Активно-пассивная диагностика искусственных изменений в ионосфере со спутника тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Мурлага Алексей Ростиславович

• Мурлага Алексей Ростиславович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Мурлага Алексей Ростиславович

Введение

Глава 1. Пассивная диагностика искусственных изменений в ионосфере со спутника

1.1. Высоты отражения первичного излучения типового источника нагрева от ионосферы

1.2. Средняя продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах

Выводы по главе

Глава 2. Активная диагностика искусственных изменений в ионосфере со спутника

2.1. Математическая модель определения характеристик нагретой однородной области ионосферы

2.2. Апробация математической модели в лабораторных условиях

2.3. Математическая модель определения характеристик нагретой неоднородной области ионосферы

Выводы по главе

Глава 3. Построение орбитальной группировки для активно-пассивной диа-

гностики искусственных изменений в ионосфере

3.1. Понятие модельной функции

3.2. Критерии решения задачи

3.3. Методы решения задачи

3.4 Примеры решения задачи

3.4.1 Случай минимального пропуска сигнала

3.4.2 Случай ограничения финансирования работ по развёртыванию

орбитальной группировки

2

3.4.3 Случай поиска оптимума по критерию «эффективность

стоимость»

Выводы по главе

Заключение

Список использованной литературы

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, ПРИНЯТЫХ В ТЕКСТЕ

АО - акционерное общество

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

ВЧ - высокие частоты

ДН - диаграмма направленности

КВ - короткие волны

НИОКР - научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы ОНЧ - очень низкие частоты

ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема

РАН - Российская академия наук

РЭС - радиоэлектронные средства

СДВ - сверхдлинноволновый

СНЧ - сверхнизкие частоты

СЧ - составная часть

США - Соединенные штаты Америки

ФАР - фазированная антенная решётка

ЭМП - электромагнитное поле

- непосредственный синтез частоты

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Ионосфера - область верхних слоев земной атмосферы, где входящие в её состав газы частично ионизированы, в основном под влиянием солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучения [1,2].

Ионосфера оказывает существенное влияние на распространение радиоволн, вызывая их отражение, преломление и затухание [3 - 5]. Учёт этого влияния крайне важен в целом ряде практических задач, например, при организации каналов связи земля - спутник или загоризонтной радиолокации [6, 7].

В настоящее время найдены способы искусственной модификации свойств ионосферы с поверхности Земли, для чего используют наземные источники нагрева, способные с помощью мощных радиоволн вызывать в ионосфере заметные локальные изменения температуры свободных электронов, тем самым изменяя её проводимость [8 - 13]. Такие источники нагрева являются сложными многофункциональными инструментами, позволяющими за счёт мощного направленного излучения управлять естественными процессами, протекающими в ионосфере и магнитосфере Земли [14 - 61] (магнитосфера - область околоземного пространства с относительно низкой плотностью ионизированных газов, отличающаяся наличием взаимодействия между солнечным ветром и геомагнитным полем [62]). Исходный сигнал, вырабатываемый источником нагрева, порождает здесь целую цепь процессов.

Первичное излучение источника нагрева, модулируя токи полярной электроструи, создаёт в ионосфере диполь на частоте модуляции (ОНЧ/СНЧ) сигнала (эффект Гетманцева) [63]. Ранее генерация СНЧ/ОНЧ волн являлась серьезной проблемой [64 - 67].

Вторичное излучение образованного диполя является существенно

анизотропным. Сигнал, идущий от него в нижнюю полусферу, запитывает

5

волновод «земля-ионосфера» [63], реализуя тем самым концепцию сверхдальней связи [68] (в т.ч. с подводными лодками [69]), локации и зондирования [70 - 76] (в т.ч. подповерхностного [77 - 80]). Сигнал верхней полусферы уходит в магнитосферу и распространяется вдоль магнитных силовых линий Земли в сопряжённую точку, расположенную в соседней полусфере [81-82].

В результате взаимодействия с высокоэнергетическими частицами, находящимися в экваториальной области магнитосферы [83 - 84], такой сигнал при определённых условиях способен вызывать триггерные эффекты (третичное излучение), сопровождающееся генерацией ОНЧ колебаний [85 -87]. Появляется возможность влияния на радиационные пояса Земли (совокупность электронов и ионов, захваченных магнитным полем Земли и распространяющихся вдоль его силовых линий между двумя зеркальными точками) [88 - 90]: изменение положения зеркальных точек под действием внешних возмущающих сил приводит к рассеянию частиц из радиационных поясов и осаждению их в плотные слои атмосферы [62, 91]. Как следствие, локально меняется баланс ионизации в ионосфере и атмосфере, возникает рентгеновское излучение и свечение, что влияет на функционирование систем связи, локации и навигации [91 - 94].

Это, в свою очередь, делает актуальной задачу организации мониторинга из космоса за излучением, порождаемым работой ФАР источника нагрева, поскольку космическая платформа позволит регистрировать результаты работы источника, принципиально недоступные для наблюдения с других платформ, а именно первичное излучение в режиме работы источника «на просвет», вторичное излучение, распространяющееся в магнитосфере, а также третичное излучение.

Решением проблемы спутникового мониторинга изменений в ионосфере и магнитосфере, вызванных мощными передатчиками с поверхности Земли, в разные годы занимались Р.А. Хелливелл, У.С. Инан, Т.Ф. Белл,

Дж.П. Кацуфракис, B.C. Сонвалькар, Г.Г. Джеймс, М.Т. Ритвельд, М. Парро и др. [95 - 105].

Так, например, изучалось взаимодействие когерентных ОНЧ волн и высокоэнергетических частиц в магнитосфере. В качестве источников первичного излучения выступали широкополосный управляемый ОНЧ передатчик разработки Стенфордского университета (Siple Station, Антарктида) и навигационный ОНЧ передатчик «Omega» (Северная Дакота, США). Результаты эксперимента регистрировались широкополосным (от 1 до 32 кГц) ОНЧ приёмником, находящимся на спутнике ISEE-1 [95].

В другом эксперименте исследовалось взаимодействие электронов магнитосферы, обладающих энергией от 85 эВ до 6.9 кэВ, с ОНЧ излучением, генерируемом станцией Siple Station на поверхности Земли. Результаты эксперимента регистрировались аппаратурой спутника EXOS-B (широкополосным (от 0.3 до 9 кГц) ОНЧ приёмником и детектором частиц (от 4 эВ до 6.9 кэВ)) [96-97].

Бортовая аппаратура спутника DEMETER использовалась для экспериментальной оценки суммарной инжектированной в волновод Земля-ионосфера мощности крайне низкочастотного излучения (от 118 до 1197 Гц), сформированного путём искусственной управляемой с поверхности Земли модуляции токов полярной электроструи источником нагрева [102].

При этом решавшаяся задача мониторинга заключалась в следующем:

- момент включения наземного источника нагрева известен априори;

- параметры передаваемого наземным источником нагрева сигнала известны априори;

- наблюдение результатов работы наземного источника нагрева проводится одним спутником;

- параметры орбиты спутника и состав бортовой аппаратуры подбираются на основании известных априорных данных;

- спутниковые исследования носят поисковый характер (проводится набор статистики, не предъявляются требования к непрерывности наблюдения, параметры изучаемых с Земли сигналов могут быть повторены сколь угодно много раз).

Задача, решаемая в настоящей работе, в отличие от задачи, решавшейся ранее, сводится к следующему.

Существует наземный типовой источник нагрева ионосферы. Источник стационарен, его местоположение известно.

Момент очередного выхода в эфир источника и периодичность включений априори неизвестны.

Параметры излучаемых источником сигналов (несущая частота, частота модуляции, вид модуляции):

1. Априори неизвестны, известны только пределы их изменения.

2. Могут изменяться от сеанса к сеансу (в общем случае параметры излучаемых источником сигналов неповторяемы).

Требуется создать спутниковую систему, способную регистрировать сигналы или результаты деятельности такого наземного источника нагрева ионосферы.

Объект исследования настоящей работы - искусственные управляемые изменения свойств ионосферы.

Предмет исследования настоящей работы - методы мониторинга из космоса деятельности наземных источников нагрева по результатам их воздействия на ионосферу.

Целью работы является формирование исходных данных, необходимых для построения спутниковой системы, осуществляющей дистанционный контроль искусственных управляемых изменений состояния ионосферы и сочетающей принципы активной и пассивной диагностики ионосферной плазмы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Активно-пассивная диагностика искусственных изменений в ионосфере со спутника»

Задачи работы

1. На основании анализа условий отражения электромагнитных волн от ионизированной среды определить режимы работы наземного источника нагрева, доступные прямому мониторингу со спутника (пассивная диагностика ионосферной плазмы).

2. Для режимов работы наземного источника нагрева, недоступных прямому мониторингу со спутника, разработать принципы активной диагностики нагретого пятна в ионосфере со спутника, что должно позволить как определять геометрические и электрофизические параметры пятна, так и выявлять режимы работы наземного источника нагрева, при которых пятно было создано.

