность сборки схемы в соответствии со схемой соединений;
- производить смену сгоревших или неисправных предохранителей в измерительных приборах при выключенном напряжении сети;
- при проведении ремонтных работ с передатчиком, в котором могут быть каскады с источниками высоковольтных напряжений, следует руководствоваться разделом руководства по эксплуатации, касающимся данного блока.
12.2.4 Не разрешается производить включение ионозондов, если климатические условия в помещении, где они установлены, не удовлетворяют требованиям руководства по эксплуатации.
12.2.5 Категорически запрещается производить эксплуатацию ионозонда при неисправной системе электрической блокировки, обеспечивающей отключение цепей высокого напряжения при вскрытии устройств.
12.2.6 Подключение устройств ионозонда к сети переменного тока допускается только специальными кабелями, входящими в комплект поставки ионозонда. Включение кабелей питания производится при выключенном рубильнике сетевого напряжения в помещении, где установлен ионозонд.
12.2.7 Включение сетевого кабеля передатчика ионозонда необходимо производить в соответствии с обозначениями на вилке кабеля и на розетке.
12.2.8 Подключения и отключения штепсельных разъемов устройств ионозонда должны производиться при полном снятии питающего напряжения путем отключения кабеля питания данного устройства от сети 220 В.
12.2.9 Замену предохранителей необходимо производить при полностью отключенной от сети аппаратуре.
12.2.10 При приближении грозы необходимо прекратить все работы, заземлить антенную систему, отключить электропитание ионозонда и перейти в другое (более безопасное во время грозы) помещение.
12.2.11 Наладочные работы с блоками аппаратуры, выдвинутыми или вынутыми из стоек, а также со снятыми крышками (кожухами), должны производиться не менее, чем 2 лицами с соблюдением следующих мер предосторожности:
- подключение вынутых блоков к стойкам ионозонда должно производиться путем применения специальных удлинительных кабелей, входящих в комплект ионозонда;
- вынимать и вставлять блоки, а также производить подключение и отключение удлинительных кабелей и разъемов отдельных элементов схемы разрешается только при полностью выключенном ионозонде;
- необходимо помнить, что даже после выключения ионозонда на конденсаторах фильтров выпрямителей может присутствовать значительное остаточное напряжение опасное для жизни. Наибольшую опасность в этом отношении представляют блоки радиопередающих устройств;
- при наладке включенных блоков аппаратуры следует помнить, что в них имеется напряжение переменного тока 220 В - опасное для жизни человека, а в радиопередающих и индикаторных устройствах - постоянное напряжение до нескольких киловольт, являющееся источником повышенной опасности. Напряжение сети 220 В может присутствовать даже в том случае, если сам блок выключен, но шланг питания стойки, из которой он вынут, включен в электрическую сеть;
- наладка и ремонт блоков с применением пайки должны выполняться только при полностью отключенной от сети аппаратуре.
12.2.12 При работе с радиопередающими устройствами ионозондов следует учитывать, что элементы этих устройств находятся под высоким напряжением постоянного тока, представляющим повышенную опасность для человека. Напряжение на конденсаторах фильтра высоковольтного выпрямителя может сохраняться даже после выключения передатчиков.
12.2.13 В ионозондах серии "Парус" и других, высокое напряжение на конденсаторах высоковольтного выпрямителя может сохраняться до 3-х суток, поэтому конденсаторы нужно разрядить с помощью специального разрядного устройства каждый раз после открывания корпуса передатчика.
12.2.14 При подключении к радиопередатчику ионозонда эквивалента антенны необходимо следить за тем, чтобы корпус эквивалента антенны был надежно соединен с корпусом ионозонда.
12.2.15 При ремонте и наладке индикаторных устройств следует иметь в виду, что в них присутствует напряжение постоянного тока от 100 до 12000 В, подаваемое на электро-лучевую трубку индикатора (где она имеется).
(справочное)
Атмосфера описывается пятью фундаментальными параметрами: давлением Pn, плотностью нейтральных частиц 
, концентрацией нейтральных частиц nn, температурой нейтральной атмосферы Tn и составом. Области атмосферы чаще всего разделяют между собой, беря за основу высотное распределение температуры. При этом разделении отдельные области высот называют сферами, а верхняя граница каждой области носит название паузы. Самая нижняя область атмосферы, простирающаяся до высоты h от 10 до 15 км, именуется тропосферой. Здесь температура падает со скоростью от 6 до 8 К·км-1. На высотах тропопаузы (от 15 до 20 км) падение прекращается и с переходом к высотам от 25 до 45 км температура начинает вновь возрастать (стратосфера). На высоте примерно 50 км устанавливается температурный максимум (стратопауза). Этот максимум образуется из-за поглощения солнечного ультрафиолетового излучения в интервале от 2424 до 
<*> тонким слоем озона (с максимумом плотности на высоте около 25 км). Озон является малой составляющей - его плотность не превышает нескольких миллионных долей от общей плотности атмосферы. Тем не менее, его роль в нагреве верхней атмосферы и в экранировании опасного для жизни ультрафиолетового (UV) излучения исключительно велика. Выше стратопаузы температура вновь начинает падать (мезосфера) и на высоте от 85 до 90 км (мезопауза) устанавливается абсолютный минимум атмосферной температуры, равный от 170 до 190 К. Этот минимум объясняется тем, что на указанных высотах отсутствуют какие-либо заметные механизмы нагрева. Но уже к высоте от 90 до 100 км ситуация меняется - температура вновь начинает возрастать. Это возрастание происходит со скоростью от 4 до 8 К/км до высот от 250 до 350 км. Далее устанавливается изотермическое состояние, при котором температура с высотой почти не меняется (термосфера) и зависит, прежде всего, от уровня солнечной активности, сезона, а также времени суток. Таким образом, типичное высотное распределение температуры для низкой (1996 г.) и высокой (1989 г.) солнечной активности имеет вид, представленный на рисунке А.1.
, концентрацией нейтральных частиц nn, температурой нейтральной атмосферы Tn и составом. Области атмосферы чаще всего разделяют между собой, беря за основу высотное распределение температуры. При этом разделении отдельные области высот называют сферами, а верхняя граница каждой области носит название паузы. Самая нижняя область атмосферы, простирающаяся до высоты h от 10 до 15 км, именуется тропосферой. Здесь температура падает со скоростью от 6 до 8 К·км-1. На высотах тропопаузы (от 15 до 20 км) падение прекращается и с переходом к высотам от 25 до 45 км температура начинает вновь возрастать (стратосфера). На высоте примерно 50 км устанавливается температурный максимум (стратопауза). Этот максимум образуется из-за поглощения солнечного ультрафиолетового излучения в интервале от 2424 до <*> тонким слоем озона (с максимумом плотности на высоте около 25 км). Озон является малой составляющей - его плотность не превышает нескольких миллионных долей от общей плотности атмосферы. Тем не менее, его роль в нагреве верхней атмосферы и в экранировании опасного для жизни ультрафиолетового (UV) излучения исключительно велика. Выше стратопаузы температура вновь начинает падать (мезосфера) и на высоте от 85 до 90 км (мезопауза) устанавливается абсолютный минимум атмосферной температуры, равный от 170 до 190 К. Этот минимум объясняется тем, что на указанных высотах отсутствуют какие-либо заметные механизмы нагрева. Но уже к высоте от 90 до 100 км ситуация меняется - температура вновь начинает возрастать. Это возрастание происходит со скоростью от 4 до 8 К/км до высот от 250 до 350 км. Далее устанавливается изотермическое состояние, при котором температура с высотой почти не меняется (термосфера) и зависит, прежде всего, от уровня солнечной активности, сезона, а также времени суток. Таким образом, типичное высотное распределение температуры для низкой (1996 г.) и высокой (1989 г.) солнечной активности имеет вид, представленный на рисунке А.1.--------------------------------
<*> Ангстрем 
в годы высокой (1989) и низкой (1996) солнечной активности
Состав атмосферы у земной поверхности в процентах по объему приведен в таблице А.1. В ней, кроме того, содержатся сведения о молекулярной массе Moi различных газов, а также об их плотностях 
и концентрациях.
