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
2018, № 9 · RADIO WAVE PROPAGATION

Погрешности определения электронной концентрации при решении обратной задачи радиопросвечивания дневной ионосферы Венеры

A.L. Gavrik1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.9.2 UDC 535.37:523.42 EDN YASPJZ

Abstract

The analysis of errors in the determination of electron density in the daytime ionosphere of Venus based on the results of radio occultation and an assessment of the prospects for obtaining more accurate information about the properties of its ionosphere from the data of completed and planned missions are presented. The study was performed on the basis of the data of the Venus-9,-10,-15,-16 satellites and the simulation of the occultation experiment. According to the radio occultation experiments of completed missions, the vF2, vF1, vE, vD regions are identified in the daytime ionosphere of Venus, indicating the stratified structure of the ionosphere due to prevailing physical processes that are analogous to the processes in the terrestrial ionosphere layers F2, F1, E, D. Electron density calculations are based on the integration of data distorted by broadband noise. The simulation of the experiment showed that the error in determining the electron density in different regions of the ionosphere is different. The main source of error in the method of radio occultation is interplanetary plasma on the radio communication path if its influence on the parameters of the radio wave significantly exceeds the fluctuations in the amplitude, phase and frequency of the radio wave caused by the limited stability of the equipment and the low energy potential of the radio link. It is established that in the region of vD there will always be a maximum effect of factors that impair the reliability of the information on the ionosphere. To study the processes responsible for dynamic changes in the atmosphere-ionosphere system, it is necessary to increase the energy potential of the radio link in the planned mission of Venera-D. As a result, improved methods of data analysis will allow obtaining new information about Venus with good accuracy.

  • распространение радиоволн
  • радиопросвечивание ионосфер
  • флуктуации частоты и мощности радиоволн
  • radio wave propagation
  • occultation of ionosphere
  • fluctuations in frequency and power of radio waves
Аннотация (на русском)

Погрешности определения электронной концентрации при решении обратной задачи радиопросвечивания дневной ионосферы Венеры

Выполнены анализ ошибок определения концентрации электронов в дневной ионосфере Венеры по результатам радиопросвечивания и оценка перспективы получения более точной информации о свойствах ее ионосферы по данным завершенных и планируемых миссий. Исследование основано на данных спутников Венера-9,-10,-15,-16 и моделировании эксперимента радиопросвечивания. По результатам радиозатменных экспериментов завершенных миссий в дневной ионосфере Венеры выделены области vF2, vF1, vE, vD, указывающие на слоистую, стратифицированную структуру ионосферы, обусловленную преобладающими физическими процессами, которые аналогичны процессам в слоях F2, F1, E, D земной ионосферы. Расчеты электронной концентрации основаны на интегрировании данных, искаженных широкополосным шумом. Моделирование эксперимента показало, что погрешность определения концентрации электронов в разных областях ионосферы разная. Главным источником погрешностей метода радиозатмений является межпланетная плазма на трассе радиосвязи если ее влияние на параметры радиоволны существенно превышает флуктуации амплитуды, фазы и частоты радиоволны, обусловленные ограниченной стабильностью аппаратуры и низким энергетическим потенциалом радиолинии. Установлено, что в области vD всегда будет максимальное влияние факторов, ухудшающих достоверность сведений об ионосфере. Для исследования процессов, ответственных за динамические изменения в системе атмосфера-ионосфера, в планируемой миссии Венера-Д необходимо увеличить энергетический потенциал радиолинии. Как следствие, усовершенствованные методы анализа результатов радиозатмений позволят получить новые сведения о Венере с хорошей точностью.

For citation

Gavrik A.L. Погрешности определения электронной концентрации при решении обратной задачи радиопросвечивания дневной ионосферы Венеры // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.9.2

