Вертикальная структура индекса рефракции дециметровых радиоволн и ее временные вариации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Васильев, Алексей Анатольевич

• Васильев, Алексей Анатольевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Васильев, Алексей Анатольевич

Оглавление

Введение

Глава 1 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕФРАКЦИЮ РАДИОВОЛН ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА В АТМОСФЕРЕ

1.4 Выводы

Глава 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫСОТНОЙ СТРУКТУРЫ АТМОСФЕРЫ НА РЕФРАКЦИЮ РАДИОВОЛН

2.1 Исследование вертикально-временной структуры индекса рефракции по данным радиозондирования

2.2 Исследование вертикальной структуры по эмпирической модели тропосферы и стратосферы

2.3 Вертикальные профили индекса рефракции радиоволн в ионосфере

2.4 Оценки ошибок, вносимых слоями атмосферы в спутниковые измерения

2.5 Выводы

Глава 3 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ

ПРОФИЛЕЙ ИНДЕКСА РЕФРАКЦИИ РАДИОВОЛН В ТРОПОСФЕРЕ С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНЫХ ПРИЕМНИКОВ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

3.1 Эксперимент на сети приемников СРБ/ГЛОНАСС

3.2 Радиорефрактометрический метод исследования профиля индекса рефракции радиоволн

3.3 Сравнение решения с данными реанализа. Проверка адекватности решения обратных задач

3.4 Выводы

Глава 4 ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ИНДЕКСА ПРОФИЛЯ

РЕФРАКЦИИ В АТМОСФЕРЕ

4.1 Суточный ход высотного профиля индекса рефракции

4.2 Синоптические и сезонные вариации профиля индекса рефракции радиоволн

4.1 Вклад динамических атмосферных процессов в дисперсию

индекса рефракции радиоволн

4.4 Выводы

Заключение

Список литературы

Список обозначений и сокращений

ГЛОНАСС - Глобальная Навигационная Спутниковая Система,

российская спутниковая система навигации ГНСС - глобальные навигационные спутниковые системы СНС - спутниковые навигационные системы

GPS - Global Positioning System, глобальная система позиционирования, США

UTC - Universal Time, Coordinated - Всеобщее скоординированное

время

е - давление водяных паров в воздухе

N - индекс рефракции радиоволн

п - коэффициент преломления радиоволн

t - время

Т~ температура

9 - угол возвышения

р — плотность воздуха

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вертикальная структура индекса рефракции дециметровых радиоволн и ее временные вариации»

Введение

Объект исследования и актуальность задачи

Исследования прохождения радиоволн в средах начались с появлением радиосвязи. В применении к атмосфере это означало в первую очередь развитие теоретических и экспериментальных исследований закономерностей распространения ультракоротких волн на околоземных трассах в зависимости от метеорологических условий. К числу важных характеристик атмосферы надо отнести коэффициент преломления радиоволн, так как его зависимость от высоты над земной поверхностью вызывает искривление траектории радиоволн и, соответственно, влияет на точность радиотехнических систем. Структуру индекса рефракции как меры изменчивости коэффициента преломления важно исследовать для радиоволн дециметрового диапазона, которые широко используются для целей спутниковой геодезии и радионавигации. Запуски спутников Земли привели к возникновению новых методов исследования атмосферы с помощью радиоволн, приходящих в точку приёма с определённой информацией о состоянии трассы и потребовали изучения влияния атмосферы на характеристики радиоволн.

В России это одна из первых работ, применяющих наземное ГЛОНАСС и GPS оборудование для исследования приземных слоев атмосферы. В России много работ по использованию глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) для томографии ионосферы или стратосферы [см. работы В.Е. Куницына, О.И. Яковлева, А.Г. Павельева и др.], но мало работ по использованию спутниковых навигационных систем для исследования тропосферы, особенно пограничного слоя. В других странах, таких как Япония, Америка, некоторых странах Европы, давно применяются сети GPS для измерения влагосодержания атмосферы.

Цель работы - выявление особенностей вертикальной структуры индекса рефракции радиоволн и ее временных вариаций по экспериментальным данным.

Чтобы достичь поставленной цели, необходимо было выполнить следующие задачи:

1. Построить эмпирические модели поведения индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере и оценить его влияние на спутниковые радиоизмерения.

2. Провести эксперимент радиозондирования атмосферы с помощью сети приемников глобального позиционирования, реализовать методику рефрактометрической оценки вертикальной структуры индекса рефракции радиоволн по измерениям сети приемников ГНСС и провести сравнение результатов с независимыми данными.

3. Выявить и проанализировать полученные закономерности высотно-временных вариаций индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере.

Методы исследования

Решение поставленных задач базируется на комплексном подходе, использующем статистические методы обработки реальных метео- и геофизических данных, длинных рядов натурных радиоизмерений, модель коэффициента преломления радиоволн в неоднородной среде. В качестве метода решения обратной задачи применяется метод регуляризации Тихонова.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

1. Впервые получены эмпирические модели сезонных вариаций высотного профиля индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере для региона г. Казани.

2. Впервые методом пассивного радиозондирования получены длинные ряды профиля индекса рефракции дециметровых радиоволн сетью приемников ГНСС, проведено сравнение этих результатов с независимыми данными для региона г. Казани.

3. Впервые по данным пассивного радиозондирования сетью приемников ГНСС получены суточные и межсуточные вариации вертикальной структуры индекса рефракции дециметровых радиоволн, сделаны оценки вклада в его дисперсию атмосферных вариаций различного временного масштаба.

На защиту выносятся:

• Экспериментальные результаты пространственных вариаций индекса рефракции дециметровых радиоволн, полученные с помощью сети приемников спутниковых навигационных систем и их сравнение с независимыми данными радиозондирования и реанализа.

• Закономерности пространственно-временной изменчивости неоднородной структуры индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере для территории РТ.

® Эмпирические модели сезонных вариаций высотного изменения индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере, полученные по радиозондовым данным для окрестности г. Казани.

Достоверность полученных результатов подтверждена базой уникальных данных мониторинга фазовых измерений, выполненных сетью пространственно разнесенных станций в г. Казань (55.8° с.ш., 49.1° в.д.) в период с 2007 года по 2010 год включительно, использованием адекватного математического аппарата. Основные результаты подтверждены их сравнением с теоретическими и экспериментальными данными, полученными независимыми исследованиями других авторов.

Практическая ценность работы. Методика, представленная в данной работе, применима для исследований поведения индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере над другими территориями. Использование радиозондирования сигналами систем позиционирования способствует сокращению расходов на получение экспериментальных данных при увеличении временного разрешения, позволяет получить данные мониторинга для расчетов при прогнозе метеопараметров или условий распространения радиоволн в тропосфере.

Личный вклад автора

Автором выполнены основные работы по решению поставленных задач. Он лично принял участие в работах по созданию сети приемников спутниковых навигационных систем и сбору экспериментальных данных. Реализована методика оценки высотных изменений индекса рефракции дециметровых радиоволн. Проведен эксперимент и получены результаты -вариации пространственной структуры индекса рефракции дециметровых радиоволн в атмосфере и её динамика. Проведен анализ полученных результатов. Сделаны основные выводы по полученным результатам. Автор выражает глубокую благодарность всем своим соавторам за согласие использовать результаты совместно проведенных исследований в диссертации. Вклад соавторов (О.Г. Хуторовой, Г.М. Тептина, А. П. Шлычкова, В.Е. Хуторова) заключался в организации эксперимента и общей постановке задач по направлению исследований, автоматизации обработки некоторых результатов эксперимента, оценке горизонтальной структуры и турбулентных флуктуаций, радиозондовым измерениям метеопараметров.

Апробация результатов

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийская научная конференция «Изменяющаяся

окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований», Казань, 2009; XVI Рабочая группа «Аэрозоли Сибири», Томск, 2009; Региональная научно-практическая конференция «Геоинформационные системы. Тенденции, проблемы, решения», Казань, 2008; III Межрегиональная конференция «Промышленная экология и безопасность», Казань, 2008; XXII Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», Сочи, Сентябрь 2008; II Волжская региональная молодежная научная конференция, Зеленодольск: 2009; международный конгресс «Чистая вода», Казань, 2010; XXI Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», Йошкар-Ола, Май 2011; международный симпозиум «Атмосферная Радиация и Динамика», С.Петербург, 2009 и 2011.

Автор принимал участие в качестве исполнителя в исследованиях, поддержанных грантами: РФФИ 04-05-64194, НИОКР 09-9.5-187, грантом молодых ученых Академии наук РТ 07-2/2008, ГК Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (№ П162).

Работа удостоена наград: призовое место в секции радиофизика на итоговой студенческой научно-практической конференции КГУ, Казань, 2008; Грамота молодых ученых (1-е место) на II Волжской региональной молодежной научной конференции, Зеленодольск, 2009; диплом конкурса молодых ученых XVI рабочей группе "Аэрозоли Сибири", Томск, Ноябрь 2009.

Публикации. Автором опубликовано по теме диссертации 20 работ. Из них 8 статей в научных журналах (в т.ч. 3 - в журналах, рекомендованных списком ВАК), 7 статей в сборниках трудов научных конференций, 5 опубликованных тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержит 102 страницы печатного текста, в том числе 26 рисунков, 2 таблицы. Список литературы содержит 96 источников.

Основное содержание диссертации

Во введении сформулированы актуальность темы, цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость.

Первая глава содержит анализ современного состояния исследований, имеющих отношение к теме диссертации. Проанализированы факторы, определяющие рефракцию радиоволн дециметрового диапазона в тропосфере.