3. Разработать методический аппарат, позволяющий синтезировать орбитальную группировку, осуществляющую активно-пассивную диагностику искусственных изменений в ионосфере.

Методы исследований основываются на использовании математического и цифрового моделирования, теории распространения радиоволн и физики плазмы.

Научная новизна результатов исследований состоит в следующем:

1. Теоретически обоснованы режимы работы наземного источника нагрева, доступные прямому мониторингу со спутника.

2. Разработан и апробирован в лабораторных условиях новый метод активной дистанционной диагностики нагретого пятна в ионосфере со спутника, основанный на разделении во временной области отраженных от границ пятна импульсов.

3. Разработан новый методический аппарат, позволивший синтезировать орбитальную группировку, осуществляющую активно-пассивную диагностику искусственных изменений в ионосфере.

Практическая значимость результатов работы

1. Разработанный метод активной дистанционной диагностики нагретого пятна в ионосфере позволяет определять геометрические и электрофизи-

9

ческие параметры плоских однородных и неоднородных материалов в широком диапазоне частот, используя при этом только значения отраженной от материала мощности зондирующего сигнала.

2. Разработанный методический аппарат позволяет спроектировать эффективную спутниковую систему, осуществляющую активно-пассивную диагностику искусственных изменений в ионосфере, порождаемых излучением любого (любых) из существующих (или планирующихся к разработке в будущем) наземных источников нагрева.

Реализация и внедрение результатов работы

В АО «Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга», Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики, АО «Корпорация «Комета» и АО «Информационно-спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» при разработке космических систем и комплексов (СЧ НИР «Система (КВ) - ИТМО - Арсенал - ЦНИРТИ», СЧ ОКР «Перспектива - АЛ - Комета - ЦНИРТИ», СЧ НИР «Акварель -ЦБУ»),

Использование результатов работы подтверждается соответствующими Актами о внедрении результатов.

Достоверность обуславливается тем, что полученные результаты находятся в полном соответствии с результатами, опубликованными в работах российских и зарубежных авторов, а результаты математического моделирования согласуются с результатами лабораторных экспериментов.

Апробация результатов работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на 2 международных научно-технических конференциях (XI Международная конференция «Авиация и космонавтика», Московский авиационный институт, 2012 г.; XIX Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь», НПФ «САКВОЕЕ» ООО, 2013 г.) и 5 всероссийских

научно-технических конференциях (VII Всероссийская научно-техническая

10

конференция «Радиолокация и радиосвязь», Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН, 2013 г.; VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь», Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН, 2014 г.; V научно-техническая конференция «Инновационный арсенал молодёжи», ФГУП «КБ «Арсенал», Балтийский государственный технический университет, 2014 г.; XI Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь», Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН, 2017 г.,; XII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь», Институт радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН, 2018 г.), 4 научно-технических конкурсах (Конкурс научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики», Московский авиационный институт, 2013 г., 2017 г. и 2018 г., Конкурс научно-технических работ и проектов на соискание Премии академика А.И. Берга, 2018 г.), а также на 4 научно-технических семинарах (Институт динамики геосфер РАН, 2011 г.; на кафедре «Прикладная математика» Московского государственного университета информационных технологий, радиотехники и электроники, 2015 г.; на факультете «Информационных систем и компьютерных технологий» Российского нового университета, 2015 г.; на кафедре «Радиолокация и радионавигация» Московского технологического университета «МИРЭА», 2018 г.).

Результаты работы удостоены Международной премии «EcoWorld 2017» в номинации «Экология и здоровье человека» (2017 г.), медали академика В.И. Вернадского (2017 г.), диплома лауреата IX Всероссийского межотраслевого молодёжного конкурса научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики» в номинации «Математические методы в аэрокосмической науке и технике» (2017 г.), грамоты за победу в первом этапе X Всероссийского межотраслевого молодёжного конкурса научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики» в номинации «Информационно-телекоммуникационные техно-

11

логии авиационных, ракетных и космических систем» (2018 г.), диплома молодежного конкурса научно-технических работ и проектов на соискание Премии академика А.И. Берга в номинации «Технические и инженерные науки» (2018 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Впервые разработан метод активной диагностики нагретого пятна в ионосфере, заключающийся в разделении во временной области отраженных от границ пятна импульсов, позволяющий проводить спутниковый мониторинг любых режимов работы наземного источника нагрева (в т.ч. тех режимов, которые недоступны для мониторинга при пассивной спутниковой диагностике).

2. Для определения геометрических и электрофизических параметров, а также профиля искусственно созданных однородных нагретых пятен в ионосфере необходимо и достаточно знание мощности и времени прихода зондирующего сигнала, отраженного от верхней и нижней границы неоднородности.

3. Знание мощности, отраженной от границ неоднородного нагретого пятна в ионосфере, позволяет независимо от степени неоднородности пятна определить коэффициенты отражения верхней и нижней границ пятна.

Публикации по теме диссертации

1. Гуреев Э.Д., Мурлага А.Р. К вопросу мониторинга работы стенда ВЧ нагрева ионосферы НААРР из космоса// 11-я Международная конференция «Авиация и космонавтика - 2012»: Тез. докл. - СПБ.: 2012. - С.120.

2. Мурлага А.Р. Варианты построения спутниковой системы для мониторинга стенда НААЯР/Э.Д. Гуреев, А.Р. Мурлага// Труды МАИ. - 2013. -№ 65. http://trudvMai.ru/upload/iblock/861/861fel32228f739a4c673a57ecc9dl95.pdf.

3. Мурлага А.Р. Определение высот орбит спутниковой системы для мониторинга стенда НААЯР// Конференция «ЯЬЫС 2013»: Тез. докл. - Воронеж: 2013. - С. 1790-1795.

4. Мурлага А.Р., Основы построения спутниковой системы для мониторинга стенда HAARP: монография/ А.Р. Мурлага. - Заарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013. - 52 с.

5. Мурлага А.Р. Варианты построения спутниковой системы для мониторинга излучения создаваемых стендом HAARP природных антенн СНЧ и ОНЧ волн// Конкурс научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики»: Аннотации работ. - М.: 2013. - С. 194 -195.

6. Мурлага А.Р. Порядок выбора критерия при построении спутниковой системы для мониторинга излучения создаваемых стендом HAARP природных антенн СНЧ и ОНЧ волн// VII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Тез. докл. - М.: 2013. - С. 202 -204.

7. Мурлага А.Р. Уточнение граничных значений целевой функции критерия максимальной информативности при построении орбитальной группировки для мониторинга излучения стенда HAARP/A.P. Мурлага// Журнал радиоэлектроники. - 2014. - № 2. http://ire.cplire.ru/koi/feb 14/8/text.pdf.

8. Мурлага А.Р. Определение основных характеристик стенда HAARP, подлежащих мониторингу со спутника/А.Р. Мурлага// Труды МАИ. - 2014. -№ 76. http://trudy.mai.ru/upload/iblock/681/681a0a5ccbe215ff7150b43cde572e36.pdf.

9. Мурлага А.Р. Оптимизация по количеству спутников модельной функции орбитальной группировки, предназначенной для мониторинга излучения стенда HAARP, по критерию «эффективность - стоимость»// VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Тез. докл. - М.: 2014. - С. 18 - 22.

10. Мурлага А.Р. Оптимизация по времени развёртывания системы модельной функции орбитальной группировки, предназначенной для мониторинга излучения стенда HAARP// V научно-техническая конференция «Инновационный арсенал молодёжи»: Тез. докл. - СПБ: 2014. - С. 172 - 175.

11. Мурлага А.Р. Косвенный мониторинг стенда HAARP из космоса: преимущества и недостатки/А В. Шпак, А.Р. Мурлага, В.И. Нефедов, С.Н. Акилов, М.Н. Караваев// Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2015. - Т. 15. - № 3. - С. 229-230.

12. Мурлага А.Р. Косвенный космический мониторинг воздействия на ионосферу высокочастотного излучения/А.Р. Мурлага, В.И. Нефедов, А.Н. Дементьев, C.B. Абышев// Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. - 2016. - № 1. - С. 608-610.

13. Мурлага А.Р. Решение обратной задачи мониторинга из космоса искусственных управляемых изменений состояния ионосферы на примере стенда HAARP// 9-й Всероссийский межотраслевой молодёжный конкурс научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики»: Аннотации конкурсных работ. - М.: 2017. - С. 228 - 231.

14. Мурлага А.Р. Мониторинг искусственных изменений в ионосфере со спутника: прямая и обратная задача// XI Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Доклады. - М.:

2017.-С. 10-12.

15. Замуруев С.Н. Методы решения обратной задачи мониторинга искусственных изменений в ионосфере со спутника/ С.Н. Замуруев, А.Р. Мурлага// РЭНСИТ. - 2018. - 10(1). - С. 23 - 30.

