ИСТИНА

Целью проекта является экспериментальное исследование структуры и вариаций параметров ионосферы в высоких и средних широтах на основе данных спутникового радиопросвечивания. Актуальность исследований обусловлена востребованностью реальных данных о характеристиках ионосферы с высоким пространственно-временным разрешением как для фундаментальных исследований, так и для ряда прикладных задач, связанных с обеспечением надежной радиосвязи, навигации и т.д. Новизна предлагаемых исследований определяется уникальностью анализируемых данных в трех регионах – на северо-западе России, Аляске и западном побережье США. Данные многолетних наблюдений охватывают обширный регион, включающий зону полярной шапки, авроральную, субавроральную и среднеширотную ионосферу. На основе методов радиотомографии (РТ) ионосферы будут получены новые реконструкции распределений электронной плотности в ионосфере. Особое внимание будет уделено анализу РТ реконструкций с главным ионосферным провалом (ГИП). Будет разработана новая методика количественной оценки параметров ГИП (положение, ширина, глубина провала) по данным РТ и выполнено сопоставление с модельными данными. В рамках проекта планируется решение новых задач на основе данных одноточечного приема низкоорбитальных спутников: будет разработан новый метод оценки параметров ионосферы и новый метод оценки квазиволновой возмущенности ионосферы. Итогом проекта будет комплексный анализ результатов обработки данных низкоорбитальных навигационных спутниковых систем (с одноточечным и многоточечным приемом), сопоставление с данными спутников DMSP по корпускулярным высыпаниям и с результатами высокоорбитальной РТ для спокойных и возмущенных условий.c

The aim of the project is to experimentally study the structure and variations of the ionospheric parameters in high and middle latitudes based on satellite radio probing data. The current importance and topicality of the proposed research is associated with the demand for the real data on high spatial and temporal resolution characteristics of the ionosphere, which exists in the fundamental studies and in a number of applications requiring reliable radio communication, navigation, location, etc. The novelty of our study is associated with the uniqueness of the analyzed data in the three regions of the world: northwestern Russia, Alaska, and west coast of the United States. The data of the long-term observations that will be analyzed in the project cover a vast region including the polar cap, auroral, subauroral, and midlatitude ionosphere. The methods of ionospheric radio tomography will provide new reconstructions of electron density in the studied ionospheric regions. Particular attention will be paid to analyzing the RT images containing the midlatitude ionospheric trough (MIT). The new technique will be developed for quantitative estimating the MIT parameters (spatial position, width, and depth) from RT data. The obtained estimates will be compared with the modeling data. The new tasks will be solved based on the single-point measurements of radio transmissions from low-orbiting satellites: the new method for estimating the ionospheric parameters and the new method for evaluating wave-like perturbations in the ionosphere will be built. The implementation of the project will allow us to carry out multi-aspect analysis of the results of processing the data from low-orbiting navigational satellite systems (with single-point and multipoint signal recording schemes), to compare the obtained results with the corpuscular precipitation data from DMSP satellites and with the results of high-orbiting radio tomography for quiet and stormy ionospheric conditions. The project is expected to yield new knowledge about the structure and dynamics of the ionosphere in the high and middle latitudes, to promote better understanding the physics of the processes and phenomena in the solar-terrestrial system, to help solving the problems of space weather forecasting, and to address practical tasks of improving the accuracy and reliability of radio systems in the high and middle latitudes.

Будут получены новые серии РТ реконструкций для различных гелиогеофизических условий; на основе данных РТ реконструкций будут исследованы особенности неоднородной структуры и динамика ионосферы в высоких и средних широтах; разработаны средства количественного анализа характеристик главного ионосферного провала (ГИП) по РТ реконструкциям (положение, ширина, глубина); систематизированы данные о параметрах ГИП и сопоставлены с модельными данными; разработан новый метод оценки ионосферных параметров и квазиволновой возмущенности ионосферы на основе одноточечного приема сигналов низкоорбитальных НСС; проведены сопоставления локальных оценок ионосферных параметров с данными ионозондов и локальных индикаторов квазиволновой возмущенности ионосферы с геомагнитными индексами. В целом будет проведен комплексный анализ результатов обработки данных приема сигналов низкоорбитальных НСС (одноточечный и многоточечный прием), проведены сопоставления с данными спутников DMSP по высыпаниям ионизирующих частиц и результатами высокоорбитальной РТ для спокойных и возмущенных условий. Ожидаемые результаты на настоящий момент аналогов не имеют.

Коллектив участников проекта обладает большим опытом в проведении РТ-исследований ионосферы в различных регионах мира: на северо-западе России (Шпицберген-Москва), в США (включая первый российско-американский радарно-томографический эксперимент RATE-93, который продемонстрировал высокую эффективность РТ-метода, Скандинавии, в Юго-Восточной Азии. Методами РТ диагностированы разнообразные ионосферные структуры: провалы ионизации, мультиэкстремальные распределения электронной плотности с аномально высокими значениями, квазиволновые возмущения, перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ), экваториальная аномалия, «пальцеобразные» структуры и т.д. Серии последовательных РТ реконструкций и разработанный метод определения потоков плазмы на базе РТ реконструкций позволили исследовать динамику северного гребня экваториальной аномалии. С участием авторов проекта были разработаны подходы и методы исследования мелкомасштабной трехмерно-анизотропной структуры ионосферы на основе анализа мерцаний сигналов НО НСС. Авторами проекта разработаны эффективные РТ-индикаторы ионосферной возмущенности, позволяющие исследовать ионосферные отклики на различные типы гелиогеофизических возмущений. Кроме того, участники проекта имеют большой опыт работы с сигналами геостационарных спутников систем навигации (Compass-GEO) и дифференциальной коррекции SBAS (WAAS, GAGAN, EGNOS).

Выполнение проекта позволит получить новые знания о структуре и динамике ионосферы в высоких и средних широтах, которые будут способствовать более глубокому пониманию физики процессов и явлений в системе солнечно-земных связей, решению задач прогноза космической погоды, а также практических задач повышения точности и надежности работы радиотехнических систем в высоких и средних широтах.