Ввиду того, что метеопараметры вносят значительный вклад в рефракцию радиоволн дециметрового диапазона, сигналы спутниковых навигационных систем - достаточно удобное средство для исследования тропосферы.

В ходе обзора литературы и исследования настоящей ситуации установлено, что наиболее перспективным способом исследования атмосферы и, в частности, тропосферы является применение спутников глобальных навигационных систем в применении к задачам метеорологии, геодезии, физики атмосферы. На основании проведенного анализа сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе решается актуальная задача, которая обусловлена необходимостью учета влияния атмосферных процессов на формирование пространственно-временной структуры индекса рефракции радиоволн.

На основе радиозондовых данных изучены зависимости индекса рефракции дециметровых радиоволн от высоты. На основе метеоданных выявлено изменение приземного значения индекса рефракции дециметровых

радиоволн в зависимости от времени. Полученные среднемноголегние значения используются далее как эмпирические модели индекса рефракции.

В главе проводится: исследование влияния вертикальных неоднородностей основных параметров нижней атмосферы (коэффициента преломления и индекса рефракции), которые определяют рефракцию радиоволн дециметрового диапазона.

Максимальный вклад вносит тропосфера, как слой с максимальным вертикальным градиентом плотности воздуха, кроме того в нём большое содержание водяного пара, которое влияет на рефракцию радиоволн дециметрового диапазона для систем глобального позиционирования GPS/GLONASS.

Помимо этого исследованы другие слои атмосферы. Так, стратосфера вносит менее значимый вклад в искривление распространения электромагнитных волн дециметрового диапазона. Ионосфера же, ввиду высокой концентрации электронов, вносит особый вклад - «отрицательное» искривление. Вклад ионосферы в полную рефракцию можно устранить путем применения многочастотного зондирования.

В третьей главе рассмотрена созданная сеть наземных приемников сигналов глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS в г. Казани и эксперимент, который продолжается и в настоящее время.

Показано, что радиотрассы, приходящие под разными углами от спутников ГНСС на пространственно разнесенные приемники позволяют решить обратную задачу восстановления высотной зависимости коэффициента преломления радиоволн с достаточно высокой точностью. На основе метода Тихонова был построен алгоритм решения этой задачи.

В качестве начального приближения использовались среднемноголетние высотные зависимости индекса рефракции дециметровых радиоволн для каждого сезона, полученные по радиозондовым данным.

Минимизация функционала Тихонова проводилась при граничных условиях, также заданных данными эмпирической модели, разработанной нами.

Результаты эксперимента сравнивались с независимыми данными индекса рефракции, полученными по измерениям метеостанции и глобального ЫСЕРЛЧСАЯ реанализа. Данные интерполированы для координат, соответствующих центру антенной системы. Полученные таким образом пространственные изменения индекса рефракции дециметровых радиоволн являются в этом исследовании опорными, и в отношении них проводится сравнение соответствующих оценок из спутниковых измерений.

Сделанные оценки высотной зависимости индекса рефракции дециметровых радиоволн показали, что они хорошо согласуются с данными численного моделирования : с использованием погодных полей. Это позволяет заключить, что такие оценки высотной зависимости индекса рефракции дециметровых радиоволн выступают непосредственной характеристикой тропосферы, пригодной для ее мониторинга. В этой связи, важным преимуществом вычисления высотных зависимостей индекса рефракции дециметровых радиоволн из фазовых сигналов спутниковых навигационных систем, является их оперативность и высокое временное разрешение. В сравнении с данными численных погодных полей МСЕР/КСАЛ, имеющими шестичасовую дискретность и задержку во времени, спутниковые методы/позволяют получать интересуемый параметр с временным разрешением 30 мин.

Данное исследование позволяет повысить точность и временное разрешение при решении задач исследования тропосферы посредством приемников глобальных систем позиционирования.

В четвертой главе обсуждаются экспериментальные результаты исследования высотных зависимостей индекса рефракции дециметровых

радиоволн в тропосфере,/; полученные по длительному циклу радиозондирования сетью приёмников ГНСС в окрестности г. Казани. Также установлена их временная изменчивость.

Высокая частота измерений позволяет получить высотные зависимости индекса рефракции дециметровых радиоволн, обусловленные суточной динамикой метеопараметров.

Выявлено, что значения, полученные с помощью разработанного метода и рассчитанные по метеопараметрам вблизи поверхности Земли, имеют хорошую сходимость с учетом того, что в измерениях сети приемников СНС, кроме суточного хода, проявляются вариации внутрисуточные, обусловленные мезомасштабными или

макротурбулентными процессами.

Экспериментально, по независимым данным, проверена динамика полученного суточного изменения индекса рефракции дециметровых радиоволн на различных высотных уровнях.

Длинные ряды экспериментальных данных индекса рефракции дециметровых радиоволн, полученных с помощью сети станций, позволили вычислить его среднесуточные вариации. При вычислении суточного хода из рядов индекса рефракции дециметровых радиоволн вычитались среднемесячные значения, и полученные ряды усреднялись методом наложения эпох для каждого часа суток.

Наиболее значимое сезонное изменение индекса рефракции дециметровых радиоволн отмечено в приземном слое. Минимум значений индекса рефракции в приземном слое достигается в апреле и равен 304 Ы-единиц, а максимум равный 340 Ы-единиц - в августе.

Проведено сопоставление синоптических вариаций профилей индекса рефракции, построенных с помощью радиозондовых данных и по данным сети приемников ГНСС. Показано, что эти высотные зависимости имеют

малую среднеквадратическую ошибку (около 2%) относительно восстановленных высотных зависимостей индекса рефракции посредством радиоизмерений сети станций ГНСС. По всему периоду сравнения мы определили средние отклонения результатов пассивного зондирования индекса рефракции от измеренных аэрологическим способом, оно составило 0,2 N-ед в слое до 500 м и -1,4 N-ед на высотах 9500-10000 м, среднеквадратичное отклонение - 6,8 и 3,4 N-ед соответственно. Это составляет около 2 % от среднего значения для этих высот.

По длинным рядам метеопараметров за 1996 - 2003 гг. были сделаны оценки интенсивности вариаций индекса рефракции дециметровых радиоволн в приземном слое атмосферы.

Результаты сравнительного анализа амплитуд вариаций индекса рефракции следующие: амплитуда сезонных вариаций преобладает, хотя их средний вклад в дисперсию составляет 18,3 %; вторыми по интенсивности вариаций индекса рефракции, а значит и коэффициента преломления, являются суточные вариации; вклад синоптических вариаций несколько преобладает над внутрисуточными, но именно они дают наибольшую изменчивость индекса рефракции. Как и следовало ожидать, вариации коэффициента преломления радиоволн определяются как сезонными, так и синоптическими и мезомасштабными атмосферными процессами.

Таким образом, показано, что дистанционное зондирование тропосферы по сигналам ГНСС ГЛОНАСС и GPS, проведенные сетью приемников в г. Казани позволяют исследовать высотные изменения индекса рефракции, их сезонную, синоптическую, суточную и внутрисуточную динамику. Выявлены межсуточные вариации, мезомасштабная временная изменчивость.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Глава 1 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕФРАКЦИЮ РАДИОВОЛН ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА В АТМОСФЕРЕ

1.1 Индекс рефракции радиоволн дециметрового диапазона в атмосфере

Распространение радиоизлучения в свободном пространстве происходит по прямой линии. Однако в земной атмосфере неоднородная структура индекса рефракции радиоволн дециметрового диапазона приводит к искривлению траектории луча. Флуктуации параметров радиоволн при распространении в неоднородной атмосфере обусловлены изменением диэлектрической проницаемости.

Выражение для коэффициента преломления п получают из соотношения п - ^[¡ле , где ¡л - магнитная проницаемость (для воздуха ее

полагают равной единице). Поскольку и = + (//£-1), можно использовать

це-\

аппроксимацию п — 1«—и получить формулу уравнения для индекса

рефракции радиоволн уУ:

' =К,

Т гТ 72 4 Г, (1.1)

где К1, К2, КЗ и К4 - постоянные, - давление сухого воздуха, е -парциальное давление водяного пара, Рс - парциальное давление углекислого газа, К], К2, К?,, К4 - постоянные, е - парциальное давление паров воды (мбар).

Анализ различных методов определения этих величин провели Смит и Вейнтрауб, как отмечено в [43]. Они получили некоторый набор значений, представляющих усредненные результаты отдельных независимых

определений. Окончательное уравнение для индекса рефракции в нейтральной атмосфере имеет вид:

N = 77.6 —+ 3.73• 105-Дг- - м 9ч

Т Т " ^ '

Значения постоянных в этой формуле рекомендованы Смитом и Вейнтраубом для вычисления N с погрешностью 0,5%, что отмечено в [43], давление и температура воздуха в миллибарах и градусах Кельвина соответственно, е - парциальное давление паров воды (мбар).

Это выражение позволяет оценить зависимость индекса рефракции дециметровых радиоволн от параметров атмосферы и определить степень их влияния на условия распространения радиоволн в широком диапазоне температур.