и концентрациях.Таблица А.1
Газ | Состав, % | Moi, а.е.м. <*> |  , кг м-3 | nn, м-3 |
Молекулярный азот, N2 | 78,09 | 28,02 | 0,975 | 2,07·1025 |
Молекулярный кислород, O2 | 20,95 | 32,00 | 0,262 | 5,53·1024 |
Аргон, Ar | 0,93 | 39,04 | 1,16·10-3 | 2,46·1023 |
Углекислый газ, CO2 | 0,03 | 44,01 | 3,75·10-4 | 7,98·1021 |
Молекулярный водород, H2 | 10-3 | 2,01 | 1,25·10-5 | 2,66·1020 |
Гелий, He | 5·10-4 | 4,00 | 6,25·10-6 | 1,33·1020 |
Озон, O3 | 10-6 | 48,00 | - | - |
Воздух | 100 | 28,97 | 1,25 | 2,66·1025 |
<*> 1 а.е.м. ~= 1,66·10-27 кг | ||||
Считается, что ниже высоты от 90 до 120 км, в зависимости от условий, атмосфера хорошо перемешана - состав почти не меняется с высотой (чему способствует хорошо развитая на этих высотах турбулентность). Поэтому эту область однородной по составу атмосферы часто называют гомосферой. Однако положение гомогенности касается лишь основных ее компонентов - N2, O2 и Ar.
Что же касается малых составляющих, то их относительное содержание с высотой меняется. Концентрации одних компонентов возрастают, других убывают, образуются их слои. Вид их высотного распределения зависит, главным образом, от глубины проникновения в атмосферу тех или иных участков солнечного спектра и химических реакций с другими газовыми составляющими. Это хорошо видно на примере озона O3, а также оксида азота NO, играющего важную роль в образовании самой нижней части ионосферы - области D. Положение меняется на высотах, превышающих 120 км, где турбулентность выражена уже крайне слабо, в силу чего перемешивание здесь никакой роли практически не играет. Благодаря этому содержание всех газовых компонентов меняется с высотой каждая со своей скоростью, зависящей от атомного или молекулярного веса и диссоциации (расщепления молекул) под воздействием солнечной радиации. Эту область называют гетеросферой, а границу между этими двумя областями - турбопаузой. Высотное распределение газового состава важнейших для ионосферы газовых компонент на высотах от 0 до 600 км представлено на рисунке А.2.
важнейших для ионосферы газовых компонент.
H - атомарный водород, O - атомарный кислород
Высоты выше 60 км характеризуются присутствием свободных электронов и ионов, влияющих на распространение радиоволн. Эту область называют ионосферой. Причиной образования ее является солнечное коротковолновое излучение в диапазоне от 0,5 до 
. Энергия фотонов достаточно велика, чтобы вступая в контакт с нейтральными атомами и молекулами верхней атмосферы, "выбивать" из них отрицательно заряженные электроны, способные вести свободное существование, а сами атомы и молекулы превращать в положительно заряженные ионы. Так как число образующихся тех и других частиц строго одинаково, ионосфера остается электрически нейтральной.
. Энергия фотонов достаточно велика, чтобы вступая в контакт с нейтральными атомами и молекулами верхней атмосферы, "выбивать" из них отрицательно заряженные электроны, способные вести свободное существование, а сами атомы и молекулы превращать в положительно заряженные ионы. Так как число образующихся тех и других частиц строго одинаково, ионосфера остается электрически нейтральной.На рисунке А.3 показано спектральное распределение интенсивности потока ионизирующего излучения Солнца J видимого при 
, изменяющейся от 3800 до 
, UV (от 100 до 
), рентгеновского X (от 1 до 
) и инфракрасного IR 
излучений на уровне моря. Легко заметить, что видимое излучение, не принимающее участие в образовании свободных электронов, занимает весьма узкую полосу частот. Вместе с тем, на его долю приходится заведомо большая часть интенсивности излучения Солнца. Ионизирующее излучение в X и UV диапазонах показано синим и фиолетовым цветом соответственно.
, изменяющейся от 3800 до , UV (от 100 до ), рентгеновского X (от 1 до ) и инфракрасного IR излучений на уровне моря. Легко заметить, что видимое излучение, не принимающее участие в образовании свободных электронов, занимает весьма узкую полосу частот. Вместе с тем, на его долю приходится заведомо большая часть интенсивности излучения Солнца. Ионизирующее излучение в X и UV диапазонах показано синим и фиолетовым цветом соответственно.
при низкой (сплошная кривая) и высокой (точечный фрагмент)
солнечной активности
К счастью для всех форм жизни на Земле, ионизирующее коротковолновое излучение (UV, X) поглощается на высотах от 60 до 180 км, так что земной поверхности достигают только "мягкий" ультрафиолет (
, изменяющаяся от 3000 до 
), видимый свет и инфракрасное излучение - рисунок А.4.
, изменяющаяся от 3000 до ), видимый свет и инфракрасное излучение - рисунок А.4.
как функция длины волны падающего излучения
Видно, что из всего спектра ионизирующего излучения глубже всего в среднюю и верхнюю атмосферу (выше 60 км) проникает весьма энергичное рентгеновское излучение с 
, изменяющейся от 1 до 
. Тем не менее, его вклад в образование электронов в невозмущенных условиях крайне мал. Это объясняется тем, что интенсивность этого потока составляет ничтожную долю интенсивности всего солнечного излучения: J (в диапазоне от 1 до 
) не более 108 фотон 
- см. рисунок А.3.
, изменяющейся от 1 до . Тем не менее, его вклад в образование электронов в невозмущенных условиях крайне мал. Это объясняется тем, что интенсивность этого потока составляет ничтожную долю интенсивности всего солнечного излучения: J (в диапазоне от 1 до ) не более 108 фотон - см. рисунок А.3.А.1.4.1 На рисунке А.5 показаны высотные профили скорости образования электронов q(h) в ионосфере при вертикальном падении потока солнечного ионизирующего излучения.
и ультрафиолетовым излучением различных диапазонов длин волн
Подавляющая часть этого излучения "ассимилируется" атмосферой на высотах от 105 до 170 км. В течение дня высота максимума скорости фотоионизации перемещается к высотам от 200 до 250 км, а пик этой скорости уменьшается более чем на порядок величины - рисунок А.6. Исключение составляет излучение на длине волны, равной 
, называемой линией Лайман-альфа 
- острый пик на рисунке А.3. Оно проникает до высот от 60 до 90 км - см. рисунок А.4, ионизируя молекулу NO с образованием пары: положительный ион NO+ и электрон.
, называемой линией Лайман-альфа - острый пик на рисунке А.3. Оно проникает до высот от 60 до 90 км - см. рисунок А.4, ионизируя молекулу NO с образованием пары: положительный ион NO+ и электрон.
электронов в минимуме солнечной активности для различных
зенитных углов Солнца (цифры возле кривых, в градусах)
А.1.4.2 Коротковолновое излучение Солнца подвержено сильным циклическим (11-летним) колебаниям. Его активность оценивается либо в единицах излучения на длине волны 10,7 см (F10,7, рисунок А.7), либо в числах Вольфа Rz (зависящих от числа солнечных пятен. В годы минимума солнечной активности F10,7 изменяется от 70 до 80 единиц (Rz изменяется от 5 до 10).
солнечной активности
В годы максимума солнечной активности F10,7 достигает от 230 до 250 единиц (Rz ~= 200). При этом поток излучения в ультрафиолетовом диапазоне (
от 100 до 
) изменяется не более чем в 2 раза, тогда как в рентгеновском (
от 1 до 
) - от одного до двух порядков величины.