16. Мурлага А Р., Ершов Г.В. Активно-пассивная диагностика искусственных изменений в ионосфере со спутника// 10-й Всероссийский межотраслевой молодёжный конкурс научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики»: Аннотации конкурсных работ. - М.: 2018.-С. 161-162.

17. Мурлага А.Р. Определение режима работы источника нагрева по характеристикам нагретого пятна в ионосфере// XII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Доклады. - М.:

2018.-С. 8- 10.

ГЛАВА 1. ПАССИВНАЯ ДИАГНОСТИКА ИСКУССТВЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ИОНОСФЕРЕ СО СПУТНИКА

1.1 Высоты отражения первичного излучения типового источника нагрева от ионосферы

Согласно уравнению Эпплтона [106], показатель преломления среды, которая представляет собой частично ионизованный электрически нейтральный газ в случае, когда отсутствуют соударения между частицами и присутствует внешнее магнитное поле, можно представить в виде:

и* = 1--2Х<!~Х) (1.1)

2(1 -X)-Y¿± ^Y^+4(1-X)2Y¿

где fi-вещественная часть комплексного показателя преломления; X — Y — Yl — Y eos 6;YT — Y sin в; со - угловая частота волны; 0-угол между направлением распространения пр и внешним магнитным полем Во;

2 Ne2 „ „ АГ

(¿и —- квадрат угловой плазменной частоты среды; N - концентрация

£q 771

свободных электронов; е - заряд электрона; т - масса электрона;

1 -1 п-9ф D

е0 = ■ 1U — электрическая постоянная; ü)h ——BQ- угловая гироча-

стота, или циклотронная частота электронов, т.е. частота, с которой они вращаются вокруг магнитной силовой линии при тепловом движении.

Предположим, что имеется плоскослоистая, медленно меняющаяся плазма, и на неё под углом ср0 падает волна (рис. 1.1).

Термин «медленно меняющаяся» означает однородность плазмы на любом заданном уровне, что обусловлено её крайне медленным изменением. Как следствие, к такому случаю применима лучевая теория.

Предположим, что вплоть до уровня отражения указанное условие соблюдается.

Пусть i - угол между направлением распространения фазы и нормалью к плоскости, на которой показатель преломления постоянен. Тогда на основании закона Снеллиуса имеем:

вход волны в плазму

уровень отражения волны

Рис. 1.1 - К пояснению принципа отражения волны в плазме.

/1 51П I — 51П ср о

(1.2)

Мы предполагаем здесь, что падение волны на плазму происходит из свободного пространства. В случае отражения /=90°,тогда соответствующий показатель преломления ]!, определяется, как:

Ввиду бол ьшой единиц Г Вт) мощности, излучаемой типовым источником нагрева, мониторинг его деятельности можно вести как по главному, так и по первому боковому лепестку, что будет показано ниже. Это означает, что в (1.3) для нас важны два случая: вертикальное падение (фо=0), соответствующее излучению главного лепестка диаграммы направленности антенной системы типового источника нагрева, и наклонное падение (фо>0), соответствующее излучению первого бокового лепестка.

Ограничимся далее рассмотрением случая вертикального падения (фо=0). Тогда условие отражения принимает вид:

/Лг — 51П (р о

(1.3)

¡1Г — о

Подставляя (1.4) в (1.1), находим, что

(1.4)

^ = 1

(1.5)

либо

X =1 + У

(1.6)

Известно, что в плазме, находящейся во внешнем магнитном поле, может распространяться только два типа волн, называемых характеристическими. Распространение при этом происходит без изменения поляризации. Полученные выражения соответствуют двум характеристическим волнам: (1.5) - обыкновенной волне и (1.6) - необыкновенной. Знак ± в (1.6) интерпретируется следующим образом. В случае волн, генерируемых на поверхности Земли в низких и средних широтах, необыкновенная волна отражается от уровня X — 1 — У. В случае же высоких магнитных широт (в месте расположения типового источника нагрева) отражение может происходить от уровня X = 1 +У.

Для каждого уровня отражения существует своя граничная частота, называемая критической и обозначаемая^, которая определяет самую высокую частоту волны, которая отражается на этом уровне.

Получим далее выражения для вычисления /с для каждого из трёх определённых ранее уровней.

Для Х=1 согласно [4]:

f - I Nmax (l i)

Jc 1,24-1010' K >

где fc измеряется в МГц, а максимальная электронная концентрация Л'тах --з

в м .

Для X=l+Y согласно [4]:

Ne2 _ ^ |е|В0 £0та>2 тсо '

ü) — 27Г/;

4я2£0ш _ 2 27Т£0В0 . г _ дг _ Q е2 \е\

Получили квадратное уравнение относительно частоты / Его решение имеет вид:

г = |е|-В0 | |е| 4тМ

4 пт 4 пт -\/ 0 £о

Берём больший корень, чтобы не получить отрицательное значение частоты.

= = (1.8)

Для Х=1-У, проведя вычисления, аналогичные случаю Х=1+У, получим:

= (1-9)

Взяв из [107] значения Л'тах для случая дня и ночи для высот Ь=60 - 400 км над поверхностью Земли, учитывая, что магнитное поле Земли

Вб

Б0 — 0,5 ■ Ю-4 — и используя (1.7 - 1.9), получаем значения критической ча-

м

стоты для различных высот (таблицы 1.1 - 1.3).

График зависимости критической частоты ^ от высоты И представлен на рис. 1.2.

Рассматривать высоты, большие 400 км, не имеет смысла, поскольку максимум электронной концентрации в ионосфере приходится на область высот 300 - 400 км, а следовательно, если волна проходит этот участок без отражений, то и дальше она их не испытает.

Из рис. 1.2 следует, что для максимума электронной концентрации

(Ытах — 1,6 • 1012 на высоте /2=300 км в дневное время и

м

Nтах — 3 1 Ю11— на высоте /2=400 км в ночное время) критические частоты

м

равны, соответственно:

- для случая Х=1 /с=11,3 МГц и 4,9 МГц;

- для случая Х=1+У/с=10,68 МГц и 4,27 МГц;

- для случая Х=1-У/с=12,08 МГц и 5,67 МГц.

Таким образом, в ночное время излучение частотой более 4,27 МГц будет проходить насквозь через ионосферу, а меньше 4,27 МГц - отражаться от слоев ионосферы, лежащих ниже 400 км. В дневное время всё излучение частотой меньше 10,68 МГц будет отражаться от слоёв ионосферы, лежащих ниже 400 км.

Таблица 1.1. Критические частоты для различных высот ионосферы, Х=1.

День Ночь

Высота слоя /г, км Дпах, М 3 /с МГц Высота слоя /г, км Дпах, М 3 /с, МГц

60 80-Ю6 0,08 60 - 0

70 2-Ю8 0,127 70 - 0

80 109 0,284 80 ю7 0,028

90 8-Ю9 0,803 90 6-Ю7 0,07

100 8-Ю10 2,54 100 1,2-Ю9 0,311

110 1,2-Ю11 3,111 110 1,8-Ю9 0,381

120 1,3-Ю11 3,238 120 2,1-Ю9 0,412

130 1,5-Ю11 3,478 130 2,2-Ю9 0,421

150 3-Ю11 4,919 150 2,4-Ю9 0,44

200 5-1011 6,35 200 3-Ю9 0,492

250 1012 8,98 250 Ю10 0,898

300 1,6-Ю12 11,3 300 Ю11 2,84

400 1,5-Ю12 10,999 400 3-Ю11 4,9

Таблица 1.2. Критические частоты для различных высот ионосферы, Х=1

День Ночь

Высота слоя /г, км Дпах, М 3 /с МГц Высота слоя /г, км Дпах, М 3 /с МГц

60 80-Ю6 0,005 60 - 0

70 2-Ю8 0,011 70 - 0

80 109 0,055 80 ю7 0,00058

90 8-Ю9 0,365 90 6-Ю7 0,0034

100 8-Ю10 1,93 100 1,2-Ю9 0,066

110 1,2-Ю11 2,49 110 1,8-Ю9 0,097

120 1,3-Ю11 2,61 120 2,1-Ю9 0,11

130 1,5-Ю11 2,85 130 2,2-Ю9 0,12

150 3-Ю11 4,27 150 2,4-Ю9 0,13

200 5-Ю11 5,69 200 3-Ю9 0,15

250 Ю12 8,3 250 Ю10 0,44

300 1,6-Ю12 10,68 300 Ю11 2,22

400 1,5-Ю12 10,32 400 3-Ю11 4,27

Таблица 1.3. Критические частоты для различных высот ионосферы, Х=! -У.