Расчет коэффициента преломления воздуха для радиоволн по данным измерений температуры, давления и влажности обладает ошибкой, обусловленной погрешностью измерений метеопараметров. Вопрос о влиянии ошибок метеорологических измерений на результаты расчетов траекторных параметров радиоволн (видимого угла места спутника, углов рефракции, геометрического и электрического расстояний) представляет большой интерес в радиоастрономии, радиолокации и в других приложениях, в которых существенную роль играет явление преломления радиоволн в атмосфере. При наземных наблюдениях погрешность измерения давления составляет ±1 мб, температуры ±0,1, относительной влажности ±1%, а при радиозондовых наблюдениях соответственно ±2 мб, ±1, ±5%. В работе [43] оценки ошибок определения индекса рефракции не превышают 0,82 Ы-ед при наземных измерениях метеопараметров и 4 И-ед при радиозондовых измерениях. Обычно расчета проводятся для сферически слоистой атмосферы с экспоненциальным высотным профилем индекса рефракции.

Рассмотрим зависимость индекса рефракции дециметровых радиоволн в ионосфере. Приведенный индекс рефракции дециметровых радиоволн в плазме для высоких частот определяется соотношением:

N = -у-Ы • С2

у е ■> ( 1.3)

Здесь коэффициент у=: 40,4, если электронная концентрация Ме выражена в м" , а частота / - в Гц. Из этого выражения следует, что N отрицательно, а зависимость ЩИ) повторяет высотный профиль электронной концентрации Ие(Ъ) [92, 95].

Высотный профиль электронной концентрации зависит от времени суток, сезона, широты и солнечной активности. В настоящее время установлено, что в полдень интегральная электронная концентрация в разных пунктах может существенно отличаться [76].

Существенно, что приведенный индекс рефракции дециметровых радиоволн плазмы убывает при увеличении частоты радиоволн.

При связи со спутниками электромагнитная волна распространяется

через тропосферу, стратосферу и ионосферу и, следовательно, испытывает

влияние этих сред. Меняются такие её характеристики как частота,

мощность, направление, фаза, поляризация. Скорость распространения

радиоволн в тропосфере и ионосфере отличается от скорости

электромагнитных волн в вакууме, поэтому наблюдается увеличение

времени распространения радиоволн в этих средах, как следствие изменения

индекса рефракции дециметровых радиоволн. Степень влияния этих сред

зависит от частоты радиоволн. На диапазон метровых волн накладывает

ограничение ионосфера, а на миллиметровый диапазон - тропосфера.

Сантиметровые и миллиметровые волны испытывают заметное ослабление в

капельных образованиях (дождь, град, снег, туман), в парах воды и газах

атмосферы. Поэтому в системах позиционирования чаще всего используют

дециметровый диапазон. В этом диапазоне достаточно мало поглощение

- 17 -

тропосферой и относительно невелико воздействие ионосферы, влияние же стратосферы достаточно мало [16].

1.2 Рефракция радиоволн в атмосфере

Изменение индекса рефракции дециметровых радиоволн в атмосфере можно разделить на систематическое, связанное с изменением средних параметров атмосферы, и нерегулярное, связанное с неоднородностями атмосферных параметров [67]. Систематическое изменение имеет в основном высотный ход [92]. Пучок радиоволн, проходящий через статистически неоднородную среду, испытывает беспорядочные сдвиги фаз, различные в разных точках фронта, что приводит к преломлению и рассеянию волнового фронта. По этой причине, в точке наблюдения происходят колебания уровня сигнала, с частотой колебания диэлектрической проницаемости воздуха на радиотрассе, проявляющиеся в замирании сигнала. Кроме того, из-за преломления на неоднородностях, флуктуирует и направление нормали к фронту. С одной стороны, перечисленные эффекты играют отрицательную роль, ухудшая условия приема на близких дистанциях, с другой стороны, рассеяние излучения обуславливает попадание радиосигнала в область тени и за горизонт [73, 92].

При расчете параметров принимаемого радиосигнала обычно учитывают рассеяние на температурных неоднородностях, неоднородностях давления и уровня влажности. Случайная рефракция вызывает заметные колебания уровня сигнала в радиорелейных линиях связи, достигающие 2-7 дБ [73]. '

Особый интерес для прогнозирования тропосферной рефракции представляет приземное значение индекса рефракции дециметровых радиоволн N0, определяющееся метеорологическими параметрами приземного слоя (температурой, влажностью, давлением), которые в свою

очередь существенно зависят от температуры и влажности почвы и растительности или от температуры водной поверхности. Среднее за год значение N0 изменяется от 240 Ы-ед. для пустынь, до 400 И-ед. для влажных тропиков и субтропиков. Наибольшие суточные изменения И0 наблюдаются летом (до 20 1М-ед.), а зимой они минимальны (до 5 Ы-ед.). Среднемесячные значения Ы0 в средних широтах могут изменяться в течение года на 30-60 И-ед. Максимальные разности среднемесячных значений за какой-либо месяц в одном и том же районе от года к году достигают 15-25 1Ч~ед [62].

Коэффициент преломления атмосферы п у земной поверхности несколько больше единицы (-1,0003) и приближается к единице с ростом высоты. Таким образом, траектория луча в тропосфере обычно обращена вогнутостью вниз, как показано в [92], поэтому искривление по направлению к Земле принимается за положительное.

Для оценки погрешностей спутниковых измерений дальности, применим принципы геометрической оптики, как это было сделано в работах [62, 92,95].

Лучевая трактовка возможна как следствие того, что в процессе распространения радиоволн между корреспондирующими пунктами выделяется существенная область для распространения. В однородном пространстве эта область имеет форму эллипсоида вращения с фокусами в корреспондирующих пунктах. Максимальное сечение области имеет порядок величинылД7, где я - длина волны; Ь - расстояние между пунктами. При этом излучатель радиоволн является точечным, т.е. ненаправленно излучающим.

В радиотехнической аппаратуре, предназначенной для измерения координат объектов, как бы искусственно создают область, существенную для распространения как можно меньшего сечения, применяя для этого антенны с узкой диаграммой направленности. Ввиду этого можно считать,

что размеры неоднородностейу имеющие порядок величины Г0, значительно больше сечения луча. В этом случае ненаправленного излучения это условие записывается так: Ь0»Л1. Неоднородности, удовлетворяющие данному условию, называются крупномасштабными (относительно длин радиоволн).

Обычно предполагают, что коэффициент преломления есть функция только высоты над поверхностью гладкой сферической Земли (т.е. считают структуру коэффициента преломления однородной в горизонтальной плоскости).

Если предположить, что коэффициент преломления (для сферически слоистой атмосферы) удовлетворяет соотношению ёп/ёг > - 1/г, для частот, превышающих 100 кГц, траектория луча определяется законом Снеллиуса, в полярных координатах он описывается выражением:

гп(г)Б'та = а (1.4)

в котором а - зенитный угол распространения радиосигнала, а - постоянная величина для данного луча (прицельный параметр).

Полную угловую рефракцию луча т между двумя точками радиотрассы можно получить из следующего интеграла:

- пг ,02

,2

сЩв

-ап

^п2А П

(1-5)

где ^1,2 - искривление в миллирадианах, 6 - угол места (угол возвышения) радиотрассы, пл - коэффициент преломления среды в точке 1, п2 -коэффициент преломления среды в точке 2.

Ошибка при определении угла возвышения существенна в задачах спутникового радиозондирования, поскольку она является мерой различия

кажущегося угла возвышения спутника и действительной величины этого угла.

Рис. 1.1 Взят из монографии [96] для иллюстрации определения угла рефракции и запаздывания радиоволн.

Рефракция радиоволн в тропосфере, ионосфере рассмотрена в работах [62,96], проведен анализ для случая, когда источник расположен на космическом аппарате, а приемник на Земле.

Следуя [96], запишем строгое выражение для угла тропосферной рефракции:

О

Рис. 1.1 К определению угла рефракции и запаздывания радиоволн [96].

dn(h) „

нс —---dn

5 = - n0asin z01

dh

{ n(h)s]n2(a + h)2 -w0Vsin2z0 > (1-6)

Здесь a - радиус Земли, «(/?) - высотный профиль коэффициента преломления, п0 - приземное значение коэффициента преломления, - высота источника излучения, z0 - видимый зенитный угол трассы.

В работах [62,96] определён угол ионосферной рефракции для

разных моделей высотной зависимости электронной концентрации Nc(h). Следуя [96], запишем строгое выражение для угла ионосферной рефракции:

1 dNe(h)

^ = _ УО + Л/z) sin z0 j „ ¿h

f2 дл ^jn2(a + /г)2 - ^02a2sin2z0 » ( 1

Здесь а - радиус Земли, #с(/г) - высотный профиль электронной концентрации, М=50 км - высота, ниже которой Л^=0 (см. Рис. 1.1).

Из (1.7) следует, что убывает при увеличении частоты и определяется в основном вертикальным градиентом электронной концентрации.

Угол ионосферной рефракции испытывает медленные вариации, связанные с суточными изменениями зависимости М^И), и нерегулярные быстрые флуктуации , обусловленные статистическими

неоднородностями электронной концентрации [62, 95].

Далее приведем оценки ошибок определения дальности, полученные в монографии [96].

Как известно, при определении координат объекта радиотехническими методами дальность до цели определяется путем умножения измеренного

времени запаздывания отраженного от цели импульса относительно зондирующего импульса на скорость света в вакууме [92].

При прохождении радиоволны в атмосфере длина её пути и направление меняются с изменением индекса рефракции. Если не вводить поправку, определяется положение спутника исходя из того, что траектория луча прямолинейна, и скорость его распространения постоянна. Различие между прямолинейной и действительной траекторией приводит к ошибке, которая становится особенно существенной с увеличением расстояния до спутника. Ошибка при определении высоты (компонента общей ошибки) составляет более 95% полной ошибки. До недавних пор устройства для определения высоты были ограничены тем, что рефракционные ошибки либо совсем не учитывались, либо аппроксимировались введением поправки на эффективный радиус Земли [32, 92]. Сейчас в навигационных системах для коррекции искривления луча: применяют отображающие функции, как правило, полученные эмпирически [16, 32].