References

  1. 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.
  2. L.S. Glaze, C.F. Wilson, L.V. Zasova,·M. Nakamura, S. Limaye. Future of Venus Research and Exploration // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. Is. 4. P. 89.
  3. Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Копнина Т.Ф. О возможности увеличения чувствительности метода радиопросвечивания // Журнал радиоэлектроники. [электронный журнал]. 2011. № 5. URL: http://jre.cplire.ru/jre/may11/3/text.pdf
  4. 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.
  5. Савич Н.А., Азарх С.Л., Вышлов А.С., Гаврик А.Л., Лаптев Н.В., Набатов А.С. Флуктуации частоты когерентных радиосигналов в околосолнечной плазме по данным аппаратов "Венера-15,16" // Космические исследования. 1987. Т. 25. № 2. С. 243-250.
  6. 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.
  7. G. Fjeldbo, A.J. Kliore, V.R. Eshleman. The Neutral Atmosphere of Venus as Studied with the Mariner V Radio Occultation Experiments // The Astronomical journal. 1971. V. 76. N. 2. P. 123-140.
  8. G. Fjeldbo, B. Seidel, D. Sweetnam, T.Hovard. The Mariner 10 Radio Occultation Measurements of the Ionosphere of Venus. // Journal of the Atmospheric Sciences. 1975. V. 32. N. 2. P. 1232-1236.
  9. Гаврик А.Л., Вышлов А.С., Дорощук О.Н., Конофалов В.П., Лаптев Н.В., Набатов А.С., Осмоловский И.К., Савич Н.А. Измерение вариаций интегральной электронной концентрации на трассах связи со станциями "Венера-13" и "Венера-14" // Космические исследования. 1983. Т. 21. № 3. С. 445-448.
  10. Савич Н.А., Андреев В.Е., Вышлов А.С., Гаврик А.Л., Климов В.В., Конофалов В.П., Лаптев Н.В., Мармулев В.А., Местэртон А.П., Набатов А.С., Осмоловский И.К., Самознаев Л.Н., Штерн Д.Я. Полярная ионосфера Венеры вблизи терминатора планеты по радиозатменным данным спутников "Венера-15,16" // Космические исследования. 1986. Т. 24. № 3. С. 448-454.
  11. A.J. Kliore, I.R. Patel, A.F. Nagy, T.E. Cravens, T.I. Gombosi. Initial Observations of the Nightside Ionosphere of Venus from Pioneer Venus Orbiter Radio Occultations // Science. 1979. V. 205, Is. 4401 P. 99-102
  12. A.F. Nagy, T.E. Cravens, R.H. Chen, H.A. Taylor Jr., L.H. Brace, H.C. Brinton. Comparison of Calculated and Measured Ion Densities on the Dayside of Venus // Science. 1979. V. 205, Is. 4401 P. 107-109
  13. S.J. Bauer, T.M. Donahue, R.E. Hartle, H.A. Taylor Jr. Venus Ionosphere: Photochemical and Thermal Diffusion Control of Ion Composition // Science. 1979. V. 205, Is. 4401 P. 109-112
  14. Савич Н.А., Гаврик А.Л., Самознаев Л.Н. Анализ диффузионных процессов в дневной ионосфере Венеры по данным радиозатмений спутников "Венера-9,10" // Космические исследования. 1983. Т. 21. № 5. С. 737-745.
  15. 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.
  16. Brace L.H., Kliore A.J. The structure of the Venus ionosphere // Space Science Reviews. 1991. V. 55. Jan.-Feb. P. 81-163.
  17. 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.
  18. J.-C. Gérard, S.W. Bougher, M.A. López-Valverde,·M. Pätzold, P. Drossart, G. Piccioni. Aeronomy of the Venus Upper Atmosphere // Space Sci. Rev. 2017. V. 212. Is. 3-4. P. 1617-1683.
  19. T. Imamura, H. Ando, S. Tellmann, M. Pätzold, B. Häusler, A. Yamazaki, T.M. Sato, K. Noguchi, Y. Futaana, J. Oschlisniok, S. Limaye, R.K. Choudhary, Y. Murata, H. Takeuchi, C. Hirose, T. Ichikawa, T. Toda, A. Tomiki, T. Abe, Z. Yamamoto, H. Noda, T. Iwata, S. Murakami, T. Satoh, T. Fukuhara, K. Ogohara, K. Sugiyama, H. Kashimura, S. Ohtsuki, S. Takagi, Y. Yamamoto, N. Hirata, G.L. Hashimoto, M. Yamada, M. Suzuki, N. Ishii, T. Hayashiyama, Y.J. Lee, M. Nakamura. Initial performance of the radio occultation experiment in the Venus orbiter mission Akatsuki // Earth, Planets and Space. 2017. V. 69. Is. 1. P:137
  20. P. Withers. Prediction of uncertainties in atmospheric properties measured by radio occultation experiments // Advances in Space Research. 2010. V.46. P.58-73
  21. 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.