от 100 до ) изменяется не более чем в 2 раза, тогда как в рентгеновском ( от 1 до ) - от одного до двух порядков величины.Если бы образующиеся благодаря солнечному ионизирующему излучению свободные электроны не исчезали под воздействием каких-либо процессов, их количество в ионосфере необратимо возрастало бы. В реальности этого не происходит. Во всех слоях атмосферы, в особенности на высотах от 100 до 130 км, где образуется наибольшее количество свободных электронов, в ночные часы Ne уменьшается во много раз. Это убывание содержания электронов ото дня к ночи происходит благодаря химической реакции рекомбинации (перераспределения), при которой отрицательно заряженные электроны e- воссоединяются с положительно заряженными ионами с восстановлением нейтральной частицы. Если при этом ион представляет собой положительно заряженный атом 
, то реакция:
, то реакция:
(А.1)называется радиоактивной рекомбинацией (она сопровождается выделением порции энергии, равной 
, где 
- круговая частота, 
- постоянная Планка). В случае, когда ион представляет собой положительно заряженную молекулу, реакция:
, где - круговая частота, - постоянная Планка). В случае, когда ион представляет собой положительно заряженную молекулу, реакция:
, (А.2)называется диссоциативной рекомбинацией 
(она сопровождается диссоциацией молекулы на атомы). Обе эти реакции определяют время задержки между образованием и гибелью заряженных частиц обеих сортов, а, следовательно, и их концентрацию. Чем дольше длительность задержки, тем выше концентрация, и наоборот. Скорость гибели заряженных частиц называют коэффициентом рекомбинации. Она определяется сортом атомных и молекулярных ионов, с которыми взаимодействует электрон. А так как количество сортов нейтральных частиц в верхней атмосфере, как мы видели выше, велико, то велико и разнообразие коэффициентов их рекомбинации. Их результирующую, представляющую собой средневзвешенную от наиболее важных реакций, называют эффективным коэффициентом рекомбинации 
.
(она сопровождается диссоциацией молекулы на атомы). Обе эти реакции определяют время задержки между образованием и гибелью заряженных частиц обеих сортов, а, следовательно, и их концентрацию. Чем дольше длительность задержки, тем выше концентрация, и наоборот. Скорость гибели заряженных частиц называют коэффициентом рекомбинации. Она определяется сортом атомных и молекулярных ионов, с которыми взаимодействует электрон. А так как количество сортов нейтральных частиц в верхней атмосфере, как мы видели выше, велико, то велико и разнообразие коэффициентов их рекомбинации. Их результирующую, представляющую собой средневзвешенную от наиболее важных реакций, называют эффективным коэффициентом рекомбинации .Солнце не только ионизирует, но и нагревает среднюю и верхнюю атмосферу. Из-за этого в ней возникают перепады температуры и, следовательно, давления, в результате чего генерируются разнообразные ветровые и волновые движения. В физике ионосферы и в данном документе за направление ветра - "восточный", "западный" и т.д., принято то, куда он дует, в противоположность метеорологии, где за направление ветра принимают то, откуда он дует.
Преобладающий ветер глобального масштаба на высотах менее 100 км возникает из-за сезонных перепадов температуры и давления - рисунок А.8. Он является геострофическим, т.е. движущимся строго вдоль параллели. В северном полушарии на высотах от 60 до 90 км зимой доминирует сильный восточный ветер (его скорость от 10 до 100 м с-1 и более).
летом и зимой, полдень
Летом ветер становится западным. Изменение основных параметров атмосферы, характерных для зимнего и летнего периодов происходит в периоды равноденствий продолжительностью около месяца. В это время часто наблюдается также меридиональная компонента преобладающего ветра, которая вызывает широтный поток воздуха.
Выше 120 км ветер возникает из-за градиентов давления, обусловленных суточными изменениями температуры. Эти суточные колебания температуры, достигающие 180 К и 70 К в годы максимума и минимума солнечной активности, соответственно, приводят к расширению атмосферы днем, к так называемому дневному вздутию. Горизонтальный градиент давления, образующийся вокруг дневного вздутия, является движущей силой термосферного ветра. Так как на этих высотах концентрация заряженных частиц велика, а концентрация нейтральных частиц относительно мала, этот ветер уже не является строго геострофичным. Он зависит также от вязкости, силы Кориолиса и магнитоионного трения или ионного увлечения (выше 100 км ветер начинает приводить в движение, зависящее от магнитного поля, положительные ионы окружающей среды, в результате чего ионное увлечение становится существенным источником потерь энергии ветра). Все это приводит к сложным траекториям переноса воздушной массы. Тем не менее, вне зависимости от сезона горизонтальный ветер здесь направлен перпендикулярно изобарам в сторону от дневного вздутия атмосферы. Этот ветер дует из освещенного полушария в ночную сторону Земли, как через полярные области, так и через линию терминатора на других широтах. Ночью и на высоких широтах, где ионная концентрация мала, ветер носит преимущественно геострофический характер. Типичная величина скорости горизонтального ветра на высотах среднеширотного слоя F2 составляет днем от 30 до 50 м с-1, а ночью от 150 до 200 м с-1. Скорость вертикальной компоненты ветра не превышает 15 м с-1.
Энергия внутренних гравитационных волн (ВГВ) в основном берется из крупномасштабных ветровых движений в верхней атмосфере. Последние возбуждают приливные движения, амплитуда которых на этих высотах достигает таких больших величин, что в процессе их распада выделяется большое количество энергии, что приводит к генерации ВГВ. Их период составляет от нескольких минут до нескольких часов, длина волны вертикальных движений около нескольких километров, а горизонтальных - вплоть до нескольких тысяч километров. ВГВ отождествляют с перемещающимися ионосферными возмущениями, которые наблюдаются на больших высотах и могут проходить несколько тысяч километров со скоростями порядка сотен километров в час. Они возникают в высоких широтах и движутся по направлению к экватору.
Солнце и Луна действуют на атмосферу, вызывая приливные силы, периодичность которых связана с солнечными (24 ч) и лунными (24,8 ч) сутками. Эти силы возбуждают в атмосфере приливные волны, что приводит к движению атмосферы, главным образом, в горизонтальном направлении. Движение перпендикулярное магнитному полю Земли индуцирует электромагнитные силы, которые возбуждают токи в тех слоях ионосферы, где существенна электропроводность. В результате этого происходят периодические солнечно-лунные геомагнитные вариации. Возникающая в результате указанного процесса система электрических полей, токов и зарядов, в свою очередь, заметным образом сказывается на ионосфере.
Как можно видеть из рисунка А.5, высота максимума ионообразования (образования свободных электронов) располагается между 105 и 170 км. Между тем, максимум электронной концентрации находится на высотах между 250 и 350 км. Смесь электронов и ионов верхней атмосферы можно считать плазмой. На плазму действуют сила тяжести, а также силы, возникающие при движении и столкновениях, термосферный ветер и, кроме того, электрические поля. О роли термосферного ветра говорилось выше. А под влиянием градиента плотности в поле силы тяжести происходит диффузия (просачивание) плазмы через нейтральные частицы с высот, где ее плотность велика (где она образуется), на высоты с меньшей плотностью, т.е. вверх. Кроме того, скорость диффузии зависит от окружающей температуры, высотных градиентов температуры, электронной и ионной концентрации, компонентов земного магнитного поля, а также частоты соударений иона O+, основного на этих высотах, с нейтральными составляющими - O, O2, N2.
Другой вопрос, касающийся слоя F2, связан с суточными вариациями электронной концентрации в нем. Именно - несмотря на то, что в ночные часы процессы фотоионизации перестают продуцировать электроны и ионы, и их концентрации на высотах D и E областей становятся ничтожно малыми, на высотах слоя F2 они сохраняются в заметных количествах, особенно в летние периоды. За счет чего? За счет протоносферы - внешней части ионосферы, где преобладают легкие ионы H+. Протоносфера представляет собой резервуар, в который в освещенное время суток стекает плазма из слоя F2, и из которого она в ночные часы возвращается обратно на меньшие высоты. Зимой в средних широтах дни коротки, а ночи длинны. В силу чего за освещенное время суток протоносфера не успевает "насытиться" плазмой и, соответственно, отдать ее ночной зимнего слоя F2. Летом картина обратная: светлое время велико, а ночи коротки. Пополнение протоносферы плазмой происходит достаточно долго, поэтому отдача ее велика.