Рассмотрим запаздывание радиоволн в атмосфере и ионосфере, цитируя монографию [96].

Расстояние между космическим аппаратом и приемным пунктом Ь измеряют с помощью модулированных сигналов путём определения времени распространения радиоволн Д/. При этом принимается, что

1 = (,.8)

Где с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.

В связи с возможностью высокоточных измерений интервала времени д/,

можно определить расстояние Ь с высокой точностью. Однако атмосфера и

ионосфера Земли вносят заметную погрешность при определении дальности.

Этот эффект связан с тем, что скорость распространения радиоволн в

атмосфере и ионосфере отличается от значения с и лучевые линии

искривлены. В связи с этим истинное расстояние между передающим и

-23 -

приёмными пунктами Ь0 будет меньше измеренного на величину АI. Большие требования к точности измерения расстояния Ь0 предъявляются при геодезических определениях координат по сигналам навигационных спутников. Анализ ошибок при определении дальности, обусловленных влиянием тропосферы и ионосферы, был проведён в работах [16, 62, 95].

В соответствии с соотношением (1.2) кажущееся расстояние Ь, измеренное по времени распространения сигнала, найденное вдоль искривлённой лучевой линии АВ (см. Рис. 1.1), определится выражением [96]:

Л = с1ч^сИ = | [1 + N(1) ■ 10"6\т

здесь V - групповая скорость распространения радиоволн, ¿// - элемент длины на искривленной лучевой линии. Истинное расстояние между точками

А и В есть:

Ь0 =

(1.10)

Где с11- элемент длины на пунктирной прямой АВ. Кажущееся увеличение расстояния АЬ при его определении радиотехническим методами будет равно:

АЬ = ]*ЛЧ0 • Ю~6й?/

5 ' (1Л1)

где Б - траектория спутника. Различие между радиодальностыо и истинным расстоянием до спутника по прямой мало по сравнению с ошибкой при определении высоты, дальность по прямой и радиодальность предполагаются идентичными геометрической дальности [62]. Максимальная ошибка в

определении дальности минус истинное значение этой величины), встречающаяся на практике, составляет примерно 200 м [16].

В монографиях [96, 62] рассмотрено влияние тропосферы на кажущееся увеличение дальности.

Поправка на запаздывание радиоволн в тропосфере для средних широт при г0 = 0 равна 2.3-2.4 м зимой и 2.4-2.5 в летний период [96]. Такие же оценки получены в [16].Очевидно, что летом большие значения достигаются за счет увеличения влагосодержания атмосферы. При больших зенитных углах АЦ имеет существенное значение. При высокоточных геодезических

измерениях координат требуется определение АХ, с большей точностью. В работах [14, 16, 33] проведён детальный анализ тропосферной поправки АЦ . В [33] дан алгоритм оценки тропосферной задержки радиоволн по сигналам

Главный вклад в ошибку определения АЦ вносит неопределённость вертикального распределения влажности е{К). Цитируя работу [96], рассмотрим влияние влажности на АЦ:

Здесь а,,а2, согласно (1.2) постоянные коэффициенты. Из (1.12) следует, что АЦ состоит из 2-х слагаемых: соответствующих атмосфере при отсутствии влажности АЦ (первый член), и обусловленной влажностью атмосферы, АЬ2 (второй член). Первая составляющая АЦ дает основной вклад АЦ для г0 = 0° она имеет значение 2.25 - 2.35 м [96]. Составляющая

АЦ может быть определена по приповерхностным значениям Р(),'Ц с

ошибкой около 2 см [16, 96]. Основная неопределённость поправки АЦ

-25 -

ГНСС.

А11 = Д£, + А12 = соб 1 г0 еТ V/?

о

>41.12)

Чо о

о

обусловлена изменчивостью влажности атмосферы. Составляющая AL, при z0 = 0° зимой в средних широтах равна 3-5 см, а летом она изменяется в пределах 11-23 см. Показано, что AL, пропорционально интегральному влагосодержанию атмосферы Q. В литературе даются разные представления связи AL2h Q. Различие состоит в том, что для точного учёта вклада влажности AL, можно использовать радиометрический метод определения q. В работах [38, 18, 33, 37] показана эффективность определения q путём регистрации сигналов навигационных спутников GPS.

Обратимся далее к анализу влияния ионосферы на AL ^ следуя работе

Используя формулу (1.3), получено приближённое выражение для ионосферной поправки к фазовому или групповому пути, отличающееся лишь знаком:

есть интегральная концентрация для вертикального луча, а гт - угол радиотрассы. АЦ пропорциональна интегральной электронной концентрации и убывает с увеличением частоты как /~2. В [14] определения /л были осуществлены путём приема сигналов спутников. Измерения, осуществлённые в период низкой солнечной активности, показали, что интегральная электронная концентрация имеет выраженную суточную зависимость. В монографии [96] на основе обзора ряда работ

[96].

( 1-13)

где

н

(1.14)

проанализированы различные условия и показано, что для радиоволн при вертикальном распространении суточные вариации величины АЦ достигают десятков и даже сотен метров. Интегральная электронная концентрация зависит также от широты места [76,96].

В идеале все оценки ошибок спутниковых измерений требуют знания коэффициента преломления радиоволн вдоль трассы или, в крайнем случае, высотных зависимостей. Таким образом, погрешность определения расстояния до спутника и рефракционного отклонения будет зависеть от погрешности определения метеорологических параметров и электронной концентрации, с оговоркой на сферически симметричную атмосферу, высоту и неучтенные локальные неоднородности.

При космической радиосвязи зенитный угол трассы постоянно меняется во времени, что связано как с движением ИСЗ, так и с движением приёмных устройств в некоторых случаях. Для анализа степени неоднородности разных участков радиотрассы в ряде работ использовался сп(И) - так называемый структурный параметр флуктуаций коэффициента преломления. Авторы работ [39, 38] исследовали зависимость сп(И) и отмечали изменчивость высотного профиля этого параметра. Из этих работ следует, что тропосфера статистически неоднородна до высоты десяти километров, что связано с наибольшей плотностью и зависимостью от метеоусловий. Неадекватность используемых моделей атмосферы её текущему состоянию ухудшает оценки степени искажения характеристик электромагнитных волн. При теоретических исследованиях влияния атмосферы на флуктуации параметров радиоволн пользуются статистической моделью турбулентных неоднородностей атмосферы и обычно полагают, что турбулентность в атмосфере изотропна. Однако приближение изотропии справедливо лишь для неоднородностей атмосферы с размерами менее десятка метров. Необходимо учитывать влияние анизотропных

- 27 -

неоднородностей больших размеров, в том числе мезомасштабных [20, 41, 79]. Однако, зависимость вариаций коэффициента преломления от вариаций метеопараметров становится значимой уже в области метровых волн. Таким образом, в зависимости от диапазона необходимо рассматривать различные параметры атмосферы, влияющие на распространение радиоволн.

Все сложные явления рефракции в тропосфере происходят за счёт незначительного изменения коэффициента преломления в четвёртом и пятом знаке после единицы. При этом он очень часто меняется в пространстве не монотонно. В зависимости от метеорологических условий параметры: температура, давление и относительная влажность в нижней части тропосферы - могут весьма сложным образом меняться в пространстве и во времени. Это, в свою очередь, приводит к сложному характеру изменений индекса рефракции, а, следовательно, и к различным видам рефракции.

Обзоры работ, посвящённые экспериментальным исследованиям тропосферных флуктуаций коэффициента преломления радиоволн на космических трассах, даны в [62, 95]. Из экспериментов следует, что значения параметров с„(7г), найденного в метровом диапазоне, систематически выше, чем в дециметровом и миллиметровом. Это связано с зависимостью коротковолновой части дециметрового диапазона от ионосферных флуктуаций [7].

Рассмотрим далее экспериментальные исследования тропосферной рефракции радиоволн. В работе [56] описаны результаты измерений угла рефракции, полученные с помощью астрономических источников излучения. Автор работы [96] привёл в обзоре тщательные измерения тропосферной рефракции радиоволн при больших зенитных углах для разных метеоусловий. В работе приведена зависимость угла тропосферной рефракции от приповерхностного значения приведённого индекса

рефракции дециметровых радиоволн преломления Ы0 для зенитного угла г0,

равного 82 градусам. По данным этого эксперимента равно 470 сек для /У0-3.29 • I (г4. Приближенное соотношение

О-15)

даёт значение 480 сек, а рассчитанное значение для данных параметров -460 сек. Из этого примера видно, что последнее соотношение даёт довольно высокую точность даже при больших углах, однако ошибка определения угла рефракции, как видно из последнего примера, имеет величину порядка 4,2%, что, в свою очередь, сказывается на ошибке определения дальности.

Если в соответствии с (1.2) и (1.6) определять с учетом приземных значений температуры, давления и влажности, то можно получить более точные значения угла рефракции. При этом, естественно, не учитываются вариации угла связанные с влиянием турбулентных неоднородностей коэффициента преломления. Неконтролируемые вариации угла рефракции, остающиеся после введения поправки на величину Ы0 невелики. Измерения вариаций углов прихода дециметровых радиоволн, излучаемых спутником, показали, что флуктуации угла сильно изменяются в разные дни. Летом

они в несколько раз выше, чем зимой.

