Моделирование радиозатменного эксперимента методом численного решения параболического уравнения дифракции

Аннотация

На основе прямого моделирования поля радиоволн, зондирующих ионосферу, методом численного решения параболического уравнения дифракции исследованы вариации интенсивности и фазы сигнала вдоль траектории спутника Венеры. Доказана линейная связь между вариациями частоты и интенсивностью сигнала, деформированного при распространении через сферически-симметричную регулярную ионосферу. Показано, что совпадение энергетического и неэнергетического параметров радиоволны свидетельствует о достоверности результатов решения обратной задачи радиопросвечивания.

• радиопросвечивание
• occultation
• распространение радиоволн
• ионосферы и атмосферы планет

Abstract (in English)

We have used direct simulation of occultation signal using a numerical calculation of the parabolic diffraction equation to analyze variations of signal intensity and phase along the line of trajectory of Venus satellite during an occultation experiment. As a result we have proved the liner relationship between variations of phase and intensity of the signal deformed by regular spherically symmetric ionosphere. It is shown that a coincidence between energy and non-energy parameters of a sounding radio wave proves reliability of the result obtained from inverse radio occultation problem.

Для цитирования

Литература

1. Kliore A., Gain D.L., Levy S. et al. Occultation experiments results of the first direct measurements of Mars atmosphere and ionosphere // Science. 1965. V. 149. № 3689. P. 1243-1250.
2. Fjeldbo G., Eshleman V.R. The bistatic radar-occultation method for the study of planetary atmospheres //J. Geophys. Res. 1965. V. 70. N 13. P. 3217.
3. Fjeldbo G., Eshleman V.R., Carriott O.K., Smith F.L. The two-frequency bistatic radar-occultation method for the study of planetary ionosphere //J. Geophys. Res. 1965. V. 70. N 15. P. 3701.
4. Phinney R.A., Anderson D.L. On the radio occultation method for a studying planetary atmosphere // J. Geophys. Res. 1968. V. 73. № 5. P. 1819-1827.
5. Lusignan B., Modrell G., Morrison A. et al. Sensing the Earth's atmosphere with occultation satellites //Proc. IEEE. 1969. V. 57. N 4. P. 458.
6. Tyler. G. L. Radio propagation experiments in the outer solar system with Voyager // Proc. IEEE. 1987. V. 75. P. 1404-1431.
7. Brace L.H., Kliore A.J. The structure of the Venus ionosphere // Space Science Reviews. 1991. V. 55. Jan.-Feb. P. 81-163.
8. Арманд Н.А., Гуляев Ю.В., Гаврик А.Л., Ефимов А.И., Матюгов С.С., Павельев А.Г., Савич Н.А., Самознаев Л.Н., Смирнов В.М., Яковлев О.И. Результаты исследований солнечного ветра и ионосфер планет радиофизическими методами // Успехи физических наук. 2010. Т. 180. № 5. С. 34-40. URL: <http://ufn.ru/ufn10/ufn10_5/Russian/r105j.pdf>
9. Rangaswamy S. Recovery of atmospheric parameters from the Apollo/Soyuz-ATS-F radio occultation data // Geophys. Res. Letters. 1976. V. 3. N. 8. P. 483.
10. Liu A.S. On the determination and investigation of the terrestrial ionospheric refractive indices using Geos-3 / ATS-6 satellite-to-satellite traking data //Radio Sci. 1978. V. 13. N 4. P. 709.
11. Yunck T.P., Lindal G.F., Liu C.H. The role of GPS in precise earth observation, paper presented at the IEEE Position, Location and Navigation Symposium / 1988. Orlando, Fl., Nov. 29-Dec. 2.
12. Гурвич А.С., Красильникова Т.Г. Об использовании навигационных спутников для радиопросвечивания атмосферы Земли // Космические исследования. 1987. № 6. С. 89.
13. Kursinski E.R., Hajj G.A., Schofield J.T., Linfield R.P., Hardy K.R. Observing Earth's atmosphere with radio occultation measurements using the global positioning system // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102. D19. P. 23429-23465. doi:10.1029/97JD01569.
14. Gorbunov M.E., Gurvich A.S., Kornblueh L. Comparative analysis of radioholographic methods of processing radio occultation data // Radio Science. 2000. V. 35(4). P. 1025-1034.