В равновесных условиях скорость образования заряженных частиц q уравновешивается скоростью их гибели l, либо совместного процесса гибели и переноса ионосферной плазмы. Иначе говоря, 
вариации электронной концентрации описываются выражением:
вариации электронной концентрации описываются выражением:
, (А.3)где V - скорость переноса.
На высотах области E и слоя F1 процессами переноса можно пренебречь, а характерные времена процессов гибели в реакциях рекомбинации для основных ионов N2+, 
и O+ столь малы, что в невозмущенных условиях:
и O+ столь малы, что в невозмущенных условиях:
И концентрация электронов определяется условием фотохимического равновесия:
q = l
Во внешней ионосфере, напротив, несущественны как ионообразование, так и рекомбинация, поскольку здесь доминирует перенос. В слое F2 необходимо учитывать все три основных процесса.
Высотное распределение основных ионов, а также электронной концентрации на высотах от 90 до 1000 км можно видеть на рисунке А.9.
в период весеннего равноденствия
Область D проявляется на ионограммах ВЗ косвенно, через параметр fmin. Это обусловлено тем, что концентрация электронов в области D в невозмущенных условиях меньше 1,24·1010 м-3, и стандартный ионозонд ВЗ, излучающий и принимающий сигналы в диапазоне от 1 до 20 МГц, не диагностирует наличие области D. Малая концентрация электронов на этих высотах связана с двумя причинами. Во-первых, как видно из рисунка А.4, на высоты этой области проникает только очень узкая полоса спектра солнечного ионизирующего излучения: ультрафиолет в линии 
и рентген с 
(поток крайне энергичных космических лучей, проникающих ниже 50 км, столь слаб, что не в состоянии образовывать свободные электроны в сколько-нибудь заметных количествах). Во-вторых, скорость исчезновения свободных электронов в реакциях рекомбинации с положительными ионами в области D гораздо выше, чем на высотах E и F областей, так как положительные ионы здесь представляют собой не первичные ионы NO+, 
, H+ или O+, а вторичные кластеры - их соединения с молекулами воды: NO+·H2O, H+·(H2O)2 и т.д. Наличие этих кластеров приводит к увеличению скорости рекомбинации (гибели свободных электронов) на порядок величины. Таким образом, химические процессы взаимодействия положительных ионов друг с другом и с нейтральными молекулами, образования сложных ионных кластеров, прилипания свободных электронов к нейтральным молекулам с образованием отрицательных ионов, играют существенную роль в формировании области D.
и рентген с (поток крайне энергичных космических лучей, проникающих ниже 50 км, столь слаб, что не в состоянии образовывать свободные электроны в сколько-нибудь заметных количествах). Во-вторых, скорость исчезновения свободных электронов в реакциях рекомбинации с положительными ионами в области D гораздо выше, чем на высотах E и F областей, так как положительные ионы здесь представляют собой не первичные ионы NO+, , H+ или O+, а вторичные кластеры - их соединения с молекулами воды: NO+·H2O, H+·(H2O)2 и т.д. Наличие этих кластеров приводит к увеличению скорости рекомбинации (гибели свободных электронов) на порядок величины. Таким образом, химические процессы взаимодействия положительных ионов друг с другом и с нейтральными молекулами, образования сложных ионных кластеров, прилипания свободных электронов к нейтральным молекулам с образованием отрицательных ионов, играют существенную роль в формировании области D.Граница между зонами преобладания первичных и вторичных положительных ионов в ней, располагающаяся на высотах от 80 до 82 км, примерно совпадает с высотой мезопаузы. Поэтому высотный профиль Ne в области D имеет форму колена: концентрация электронов мала ниже 80 км (как правило Ne <= 103 см-3) и начинает возрастать выше этой границы.
Из-за малой концентрации свободных электронов область D слабо влияет на геометрию распространения радиоволн. Ее воздействие на них проявляется иным образом. Именно: вследствие высокой концентрации нейтральных частиц на этих высотах, частота соударений электронов с ними столь велика, что распространяющиеся сквозь среду радиоволны теряют в этих взаимодействиях значительную часть своей энергии, фактически поглощаясь нижней ионосферой.
На первый взгляд образование области E представляет собой довольно простую задачу, так как в нем полностью отсутствуют отрицательные ионы, из положительных ионов доминируют NO+ и 
, а процессы переноса плазмы еще не столь влиятельны, как в области F. Поэтому считается, что конфигурацию этой области можно в первом приближении описать так называемым слоем Чепмена. Он соответствует простейшим условиям образования ионосферы. К ним относятся: постоянство температуры Tn, экспоненциальное падение с высотой давления Pn, концентрации нейтральных частиц nn и их плотности 
, а также наличие нейтральных частиц лишь одного сорта. В этом случае высота максимума области:
, а процессы переноса плазмы еще не столь влиятельны, как в области F. Поэтому считается, что конфигурацию этой области можно в первом приближении описать так называемым слоем Чепмена. Он соответствует простейшим условиям образования ионосферы. К ним относятся: постоянство температуры Tn, экспоненциальное падение с высотой давления Pn, концентрации нейтральных частиц nn и их плотности , а также наличие нейтральных частиц лишь одного сорта. В этом случае высота максимума области:
, (А.4)где Ho <*> - высота однородной атмосферы, соответствующая высоте, на которой Pn, nn или 
уменьшаются в 2,72 раза от первоначального значения;
уменьшаются в 2,72 раза от первоначального значения;--------------------------------
<*> Ho - это высота слоя, в котором уместилась бы вся атмосфера, если бы Pn, nn или 
не уменьшались с высотой экспоненциально.
не уменьшались с высотой экспоненциально.
- зенитный угол Солнца (при 
равном 0 Солнце находится в зените, следовательно, к вечеру с ростом 
возрастает и hmax).При этом скорость ионизации в максимуме области описывается выражением:
, (А.5)Легко видеть, что в данном случае с ростом зенитного угла qmax, напротив, уменьшается.
На высотах области E скорость гибели заряженных частиц:
, (А.6)так как здесь концентрации электронов и положительных ионов строго равны между собой. Таким образом, для условия фотохимического равновесия (q = 1) получаем для всех высот области зависимость:
, (А.7)В действительности все не так просто. Температура с высотой меняется и, притом, существенно (см. рисунки А.1 и А.8). Атмосфера состоит не из одного, а из множества сортов частиц, относительное содержание с высотой также меняется (см. рисунок А.2). Наконец, ионизирующее излучение не монохроматическое, а состоит из широкого спектра ультрафиолетового и рентгеновского излучения (см. рисунок А.3). Тем не менее, за исключением некоторых второстепенных деталей, модель слоя Чепмена вполне удовлетворительно характеризует образование и поведение области E. Область E часто в литературе определяют, как слой E.
При ВЗ время от времени наблюдаются радиосигналы, отраженные не только от регулярных области E и слоя F2 ионосферы, но и от дополнительных образований, в комплексе именуемых спорадическим слоем Es. Электронная концентрация в этом слое может существенно превышать электронную концентрацию области E и слоя F2. Es представляет собой устойчивое скопление ионизированных облаков повышенной ионизации. При этом размеры облаков и расстояния между ними должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить как интенсивное отражение от Es, так и хорошее прохождение волны сквозь них. Если расстояние между этими облаками уменьшается настолько, что спорадический слой Es становится сплошным, то он полностью экранирует всю вышележащую ионосферу.
Ракетные измерения показали, что спорадический слой Es - электронного происхождения. Поэтому на предельных частотах, на которых наблюдаются отражения от него, часто фиксируются случаи двойного лучепреломления (обыкновенная и необыкновенная компоненты), которые здесь еще труднее регистрировать, чем в области E вследствие очень малой толщины спорадического слоя Es. Горизонтальные размеры области, в которой наблюдается Es, часто превышают 1000 км в поперечнике.