Все исследователи, обзоры работ которых приведены в [62,96], свидетельствуют о том, что среда распространения радиоволн вносит значительное влияние на сигналы при космической радиосвязи, и радиоволны приходят в точку приёма с определённой информацией о состоянии трассы. Таким образом, радиосигналы с ИСЗ - источник сведений о процессах, происходящих в атмосфере Земли.

1.3 Исследование атмосферы радиометодами

Зондирование атмосферы - это определение вертикального или

горизонтального распределения температуры, влажности, давления, ветра и

-29-

других физических параметров атмосферы. Современные системы мониторинга должны иметь такие качества как надежность, простота и экономичность эксплуатации при высоком временном и пространственном разрешении.

Наибольшее значение имеет вертикальное зондирование атмосферы. Методов вертикального зондирования существует много: зондирование с помощью радиозондов, оптическое - лучом лазера, акустическое (звуком), радиолокационное, ракетное и др. [68, 63, 65]. При акустическом зондировании определяется распределением температуры и ветра по измерениям времени и направлениям прихода звуковых волн, отраженных от температурных неоднородностей.

Наиболее распространён метод вертикального зондирования атмосферы с помощью радиозондов - миниатюрных метеостанций, поднимаемых до высоты 30-40 км шарами, наполненными водородом или гелием. Температура измеряется - термисторами (реже биметаллическими деформационными термометрами), давление мембранными манометрами, влажность - плёночными или электрохимическими гигрометрами. Радиозонд непрерывно передаёт по радио результаты измерений, регистрируемые в пункте выпуска. Скорость и направление ветра в слое, через который поднимается радиозонд, определяются с помощью радиолокаторов, ведущих непрерывное определение пространственных координат прибора. Выпуски радиозондов производятся ежедневно несколько раз в сутки в строго определенное время. Результаты зондирования, проводимого более чем в 800 пунктах радиозондирования в разных географических районах, являются основными исходными материалами для составления прогноза погоды. Для научно-исследовательских целей наряду с массовыми радиозондами периодически поднимаются специальные радиозонды, измеряющие состав атмосферы, радиационные потоки и т.д. Однако, сейчас явно недостаточно

экспериментальных исследований изменчивости атмосферы, и, соответственно, ее влияния на распространение радиоволн. Аэрологические эксперименты проводятся раз или два раза в сутки, что не дает статистически надежных результатов.

На больших высотах (до 100 км и выше) зондирование атмосферы проводится метеорологическими ракетами, в головной части которых помещаются приборы, опускающиеся на парашюте после достижения максимальной высоты. Измеряются плотность, температура, ветер, а при научно-исследовательских пусках - также и состав воздуха, интенсивность и спектр солнечной радиации и т.д. Часть измерений производится при подъёме ракеты, а часть - при спуске приборов на парашюте. Результаты измерений передаются по радио и обрабатываются на компьютерах. Температура определяется электротермометрами или по данным о плотности воздуха, на высотах, больших 80-90 км, она может вычисляться по скорости диффузии искусственных облаков, выпускаемых с ракеты. Для измерения ветра пользуются радиолокационным прослеживанием либо дрейфа головной части ракеты при её опускании на парашюте, либо облаков из искусственных отражателей [68].

Поскольку станции радиозондового и ракетного зондирования атмосферы дают лишь 20% метеорологической информации, необходимой для прогноза погоды, оставляя почти неосвещенными обширные океанические, приполярные й горные районы, важнейшую роль играет зондирование атмосферы с помощью искусственных метеорологических спутников Земли, дающих возможность сбора метеорологической информации над всеми районами земного шара [63, 65]. Ветер в свободной атмосфере определяют, анализируя данные о виде облаков и их дрейфе, получаемые с помощью фотографий, сделанных со спутников в дневном или инфракрасном свете. Вертикальный профиль температуры можно рассчитать

по результатам измерений ; спектрального распределения уходящего теплового излучения системы Земля - атмосфера, поскольку его интенсивность зависит от температуры вполне определенным образом. Измерения ведутся на узких участках спектра, соответствующих полосам поглощения газов, чьи вертикальные распределения в атмосфере стабильны и хорошо изучены. Для этого пользуются полосами поглощения в диапазонах 4,3, 15 мкм и 5 мм. Вертикальные профили водяного пара, озона и др. переменных частей газового состава атмосферы при известном распределении температуры могут быть рассчитаны по данным измерений уходящего излучения в полосах поглощения этих газов. Разрабатываются методы зондирования атмосферы с помощью лазеров, а также радиоволн различной длины. Горизонтальное зондирование проводится эпизодически в научно-исследовательских целях или для разведки погоды доплеровскими радарами некогерентного рассеяния. Приборы поднимаются на автоматических аэростатах, дрейфующих длительное время на заданных высотах и автоматически передающих по радио результаты измерений. Горизонтальное зондирование атмосферы производится также на самолётах, оборудованных бортовой самопишущей аппаратурой, во время полёта иногда производится также аэрофотосъёмка облаков.

Для многих задач спутникового радиозондирования атмосферы и земной поверхности представляет интерес всестороннее исследование возмущения, которое оказывает неоднородная структура реальной атмосферы на распространение радиоволн по различным трассам [63, 65]. В настоящее время достаточно хорошо известно влияние неоднородностей турбулентных масштабов, некоторые работы подтверждают влияние крупномасштабных неоднородностей на радиоизмерения [51, 56, 62].

Однако зондирование приземного слоя с космических аппаратов, ракетные и аэрологические данные не позволяют с высоким временным

разрешением проводить мониторинг атмосферы с учетом протекания внутрисуточных термодинамических процессов.

Наиболее перспективным направлением мониторинга неоднородной структуры тропосферы является использование сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС). В США, Японии, Западной Европе достаточно много исследований посвящено измерениям вариаций трехмерных полей содержания водяного пара в тропосфере с помощью сетей наземных приемников GPS - [2, 4, 15, 17, 29, 35, 36] и др. Приемники GPS используют для изучения концентрации водяного пара, как в глобальном, так и региональных масштабах. В 1999 году в США была построена сеть из 25 автоматических станций на площади около 100 км2. Эти станции состояли из одночастотных GPS приемников для сбора данных, компьютера для предварительной обработки, радиомодема для передачи в научный центр. Эта система была построена для трехмерной томографии водяного пара [36]. Этот опыт показал, что сигналы ГНСС возможно использовать для исследования атмосферных процессов. В США объединение университетов при поддержке государства создало сеть Suomi Net, покрывающую большую часть континентальных штатов, которая позволяет получать данные о состоянии ионосферы и тропосферной влажности в реальном времени [36].

Показано, что данные приемников GPS - инструмент исследования тропосферы с большим временным (до 20 минут) и хорошим пространственным (до 10 км) разрешением [3, 5]. Развита методика томографии влагосодержания в атмосфере [7, 9, 12, 13, 34]. Данные GPS -мониторинга имеют хорошую перспективу усвоения в численных моделях прогноза погоды [1,6, 11].

В России ГНСС используются для томографии ионосферы или стратосферы [31, 60, 64], но практически не используются для исследования тропосферы.

Можно отметить радиозатменный метод мониторинга стратосферы и ионосферы. С его помощью можно определить наличие атмосферы и ионосферы у планеты, химический состав атмосферы, ее плотность, температуру, наличие турбулентности. Радиозатменный метод основан на следующих эффектах. Низкоорбитальный спутник измеряет амплитуды и фазы сигналов спутниковых навигационных систем. Если космический аппарат заходит за планету ш затем выходит из-за нее, то лучевая линия «спутник-спутник» «сканирует» вертикальную структуру атмосферы. Под влиянием атмосферы планеты происходят изменения амплитуды и фазы радиоволн. Эти эффекты регистрируются и дают информацию об атмосфере и ионосфере в конкретных районах планеты [31,60,70]. В работе [60] проанализирована возможность мониторинга флуктуации плотности или температуры в стратосфере по данным радиозатменных измерений амплитуды сигнала на трассах «спутник—спутник», показано, что основной вклад во флуктуации амплитуды радиоволн в стратосфере вносят анизотропные неоднородности, соответствующие модели насыщенных внутренних гравитационных волн.

В теории различают прямую и обратную задачи радиопросвечивания. Прямая задача предполагает, что задана модель атмосферы, и нужно найти для данной траектории аппарата, изменение амплитуды, частоты и фазы радиоволны. Для экспериментальных исследований атмосфер планет важен анализ обратной задачи, то есть по полученным в результате исследований данным требуется определить параметры атмосферы. Радиозатменным методом были исследованы атмосферы и ионосферы всех планет Солнечной системы, кроме Плутона, а1 также атмосфера и ионосфера Титана, крупнейшего спутника Сатурна, изучена плазма вблизи Луны, Ио и кометы Галлея, кольца Сатурна и' Урана. Была также показана высокая

эффективность этого метода для глобального мониторинга атмосферы и ионосферы Земли [70].

К числу работ, посвященных методическим вопросам зондирования тропосферы по наземным измерениям сигналов ГНСС, можно отнести [93, 94]. Можно считать, что теоретические вопросы наземного мониторинга рассмотрены достаточно полно. Несмотря на то, что в России работают службы, регулярно осуществляющие мониторинг воздушного бассейна, как с помощью наземных станций, так и с помощью спутникового зондирования, большие территории часто не охвачены регулярными наблюдениями. Наземные эксперименты часто проводятся эпизодично, что не дает статистически надежных результатов. Зондирование приземного слоя с космических аппаратов и аэрологические данные не позволяют с высоким временным разрешением проводить мониторинг атмосферы с учетом протекания внутрисуточных процессов.

