ОСНОВНЫе НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

в области распространения радиоволн,

полученные научными организациями в 2008 году

 

1. Выполнен анализ флуктуации амплитуды сигналов космических аппаратов метрового, дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов, наблюдавшихся при радиозондировании околосолнечной плазмы. Установлено, что зависимости уровня амплитудных флуктуации от расстояния между Солнцем и радиолинией (прицельного расстояния радиолуча) описываются степенными функциями, показатель которых уменьшается по мере удаления от Солнца в соответствии с радиальными зависимостями характеристик турбулентности солнечного ветра (спектрального индекса пространственного спектра, внешнего масштаба, интенсивности неоднородностей плазмы). В области малых прицельных расстояний (4...10 солнечных радиусов R_S) показатель степенной функции имеет значение 1,84+0,13, на дистанциях между 20 и 70 R_S его величина равна 1,77+0,15, а на расстояниях более 100 радиусов Солнца значение показателя степенной функции уменьшается до 1,50+0,10. На основе анализа полученных экспериментальных данных разработана модифицированная модель турбулентности солнечного ветра, которая отличается от существующих моделей изменением внешнего масштаба турбулентности с радиальным расстоянием по закону, близкому к линейной зависимости (ФИРЭ РАН).

 

2. Развита методика проведения экспресс-анализа частотной зависимости энергетических спектров отраженных сигналов для выявления наличия эффектов подповерхностного отражения. На основе результатов численного моделирования показано, что наличие отражения от подповерхностных границ характеризуется появлением точек локального максимума в средней части разложения (от 4-5 до 100) частотной зависимости квадрата модуля спектра отраженного сигнала. Влияние шумов (в том числе ионосферы) проявляется в гармониках с номерами больше 100. Методика апробирована на радиолокационных данных измерений радара 'Марсис', установленного на борту космического аппарата 'Марс-Экспресс', предназначенного для исследования Марса (ФИРЭ РАН).

 

3. С целью повышения эффективности использования информации, полученной при реализации космических проектов научного назначения для развития науки, техники и образования разработано, подготовлено и утверждено РАН и Роскосмосом 'Положение о Единой информационной системе фундаментальных космических исследований', создание и функционирование которой возложено на ИКИ РАН и ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН (ФИРЭ, ИКИ РАН).

 

4. Разработан метод определения параметров спорадических Е₅-структур с использованием данных о вариациях амплитуды и фазы дециметровых радиоволн на трассах спутник-спутник. Метод позволяет определять характеристики и глобальное распределение E_s образований по всей поверхности Земли. Показано, что сильные Е₅-структуры в полярных областях возникают, в основном, вследствие воздействия ударных волн солнечного ветра и последующего 'высыпания' энергичных частиц в эту область. В экваториальных районах эти структуры не зависят от солнечной активности, они обусловлены, в основном, воздействием ветров. Показано, что разработанный метод позволяет определять высотный профиль электронной концентрации N_e(h) в экваториальных районах. В полярных районах удается находить только приращение интегральной электронной концентрации, обусловленное спорадическими структурами, а определение высотной зависимости электронной концентрации N_e(h) затруднено из-за сильного влияния горизонтальных градиентов. Определены признаки и характерные изменения амплитуды и фазы сигнала, свидетельствующие о присутствии в зондируемых районах спорадичес-ких ионосферных образований. Получены следующие характеристики E_s-структур:

- вероятности наблюдения Е₅-структур в экваториальной и полярной области;

- распределение положения верхней и нижней границы, толщины Е₅-слоев;

- высотные профили электронной концентрации и интегральной электронной концентрации в нижней ионосфере;

- наличие или отсутствие связи характеристик Е₅-слоев в разных районах Земли с солнечной активностью;

- карты глобального распределения E_S-образований (ФИРЭ РАН).

 

5. Показана возможность использования поляризационного эффекта рассеяния сплющенных падающих капель дождя для диагностики осадков из космоса при СВЧ-радиометрическом зондировании в миллиметровом диапазоне волн с высоким пространственным разрешением (меньше 1 км), которое может быть достигнуто с помощью интерферометра с синтезированной апертурой (ИРЭ РАН).