День Ночь

Высота слоя /?, км Дпах, М 3 /с, МГц Высота слоя /?, км Л'шах, М 3 /с, МГц

60 80-106 1,404 60 - 0

70 2-108 1,41 70 - 0

80 109 1,45 80 107 1,4

90 8-109 1,8 90 6-1 о7 1,403

100 8-Ю10 3,3 100 1,2-109 1,465

110 1,2-Ю11 3,9 110 1,8 -109 1,496

120 1,3-Ю11 4 120 2,1-Ю9 1,511

130 1,5-Ю11 4,2 130 2,2-109 1,516

150 3-Ю11 5,7 150 2,4-109 1,526

200 5-Ю11 7,1 200 3-Ю9 1,555

250 1012 9,7 250 Ю10 1,838

300 1,6-1012 12,08 300 1011 3,623

400 1,51012 11,72 400 3-Ю11 5,67

п, км

Рис. 1.2 - Зависимость критической частоты /с от высоты к над поверхностью

Земли для трёх уровней отражения в условиях дня и ночи.

20

Учитывая, что типовой источник нагрева работает в диапазоне частот 2,8 - 10 МГц, первичное излучение его ФАР будет отражаться от ионосферы на следующих высотах для нижней и верхней границы его рабочего диапазона частот, соответственно [108]:

- в дневное время для случая Х=1 /2=105 км и 270 км;

- в ночное время для случая Х=1 /2=300 км и к = <*>;

- в дневное время для случая Х=1+У /2=125 и285 км;

- в ночное время для случая Х=1+У /2=350 км и к = <*>;

- в дневное время для случая Х=1-У /2=95 и 250 км;

- в ночное время для случая Х=1-У /2=275 км и к = <*>.

Символ «ос» означает, что излучение проходит насквозь через ионосферу, не испытывая отражения.

Принимая во внимание тот факт, что из-за воздействия плотных слоев атмосферы нижняя высота полёта спутника должна находиться выше 200 км, получаем диапазон частот первичного излучения типового источника нагрева, доступный для мониторинга со спутника, находящегося на различных орбитах (рис. 1.3).

Рис. 1.3 - Диапазон частот первичного излучения типового источника нагрева, доступный для мониторинга со спутника, находящегося на различных орбитах. 21

1.2. Средняя продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах

Рассмотрим данные о моментах включения типового источника нагрева, его несущей частоте и длительности работы в течение каждого сеанса за три первых месяца 2008 года (рис. 1.4 - 1.6) [109].

Указанные данные позволяют вычислить относительную частоту включения типового источника нагрева на отдельных частотах:

/^=^^-■100%, (1.10)

где tif - время в минутах /-го включения источника нагрева на рабочей часто-те /; п - количество таких включений в данном месяце в данное время суток (днём или ночью); tK - общее время в минутах в данном месяце в данное время суток.

Приняв продолжительность ночных часов работы типового источника нагрева с 22 по 07 , а дневных с 07 по 22 по местному времени (Аляска), получаем следующие результаты (рис. 1.7 и 1.8). Из рис. 1.7 следует, что в ночные часы:

- основная работа типового источника нагрева проводится в низкочастотной области его рабочего диапазона, причём более 90% всех включений наблюдается на двух частотах (2,7 и 3 МГц);

- относительная частота включений типового источника нагрева на выбранной частоте может существенно изменяться от месяца к месяцу;

- сетка рабочих частот типового источника нагрева не является фиксированной;

- с увеличением рабочей частоты типового источника нагрева относительная частота его включений уменьшается по нелинейному закону. Из рис. 1.8 следует, что в дневные часы:

- работы проводятся на частотах вплоть до 9 МГц, т.е. практически полностью охвачен весь рабочий диапазон типового источника нагрева;

Дата Часы (ЛТС)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

январь

10 ■ III]:. 3. 2.7 3. б. 7. 3.

11 3. «1 2.7 ■.шаз 3. ■ 3. ■ ■ 2.7 3 г^— 2.7

12 3.7 2.7 3. 2.7 3. 2.7 2.7 3 2.7 ; .7

13 2 .7 3. ■ ■ 2.7 3. 3. Iй™'1 2.7 3. 2.7 2.7

14 2.7 3. 2:

15 2.7 6. 3. 3. 5. 4. '■■И 3. 2.7 2.7 3. ■ ш 1. У 3.

16 2.7 3. 2.7 2.7 3. ■ Г 2 1 .7 2.7 4' 3. 2.7

17 3. 4. 3. Р/'...... 3. --4. 2.7 3. 4. 2.7 2 7 |5. . 4- . вИн

18 3. 2.7 -■ФЙ..... 3. 2. ,1,1, Л, 2 7 7 2.7 " 7. ■з. 7.

19 ■ ■ 7. 1 5. ' ' г_ 3. 7. 3. 2.7 1 3. I м — 2.7 2.7 ^ 2.7 2.7 2: 2.7 .7 7.

20 И 7. 7 . 1 7. 3. ■5- □ ■ __ 5. 3. й

99 7. ■ I 4. » 1:7. 1 -4:

23 I I 1 7. 7 1 - II 4. ■ 7. ■ ■ 7.

30 3. ■ I 7 ■ ■ 13.

31 6. II 3. 2.7 3. 2.7 3. 3.

Апяск 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Рис. 1.4 - График работы типового источника нагрева в январе 2008 года.

Дата Часы (ЦТС)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

февраль

1 7. 3. п ■ 1 ■ ■ 9. ■ 7 .. 2 7 3. 3. . 2.7 4. 2.7 ^ 2.7

2 7. 1 1 2.7 3 Р

3 2.7 3. 13 I. 4. 2.7 ■ 2.7 3. 4- 2.7 3. 2.7 ^ 2.7

4 9. 1 3. 3. ' 1 — 3. 2.7 2.7 3. 4.

5 1 7 2.7 2.7 3. 2.7 3.

6 ■ 3. я м 2.7 Ъ- 2 -1- 7 ^ 2.7

п ■ 3. ■ т^ 2.7 -™ 3;_ 2.7 3. 3.

8 3. 2.7 2.7 - 3. 2.7 3. 4. 2.7 2.7 9. II а 6.

9 1 и 9. 3. ■ 3.

20 б. ' "3. ■ 5. 2.7 Г

21 2.8 3 4. 1. 1 3. ■ 9 а ■ 3. ■ 2.7 3. ■ 3. 3. ■ 3.

99 4. 4. 4. 5, 4.

2.8

23 4. 3. ■ _ 4 3. 4.

24 4. 4- 4 1 4. I3 ■ 4. -4 4.

| 4. 4.

25 1. 4. 4. а. , V . 4- 4. 4. 4, 4. 4. 4. 5. 2.7

2ь 97 4. - 4. _ Ь.8 Г-Р- 3. 3. 3. 7 (5. I 2.7 т . 4-(5. 2.7 ъ г 4 111114 1:1 "Г

—' шшш'Е ,шт 4. 3-

28 4. 3. 2 X 33 2 3 6. • 4. 1 ■ 4.

29 27 4. ■ 7. 2.8 ¿1 ■■ 2.7 3^2.7 в. 5 _ 1 " 1 4. 1 3- Й

Аляга 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13 14

Рис. 1.5 - График работы типового источника нагрева в феврале 2008 года.

24

Дата Часы (ТГТС)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

март

1 г. 3. 4. 4 ■ 2.7 ■ р 2.7_^ 3. ■ 4. 1 2.5 1 2.7 ........

9 4. " 2. 4. 4. -у ■ м 2Я 2.7 - 4. ■ 7. ■ 7_ ■ 2J 3 2.7 ■

3 3. г": -:..", ■ Iй I1« 1 1 М . 2.7 2.5 —¿Ш 3. 2.7

6 9. ■ б.

8 3. е. 1 ■ ■ Ь : .7 ■

9 2.7 3. ■ к 3. ■ 2. ■ —. _4. _ з. 2.7

10 ■ 3. 2.7 3. ' 2.7

11 2.7 3. 2.7 3.

17 чт" 3. Ш ««И 2.7 2.7

13 6 3. " 2.7 3. 3 ш :.7

14 9. ■ 2.7 2.7 3. 3. ЦЦ1 ■ ■■ ■ 11 3 ___ 9. ■ 6.

15 5. ■ ■ 2.7 3. 3 2.7 ™ 2.7 ■■■■■■ ■11111 1

16 5. □ 3. 2.7 3. 2.7 „ 2.7 2.7 3. 2.

17 2.7 РЧ 2-7 3. 2.7

18 2 7 3. 3. 2.7 , 3. 2.7 6. С

19 2.7 3. ЙЛ» № 3. 2.7 2.7

20 2 ш .7 1 2.7 3. 3. 3. б. , ■ 3.

21 3. 2.7 Г 2.7 3. 27 2 3. 2.7

9? 3. 2.7 3. 2.7

31 б. ■

Аляска 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Рис. 1.6 - График работы типового источника нагрева в марте 2008 года.

30 25 20

15

10 5 0

-Г"1— —""Л-Г^--1-1-1-1

2,7 2,8 3 МГц, 3,3 4 МГц, 5 МГц, В МГц, 7 МГц, 8 МГЦ, 9 МГЦ, МГц МГц, ночь МГц, ночь ночь ночь ночь ночь ночь ночь ночь ночь

Рис. 1.7 - Относительная частота (3/включений типового источника нагрева в ночное время на отдельных несущих частотах на протяжении первых трёх

месяцев 2008 года.