1.4 Выводы

В главе дан анализ работ, посвященных рефракции радиоволн в атмосфере. Рассмотрены факторы, определяющие рефракцию радиоволн дециметрового диапазона в тропосфере. Ввиду того, что метеопараметры вносят вклад в рефракцию радиоволн дециметрового диапазона, сигналы спутниковых навигационных систем - достаточно удобное средство для исследования приземного слоя атмосферы.

В ходе обзора литературы и исследования настоящей ситуации установлено, что наиболее перспективным способом исследования атмосферы является использование сигналов глобальных спутниковых навигационных систем (ГНСС). В существующей ситуации желательна постановка специального эксперимента для проведения длительных

измерений на сети станций радиомониторинга, на которых бы производились синхронные измерения радиосигналов для детального изучения закономерностей пространственно-временной структуры индекса рефракции радиоволн, связанных с атмосферными процессами.

На основании вышесказанного можно поставить следующие задачи:

1. Построить эмпирические модели поведения индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере и оценить его влияние на спутниковые радиоизмерения.

2. Провести эксперимент радиозондирования атмосферы с помощью сети приемников глобального позиционирования, реализовать методику рефрактометрической оценки вертикальной структуры индекса рефракции дециметровых радиоволн по измерениям сети приемников ГНСС и провести сравнение результатов с независимыми данными.

3. Выявить и проанализировать полученные закономерности высотно-временных вариаций индекса рефракции дециметровых радиоволн в тропосфере.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Васильев, Алексей Анатольевич

4.4 Выводы

В главе приведены экспериментальные результаты исследования временных вариаций профилей индекса рефракции в тропосфере, полученные по длительному циклу радиозондирования сетью приемников ГНСС в г. Казани. Показана их временная изменчивость.

Экспериментально по независимым данным проверена динамика полученного суточного хода индекса рефракции на различных высотных уровнях.

Проведено сопоставление синоптических вариаций профилей индекса рефракции, построенных с помощью радиозондовых данных и по данным сети приемников ГНСС. Показано, что эти профили имеют малую среднеквадратическую ошибку (около 2%) относительно восстановленных профилей индекса рефракции посредством радиоизмерений сети станций ГНСС.

Таким образом, показано, что дистанционное зондирование тропосферы по сигналам ГНСС ГЛОНАСС и GPS, проведенное сетью приемников в г. Казани позволяют исследовать высотные профили индекса рефракции, их сезонную, синоптическую, суточную и внутрисуточную динамику. Показано, что структура индекса рефракции обнаруживает как межсуточные вариации, так и мезомасштабную временную изменчивость.

Заключение

В работе получены следующие результаты.

1. Построены эмпирические модели высотных профилей индекса рефракции радиоволн в тропосфере для региона г. Казани. Установлено, что сезоны, имеющие наибольшие вариации - это осень и весна, ввиду нестабильности метеопараметров. Вариации индекса рефракции в приземном слое атмосферы в эти сезоны достигают до 40 N-ед, тогда как зимой не более 25 N-единиц, летом - до 35 единиц. Полученные модели использованы в качестве начальных приближений при решении задач дистанционного радиозондирования.

2. Проведен длительный (с 2007 по 2010 гг.) эксперимент по измерению характеристик радиосигналов спутников ГЛОНАСС и GPS сетью наземных приемников. Реализована методика рефрактометрического определения вертикальной структуры индекса рефракции радиоволн по измерениям сети приемников ГНСС. Путем сравнения с независимыми данными реанализа и радиозондирования показано, что сеть приемников достоверно отражает среднюю вертикальную структуру тропосферы. Относительная ошибка для высот до 2 км составляет менее 2 %.

3. Исследованы сезонные, внутрисуточные, суточные и межсуточные вариации высотных профилей индекса рефракции дециметровых радиоволн на большом массиве радиоизмерений приемниками спутниковых навигационных систем. Сделаны оценки вклада в общую дисперсию индекса рефракции атмосферных процессов различного масштаба. Показано, что амплитуда сезонных вариаций преобладает, хотя их вклад в дисперсию составляет 18%. Вторыми по интенсивности являются суточные вариации. Синоптические вариации

- 89 слабо преобладают над внутрисуточными, но именно они дают наибольшую изменчивость индекса рефракции, их вклад в дисперсию составляет 46,1 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Васильев, Алексей Анатольевич, 2011 год

Список литературы

1. Barker, D.M. A Three-Dimensional (3DVAR) Data Assimilation System For Use With MM5: Implementation and Initial Results [Text] / D.M. Barker, W. Huang, Y.R. Guo, Q.N. Xiao // Mon. Wea. Rev. - 2004. - V. 132.-P. 897-914.

2. Basili, P. Experimental campaign for the assessment of atmospheric water vapour retrieval by means of a GPS network [Text] / P. Basili, S. Bonafoni, R. Fe Ira, P. Ciotti, E. Fionda, R Ambrosini // IEEE. Proc. Microw. Antennas Propag. - 2000. - V. 147. - No. 1. - P. 3078-3080.

3. Bastin, S. On the use of GPS tomography to investigate water vapour variability during a Mistral/sea breeze event in southeastern France [Text] / S. Bastin, C. Champollion, O. Bock, P. Drobinski, F. Masson / Geophys. Res. Lett. - 2005. -V. 32. - L05 808. - doi:10.1029/2004GL021907.

4. Bender, M. Preconditions to ground based GPS water vapour tomography [Text] / M. Bender, A. Raabe // Ann. Geophys. - 2007. - V. 25. - P. 17271734.

5. Bevis, M. GPS meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning System [Text] / M. Bevis, S. Businger, Т.A. Herring [etal].//J. Geophys. Res.- 1992,-V.97, N D14.-P. 15787-15801.

6. Boniface, К Impact of high-resolution data assimilation of GPS zenith delay on Mediterranean heavy rainfall forecasting [Text] / K. Boniface, V. Ducrocq, G. Jaubert [at al.] // Ann. Geophys.- 2009,- V. 27,- P. 2739-2753.

7. Crane, R.K. Spectra of ionospheric scincilation [Text] / R.K. Crane //J. Geophys.Res. 1976 У.8ШЗ.Р.2041

8. Davies, O.T. Application of GPS phase delay measurements in radio science and atmospheric studies [Text] / O.T. Davies, C.N. Mitchell, P.S.J [at al.] // IEEE Proc. Microw. Antennas Propag. - 2004. - V. 151. - N 1. - P. 1-6.

9. Davies, O.T. Retrieval of the horizontal and vertical refractivity fields using GPS [Text] / O.T Davies, C.N. Mitchell, P.S.J. Spencer' at al. // Proc. of

11th International Conference on Antennas and Propagation. - 2001. - No. 480. - P.288-292.

10.DOC/NOAA/NWS/NCEP, 2000: NCEP Global Tropospheric Analyses, lxl, daily 1999Sepl5-present, updated daily. Published by the CISL Data Support Section at the National Center for Atmospheric Research, Boulder, CO (ds083.2) [Electronic resource]. - http://dss.ucar.edu/datasets/ds083-2/

1 l.Faccani, C. Impact of a high density GPS network on the operational forecast [Text] / C. Faccani, C. Ferretti, R. Pacione [at al.] // Advances in Geosciences.- 2005,- V. 2.- P. 73-79.

12.Flores, A. 4D tropospheric tomography using GPS slant wet delays [Text] / A. Flores, G. Ruffini, A. Rius // Ann. Geophys. - 2000. - V. 18. No. 2. - P. 223-234.

13.Flores, A. Sensing atmospheric structure: Tropospheric tomographic results of the small-scale GPS campaign at the Onsala Space Observatory [Text] / A. Flores, L.P. Gradinarsky, P. Elrosegui, G. Elgered, J.L. Davis, A. Riusio // Earth Planets Space. -2000. - V. 52. No. 11. - P. 941-945.

14.Guochang X.: GPS. Theory, Algorithms and Applications, 2nd ed., [Text] / Berlin, Springer, 2007 - 340 p.

15.Ho, S.P Improvement of the temperature and moisture retrievals in the lower troposphere using AIRS and GPS radio occultation measurements [Text] / Ho S.P., Kuo Y.H. and Sokolovskiy S.V. // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology.- 2007.-V.24,N 10,- P. 1726-1739.

lö.Hofmann-Wellenhof, B. Global Positioning System. Theory and Practice [Text] / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins New York: Springer.- 2001.-356 p.

17.Jarlemark, P.O. Remote Sensing and Characterizations of Temporal and Spatial Variations in the Wet Refractivity and the Wet Delay [Text] / P.O. Jarlemark, G. Elgered, J.M. Johansson // IEEE Proc. Microw. Antennas Propag. - 1999.-P. 2129-2131.

18.Khoutorova, O.G. The altitude seasonal variations of atmospheric parameters at heights 0-5000 m [Text] / Khoutorova O.G., Shlychkov A.P. // Enviromental radioecology and applied ecology. 2004. Vol.10. № 1. P. 1821.

19.Khoutorova, O.G. Real-time lower- tropospheric data system based on global position system stations [Text] / O.G. Khutorova, A.A. Vasilyev, A.G. Maksimov //Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2007.- V.13, №1,- P 1519.

20.Khutorova, O.G. Waves in air impurities and their influence on atmospheric optical properties [Text] / O.G. Khoutorova, D.N. Douryagin, A.A. Vasilyev, G.E. Korchagin // Atmospheric Environment. - 2001. - V. 35. -P. 5131-5134.

