Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 15–19 ноября 2021 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XIX.I.77

Исследование влияния ионосферы на поляризационные характеристики радиоволн мегагерцового диапазона при дистанционном зондировании

Крюковский А.С. (1), Кутуза Б.Г. (2), Лукин Д.С. (1), Растягаев Д.В. (1)
(1) Российский новый университет, Москва, Россия
(2) Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
Исследовано влияние ионосферы Земли на поляризационные характеристики радиоволн мегагерцового диапазона. Актуальность работы определяется необходимостью совершенствования методов расчета излучения, проходящего ионосферные плазменные слои и отражающегося от них, с целью решения задач дистанционного зондирования Земли из космоса, современных задач радиосвязи, радиолокации, радионавигации и позиционирования. Мегагерцовый диапазон важен тем, что позволяет проводить как поверхностное, так и подповерхностное зондирование земных покровов.
Ранее авторами было проведено численное моделирование влияния вращения вектора поляризации в ионосферной плазме на радиоволны дециметрового диапазона. Важность этих исследований была связана с созданием космического РЛС с синтезированной апертурой (РСА) P-диапазона для наземного и подповерхностного дистанционного зондирования Земли, а также с проблемами восстановления профиля электронной концентрации ионосферной плазмы методами радиотомографии.
В настоящей работе рассмотрены два частотных диапазона: один дециметровый, а другой декаметровый, пограничный для применимости понятия «фарадеевское вращение», то есть рассмотрен сигнал с частотой, для которого представление о распространении радиоволн с обыкновенной и необыкновенной поляризацией вдоль одной и той же траектории является весьма условным.
Выполнен анализ влияния ионосферы Земли на параметры высокочастотных радиосигналов для пространственной модели ионосферной плазмы с учетом географических координат и ориентации магнитного поля. К таким параметрам относятся: поворот вектора поляризации (угол фарадеевского вращения), фазовый сдвиг (девиация фазы), отклонение угла прицеливания, отклонение траектории радиосигнала от прямой и другие. Исследованы коэффициенты поляризации, позволяющие оценить как величины поперечных компонент электромагнитного поля в радиоволне, так и продольную составляющую. Для вычисления вышеперечисленных характеристик в работе была применена бихарактеристическая система уравнений. В процессе численного моделирования предполагалось, что источник излучения расположен на движущемся космическом корабле на расстоянии несколько сотен километров от поверхности Земли, угол наклона лучей варьируется относительно положительного направления горизонтальной оси, а приёмник расположен на поверхности Земли.
Проведено сопоставление результатов моделирования поляризационных характеристик радиоволн декаметрового и дециметрового диапазонов