Происхождение спорадического слоя Es связывают с возникновением двух прямо противоположных направлений горизонтального ветра (дующего поперек силовых линий магнитного поля) в области высот шириной всего лишь несколько километров. Этот ветровой сдвиг приводит к такому вертикальному перемещению ионизированных частиц, при котором они оказываются как бы в ловушке в тонком атмосферном слое. Однако, для того, чтобы ветровой сдвиг мог поддерживать существование ионизированной области, электронная концентрация в котором часто заведомо превышает Ne в области E и слое F2, необходимо, чтобы положительные ионы, составляющие пару для электронов, были необычного состава. К числу таких ионов относят металлические ионы. Скорости рекомбинации с этими ионами на несколько порядков ниже, чем скорости рекомбинации с обычными на этих высотах ионами NO+ и 
. Тонкие слои на высотах от 100 до 110 км таких ионов, сопутствующих появлению спорадического слоя Es, действительно были выявлены с помощью ракетных экспериментов.
. Тонкие слои на высотах от 100 до 110 км таких ионов, сопутствующих появлению спорадического слоя Es, действительно были выявлены с помощью ракетных экспериментов.Классификация отражений от различных типов спорадических слоев Es приводится в разделе 9.1.2.
В зависимости от тех или иных геофизических условий (сезон и время суток) область F может делиться на два слоя: F1 и F2.
Слой F1 во многом напоминает область E, и прежде всего тем, что его образование подчиняется условиям фотохимического равновесия: на нем слабо сказываются эффекты переноса плазмы - дрейфа и диффузии. Тем не менее, его характеристики усложнены тем, что он образуется на высотах, переходных с точки зрения ионного состава с ионов 
(и в меньшей степени NO+) к ионам O+. Скорость рекомбинации электронов с последними значительно ниже, чем с 
, поэтому значения Ne здесь заметно выше, чем в области E.
(и в меньшей степени NO+) к ионам O+. Скорость рекомбинации электронов с последними значительно ниже, чем с , поэтому значения Ne здесь заметно выше, чем в области E.В максимуме слоя F2 электронная концентрация Ne определяется концентрацией атомного кислорода [O], линейным коэффициентом потерь 
, дрейфом w, направленным либо вверх, либо вниз, а также J/J144:
, дрейфом w, направленным либо вверх, либо вниз, а также J/J144:
где J/J144 - отношение полного потока солнечного ионизирующего излучения к его значению при уровне солнечной активности F10,7 равном 144.
При этом высота максимума слоя также зависит от этих параметров, но в иной пропорции:
Ниже высоты максимума невозмущенного F2 слоя распределение электронной концентрации часто описывается выражением, следующим из той же теории Чепмена:
, (А.10)В данном случае имеем параболическую область с полутолщиной 2H0.
Ночью свободные электроны в области D практически отсутствуют. Однако первые электроны на высотах от 60 до 75 км появляются с рассветом - при зенитных углах Солнца 
от 90° до 95°. Далее в светлое время суток Ne здесь строго следует за изменением в течение дня угла 
. Поэтому суточный ход параметра fmin, который контролирует ПЭС в области D, симметричен относительно местного полудня.
от 90° до 95°. Далее в светлое время суток Ne здесь строго следует за изменением в течение дня угла . Поэтому суточный ход параметра fmin, который контролирует ПЭС в области D, симметричен относительно местного полудня.Максимум Ne в области E, также хорошо повторяет временной ход угла 
в течение светлого времени суток. В полдень значения Ne в максимуме области E достигают величин от 7,8·1010 до 2·1011 м-3 в зависимости от широты и уровня солнечной активности. Ночная область E на ионограммах ВЗ не видна, так как в это время значения Ne в максимуме становятся меньше 1010 м-3. Вместе с тем минимальная высота области E в течение дня испытывает вариации, не превышающие единиц километров.
в течение светлого времени суток. В полдень значения Ne в максимуме области E достигают величин от 7,8·1010 до 2·1011 м-3 в зависимости от широты и уровня солнечной активности. Ночная область E на ионограммах ВЗ не видна, так как в это время значения Ne в максимуме становятся меньше 1010 м-3. Вместе с тем минимальная высота области E в течение дня испытывает вариации, не превышающие единиц километров.Основной особенностью Es является сильная и как бы случайная изменчивость вероятности его появления, а также его параметров от часа к часу. Представление о разбросе единичных значений концентрации спорадического слоя Es могут дать результаты измерений в течение месяца. Тем не менее установлено, что разброс единичных значений Ne в спорадическом слое Es относительно медианы за месяц существенно превышает соответствующую изменчивость концентрации слоя F2 и области E. При этом в средних и низких широтах максимум частоты появления Es приходится на полуденные часы, а в авроральной зоне - на ночные.
Данный слой хорошо выражен лишь в летний сезон. В это время его суточный ход подобен суточному ходу области E, т.е. следует за зенитным углом Солнца.
Слой F2 наблюдается круглые сутки. Но разность между дневными и ночными значениями максимума концентрации Ne велика зимой и мала летом. Кроме того, максимум концентрации Ne приходится на околополуденные часы зимой, а летом смещается к вечеру. Напротив, суточные вариации высоты велики и летом и зимой. Но если зимой hmax в ночные часы выше дневных значений в пределах от 50 до 80 км, то летом днем hmax от 80 до 100 км выше, чем ночью.
Годовой ход содержания свободных электронов в области D хорошо следует сезонным изменениям зенитного угла Солнца. Т.е. Ne и параметр fmin, как правило, выше летом, чем в равноденствие и некоторые периоды зимы. Но именно зимой в средних широтах часто наблюдаются события, длящиеся от нескольких дней до нескольких недель, во время которых значения Ne и fmin значительно превышают нормальные не только зимние, но и летние. Это явление получило название зимняя аномалия в нижней ионосфере (многократное повышение Ne вызывает резкое повышение величины поглощения радиоволн в ионосфере, поэтому эффект часто называют зимней аномалией поглощения). Его объясняют динамическими процессами, приводящими к потеплению среднеширотной страто-мезосферы и к вытеснению сложных ионов-связок, которые рекомбинируют со свободными электронами быстрее, нежели первичные ионы NO+, 
.
.Какие-либо сезонные особенности в области E слабо выражены: концентрация в максимуме почти строго следует за сезонными вариациями угла 
, так что ее суточный ход хорошо описывается выражением:
, так что ее суточный ход хорошо описывается выражением:
(А.11)В среднеширотной зоне вероятность появления развитого спорадического слоя Es зависит от сезона наблюдений. Она велика летом, когда следы Es присутствуют почти на каждой ионограмме, и мала зимой, когда Es практически всех типов наблюдается весьма редко. Связано такое поведение спорадического слоя Es с сезонными изменениями системы ветров и турбулентности в среднеширотной мезосфере - нижней термосфере. В экваториальной зоне свойства Es в течение года изменяются мало, так как Es данного типа зависит от мало меняющегося в течение года экваториального электроджета (электроструи).
Слой F1, как говорилось, появляется весной, становится четко отделимым от слоя F2 летом, и исчезает осенью. Иначе говоря, он представляет собой сугубо летнее явление.
Годовой ход 
ведет себя аномальным образом: летом в средних и умеренно высоких широтах 
существенно (примерно в 3 раза) ниже, чем зимой, т.е. меняется обратно годовому ходу зенитного угла Солнца. Особенно отчетливо это проявляется в высоких широтах - рисунок А.10. Рисунок А.10 представляет собой зависимость критических частот слоев, величины которых связаны с соответствующими максимумами концентраций слоев соотношением
ведет себя аномальным образом: летом в средних и умеренно высоких широтах существенно (примерно в 3 раза) ниже, чем зимой, т.е. меняется обратно годовому ходу зенитного угла Солнца. Особенно отчетливо это проявляется в высоких широтах - рисунок А.10. Рисунок А.10 представляет собой зависимость критических частот слоев, величины которых связаны с соответствующими максимумами концентраций слоев соотношением
где fo# в МГц, # - наименование слоя отражения;
есть электронная концентрация в максимуме области, выраженная в м-3.
слоев F2, F1 и области E
При этом высота максимума hmax летом от 20 до 30 км выше, чем зимой. Из анализа выше приведенных формул 8 и 9 для этой области следует, что сезонная аномалия в нем объясняется, главным образом, годовым ходом коэффициента линейной рекомбинации: летом его значения примерно в 3 раза выше, чем зимой. Что и определяет противоположные по знаку сезонные изменения hmax и 
.