12 10

6 НН 4

2 0

--

— -

ШИ1 - , п ,Г_ |1,л ,— , гт—, - , ^

2,7 2,8 3 МГц, 3,3 4 МГц, 5 МГц, В МГц, 7 МГЦ, 8 МГЦ, 9 МГЦ, МГц, МГц, день МГц, день день день день день день день день день

Рис. 1.8 - Относительная частота (3/включений типового источника нагрева в дневное время на отдельных несущих частотах на протяжении первых трёх

месяцев 2008 года.

- большая часть включений типового источника нагрева наблюдается на частотах, не превышающих 4 МГц;

- относительная частота включений типового источника нагрева на выбранной частоте от месяца к месяцу может существенно изменяться;

- сетка рабочих частот типового источника нагрева не является фиксированной;

- шаг сетки частот рабочего диапазона типового источника нагрева равен 1 МГц, если рабочая частота типового источника нагрева больше 4 МГц.

Относительную частоту включений можно пересчитать в среднюю продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах, используя зависимость [110 - 111]:

<Рг>=Щг-, (1-И)

где - относительная частота включения типового источника нагрева на частоте / в /-м месяце (рис. 1.7 и 1.8); к - количество месяцев, для которых имеются данные о работе типового источника нагрева (в нашем случае к=3). Результаты расчётов приведены на рис. 1.9 и 1.10, а также в таблице 1.4.

20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 Л Ю,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

Рис. 1.9 -Средняя продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах в ночное время за первые три месяца 2008 года. Средняя продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах вычислена на основании данных о деятельности источника на протяжении первых трёх месяцев 2008 года.

2,7 МГц 2,8 3 МГц, 3,3 4 МГц, 5 МГц, 6 МГц, 7 МГц, 8 МГЦ, 9 МГЦ,

ночь МГц, ночь

ночь

МГц, ночь

ночь

ночь

ночь

ночь

ночь

ночь

12,00

10,00

8,00

¿ 6,00 V

4,00 2,00 0,00

Рис. 1.10 -Средняя продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах в дневное время за первые три месяца 2008 года.

Таблица 1.4. Средняя продолжительность работы типового источника нагрева на отдельных частотах за первые три месяца 2008 года

Рабочая

Рабочая часто- частота/

Время суток та/ типового источника нагрева, МГц <Р/> % Время суток типового источника нагрева, МГц <Р/ , %

2,7 17,51 2,7 9,71

2,8 0,24 2,8 1Д7

3 5,89 3 4,53

3,3 0,01 3,3 0,13

Ночь 4 0,66 День 4 3,70

5 0,00 5 0,35

6 0,04 6 0,16

7 0,01 7 0,46

8 0,00 8 0,09

9 0,01 9 0,09

2,7 2,8 3 МГц, 3,3 4 МГц, 5 МГц, 6МГц, 7 МГЦ, 8 МГЦ, 9 МГЦ, МГц, МГц, день МГц, день день день день день день день день день

Выводы по главе 1

1. Анализ условий отражения электромагнитной волны от ионизированной среды в присутствии постоянного магнитного поля показывает, что несущие частоты, на которых чаще всего по статистике работают типовые источники нагрева, отражаются ионосферой на высотах меньше 400 км над поверхностью Земли и, как следствие, не доступны для регистрации на спутнике, работающем в пассивном режиме.

2. Если сигнал, вырабатываемый источником нагрева, является модулированным, то независимо от несущей частоты частота модуляции переизлучается нагретым пятном в ионосфере (эффект Гетманцева) и регистрируется спутником в пассивном режиме.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мурлага Алексей Ростиславович, 2020 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник по геофизике/ Под ред. Т.К. Бреуса и Л.Ф. Вереса; Перевод с английского. - М.: «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1965. - 572 с.

2. Атмосфера. Справочник (справочные данные, модели)/ Ю.С. Седу-нов, С.И. Авдюшин, Е.П. Борисенков и др.; Под ред. проф. Ю.С. Седунова. -Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991. - 512 с.

3. Ratcliffe J.A., The Magneto-Ionic Theory and its Applications to the Ionosphere/ J.A. Ratcliffe. - Cambridge: Cambridge University Press, 1962. - 207 p.

4. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере/ К. Дэвис; Перевод с английского. -М.: «Мир», 1973.-504 с.

5. Budden K.G., Radio Waves in the Ionosphere/ K.G. Budden. - Cambridge: Cambridge University Press, 1961. - 542 p.

6. Мищенко Ю.А., Загоризонтная радиолокация/ Ю.А. Мищенко. - М.: Воениздат, 1972. - 96 с.

7. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования/

B.C. Верба, Л.Б. Неронский, И.Г. Осипов и др.; Под ред. проф. B.C. Вербы. -М.: Радиотехника, 2010. - 680 с.

8. Cohen М.В. ELF/VLF wave generation from the beating of two HF ionospheric heating sources/ M.B. Cohen, R.C. Moore, M. Golkowski, N.G. Lehtinen// J. Geophys. Res. - 2012. - 117, A12310. doi: 10.1029/2012JA018140.

9. Ютло У. Изменение ионосферы под действием мощных радиоволн/ У. Ютло, Р. Коэн// Успехи физических наук. - 1973. - т. 109, вып. 2. -

C. 371 -387.

10. Алексашенко В.А. Активное воздействие на ионосферу сверхмощными наземными комплексами/ В.А. Алексашенко, С.И. Дворников, В.Г. Дмитриев, Ю.М. Перунов, А.А. Соловьёв, Е.Д. Терещенко// Вестник Академии военных наук. - 2004. - №3(8).- С. 131-137.

11. Mingaleva G.I. Response of the convecting high-latitude F layer to a powerful HF wave/ G.I. Mingaleva, V.S. Mingalev// Ann. Geophysicae. - 1997. -15.-P. 1291 - 1300.

12. Гуревич A.B. Нелинейные явления в ионосфере/ А.В. Гуревич// Успехи физических наук. - 2007. - т. 177, №11.-С. 1145 - 1177.

13. Гуреев Э.Д., Мурлага А.Р. К вопросу мониторинга работы стенда ВЧ нагрева ионосферы HAARP из космоса// 11-я Международная конференция «Авиация и космонавтика - 2012»: Тез. докл. - СПБ.: 2012. - С. 120.

14. Moore R.C. ELF waves generated by modulated HF heating of the auroral electrojet and observed at a ground distance of -4400 km/ R.C. Moore, U.S. Inan, T.F. Bell, E.J. Kennedy// J. Geophys. Res. - 2007. - 112, A05309. doi: 10.1029/2006JA012063.

15. Papadopoulos K. HF-driven currents in the polar ionosphere/ K. Papado-poulos, N.A. Gumerov, X. Shao, I. Doxas, C.L. Chang// Geophys. Res. Lett. -2011. - 38, L12103. doi: 10.1029/2011GL047368.

16. Golkowsky M. Magnetospheric amplification and emission triggering by ELF/VLF waves injected by the 3.6 MW HAARP ionospheric heater/ M. Golkowsky, U.S. Inan, A.R. Gibby, M.B. Cohen// J. Geophys. Res. - 2008. - 113, A10201. doi: 10.1029/2008JA013157.

17. Cohen M.B. HF beam parameters in ELF/VLF wave generation via modulated heating of the ionosphere/ M.B. Cohen, M. Golkowski, N.G. Lehtinen, U.S. Inan, M.J. McCarrick// J. Geophys. Res. - 2012. - 117, A05327. doi: 10.1029/2012,J API 7585.

18. Jin G. The relationship between geophysical conditions and ELF amplitude in modulated heating experiments at HAARP: Modeling and experimental results/ G. Jin, M. Spasojevic, M.B. Cohen, U.S. Inan, N.G. Lehtinen// J. Geophys. Res. -2011. - 116, A07310. doi: 10.1029/2011JA016664.

19. Cohen M.B. Magnetospheric injection of ELF/VLF waves with modulated or steered HF heating of the lower ionosphere/ M.B. Cohen, U.S. Inan,

D. Piddyachiy, N.G. Lehtinen, M. Golkowski// J. Geophys. Res. - 2011. - 116, A06308. dot 10.1029/2010JA016194.

20. Hadavandkhani S. Artificial Aurora and Ionospheric Heating by HAARP/ S. Hadavandkhani, Bijan Nikouravan, and F. Ghazimaghrebi// Adv. Appl. Phys. - 2016. - 4(1). - P. 23 - 30.

21. Villasenor J. Comparison of ELF/VLF generation modes in the ionosphere by the HIPAS heater array/ J. Villasenor, A. Wong, B. Song, J. Pau, M. McCarrick, D. Sentman// Radio Sci. - 1996. - 31. - P. 211 - 226.