15. Liou Y.A., Pavelyev A.G. Simultaneous observations of radio wave phase and intensity variations for locating the plasma layers in the ionosphere // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33(23). P. L23102 1-5.
16. Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Копнина Т.Ф. О возможности увеличения чувствительности метода радиопросвечивания // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал].- 2011. - № 5. - С. 1-18. URL: <http://jre.cplire.ru/jre/may11/3/text.pdf>
17. Гаврик А.Л. Использование радиосигнала L диапазона в экспериментах двухчастотного радиопросвечивания // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. - 2011. - № 8. - С. 1-19. URL: <http://jre.cplire.ru/jre/aug11/1/text.pdf>
18. Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Копнина Т.Ф., Самознаев Л.Н. Вариации амплитуд и частот когерентных радиосигналов при просвечивании дневной ионосферы Венеры // Радиотехника и электроника. 2010. Т. 55. № 3. С. 277-284. URL: <http://www.maikonline.com/maik/showArticle.do?auid=VAG762MEP3&lang=ru>
19. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. - М.: Наука. 1978.
20. Ilyushin Ya.A., Fluctuations of the GPS signals on the tangential paths in the lower terrestrial atmosphere: influence of the small-scale structure // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2008. V. 70. P. 1863-1869. doi:10.1016/j.jastp.2008.05.020.
21. Илюшин Я.А., Захаров В.И. Влияние нерегулярных структур нижней атмосферы на распространение сигналов глобальных спутниковых радионавигационных систем // Радиотехника. 2009. № 3. С.84-91.
22. Рихтмайер Р., Мортон К. Разностные методы решения краевых задач. - М.: Мир, 1972. - 418 c.
23. Baskakov V.A., Popov A.V. Implementation of transparent boundaries for numerical solution of the Schroedinger equation. // Wave Motion. 1991. 14. P. 123-128
24. Савич Н.А., Андреев В.Е., Вышлов А.С., Гаврик А.Л., Конофалов В.П., Лаптев Н.В., Мармулев В.А., Местэртон А.П., Набатов А.С., Орлов Ю.Н., Осмоловский И.К., Самознаев Л.Н., Штерн Д.Я. Дневная ионосфера Венеры по данным радиозатмений спутников "Венера-15,16" в 1983 г. // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31. № 11. С. 2113-2120.
25. Гаврик А.Л., Самознаев Л.Н. Особенности дневной ионосферы Венеры в годы низкой и высокой активности Солнца // Космические исследования. 1987. Т. 25. № 2. С. 285-291.
26. Гаврик А.Л., Самознаев Л.Н. Анализ ошибок результатов радиопросвечивания дневной ионосферы Венеры, обусловленных ее несферичностью // Космические исследования. 1985. Т. 23. № 1. С. 148-157.
27. Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Самознаев Л.Н., Копнина Т.Ф. О возможности радиовидения слоистых структур в экспериментах радиопросвечивания ионосфер планет // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. - 2010. -№ 5.- С. 1-14. UPL: <http://jre.cplire.ru/jre/may10/1/text.pdf>
28. Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Самознаев Л.Н. Неоднородная структура дневной ионосферы Венеры по данным радиопросвечивания при помощи станций Венера-15,-16 // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. № 9. С. 1104-1111. URL: <http://www.maikonline.com/maik/download.do?uid=VAFKCB4Y1V&ptype=401&dtype=pdf><http://www.maikonline.com/maik/download.do?uid=VAFKCB4Y1V&ptype=401&dtype=pdf>
29. Гаврик А.Л., Павельев А.Г., Гаврик Ю.А. Обнаружение ионосферных слоев в дневной ионосфере Венеры на высотах 80-120 км по результатам двухчастотного радиопросвечивания КА Венера-15,-16 // Солнечно-земная физика. 2008. № 12. Т. 2. С. 203-205. URL: <http://ru.iszf.irk.ru/images/b/bc/203-205.pdf>
30. Pavelyev A.G., Liou Y.A., Wickert J., Gavrik A.L., and Lee C.C. Eikonal acceleration technique for studying of the Earth and planetary atmospheres by radio occultation method // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L21807. DOI:10.1029/2009GL040979. URL: <http://hrsl.csrsr.ncu.edu.tw/DOCUMENTS/Paper/2009GL040979.pdf>