.Прямая зависимость электронной концентрации от уровня солнечной активности, выраженного в единицах F10,7 или Rz, проявляется во всех областях ионосферы. В области D она проявляется в росте параметра fmin, в области E и слоях F1 и F2 - в росте критических частот (рисунок А.11).
области E и слоев F1 и F2 от числа солнечных пятен
Для среднеширотных станций ВЗ отношения критической частоты в максимумах области E и слоя F1 при переходе от максимума солнечной активности к минимуму изменяются примерно в следующих пределах:
(foE)max/(foE)min ~= (foF1)max/(foF1)min ~= 1,2 - 1,4
На средних широтах в слое F2 отношение
(foF2)max/(foF2)min ~= 1,6 - 2,0,
а зимой достигает даже 3.
Нормальный суточный ход различных параметров ионосферы иногда прерывается возмущениями, во время которых почти мгновенно прекращается отражение радиоволн от ионосферы и радиосвязь на большинстве трасс волн декаметрового диапазона. В момент солнечной вспышки концентрация электронов в области D мгновенно возрастает настолько, что сигналы, излученные ионозондом, полностью в нем поглощаются. Измеренные до и после вспышки параметры слоев F1 и F2 отличаются незначительно. При этом никакие последствия, связанные с их исчезновением, в критических частотах и действующих высотах слоев F1 и F2 не наблюдаются. Лишь в области E на короткое время возрастает критическая частота от 0,4 до 0,6 МГц. Это явление, возникающее внезапно, и называемое SID (sudden ionospheric disturbances, внезапные ионосферные возмущения) или эффектом Деллинджера, наблюдается только на освещенной половине земного шара. Его продолжительность колеблется от нескольких минут до одного - трех часов. Выражено оно более резко в низких широтах и вблизи местного полудня. Вследствие того, что на возмущение реагирует в основном область D ионосферы, можно сделать вывод, что само возмущение вызывается коротковолновой частью спектра солнечного излучения - вспышкой в рентгеновском диапазоне излучения.
На рисунке А.12 приведен поток рентгеновского излучения в двух диапазонах: от 0,5 до 
и от 1 до 
во время указанной вспышки. Как легко видеть, интенсивность излучения в первом диапазоне возросла на 4 порядка величины, а во втором - на 3 порядка. Оно проникает глубоко в нижнюю ионосферу - область D, где вызывает скачкообразный многократный рост электронной концентрации. А так как на этих высотах от 60 до 80 км концентрация нейтральных частиц атмосферы все еще относительно велика, электроны, "отбирая" энергию у распространяющейся в ионосфере радиоволны, не "возвращают" ее, а расходуют на столкновения с нейтралами, вызывая аномальный рост затухания радиосигналов.
и от 1 до во время указанной вспышки. Как легко видеть, интенсивность излучения в первом диапазоне возросла на 4 порядка величины, а во втором - на 3 порядка. Оно проникает глубоко в нижнюю ионосферу - область D, где вызывает скачкообразный многократный рост электронной концентрации. А так как на этих высотах от 60 до 80 км концентрация нейтральных частиц атмосферы все еще относительно велика, электроны, "отбирая" энергию у распространяющейся в ионосфере радиоволны, не "возвращают" ее, а расходуют на столкновения с нейтралами, вызывая аномальный рост затухания радиосигналов.
в диапазонах от 0,5 до 
и от 1,0 до 
и от 1,0 до Возмущения в ионосфере, связанные с возмущениями геомагнитного поля - магнитными бурями, проявляются ярче всего в слое F2. Магнитные бури начинаются в интервале от 20 до 50 часов после солнечной рентгеновской вспышки. Их возбуждают частицы низких энергий (главным образом протоны и электроны), выброшенные Солнцем во время вспышек и вторгающиеся в магнитосферу Земли. Скорость их распространения существенно меньше скорости света, поэтому они достигают Земли с указанным ранее запаздыванием. Во время ионосферной бури состояние ионосферы становится очень неустойчивым, радиосвязь часто сильно нарушается, а в полярных областях в некоторых случаях радиосвязь прекращается в диапазоне от 1 до 20 МГц. Обычно ионосферные бури разыгрываются в течение нескольких минут, иногда до часа и более, причем главным образом в неосвещенное время суток. Продолжительность возмущений колеблется от нескольких дней до двух - трех недель. Они наступают с небольшим запозданием почти одновременно на больших участках земной поверхности. Но наиболее сильные ионосферные бури наблюдаются в полярных широтах, где они сопровождаются интенсивными сияниями.
По характеру изменения критических частот foF2 различают три типа возмущений: отрицательные, двухфазные и положительные. Отрицательные возмущения характерны тем, что весь период времени возмущенное значение (foF2)в меньше среднемесячного невозмущенного значения foF2 на десятки процентов - рисунок А.13а.
Эти возмущения наиболее часто наблюдаются в периоды равноденствий, когда они наиболее интенсивны. При положительных возмущениях (рисунок А.13б), напротив, (foF2)в > foF2, что чаще происходит зимой и в приполюсных областях. Двухфазные возмущения (рисунок А.13в) отличаются тем, что в первые несколько часов после начала бури (foF2)в превышают невозмущенные значения foF2, но затем в течение всего периода возмущения (foF2)в < foF2.
(foF2)в к их средним невозмущенным значениям foF2
Отрицательные возмущения в высоких и средних широтах сопровождаются положительными возмущениями в низких и приэкваториальных широтах. Область изменения знака возмущения приходится на геомагнитную широту Ф ~= 40°. Сходная картина наблюдается для положительных возмущений в средних и высоких широтах: они также сопровождаются изменением знака возмущения в низких широтах.
Резкое падение foF2 во время отрицательного возмущения сопровождается еще более резким (до одной - двух сотен километров) возрастанием hmaxF2.
Солнечные рентгеновские вспышки часто сопровождаются вторжением высокоэнергичных протонов солнечной плазмы (с энергиями от 1 до 100 МэВ) в ионосферу Земли. Распространяясь по спирали вдоль силовых линий геомагнитного поля, они попадают в полярные районы спустя от 20 мин до 20 ч после начала вспышки. Основное физическое воздействие этих частиц на ионосферу заключается, как и в случае SID, в сильной ионизации области D, что сопровождается резким возрастанием поглощения радиоволн декаметрового диапазона. Поэтому это явление называют ППШ или PCA (Polar Cap Absorption). Влияние геомагнитного поля обычно препятствует вторжению таких частиц в ионосферу за пределами зоны полярных сияний. Таким образом, поглощение в полярной шапке характерно лишь для высоких широт (выше ~= 70°) и практически однородно по всей области полярной шапки. Длится этот эффект непрерывно до трех - четырех суток и не всегда сопровождается магнитными возмущениями, так как концентрация потоков высокоэнергичных частиц, вызывающих возмущение подобного рода, мала. Величина максимального увеличения поглощения днем от 5 до 10 раз больше, чем ночью. ППШ чаще происходит в равноденствие, редко зимой. Частота появления ППШ возрастает в годы максимума солнечной активности.
Авроральное поглощение в полярной зоне (АП, auroral absorption) инициируется вторжением потоков энергичных электронов с энергиями более 40 кэВ, сопровождающих солнечные вспышки. Они охватывают зону полярных сияний, то есть достаточно узкую полосу магнитных широт (Ф ~= 60° - 75°), и сопровождаются магнитными бурями. Зона поглощения разомкнута на вечерней стороне Земли и перемещается за Солнцем. За 12 часов она поворачивается на 180°. Но в целом протяженность зоны возмущения вдоль магнитной параллели достигает сотен градусов по долготе. Эффекты АП чаще наблюдаются в периоды равноденствия. Летом и зимой эффект АП примерно вдвое меньше.
Основными характеристиками электромагнитных волн принято считать частоту, длину волны и поляризацию.
Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в ионосфере она больше скорости света.