22. Wong A.Y. High-power radiating facility at the HIPAS observatory/ A.Y. Wong, J. Carroll, R. Dickman, W. Harrison, W. Huhn, B. Lum, M. McCarrick, J. Santoru, C. Schock, G. Wong, R. F. Wuerker// Radio Sci. - 1990. - 25 (6). -P. 1269- 1282.

23. Ferraro A.J. Measurements of extremely low frequency signals from modulation of the polar electrojet above Fairbanks, Alaska/ A.J. Ferraro, H.S. Lee, T.W. Collins, M. Baker, D. Werner// IEEE Trans. Ant. Prop. - 1989. - 37. - P. 802 - 805.

24. Lee H.S. Detection and characterization of geomagnetic pulsations using HF ionospheric heating/ H.S. Lee, A.J. Ferraro, J.C. Olson// Radio Sci. - 1990. -25 (6).-P. 1429- 1439.

25. Stubbe P. Generation of ELF and VLF waves by polar electrojet modulation: Experimental results/ P. Stubbe, H. Kopka, R.L. Dowden// J. Geophys. Res. -1981.-86 (All).-P. 9073 -9078.

26. Rietveld M.T. Ionospheric heater beam scanning: A new technique for ELF studies of the auroral ionosphere/ M.T. Rietveld, R. Barr, H. Kopka, E. Nielsen, P. Stubbe, R.L. Dowden// Radio Sci. - 1984. - 19(4). - P. 1069 - 1077.

27. Rietveld M.T. The characteristics of ionospheric heating-produced ELF/VLF waves over 32 hours/ M.T. Rietveld, H.P. Mauelshagen, P. Stubbe, H. Kopka, E. Nielsen// J. Geophys. Res. - 1987. - 92 (A8). - P. 8707 - 8722.

28. Barr R. Ionospheric heater beam scanning: A mobile source of ELF/VLF radiation/ R. Barr, M.T. Rietveld, P. Stubbe, H. Kopka// Radio Sci. - 1987. -22(6).-P. 1076- 1083.

29. Barr R. ELF radiation from the Tromso "super heater" facility/ R. Barr, P. Stubbe// Geophys. Res. Lett. - 1991. - 18(6). - P. 1035 - 1038.

30. Barr R. ELF and VLF wave generation by HF heating: A comparison of AM and CW techniques/ R. Barr, P. Stubbe// J. Atmos. Sol. Terr. Phys. - 1997. -18(58).-P. 2265-2279.

31. Barr R. The generation of ELF and VLF radio waves in the ionosphere using powerful HF transmitters/ R. Barr// Adv. Space Res. - 1998. - 21(5). -P. 677 -687.

32. Stubbe P. ELF and VLF wave generation by modulated HF heating of the current carrying lower ionosphere/ P. Stubbe, H. Корка, M.T. Rietveld, R.L. Dowden// J. Atmos. Terr. Phys. - 1982. - 44. - P. 1123 - 1135.

33. Rietveld M.T. On the frequency dependence of ELF/VLF waves produced by modulated ionospheric heating/ M.T. Rietveld, P. Stubbe, H. Корка// Radio Sci. - 1989. - 24. - P. 270 - 278.

34. Фролов В.JI., Митяков Н.А., Шорохова Е.А., Парро М. Структура электрического поля мощной KB радиоволны во внешней ионосфере Земли// Международная научная конференция «Излучение и рассеяние электромагнитных волн»: Труды конференции. - Таганрог: 2013. - С. 32 - 36.

35. Беленов А.Ф. Стенд «Сура». Обзор результатов исследований/ А.Ф. Беленов, И.Ф. Белов// Препринт НИРФИ № 343. - Нижний Новгород, 1992.

36. Kotik D.S., Mironenko L.F., Mityakov S.N., Rapoport V.O., V.V. Tamoykin. On possibility of the superlight Cherencov sours forming by mean of Getmantsev effect// II Suzdal URSI symposium on Modification of the ionosphere by powerful radio waves. - Moscow: 1986. - P. 91 - 92.

37. Котик Д.С. Экспериментальные исследования низкочастотного излучения движущегося ионосферного источника/ Д.С. Котик, С.Н. Митяков, Л.Ф. Мироненко, В.О. Рапопорт// Изв. ВУЗов, Радиофизика. - 1994. - № 6. -С. 783 -784.

38. Mironenko L.F. The radiation of Super-Luminous irregularities artificially created in the lower ionosphere/ L.F. Mironenko, V.O. Rapoport, S.N. Mityakov, D.S. Kotik// Izv. VUZov Radiofizika. - 1998. - № 3. - P. 298 -312.

39. Мироненко Л.Ф. Эффект Вавилова-Черенкова и допплер-эффекты от сверхсветового радиозайчика в нижней ионосфере/ Л.Ф. Мироненко,

B.О. Рапопорт, Д.С. Котик// Изв. ВУЗов, Радиофизика. - 1999. - № 8. - С. 740 -749.

40. Kotik D.S., Ermakova E.N. Generation of electromagnetic waves at frequencies 2 ■ Д — /2 under HF powerful radiowaves interaction in the ionosphere// III Suzdal URSI symposium on Modification of the ionosphere by powerful radio waves. - Moscow: 1991.-P. 175 - 176.

41. Котик Д.С., Рубцов А.Н., Ермакова Е.Н. Генерация ОНЧ излучения на комбинационных частотах F — 2 ■ Д ± /2 в нижней ионосфере кубичной тепловой нелинейностью// IX Всесоюзный семинар по ОНЧ излучениям. -М.: 1991.-С. 9.

42. Getmantsev G.G. Combination frequencies in the interaction between high-power short-wave radiation and ionospheric plasma/ G.G. Getmantsev, N.A. Zuikov, D.S. Kotik, L.F. Mironenko, N.A. Mityakov, V.O. Rapoport, Yu,A. Sazonov, V.Yu. Trakhtengerts, V.Ya. Eidman// JETP Lett. - 1974. - 20. -P. 101 - 102.

43. Kotik D.S. Mechanism of excitation of combination frequencies in ionospheric plasma/ D.S. Kotik, V.Yu. Trakhtengerts// JETP Lett. - 1975. - 21. - P. 51 - 52.

44. Stubbe P. Modulation of the polar electrojet by powerful HF waves/ P. Stubbe, H. Kopka// J. Geophys. Res. - 1977. - 82. -P. 2319 - 2325.

45. Мошков A.B. Вертикальное распределение демодулированного низкочастотного поля в низкоширотной возмущенной ионосфере/ А.В. Мошков, В.Н. Пожидаев// Радиотехника и электроника. - 2018. - т. 63, № 2. -

C. 134- 138.

46. Мошков А.В. Пространственное распределение демодулированного низкочастотного поля в низкоширотной возмущенной ионосфере /А.В. Мошков, В.Н. Пожидаев //Радиотехника и электроника. - 2017. - т. 62, №2.-С. 112-116.

47. Wu J. The behavior of electron density and temperature during ionospheric heating near the fifth electron gyrofrequency/ J. Wu, J. Wu, M.T. Rietveld, I. Haggstrom, H. Zhao, and Z. Xu// J. Geophys. Res. Space Physics. - 2017. - 122. doi: 10.1002/2016JA023121.

48. Borisova T.D. Phenomena in the high-latitude ionospheric F region induced by a HF heater wave at frequencies near the fourth electron gyroharmonic/ T.D. Borisova, N.F. Blagoveshchenskaya, A.S. Kalishin, M. Kosch, A. Senior, M.T. Rietveld, Т.К. Yeoman, and I. Hagstrom //Radiophys. Quantum Electron. -2014. - 57(1). - P. 1-19. dot 10.1007/sl 1141-014-9489-6.

49. Borisova T.D. Modification of the high-latitude ionospheric F region by high-power HF radio waves at frequencies near the fifth and sixth electron gyro-harmonics/ T.D. Borisova, N.F. Blagoveshchenskaya, A.S. Kalishin, M.T. Rietveld, Т.К. Yeoman, and I. Hagstrom// Radiophys. Quantum Electron. -2016. - 58(8). - P. 561-585. dot 10.1007/sl 1141 -016-9629-2.

50. Rietveld M.T. New capabilities of the upgraded EISCAT high-power HF facility/ M.T. Rietveld, A. Senior, J. Markkanen, and A. Westman// Radio Sci. -2016.-51.-P. 1533-1546. dot 10.1002/2016RS006093.

51. Bryers C.J. The thresholds of ionospheric plasma instabilities pumped by highfrequency radio waves at EISCAT/ C.J. Bryers, M.J. Kosch, A. Senior, M.T. Rietveld, and Т.К. Yeoman// J. Geophys. Res. Space Physics. - 2013. - 118. - P. 7472-7481. doi: 10.1002/2013JA019429.

52. Najmi A. Simulations of ionospheric turbulence produced by HF heating near the upper hybrid layer/ A. Najmi, B. Eliasson, X. Shao, G.M. Milikh, and K. Papadopoulos// Radio Sci. - 2016. doi: 10.1002/2015RS005866.