21.Khutorova, O.G. Investigations of space temporal structure for atmospheric inhomogenities over Tatarstan [Text] / O.G. Khutorova, G.M.Teptin, A.A.Vasiliyev [at al.] // Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2007.- V.13, N3,-P 20 -24.

22.Khutorova, O.G. Real-time lower- tropospheric data system based on global position system stations [Text] / O.G. Khutorova, A.A. Vasilyev, A.G. Maksimov // Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2007,- V.13, N1.- P 2127.

23.Khutorova, O.G. Some result of investigations of local by the net of seven GPS-GEONASS receivers [Text] / O.G. Khutorova, G.M. Teptin, A.A.Vasiliyev [at al.] // Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2008,- V.14, N1 .P 17 -22.

24.Kistler, R. The NCEP-NCAR 50-Year Reanalysis: Monthly Means CD-ROM and Documentation [Text] / R. Kistler, E. Kalnay, W. Collins [at al.] // Bull. Amer. Meteor. Soc. - 1999. - V. 82. - P. 247-267.

25.Klobuchar, J.A. Comparative range delay and variability of the earth's troposphere and the ionosphere [Text] / J.A. Klobuchar, J.M. Kunches // GPS Solutions. - 2003. - V. 7. - No. 1. - P. 55-58.

26.Lawrence, R.S. On the distribution of turbulent fluctuations of refractive index ib the atmosphere [Text] / Lawrence R.S. //URSI commission F. Comptes rendus proceedings. 1977.P.415

27.Naval Research Laboratory. Upper Atmospheric Physics Branch [Electronic resource] .- http://uap-www.nrl.navy.mil/research/nrl-review/2003/atmospheric-science/picone/

28.NCEP/NCAR Reanalysis. Model Description [Electronic resource]. -http://dss.ucar.edu/pub/reanalysis/rean_model.html

29.Nilsson, T. Water Vapor Tomography Using GPS Phase Observations: Simulation Results [Text] / T. Nilsson, L. Gradinarsk // IEEE transactions on geoscience and remote sensing. - 2006. - V. 44. - No. 10. - P. 2927- 2941.

30.Paul R., Remondi B.: The National Geodetic Survey Standard GPS Format SP3, NGS NOAA, 2006,

http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/sp3_docu.txt

31.Pavelyev, A.G. Radio holographic methods for atmospheric, ionospheric and stratospheric waves [Text] / A.G. Pavelyev, J. Wickert, T. Schmidt, [at al.] // Geo Forschungs Zentrum (GFZ), Potsdam, 2004. Scientific Technical Report STR04/18. - 94 p.

32.Rocken, C. Improved mapping of tropospheric delays [Text] / C. Rocken, S. Sokolovskiy, J. Johnson, D. Hunt // J. Atmos. Oceanic Technol. - 2001. -Jul. 01. - P. 1205-1213.

33.Schuler, Т. On ground-based GPS tropospheric delay estimation [Text] 11 Ph.D.Thesis. - University of München, 2001. - 364 p.

34.Troller, M. Tomographic determination of the spatial distribution of water vapor using GPS observations [Text] /М. Troller, A. Geiger, E. Brockmann et al. // Advances in Space Research. - 2006. - V. 37. - Iss. 12. - P. 2211— 2217.

35.Valeo, C. Estimating snow evaporation with GPS derived precipitable water vapour [Text] / C. Valeo, S.H. Skone, C.L.I. Ho, S.K.M. Poon, S.M. Shrestha//Journal of Hydrology. - 2005. - V. 307.-Iss. 1-4.-P. 196-203.

36.Ware, R.H. Real-time national GPS networks for atmospheric sensing [Text] / R.H. Ware, D.W. Fulker, S.A. Stein at al. // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2001. - V. 63.-No. 12. - P. 131 5-1330.

37.Азизов, A.A Использование сигналов навигационных ИСЗ для определения параметров атмосферы [Текст] / A.A. Азизов, К.FI. Гайкович, С.С. Кашкаров [и др.] // Изв. ВУЗов. Радиофизика.- 1998.-Т.41, № 9. С.1116-1125.

38.Андрианов, В.А. О влиянии атмосферы и ионосферы на точность современных навигационных и геодезических спутниковых измерений [Текст] / В.А. Андрианов, H.A. Арманд // XV Всесоюзная конференция по распространению радиоволн Алма-Ата 1997г.- стр. 446.

39.Андриенко, Ю.А. Дисперсионные характеристики тропосферной линии связи в миллиметровом диапазоне волн [Текст] / Ю.А. Андриенко, Ю.М. Галаев [и др.] // Тез. докл. XV Всесоюзной конф. «Распространение радиоволн» Алма-Ата, 1987 - С. 267.

40.Арманд, H.A. Распространение радиоволн в анизотропной турбулентной атмосфере [Текст] / H.A. Арманд, И.Н. Кибардина, A.A. Ломакин // Электромагнитные волны в атмосфере и космическом пространстве. М.: Наука,- 1986,- С. 5-15.

41.Арсеньян, Т.И. Статистические характеристики тропосферных неоднородностей, получаемые при измерениях флуктуаций электромагнитной волны на наклонной трассе [Текст] / Т.И. Арсеньян, A.A. Семенов // Электромагнитные волны в атмосфере и космическом пространстве. M.: Наука.- 1986.- С. 200-208.

42.Батуева, Е.В. Рефракционные свойства тропосферы дальневосточных районов России [Текст] / Е.В. Батуева, Д.Д. Дарижапов //Новосибирск: Изд-во COPAR- 1999,- 141с.

43.Бин, Б.Р. Радиометеорология [Текст] / Бии Б.Р., Даттон Е.Дж..- Л.: Гидрометеоиздат, 1971.- 362 с.

44.Васильев, A.A. Использование глобальной навигационной системы для исследования вертикальной структуры пограничного слоя атмосферы [Текст] / A.A. Васильев, O.P. Хуторова // Тез. XVI Рабочей группы "Аэрозоли Сибири",- Томск.- 2009.- С.30-31.

45.Васильев, A.A. Исследование вертикальной структуры коэффициента преломления радиоволн в приземном слое с помощью сети приемников спутниковых систем навигации [Текст] / A.A. Васильев, О.Г. Хуторова // Тез. международного симпозиума "Атмосферная Радиация и Динамика ".- С.Пб.- 2011.-С.57

46.Васильев, A.A. Оценка высотной структуры пограничного слоя атмосферы в системе мониторинга окружающей среды [Текст] / A.A. Васильев, О.Г. Хуторова //Журнал экологии и промышленной безопасности 2009.-№ 5,- С.30-33.

47.Васильев, A.A. Рефрактометрический метод исследования профилей индекса рефракции радиоволн по данным сети приемников систем позиционирования [Электронный ресурс] // Труды II Волжской региональной молодежной научной конференции.- Зеленодольск: 2009 .- 1 CD-ROM

48.Васильев, A.A. Рефрактометрический метод исследования профилей индекса рефракции радиоволн по данным сети приемников систем позиционирования [Текст] / А.А.Васильев [Электронный ресурс] // Труды II Волжской региональной молодежной научной конференции.-Зеленодольск.- 2009 .- 1 CD-ROM

49.Васильев, A.A. Решение задачи восстановления вертикальной и горизонтальной структуры метеопараметров по радиосигналам спутниковых навигационных систем [Текст] / A.A. Васильев, В.Е. Хуторов // Труды Всероссийской научной конференции «Изменяющаяся окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований». Казань.- 2009,- т.2.-С.42-45.

50.Васильев, A.A. Решение обратной задачи восстановления коэффициента преломления в приземном слое с помощью сети приемников спутниковых систем навигации [Текст] / A.A. Васильев, О.Г. Хуторова // Сборник докладов XXIII всероссийской конференции «Распространение радиоволн», Изд-во МарГТУ.- Йошкар-Ола.- 2011.-том II,- С.23-25.

51.Воронцов, A.M. Моделирование протяженных фазовых экранов в задачах распространения оптического излучения в атмосфере [Текст] / A.M. Воронцов, Парамонов П.В. // Известия вузов. Радиофизика. 2006. Т. 49. № 1.С. 21-34.

52.Гаврилов, Н.М. Глобальная структура мезомасштабной изменчивости атмосферы по спутниковым измерениям рефракции радиоволн [Текст] / Н.М. Гаврилов, Н.В. Карпова // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2004. - Т. 40. - № 6. - С. 747-758.

53.Гайкович, К.П. Наземная доплеровская радиочастотная рефрактометрия атмосферы [Текст] / К.П. Гайкович // Изв. вузов.

Радиофизика. -1992.- Т.35, № 3-4. С,- 211-219.

54.Гайкович, К.П. Определение атмосферной рефракции при измерениях с различными трассами луча [Текст] / К.П. Гайкович, М.Б. Черняева // Изв. Вузов. Радиофизика. - 2000. - Т. 53. - № 4. - С. 304-309.

55.Голицын, Г.С. Динамика природных явлений [Текст] / Г.С. Голицын.// М,- ФИЗМАТЛИТ,- 2004. - 344 с.

56.Гурвич, A.C. Спектры сильных мерцаний за фазовым экраном с крупномасштабными анизотропными неоднородностями [Текст] / A.C. Гурвич, В.В. Воробьев, Д.А. Маракасов, О.В. Федорова // Известия вузов. Радиофизика. 2007.Т.50, .№9. С.747-765.

57.Данные из архива погодных условий [Электронный ресурс]// URT: http://meteo .infospace.ru

58.3инин, Д.П. Моделирование динамики поля коэффициента преломления радиоволн дециметрового диапазона в нижнем слое атмосферы [Текст] / Д.П. Зинин, Г.М. Тептин, О.Г. Хуторова, А.П. Шлычков // Доклады Академии Наук,- 2007. -Т. 416,- № 1,- С.- 112-114.