Фазовая скорость (uf) - скорость перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения, в пространстве вдоль заданного направления. Обычно рассматривают направление, совпадающее с направлением волнового вектора. Определяется как произведение длины волны 
на частоту f, в соответствии с формулой:
на частоту f, в соответствии с формулой:
. (А.13)В свободном пространстве все волны распространяются с одинаковой скоростью, равной скорости света 3·108 мс-1. В среде их скорость распространения отлична от c и зависит как от частоты, так и свойств среды.
Изменение скорости распространения в зависимости от частоты и свойств среды определяется дисперсией. Дисперсия - это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) электромагнитного колебания (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости в веществе от длины волны (или частоты).
Показатель преломления среды n есть отношение скорости волны в вакууме к ее скорости в данной среде, т.е.
n = c uf-1. (А.14)
В ионосфере n всегда меньше единицы, так как здесь uf > c. То, что фазовая скорость превышает скорость света, означает, что она характеризует не реальную скорость распространения энергии волны, а скорость изменения ее фазы, зависящую от состояния среды.
Групповая скорость (ug) есть скорость движения "группы волн", образующих в каждый данный момент времени локализованный в пространстве волновой пакет. Она связана с фазовой скоростью соотношением:
ufug = c2, (А.15)
Групповая скорость определяет истинную скорость распространения энергии волны. В ионосфере она связана с показателем преломления соотношением
ug = n c. (А.16)
Поляризация электромагнитных волн - явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H. В общем случае поляризация эллиптическая.
В свободном пространстве n равно 1 и ug = c. Прохождение радиоволн через среду, в которой присутствуют свободные электроны, приводит их в движение. Это, в свою очередь, оказывает влияние на свойства волны, причем n становится меньше 1. Соответственно, уменьшается ug. Если по мере продвижения волны концентрация электронов возрастает, показатель преломления n падает еще более, вызывая падение групповой скорости ug. Наконец, при вертикальном падении волны с Земли на ионосферу концентрация электронов может достичь величины, при которой (для волны данной частоты) выполняется условие n = 0. Это означает, что скорость волны также становится равной нулю. И если за этой границей концентрация электронов продолжает возрастать, волна вынуждена повернуть назад и отразиться обратно к Земле по своему первоначальному пути. Это явление называют резонансом.
Так как показатель преломления зависит не только от свойств среды, но также и от частоты падающей волны, ионосфера является диспергирующей средой. Поэтому сигналы различной частоты будут либо отражаться от разных высот ионосферы (зависящих от концентрации электронов), либо проходить сквозь нее, если частота радиоволны будет столь велика, что явление резонанса для нее не наступит.
В первом приближении показатель преломления определяется выражением:
n2 = 1 - fp2f-2, (А.17)
где fp - плазменная частота электронов среды.
Следовательно, условие отражения равнозначно условию:
fp = f,
где плазменная частота среды (в данном случае электронов) находится из выражения:
, (А.18)где m - масса электрона.
Концентрация электронов, которая вызывает резонанс на данной частоте f, вычисляется по формуле:
где f выражена в МГц, а Ne в м-3.
Так как электронная концентрация сначала растет с высотой, а затем уменьшается, то образуется ионосферный слой. Каждый слой характеризуется своей критической частотой. Для слоя F2 вводят обозначение foF2, для слоя F1 - foF1, для области E - foE. Для расчета критической частоты используют формулу (А.12), вытекающую из (А.19).
Условная высота отражения от ионосферы радиосигнала, определяемая по времени задержки между передачей и приемом отраженного от ионосферы сигнала при вертикальном падении в предположении, что скорость распространения сигнала постоянна и равна скорости света в вакууме, называется действующей высотой. Действующая высота больше истинной высоты. Эта разница, несущественная вдали от критической частоты области, быстро возрастает с приближением частоты излучаемых радиоволн к критической частоте тех или иных ионосферных областей - рисунок А.14.
(ионограмма)
Чтобы найти истинную высоту отражения радиосигнала, необходимо учесть уменьшение скорости распространения электромагнитной волны в плазме. На рисунке А.14 (синяя кривая) представлена высотная зависимость плазменной частоты (f(h)-профиль).
А.5.4.1 Электрон испытывает действие силы, перпендикулярной как к магнитному полю, так и к направлению первоначального движения. Поскольку сила перпендикулярна магнитному полю, то под ее влиянием электрон вращается вокруг линий магнитного поля. В случае, когда существует компонента скорости вдоль магнитного поля, движение электрона будет спиральным. Скорость вращения электрона зависит при этом только от модуля вектора напряженности магнитного поля H, заряда и массы электрона, но не от направления или величины приложенной силы. Частота вращения называется гирочастотой электрона:
. (А.20)Зависимость последней от H приводит к тому, что в магнитном поле Земли fH различна в различных точках земной поверхности и на разных высотах. В средних и низких широтах:
fH <= 1,6 МГц.
В случае распространения радиоволн через ионосферу действующей на электрон силой является напряженность переменного электрического поля волны. В присутствии геомагнитного поля движение электронов становится сложным: оно разлагается на две эллиптические компоненты противоположного направления вращения. Таким образом, возникают две распространяющиеся независимо волны с противоположной поляризацией.
Магнитоионную составляющую эллиптически поляризованной радиоволны, векторы электромагнитного поля которой имеют правое вращение, называют обыкновенной компонентой, иногда вместо слова компонента говорят волна. Магнитоионная составляющая эллиптически поляризованной радиоволны, в которой направление вращения векторов электромагнитного поля является обратным по отношению к обыкновенной радиоволне, называют необыкновенной радиоволной. Различают быструю (X-компоненту) и медленную (Z-компоненту) необыкновенные компоненты. При распространении сигнала от Земли в подавляющем большинстве случаев возникает x-волна. Обыкновенная и необыкновенная волны отражаются от одной и той же высоты, если выполняется соотношение
fx2 - fo2 = fxfH, (А.21)
где fx - частота необыкновенной компоненты;
fo - частота обыкновенной компоненты.
Если fX и fo велики по сравнению fH, то выполняется соотношение:
fx - fo ~= fH/2 (А.22)
Иначе говоря, на частотах, существенно превышающих гирочастоту, частоты O- и X-компонент различаются между собой на половину гирочастоты - рисунок А.14 (красная линия - след отражения обыкновенной компоненты, зеленая - необыкновенной).
А.5.4.2 В высоких широтах, где направление распространения волны при вертикальном падении на ионосферу составляет малые углы с вектором геомагнитного поля, а значение высотного градиента dNe/dh достаточно велико, ощутимая часть энергии волны просачивается в область, где дополнительно может быть возбуждена необыкновенная волна. Она называется Z-компонентой (рисунок А.15). При этом fx > fo > fz, fz - частота Z-компоненты, и в данном случае также справедливо соотношение:
fx - fz = fH (А.23)
А.5.4.3 Волна, посланная вертикально вверх на горизонтально ионизированный слой, в присутствии магнитного поля следует по криволинейному пути от начала области до точки отражения. Таким образом, отражение волны происходит не строго над головой, а на некотором расстоянии в стороне. Происходит боковое отклонение радиоволн в ионосфере. Обыкновенная и необыкновенная компоненты отклоняются в плоскости магнитного меридиана в противоположных направлениях, например, для северного полушария: необыкновенная - по направлению к экватору, обыкновенная - по направлению к полюсу. Дистанция между точками отражения может достигать 40% толщины области. Это означает, что O- и X-компоненты могут при проникновении через слой F2 отклониться на расстояние от 30 до 100 км к северу и югу от зенита.
Необходимо также учитывать, что горизонтальные неоднородности в структуре ионосферы могут приводить к разнице в форме следов отражений на ионограмме.
Как уже говорилось, ионосфера является средой, содержащей свободные электроны, которые приходят в движение при прохождении через них радиоволны. Если считать каждый электрон совершенно свободным, так что его движение под влиянием волны происходит беспрепятственно и продолжается до тех пор, пока проходит волна, то это означает, что энергия волны не поглощается. Сколько он ее получает в течение одного цикла, столько же и возвращает в течение другого цикла. Таким образом, электрон не совершает никакой работы, и волна распространяется без затухания.
