Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 11 · RADIO WAVE PROPAGATION

Метод диагностики слоистых структур в атмосфере и ионосфере по данным радиопросвечивания

A.L. Gavrik1, M.I. Bondarenko1, A.A. Smyslov1, T.F. Kopnina1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text (PDF) UDC 535.37:523.42 EDN YMEPMD

Abstract

A linear relationship between the frequency shift and the change in the energy of the time-limited region of a monochromatic radio wave is revealed due to its refraction during radio transmission of the spherically symmetric gas envelope of the planet. The method for detecting stratified structures in the atmosphere-ionosphere system based on two-frequency radio transmission data is substantiated. The application of the method for analyzing the radio occultation data of the VENERA-15, -16 satellites indicated the existence of the lower region of the Venus daytime ionosphere and revealed stratified periodic variations in the electron number density with a vertical scale of 6 km in it.

  • radio wave propagation
  • occultation of ionosphere
Аннотация (на русском)

Метод диагностики слоистых структур в атмосфере и ионосфере по данным радиопросвечивания

Выявлена линейная зависимость между смещением частоты и изменением энергии ограниченного во времени участка монохроматической радиоволны вследствие ее рефракции при радиопросвечивании сферически-симметричной газовой оболочки планеты. Обоснован метод обнаружения стратифицированных структур в системе атмосфера-ионосфера по данным двухчастотного радиопросвечивания. Применение метода для анализа радиозатменных данных спутников ВЕНЕРА-15,-16 указало на существование нижней области дневной ионосферы Венеры и выявило в ней стратифицированные периодические вариации концентрации плазмы с вертикальным масштабом 6 км.

For citation

Gavrik A.L., Bondarenko M.I., Smyslov A.A., Kopnina T.F. Метод диагностики слоистых структур в атмосфере и ионосфере по данным радиопросвечивания // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 11.

References

  1. Lusignan B., Modrell G., Morrison A. et al. Sensing the Earth's atmosphere with occultation satellites // Proc. IEEE. 1969. V. 57. № 4. P. 458.
  2. Rangaswamy S. Recovery of atmospheric parameters from the Apollo/Soyuz-ATS-F radio occultation data // Geophys. Res. Letters. 1976. V. 3. № 8. P. 483.
  3. 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. № 4. P. 709.
  4. D.D. Feng, B.M. Herman. Remotely Sensing the Earth's Atmosphere Using the Global Positioning System (GPS)-The GPS/MET Data Analysis // Journal of atmospheric and oceanic technology, 1999. V. 16, P. 989.
  5. Kursinski E.R., Hajj G.A., Schofield J.T. et al. Observing Earth's atmosphere with radio occultation measurements using the global positioning system // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102. № 19. P. 23429-23465.
  6. 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.
  7. Kliore A.J., Levy G.S., Cain D.L., et al. Atmosphere and ionosphere of Venus from the Mariner 5 S-band radio occultation measurements // Science. 1967. V. 158. № 3809. P.1683-1688.
  8. Tyler. G. L. Radio propagation experiments in the outer solar system with Voyager // Proc. IEEE. 1987. V. 75. P. 1404-1431.
  9. Brace L.H., Kliore A.J. The structure of the Venus ionosphere // Space Science Reviews. 1991. V. 55. Jan.-Feb. P. 81-163.
  10. Jenkins, J.M., P.G. Steffes, D.P. Hinson et al. Radio occultation studies of the Venus atmosphere with the Magellan spacecraft: 2. Results from the October 1991 experiments // Icarus. 1994. V. 110. P. 79-94.
  11. Арманд Н.А., Гуляев Ю.В., Гаврик А.Л. и др. Результаты исследований солнечного ветра и ионосфер планет радиофизическими методами // Успехи физических наук. 2010. Т. 180. № 5. С. 542-548.
  12. M. Patzold, B. Hausler, M. K. Bird et al. The structure of Venus' middle atmosphere and ionosphere // Nature. 2007. V. 450. № 29. P.657
  13. Савич Н.А., Алтунин В.И., Андреев В.Е. и др. Двухчастотное радиозондирование кометы Галлея при пролете космических аппаратов Вега-1 и Вега-2 // Письма в Астрономический журнал. 1986. Т. 12. № 9. С. 675-682.
  14. Pätzold M., Neubauer F.M., Andreev V.E., Gavrik A.L. Detection of the inner plasma pile-up region at comet Halley during the VEGA-1 flyby by the radio sounding experiment // Journal of Geophysical Research. 1997. V. 102. № A2. Р. 2213-2222.
  15. Гаврик А.Л., Вышлов А.С., Дорощук О.Н. и др. Измерение вариаций интегральной электронной концентрации на трассах связи со станциями "Венера-13" и "Венера-14" // Космические исследования. 1983. Т. 21. № 3. С. 445-448.
  16. Савич Н.А., Азарх С.Л., Вышлов А.С. и др. Флуктуации частоты когерентных радиосигналов в околосолнечной плазме по данным аппаратов "Венера-15,16" // Космические исследования. 1987. Т. 25. № 2. С. 243-250.
  17. А.Л. Гаврик, Ю.А. Гаврик, Л.Н. Самознаев. Неоднородная структура дневной ионосферы Венеры по данным радиопросвечивания при помощи станций Венера-15,-16 // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. № 9. С. 1104-1111.
  18. 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. Т. 2. № 12. С. 203-205.
  19. 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.
  20. 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. N5. С1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/may10/1/text.pdf
  21. Гаврик А.Л. Использование радиосигнала L диапазона в экспериментах двухчастотного радиопросвечивания // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2011. N8. С2. URL: http://jre.cplire.ru/jre/aug11/1/text.pdf
  22. 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.
  23. Ю.А Кравцов, Ю.И. Орлов. Геометрическая оптика неоднородных сред. М: Наука. 1980.
  24. Young, A.T., Scintillations during occultations by planets, I, An approximate theory // Icarus. 1976. V. 27. № 3, P. 335-357.
  25. Haugstad B.B. Effects of the inhomogenoeus background on radiation propagating through turbulent planetary atmospheres // Radio Sci. 1978. V.13. P. 435-440.
  26. А.С. Бакай, Ю.Т. Степановский, Адиабатические инварианты, Наукова думка, Киев, 1981.
  27. Y.A. Liou, A.G. Pavelyev. Simultaneous observations of radio wave phase and intensity variations for locating the plasma layers in the ionosphere // Geophys Res Lett. 2006. V. 33. P. L23102.
  28. A.G. Pavelyev, Y.A. Liou, J. Wickert et al. Eikonal acceleration technique for studying of the Earth and planetary atmospheres by radio occultation method // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L21807.
  29. Илюшин Я.А., Гаврик А.Л., Гаврик Ю. А., Копнина Т. Ф. Моделирование радиозатменного эксперимента методом численного решения параболического уравнения дифракции // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2012. N3. С6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/mar12/6/text.pdf
  30. Савич Н.А., Андреев В.Е., Вышлов А.С. и др. Ночная ионосфера Венеры по данным двухчастотного радиопросвечивания при помощи спутников "Венера-15,16" в 1983 г. // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31. № 3. С. 433-439.
  31. Савич Н.А., Андреев В.Е., Вышлов А.С. и др. Полярная ионосфера Венеры вблизи терминатора планеты по радиозатменным данным спутников "Венера-15,16" // Космические исследования. 1986. Т. 24. № 3. С. 448-454.
  32. M. Patzold, S. Tellmann, B. Hausler et al. A sporadic layer in the Venus lower ionosphere of meteoric origin //Geophysical research letters. 2010. V. 36. P. L05203.