59.Казаков, Л .Я. Неоднородности коэффициента преломления воздуха в тропосфере [Текст] / Л.Я. Казаков, А.Н. Ломакин // М.- Наука.- 1976.165 с.

60.Кан, В. Структура неоднородностей стратосферы по данным радиопросвечивания на трассах спутник-спутник [Текст] / С.С. Матюгов, О. И. Яковлев, В. Кан //Изв. вузов. -Радиофизика.- 2002,- Т,-55, №8,- С,- 651-656.

61.Кирьянов, Д.В. Вычислительная физика [Текст] / Д.В. Кирьянов, E.H. Кирьянова // М.- Полибук Мультимедиа.- 2006. - 352 с.

62.Колосов, М.А. Распространение радиоволн при космической связи [Текст] / Колосов М.А., Арманд H.A., Яковлев О.И.// М.- Связь,- 1969. - 155 с.

63.Кондратьев, К. Я. Термическое зондирование атмосферы со спутника [Текст] / К. Я. Кондратьев, Ю. М. Тимофеев // Л,- 1970.

64.Куницын, В.Е. Радиотомография ионосферы [Текст] / В.Е. Куницын, Е.Д. Терещенко, Е.С. Андреева // М.- Физматлит,- 2007. - 336 с.

65.Малышев, В.В. Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез, управление [Текст] / В.В. Малышев, М.Н. Красильщиков, В.Т. Бобронников, [и др] // М,- МАИ.-2000.- 568 с.

66.Манжиров, A.B. . Методы решения интегральных уравнений: Справочник. [Текст] / Манжиров A.B., Полянин А.Д.// М.-«Факториал»,- 1999.- 272 с.

67.Матвеев, Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы [Текст] / Л.Т. Матвеев // Л.- Гидрометеоиздат,- 1984 г. - 752 с.

68.Метеословарь [Электронный ресурс].- http://igras.ru/index.php

69.Нерушев, А.Ф. Определение характеристик атмосферных движений по данным многоволнового зондирования из космоса [Текст] / А.Ф. Нерушев, Е.К. Крамчанинова, В.И. Соловьев // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2007. - Т. 43. - № 4. - С. 47-56.

70.Павельев, А.Г. Спутниковый глобальный мониторинг атмосферы и ионосферы [Текст] / А.Г. Павельев, С.С. Матюгов, О.И. Яковлев // Радиотехника и электроника.- 2008. -Т. 53.- № 9. -С.- 1081-1093.

71.Rocken, С. Water Vapor Tomography with Low Cost GPS Receiver [Electronic resource] /С. Rocken, J. Braun, С. Meerten et al. -http://ateneophysicslabs.wordpress.com/2011/07/27/water-vapor-tomography-with-low-cost-gps-receivers/

72.Рыжкина,Т.Е. Исследование статистических и спектральных характеристик трансатмосферных радиосигналов УКВ-СВЧ диапазона [Текст] / Т.Е. Рыжкина, Л.В. Федорова // "Журнал Радиоэлектроники" N2.-2001

73.Татарский, В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере [Текст] / В.И. Татарский// М- Наука.- 1967 г.- 548 с.

74.Тептин, Г.М. Исследование влияния макротурбулентности на распространение радиоволн по измерениям сети приемных станций ГЛОНАСС - GPS [Текст] / Г.М. Тептин, О.Г. Хуторова, A.A. Васильев [и др.] // Ученые записки Казанского университета.-2010.-т. 152, Кн. 1 С. 23-32.

75.Тихонов, А.Н Методы решения некорректных задач [Текст] / А.Н. Тихонов , В .Я Арсении //М,- Наука.- Главная редакция физико-математической литературы,- 1979. -Изд.2-е

76.Фаткуллин, М.Н. Эмпирические модели среднеширотной ионосферы [Текст] / М.Н. Фаткуллин, Т.И. Зеленова, В.К. Козлов [и др.]//М.-Наука.- 1981

77.Хайндера, P.A. Наблюдение атмосферных турбулентностей на 5 ГГц [Текст] / P.A. Хайндера//Природа . -1970,-V225.P.-614

78.Хргиан,А.Х. Физика атмосферы [Текст] / Хргиан, А. X.// Л,-Гидрометеоиздат.-1969.- 646 с.

79.Хуторова,О.Г. Волновые процессы в приземной атмосфере по синхронным измерениям примесей и метеопараметров Казань [Текст] / О.Г. Хуторова//Инновационные технологии.- 2005.- 275 с.

80.Хуторова,О.Г. Трехлетний цикл мониторинга атмосферы над территорией г. Казани программно-аппаратным комплексом сети приемников спутниковых навигационных систем и численной мезомасштабной модели [Текст]/ О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин, A.A. Васильев, Д.П. Зинин [и др.]// Журнал экологии и промышленной безопасности.- 2010, -№ 4

81.Хуторова,О.Г. Пространственно-временная структура индекса рефракции радиоволн и погрешности измерения спутниковых

навигационных систем [Текст] / О.Г. Хуторова, А.П. Шлычков, A.A. Васильев [и др.] //Тезисы региональной научно-практической конференции "Геоинформационные системы. Тенденции, проблемы, решения". Казань.- 2007. -С.-42-43.

82.Хуторова, О.Г. Волновые возмущения локальных и синоптических масштабов по синхронным измерениям атмосферных примесей [Текст] / О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин // Доклады Академии наук. - 2005. - Т. 400.-№ 1.С. 110-112.

83.Хуторова, О.Г. Исследование мезомасштабных пространственно-временных вариаций тропосферы с помощью наземных наблюдений сигналов спутниковых навигационных систем [Текст] / О.Г. Хуторова, A.A. Васильев, A.M. Максимов [и др.] // Труды XXII всероссийской конференции «Распространение радиоволн».-Изд-во СевероКавказского научного центра высшей школы ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» Ростов,- 2008,- том III.-С.90-93.

84.Хуторова, О.Г. Исследование тропосферных неоднородностей сетью станций приемников спутниковых навигационных систем [Текст] / О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин, A.A. Васильев [и др.] // Тез. международного симпозиума "Атмосферная Радиация и Динамика ".- С.Пб.- 2009.-С.53

85.Хуторова, О.Г. Исследования неоднородной структуры примесей в приземном слое на основе данных экологического мониторинга в Республике Татарстан [Текст] / О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин, A.A. Васильев [и др.] // Тез. Всероссийской конференции "Развитие системы мониторинга состава атмосферы (РСМСА)" Москва.- октябрь 2007.-С.20.

86.Хуторова, О.Г. Методика мониторинга состояния атмосферы рт сетью станций спутниковых навигационных систем [Текст] / О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин, A.A. Васильев [и др.] // Материалы III научной

конференции «Промышленная экология и безопасность»,- Казань.-2008.- С.154-155

87.Хуторова, О.Г. Методика применения сети станций спутникового позиционирования для мониторинга состояния атмосферы РТ [Текст] / О.Г. Хуторова, А.П. Шлычков, A.A. Васильев, [и др.]//Журнал экологии и промышленной безопасности 2008,- № 3,- С.26-28.

88.Хуторова, О.Г. Мониторинг вариаций влагосодержания атмосферы по данным системы приемников ГЛОНАСС-GPS в г. Казани [Текст] / О.Г. Хуторова, Т.Р. Курбангалиев, A.A. Васильев//Сборник материалов конгресса «Чистая вода».- Казань,- 2010 .- С.319-321.

89.Хуторова,О.Г. О перспективах исследования неоднородной структуры тропосферы с помощью сети приемников GPS- ГЛОНАСС [Текст] / О.Г. Хуторова, A.A. Васильев, В.Е. Хуторов //Оптика атмосферы и океана,- 2010,- т,23, № 6.- С. 510-514.

90.Хуторова, О.Г. Пассивное зондирование структуры коэффициента преломления радиоволн в тропосфере сетыо приемников спутниковых навигационных систем в г.Казани [Текст] / О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин, A.A. Васильев [и др.] //Изв. Вузов. Радиофизика,- 2011,- т.54, №1,-С.1-8.

91 .Хуторова, О.Г. Трехлетний цикл мониторинга атмосферы над территорией г. Казани программно-аппаратным комплексом сети приемников спутниковых навигационных систем и численной мезомасштабной модели [Текст] / О.Г. Хуторова, Г.М. Тептин, A.A. Васильев [и др.] // Журнал экологии и промышленной безопасности.-2010,-№3 (47).- С. 96-97

92.Черный,Ф.Б. Распространение радиоволн [Текст] / Ф.Б. Черный // Изд. 2-е. М.-Советское радио,- 1972 Г.-464 с.

93.Чукин, B.B. Дистанционное зондирование водяного пара в атмосфере с помощью навигационных спутниковых систем. [Текст] / В.В. Чукин // 2008.

94. Чукин, В.В. Современные проблемы ДЗЗ из космоса [Текст] / В.В. Чукин // 2009,- Т.6.- №2. С. -244-249

95.Шабельников, A.B. Рефракция миллиметровых волн в трехмерно-неоднородной атмосфере на приземных и космических трассах под малыми углами места [Текст] / A.B. Шабельников // Электромагнитные волны в атмосфере и космическом пространстве.- М.-Наука, 1986.- С. -25-32.

96.Яковлев, О.И. Космическая радиофизика [Текст] / О.И. Яковлев// М.: Научная книга.- 1998. - 432 с.