Ключевые слова: радиоволна, распространение, поляризация, бихарактеристическая система, лучи, фарадеевское вращение, девиация фазы, декаметровый и дециметровый диапазон
Литература:
  1. Иванов Д.В. Методы и математические модели исследования распространения в ионосфере сложных декаметровых сигналов и коррекции их дисперсионных искажений. Монография. Йошкар-Ола: Марийский гос. технический ун-т. 2006. 266 с.
  2. Вертоградов Г.Г., Урядов В.П., Выборнов Ф.И. Моделирование распространения декаметровых радиоволн в условиях волновых возмущений концентрации электронов // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2018. Т. 61. № 6. С. 462–473.
  3. Данилкин Н.П., Жбанков Г.А., Журавлев С.В., Котонаева Н.Г. Трансионосферное радиозондирование с учетом отражения радиоволн от Земли // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54. № 4. С. 508.
  4. Ипатов Е.Б., Крюковский А.С., Лукин Д.С., Палкин Е.А., Растягаев Д.В. Методы моделирования распространения электромагнитных волн в ионосфере с учетом распределений электронной концентрации и магнитного поля Земли // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59. № 12. С. 1180–1187.
  5. Kutuza B.G., Bova Yu.Ig., Kryukovsky A.S., Stasevich V.Ig. Features of the Influence of the Earth‘s Ionosphere on the P-Band Propagation // The 12th European Conference on Synthetic Aperture Radar - EUSAR 2018, Aachen, Germany on June 4-7, 2018.
  6. Bova Yu. I., Kryukovsky A.S., Kutuza B.G., Lukin D.S. The Influence of the Earth’s Ionosphere on the Polarization Characteristics of a Radio Wave in the High-Frequency Range // 2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP), 1-6 July 2019 / Russia, Kazan: IEEE. PP. 492 – 495.
  7. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Кутуза Б.Г., Лукин Д.С. Исследование влияния ионосферы земли на распространение радиоволн в высокочастотном диапазоне // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 8. С. 752–758.
  8. Yu I Bova, A S Kryukovsky, B G Kutuza, D V Rastyagaev and D S Lukin Mathematical modeling of the polarization characteristics of radio waves in the Earth's equatorial ionosphere // Journal of Physics: Conference Series (Russian open scientific conference «Modern problems of remote sensing, radar, wave propagation and diffraction»" (MPRSRWPD) 23-25 June 2020, Murom, Russian Federation) 2020. Volume 1632, 012009
  9. Kryukovsky A.S., Lukin D.S., Bova Y.I., Rastyagaev D.V., Kutuza B.G. Study of the effect of the equatorial ionosphere anomaly on the polarizing characteristics of hf radio waves // 2021 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, Conference Proceedings. 2021. С. 9415981
  10. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Кутуза Б.Г., Лукин Д.С., Стасевич В.И. Исследование влияния ионосферы на распространение электромагнитных волн P-диапазона // Физические основы приборостроения. 2018. Т. 7. № 1 (27). С. 54-61.
  11. Kutuza B.G., Kalinkevitch .A.A., Ephimov A.I., Vostrov E.A., Dzenkevitch A.B. Application of SAR Operating at P-band for Space Experiments // EUSAR’96: Proceedings. Germany, Konigswinter, 1996. P. 309-313.
  12. Кутуза Б.Г., Мошков А.В. Влияние фарадеевского вращения плоскости поляризации в ионосфере при измерении из космоса радиоизлучения поверхности океана. // Исследование Земли из космоса. 1988. № 5. С. 94–98.
  13. Andreeva, E.S., Frolov V.L., Kunitsyn V.E., Kryukovskii A.S., Lukin D.S., Nazarenko M.O., Padokhin A.M. Radiotomography and HF ray tracing of the artificially disturbed ionosphere above the Sura heating facility // Radio Sci., 2016. V. 51. № 6. PP. 638–644, doi:10.1002/2015RS005939.
  14. Franke S.J., Yeh K.C., Andreeva E.S., Kunitsyn V.E. A study of the equatorial anomaly ionosphere using tomographic images // Radio Science. 2003. V. 38. No.1. Р.1011-1020.
  15. Казанцев А.Н., Лукин Д.С., Спиридонов Ю.Г. Метод исследования распространения радиоволн в неоднородной магнитоактивной ионосфере. // Космические исследования, 1967. Т. 5. Вып. 4. С. 593–600.
  16. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Кирьянова К.С. Метод расширенной бихарактеристической системы при моделировании распространения радиоволн в ионосферной плазме. // Радиотехника и электроника, М.: Наука. 2012. Т.57. № 9. С. 1028–1034.
  17. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Растягаев Д.В., Скворцова Ю.И. Математическое моделирование распространения частотно-модулированных радиоволн в ионосферной плазме // Радиотехника и электроника, 2015, Т. 60, № 10. С. 1001–1009.
  18. Крюковский А.С., Скворцова Ю.И. Математическое моделирование распространения радиоволн в нестационарной плазме с учетом кривизны поверхности земли и ионосферных слоев // Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2016. № 1-2. С. 34–40.
  19. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973. 502 с.
  20. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. 2-е изд. М.: Наука, 1967. 684 с.
  21. Bova Y., Kryukovsky A., Kutuza B., Stasevich V. The influence of ionospheric inhomogeneities on remote sensing of the Earth from space // Proceedings of the European Conference on Synthetic Aperture Radar, EUSAR. 13. Сер. "EUSAR 2021 - 13th European Conference on Synthetic Aperture Radar, Proceedings" 2021. P. 902–907.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Крюковский А.С., Кутуза Б.Г., Лукин Д.С., Растягаев Д.В. Исследование влияния ионосферы на поляризационные характеристики радиоволн мегагерцового диапазона при дистанционном зондировании // Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2021. C. 413. DOI 10.21046/19DZZconf-2021a

Дистанционное зондирование ионосферы

413