В действительности, однако, электроны время от времени сталкиваются с находящимися в ионосфере тяжелыми нейтральными молекулами и ионами, теряя при этом энергию, которую они имели до столкновения и которую они, в свою очередь, отняли у волны. При этих упругих (без рекомбинации) столкновениях волна теряет энергию и затухает. Затухание зависит от числа столкновений в единицу времени (1 с), которое зависит, в свою очередь, от концентрации электронов, и от частоты волны. Среднее число столкновений (их частота) обозначается через 
. Если частота волны f больше частоты 
, электроны будут совершать много колебаний между последовательными столкновениями, в результате чего большинство колебаний останется незатухающим. Электрон теряет во время столкновения только ту энергию, которую он получил от волны перед столкновением, так что только часть энергии, равная 
, рассеивается и не возвращается волне. Следовательно, затухание пропорционально 
и убывает с ростом частоты волны. Таким образом, величина затухания для фиксированной частоты волны зависит от произведения двух величин: концентрации электронов Ne и частоты их столкновений 
.
. Если частота волны f больше частоты , электроны будут совершать много колебаний между последовательными столкновениями, в результате чего большинство колебаний останется незатухающим. Электрон теряет во время столкновения только ту энергию, которую он получил от волны перед столкновением, так что только часть энергии, равная , рассеивается и не возвращается волне. Следовательно, затухание пропорционально и убывает с ростом частоты волны. Таким образом, величина затухания для фиксированной частоты волны зависит от произведения двух величин: концентрации электронов Ne и частоты их столкновений .В нижней ионосфере (область D) Ne мала, но 
очень велика, так как здесь плотность нейтральной атмосферы много выше, чем в вышележащих областях ионосферы. В результате величина 
становится большой, что приводит к значительному затуханию радиоволн, проходящих через эту область. Поскольку это поглощение влияет на все частоты (его величина пропорциональна f-2) и происходит в области, где скорость волны почти не меняется (вследствие малости Ne), то его называют неотклоняющим. Так как величина поглощения зависит от частоты волны, а в магнитном поле волна расщепляется на обыкновенную и необыкновенную компоненты, то влияние этого поля приводит к тому, что величина поглощения будет различной для них.
очень велика, так как здесь плотность нейтральной атмосферы много выше, чем в вышележащих областях ионосферы. В результате величина становится большой, что приводит к значительному затуханию радиоволн, проходящих через эту область. Поскольку это поглощение влияет на все частоты (его величина пропорциональна f-2) и происходит в области, где скорость волны почти не меняется (вследствие малости Ne), то его называют неотклоняющим. Так как величина поглощения зависит от частоты волны, а в магнитном поле волна расщепляется на обыкновенную и необыкновенную компоненты, то влияние этого поля приводит к тому, что величина поглощения будет различной для них.Величина поглощения обыкновенной волны пропорциональна 
, необыкновенной 
, где 
- угол между направлением нормали к фронту волны и вектором магнитного поля Земли. То есть затухание радиоволны
, необыкновенной , где - угол между направлением нормали к фронту волны и вектором магнитного поля Земли. То есть затухание радиоволны
, (А.24)Легко видеть отсюда, что чем частота падающей на ионосферу волны ближе к гирочастоте, которая, как указывалось ранее, не превосходит 1,6 МГц, тем больше разница в величинах поглощения для обыкновенной и необыкновенной компонент волны. Поэтому на ионограммах ВЗ следы отражения необыкновенной компоненты появляются на частотах, превышающих 2,5 МГц.
Вблизи критических частот слоев появляется дополнительное поглощение, которое возрастает независимо от величины 
. Это происходит вследствие того, что вблизи точки отражения волны ее групповая скорость уменьшается. Тем самым увеличивается время, в течение которого электроны, сталкиваясь с тяжелыми нейтральными или заряженными частицами верхней атмосферы, теряют свою энергию. Так как это поглощение происходит в области высот, где волна испытывает отклонение от вертикали, оно называется отклоняющим.
. Это происходит вследствие того, что вблизи точки отражения волны ее групповая скорость уменьшается. Тем самым увеличивается время, в течение которого электроны, сталкиваясь с тяжелыми нейтральными или заряженными частицами верхней атмосферы, теряют свою энергию. Так как это поглощение происходит в области высот, где волна испытывает отклонение от вертикали, оно называется отклоняющим.Ионосфера крайне редко напоминает гладкую, монотонную среду с плавно изменяющейся с высотой структурой. Как правило, она представляет собой облачную среду с хаотически движущимися образованиями - вкраплениями неоднородностей электронов различной плотности и самого различного масштаба от сотен и тысяч километров до сотен метров по горизонтали и от десятков километров до десятков метров по вертикали. В случае сильной шероховатости отражающей области следы отраженных сигналов теряют четкую структуру и становятся рассеянными - рисунок А.16.
Рассеяние может проявляться вследствие турбулентности, при которой поверхности равной концентрации электронов расположены беспорядочно. Кроме того, рассеяние может явиться результатом частичного отражения в местах разрывов электронной концентрации на некотором уровне.
Количество отраженной энергии от такой поверхности зависит от того, как быстро изменяются свойства среды по сравнению с длиной волны при переходе через эту поверхность. Если плотность ионизации быстро изменяется на расстоянии, равном длине волны зондирующего сигнала (
от 25 до 200 м), то граница будет отражать больше энергии, чем, если бы изменение было сравнительно постепенным. Следовательно, эффект рассеяния зависит не столько от неоднородностей плотности ионизации, сколько от ее изменений или флуктуации. Эффекты рассеяния значительно чаще проявляются в ночные часы, чем в дневные. Это связано с тем, что в отсутствие такого мощного источника образования электронов, как солнечное ионизирующее излучение, ночная область F образуется благодаря стоку электронов из протоносферы на высоты от 250 до 350 км - процессу существенно более хаотичному, чем фотоионизация.
от 25 до 200 м), то граница будет отражать больше энергии, чем, если бы изменение было сравнительно постепенным. Следовательно, эффект рассеяния зависит не столько от неоднородностей плотности ионизации, сколько от ее изменений или флуктуации. Эффекты рассеяния значительно чаще проявляются в ночные часы, чем в дневные. Это связано с тем, что в отсутствие такого мощного источника образования электронов, как солнечное ионизирующее излучение, ночная область F образуется благодаря стоку электронов из протоносферы на высоты от 250 до 350 км - процессу существенно более хаотичному, чем фотоионизация.[1] Положение о Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (утверждено постановлением Правительства РФ от 23 июля 2004 г. N 372) С изменениями и дополнениями от: 14 декабря 2006 г., 29 мая, 7 ноября 2008 г., 27 января, 8 августа, 14 сентября 2009 г., 15 июня 2010 г., 24 марта 2011 г., 6 июня, 2 ноября 2013 г., 27 декабря 2014 г.
[2] Положение о метрологической службе Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (утверждено приказом Росгидромета от 27.12.2012 N 819).
[3] Перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и выполняемых при осуществлении деятельности в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений (утвержден приказом Минприроды России от 07.12.12 г. N 424).
[4] Порядок проведения испытаний стандартных образцов или средств измерений в целях утверждения типа (утвержден приказом Минпромторга от 30 ноября 2009 г. N 1081).
[5] Порядок утверждения типа стандартных образцов или типа средств измерений (утвержден приказом Минпромторга от 30 ноября 2009 г. N 1081).
[6] Административный регламент исполнения федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии государственной функции по отнесению технических средств к средствам измерений (утвержден приказом Минпромторга России от 15 февраля 2010 г. N 122).
[7] Требования ВМО к средствам наблюдений и наблюдательным сетям. [Электронный ресурс] // Всемирная метеорологическая организация: [Сайт]. URL: http://www.wmo-sat.info/oscar/applicationareas/view/25/ (Дата обращения 13.08.2014).
[8] Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм, перевод с английского, издательство "Наука", Москва, 1977 г., 342 с.
[9] Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (утверждены Приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 13.01.2003 N 6).