53. Senior A. Radio-induced incoherent scatter ion line enhancements with

wide altitude extents in the high-latitude ionosphere/ A. Senior, M.T. Rietveld,

101

I. Haggstrom, and M.J. Kosch// Geophys. Res. Lett. - 2013. - 40. - P. 1669-1674. doi: 10.1002/grl. 502 72.

54. Sharma A.S. Low-Frequency Waves in HF Heating of the Ionosphere// Low-Frequency Waves in Space Plasmas/ A.S. Sharma, B. Eliasson, G.M. Milikh et al. - Amer. Geophys. Union: 2016. - P. 31-49.

55. Eliasson B. Generation of ELF and ULF electromagnetic waves by modulated heating of the ionospheric F2 region/ B. Eliasson, C.-L. Chang, and K. Papadopoulos// J. Geophys. Res. - 2012. - 117. doi: 10.1029/2012JA017935.

56. Mishin E.V. Nonlinear VLF effects in the topside ionosphere/ E.V. Mishin, M.J. Starks, G.P. Ginet, and R.A. Quinn// Geophys. Res. Lett. -2010. - 37, L04101. doi: 10.1029/2009GL042010.

57. Norin L. Unprecedentedly strong and narrow electromagnetic emissions simulated by high-frequency radio waves in the ionosphere/ L. Norin, T.B. Leyser, E. Nordblad, B. Thide, and M.J. McCarrick// Phys. Rev. Lett. - 2009. - 102. doi: 10.1103/PhysRevLett. 102.065003.

58. Bernhardt P.A. Determination of the electron temperature in the modified ionosphere over HAARP using the HF pumped Stimulated Brillouin Scatter (SBS) emission lines/ P.A. Bernhardt, C.A. Selcher, R.H. Lehmberg, S.P. Rodriguez, J.F. Thomason, M.J. McCarrick, and G.J. Frazer// Ann. Geophys. - 2009. -27. - P. 4409-4427.

59. Mingaleva G.I. Model Simulation of Artificial Heating of the Daytime High-Latitude F-Region Ionosphere by Powerful High-Frequency Radio Waves/ G.I. Mingaleva, and V.S. Mingalev// Int. J. Geosciences. - 2014. - 5. -P. 363-374.

60. Mingaleva G.I. Simulation Study of the Large-Scale Modification of the Mid-Latitude F-Layer by HF Radio Waves with Different Powers/ G.I. Mingaleva, V.S. Mingalev, and O.V. Mingalev// Ann. Geophys. - 2012. - 30. -P. 1213-1222.

61. Mingaleva G.I. Simulation Study of the Modification of the High-Latitude Ionosphere by Powerful High-Frequency Radio Waves/ G.I. Mingaleva, and V.S. Mingalev// J. Сотр. Mod. - 2013. - 3. - P. 287-309.

62. Davies K., Ionospheric Radio/ K. Davies. - Stevenage: Institute of Engineering and Technology, 1990. - 600 p.

63. Cohen M.B. Orientation of the HAARP ELF ionospheric dipole and the auroral electrojet/ M.B. Cohen, M. Golkowsky, and U.S. Inan// Geophys. Res. Lett. - 2008. - 35, L02806. dot 10.1029/2007GL032424.

64. Koons H.C. High-power VLF transmitter facility using a balloon lofted antenna/ H.C. Koons, M.H. Dazey// IEEE Trans. Antennas Propag. - 1983. - 31. -P. 243 -248.

65. Field E.C. An aerostat-supported ELF/VLF transmitter/ E.C. Field, L.R. Kiws, P.R. Bannister, R.F. Ingram, W.D. Hopkins, M.A. Roberts// Radio Sci.

- 1989.-24.-P. 235-246.

66. Watt A.D., VLF Radio Engineering/ A.D. Watt. - New York: Pergamon press, 1967. - 724 p.

67. Morgan M.G. An island as a natural very-low-frequency transmitting antenna/ M.G. Morgan// IRE Trans. Antennas Propagat. - 1960. - 8(5). - P. 528 - 530.

68. Belyaev P.P. Generation of electromagnetic signals at combination frequencies in the ionosphere/ P.P. Belyaev, D.S. Kotik, S.N. Mityakov, S.V. Polya-kov, V.O. Rapoport, V.Y. Trakhtengerts// Radiophysics and Quantum Electronics.

- 1987.-30 (2).-P. 189-206.

69. Barr R. ELF and VLF radio waves/ R. Barr, D. Llanwyn Jones, C.J. Rodger// J. Atmos. Terr. Phys. - 2000. - 62. - P. 1689 - 1718.

70. Леонов А.И. Моноимпульсная радиолокация. - M.: Советское радио, 1970.-392 с.

71. Справочник офицера противовоздушной обороны/ Г.В. Зимин, Ф.Т. Бутурлин, С.К. Бурмистров и др.; Под ред. Г.В. Зимина. - М.: Воениз-дат,1981. -431 с.

72. Финкелыптейн М.И., Основы радиолокации: учебник для вузов/ М.И. Финкелыптейн. -М.: Радио и связь, 1983. - 536 с.

73. Сосулин Ю.Г., Теоретические основы радиолокации и радионавигации: учеб. пособие для вузов/ Ю.Г. Сосулин. - М.: Радио и связь, 1992. -304 с.

74. Теоретические основы радиолокации/ Я.Д. Ширман, В.Н. Голиков, И.Н. Бусыгин и др.; Под ред. проф. Я.Д. Ширмана. - М.: Советское радио, 1970.-560 с.

75. Современная радиолокация/ Под ред. Р.С. Берковица; Перевод с английского. - М.: Советское радио, 1969. - 704 с.

76. Вопросы перспективной радиолокации/ В.Ф. Акимов, В.В. Балинов, Е.В. Батяшин и др.; Под ред. проф. А.В. Соколова. - М.: Радиотехника, 2003. -512 с.

77. Cohen М.В. ELF/VLF phased array generation via frequency-matched steering of a continuous HF ionospheric heating beam/ M.B. Cohen; Ph. D. thesis. -Palo Alto: 2009.-213 p.

78. Вопросы подповерхностной радиолокации. Коллективная монография/ А.В. Андриянов, Л.Ю. Астанин, Д.В. Багно и др.; Под ред. А.Ю. Гринёва. - М.: Радиотехника, 2005. - 416 с.

79. Пылаев А.А., Соляков О.В., Тамкун Л.Г. Прогнозирование электромагнитных полей ДВ - СВ диапазонов по карте геоэлектрических разрезов// XIX Международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь»: Тез. докл. - Воронеж: 2013. - С. 1919 - 1926.

80. McNeil J.D., Labson V.F. Geological mapping using VLF radio field// Electromagnetic Methods in Applied Geophysics, 2/ Edited by M.N. Nabighian. -Tulsa: 2008. - 972 p.

81. Inan U.S. Multi-hop whistler mode ELF/VLF signals and triggered emissions excited by the HAARP HF heater/ U.S. Inan, M. Golkowsky, D.L. Carpenter, N. Reddell, R.C. Moore, T.F. Bell, E. Paschal, P. Kossey, E. Kennedy, S.Z. Meth//

Geophys. Res. Lett. - 2004. - 31, L24805. doi: 10.1029/2004GL021647.

104

82. Zhou H.B. Electromagneto-hydrodynamic response of a plasma to an external current pulse/ H.B. Zhou, K. Papadopoulos, A.S. Sharma, C.L. Chang// Phys. Plasmas. - 1996. - 3, 1484. doi: 10.1063/1.872009.

83. Helliwell R.A. A theory of discrete VLF emissions from the magneto-sphere/ R.A. Helliwell// J. Geophys. Res. - 1967. - 72. - P. 4773 -4790.

84. Helliwell R.A. VLF wave growth and discrete emission triggering in the magnetosphere: A feedback model/ R.A. Helliwell, U.S. Inan// J. Geophys. Res. -1982.-87.-P. 3537 -3550.

85. Helliwell R.A. VLF wave stimulation experiments in the magnetosphere from Siple Station, Antarctica/ R.A. Helliwell// Rev. Geophys. - 1988. - 26. -P. 551 - 578.

86. Inan U.S. DE-1 observations of VLF transmitter signals and wave-particle interactions in the magnetosphere/ U.S. Inan, R.A. Helliwell// Geophys. Res. Lett. - 1982. - 9. - P. 917 - 920.

87. Gibby A.R. Saturation effects in the VLF triggered emission process/ A.R. Gibby, U.S. Inan, T.F. Bell// J. Geophys. Res. - 2008. - 113, A11215. doi: 10.1029/2008JA013,233.

88. Hess W.N., The Radiation Belt and the Magnetosphere/ W.N. Hess. -London: Blaisdell Publishing Company, 1968. - 560 p.

89. Roederer J.G., Dynamics of Geomagnetically Trapped Particles/ J.G. Roederer. - New York: Springer, 1970. - 162 p.

90. Akasofu S.I., Solar - Terrestrial Physics/ S.I. Akasofu. - Oxford: Clarendon Press, 1972. - 384 p.

91. Rees M.H., Physics and Chemistry of the Upper Atmosphere/ M.H. Rees. - Cambridge: Cambridge University Press, 1989. - 300 p.

92. Ristic-Djurovic J.L., Gyroresonant scattering of radiation belt electrons by oblique whistler waves/ J.L. Ristic-Djurovic; Ph.D. thesis. - Palo Alto: 1993. -123 p.

93. Inan U.S. DEMETER satellite observations of lightning-induced electron precipitation/ U.S. Inan, D. Piddyachiy, W.B. Peter, J.A. Sauvaud, M. Parrot// Ge-ophys. Res. Lett. - 2007. - 34, L02103. doi: 10.1029/2006GL029,238.

94. Inan U.S. Wave-induced precipitation as a loss process for radiation belt particles/ U.S. Inan, H.C. Chang, R.A. Helliwell, J.P. Katsufrakis, W.L. Imhof, J.B. Reagan, M. Walt, D.W. Datlowe, J. Mobilia// Adv. Space Res. - 1985. - 5. -P. 243 -245.

95. Bell T.F. Nonducted coherent VLF waves and associated triggered emissions observed on the ISEE 1 satellite/ T.F. Bell, U.S. Inan, R.A. Helliwell// J. Ge-ophys. Res. - 1981. -86. - P. 4649-4670.

96. Kimura I. EXOS-B/Siple Station VLF wave-particle interaction experiments, 1, General description and wave-particle correlations/ I. Kimura, H. Matsumoto, T. Mukai, K. Hashimoto, T.F. Bell, U.S. Inan, R.A. Helliwell, J.P. Katsufrakis// J. Geophys. Res. - 1983. - 88. - P. 282 - 294.

97. Bell T.F. EXOS-B/Siple VLF wave-particle interaction experiments, 2, Transmitter signals and associated emissions/ T.F. Bell, U.S. Inan, I. Kimura, H. Matsumoto, T. Mukai, K. Hashimoto// J. Geophys. Res. - 1983. - 88. - P. 295 - 309.

98. Rastani K. DE 1 observations of Siple transmitter signals and associated sidebands/ K. Rastani, U.S. Inan, R.A. Helliwell// J. Geophys. Res. - 1985. - 90. -P. 4128-4140.

99. Sonwalkar V.S. Measurements of Siple transmitter signals on the DE 1 satellite: Wave normal direction and antenna effective length/ V.S. Sonwalkar, U.S. Inan// J. Geophys. Res. - 1986. - 91. - P. 154 - 164.

100. James H.G. Observations on the DE-1 spacecraft of ELF/VLF waves generated by an ionospheric heater/ H.G. James, U.S. Inan, M.T. Rietveld// J. Geophys. Res. - 1990. - 95 (A8). - P. 12 187 - 12 195.

101. Platino M. Cluster observations of ELF/VLF signals generated by modulated heating of the lower ionosphere with the HAARP HF transmitter/ M. Platino, U.S. Inan, T.F. Bell, J.S. Pickett, E.J. Kennedy, J.G. Trotignon,

J.L. Rauch, P. Canu// Ann. Geophysicae. - 2004. - 22. - P. 2643 - 2653.

106

102. Platino M. DEMETER observations of ELF waves injected with the HAARP HF transmitter/ M. Platino, U.S. Inan, T.F. Bell, M. Parrot, E.J. Kennedy// Geophys. Res. Lett. - 2006. - 33, L16101. doi: 10.1029/2006GL026462.

103. Piddyachiy D. DEMETER observations of an intense upgoing column of ELF/VLF radiation excited by the HAARP HF/ D. Piddyachiy, U.S. Inan, T.F. Bell// Geophys. Res. Lett. - 2008. - 113, A10308. doi: 10.1029/2008JA013,208.

104. Briczinski S.J. "Twisted Beam" SEE Observations of Ionospheric Heating from HAARP/ S.J. Briczinski, P.A. Bernhardt, C.L. Siefring, S.-M. Han, T.R. Pedersen, and W.A. Scales// Earth, Moon, and Planets. - 2015. - 116 (1). -P. 55-66.

105. Bell T.F. DEMETER observations of ionospheric heating by powerful VLF transmitters/ T.F. Bell, К Graf, U.S. Inan, D Piddyachiy, M. Parrot// Geophys. Res. Lett. -2011. - 38, LI 1103. doi: 10.1029/2011GL047503.

106. Budden K.G., The propagation of radio waves/ K.G. Budden. - Cambridge: Cambridge university press, 1985. - 669 p.

107. Гуревич A.B. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1973.-272 с.

108. Мурлага А.Р. Определение высот орбит спутниковой системы для мониторинга стенда HAARP// Конференция «RLNC 2013»: Тез. докл. - Воронеж: 2013. - С. 1790-1795.

109. Мурлага А.Р. Уточнение граничных значений целевой функции критерия максимальной информативности при построении орбитальной группировки для мониторинга излучения стенда HAARP/ А.Р. Мурлага// Журнал радиоэлектроники. - 2014. - № 2. http://jre.cplire.ru/koi/feb 14/8/text.pdf.

110. Вентцель E.C. Теория вероятностей: учебник для втузов/ Е.С. Вентцель. - М.: Наука, 1964. - 576 с.

111. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: учебное пособие для студентов/

В.Е. Гмурман. - М.: Высшая школа, 2004. - 404 с.

107

112. Шпак A.B. Косвенный мониторинг стенда HAARP из космоса: преимущества и недостатки/АВ. Шпак, А.Р. Мурла га, В.И. Нефедов, С.Н. Акилов, М.Н. Караваев// Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2015. - № 3. - С. 229-230.

113. Мурлага А.Р. Косвенный космический мониторинг воздействия на ионосферу высокочастотного излучения/А.Р. Мурлага, В.И. Нефедов, А.Н. Дементьев, С.В. Абышев// Инновационные, информационные и коммуникационные технологии. - 2016. - № 1. - С. 608-610.

114. Замуруев С.Н. Методы решения обратной задачи мониторинга искусственных изменений в ионосфере со спутника/ С.Н. Замуруев, А.Р. Мурлага// РЭНСИТ. - 2018, - т. 10, № 1. - С. 23 - 30.

115. Мурлага А.Р. Мониторинг искусственных изменений в ионосфере со спутника: прямая и обратная задача// XI Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Доклады. - М.: 2017.-С. 10-12.

116. Мурлага А.Р. Решение обратной задачи мониторинга из космоса искусственных управляемых изменений состояния ионосферы на примере стенда HAARP// 9-й Всероссийский межотраслевой молодёжный конкурс научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики»: Аннотации конкурсных работ. - М.: 2017. - С. 228 - 231.

117. Мурлага А.Р. Порядок выбора критерия при построении спутниковой системы для мониторинга излучения создаваемых стендом HAARP природных антенн СНЧ и ОНЧ волн// VII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Тез. докл. - М.: 2013. - С. 202 - 204.

118. Мурлага А.Р., Основы построения спутниковой системы для мониторинга стенда HAARP: монография/ А.Р. Мурлага. - Заарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2013.-52 с.

119. Кюн Р. Микроволновые антенны/ Р. Кюн; Перевод с немецкого. -Ленинград: Судостроение, 1967. - 518 с.

120. Отчёт о составной части научно-исследовательской работы «Исследование путей создания системы контроля воздействия электромагнитного излучения на ионосферу Земли» (шифр «Геофизик-Н»)/ С.В. Поляков, Д.С. Котик, В.П. Урядов и др. - Нижний Новгород: ФГНУ НИРФИ, 2006. -122 л.

121. Инженерный справочник по космической технике/ А. А. Алатыр-цев, А.И. Алексеев, М.А. Байков и др.; Под ред. проф. А.В. Солодова. - М.: Воениздат, 1977. - 430 с.

122. Гуреев Э.Д. Варианты построения спутниковой системы для мониторинга стенда HAARP/ Э.Д. Гуреев, А.Р. Мурлага// Труды МАИ. - 2013. -№ 65. http://trudvMai.ru/upload/iblock/861/861fel32228f739a4c673a57ecc9dl95.pdf.

123. Мурлага А.Р. Оптимизация по количеству спутников модельной функции орбитальной группировки, предназначенной для мониторинга излучения стенда HAARP, по критерию «эффективность - стоимость»// VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Тез. докл. - М.: 2014. - С. 18 - 22.

124. Мурлага А.Р. Определение основных характеристик стенда HAARP, подлежащих мониторингу со спутника/А.Р. Мурлага// Труды МАИ. -2014. -№ 76. hllp: tnidv.mai.nt upload ¡block 68J 68 Ia()a5ccbe215ff7l50b43cde572e36.pdf.

125. Radiomonitoring & Radiolocation: Catalog 2011/2012. - Munchen: Rohde & Schwarz, 2010. - 288 p.