 

6. Разработано и введено в опытную эксплуатацию в НЦ ОМЗ ФГУП РНИИ КП программное обеспечение управления автоматическими средствами миграции данных между оперативным и долговременным архивами данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Разработан и создан Web-интерфейс для работы с оперативным и долговременным архивами космических данных ДЗЗ в НЦ ОМЗ, позволяющий в удобном для оператора виде просматривать и получать сведения о содержании архивов и общем количестве архивных данных. Созданный интерфейс является прототипом интерфейса для работы с архивными данными ЦОХКИ ИРЭ РАН с перспективных КА ДЗЗ, (ФИРЭ РАН).

 

7. Проведен анализ серии калибровочных измерений 2007-2008 годов в эксперименте по калибровке японского космического радара с синтезированной апертурой L-диапазона "PALSAR" с помощью параболических антенных рефлекторов полигона ОКБ МЭИ. Показана высокая временная стабильность калибровки радара PALSAR (лучше 0,5 dB). Разработана и опробована методика поляриметрической калибровки радара L-диапазона при использовании искусственных точечных целей на базе специальным образом модернизированных антенных рефлекторов полигона ОКБ МЭИ, (ФИРЭ РАН).

 

8. Проведена интерферометрическая обработка данных японского космического радара 'PALSAR', полученных в 2007 году, по ряду тестовых полигонов на территории России с целью изучения возможностей дифференциальной интерферометрии для выявления мелкомасштабной динамики почв из-за активности опасных карстовых и оползневых процессов на урбанизированных территориях. Обнаружено незначительное проседание (до 1 см) почвы протяженного участка склона на правом берегу Волги в районе города Ульяновска. Обнаружено понижение поверхности торфяников в районе города Дзержинска (более 5 см), вызванное, процессами высыхания почвы в течение лета 2007 года. Продемонстрирована возможность обнаружения динамики инфраструктуры газопроводов в районе Ямбурга, вызванная процессами таяния-замерзания верхнего слоя почв в зоне вечной мерзлоты (ФИРЭ РАН).

 

9. Выявлена важная роль крупномаштабной горизонтальной атмосферной циркуляции в пограничном слое атмосферы на формирование связи между интенсивностью собственного излучения системы 'океан-атмосфера' и тепловыми процессами на границе ее раздела (ФИРЭ РАН).

 

10. Изготовлен и поставлен в НПО им. С.А. Лавочкина штатный образец 2-х лучевого панорамного первого отечественного бортового радиометра L-диапазона (НП 'Зонд-ПП' на КА 'МКА-ФКИ' ? 1, запуск - 2009 г.) для разработки радиофизических методов ДЗЗ в перспективном дециметровом диапазоне электромагнитных волн с целью исследования физических явлений и процессов в системе атмосфера-земная поверхность, влияния внешних факторов (галактический фон, ионосфера и др.) на измеряемые характеристики объектов. Разрабатывается летный образец. Разработаны и утверждены ТЗ на космический эксперимент и Научная программа экспериментов в ходе эксплуатации КА 'МКА-ФКИ' ? 1 (ФИРЭ, ФГУП СКБ ИРЭ РАН).

 

11. Изготовлен технологический образец сканера цвета океана, предназначенного для биологического и экологического мониторинга морей и океанов в оптическом диапазоне спектра и исследования физических процессов в их поверхностном слое (НП 'РОСС-1' на КА 'Метеор-М' ? 3, запуск - 2012 г.), проведены его автономные испытания. В отличие от зарубежных аналогов разрабатываемый прибор имеет лучшее пространственное разрешение, для атмосферной коррекции в нем предусмотрено не менее 3-х спектральных каналов, обеспечивающих угловую съемку (ФИРЭ, ФГУП РНИИ КП).

 

12. Разработана технология и проведена интерферометрическая (InSAR) обработка данных ASAR ENVISAT районов оз.Иссык-Куль (Track 234, Frame 2745) и г.Бишкек (Track 420, Frame 2763). InSAR изображения получены с помощью программного пакета ROI_РAC (Repeat Orbit Interferometry Package), инстоллированного на аппаратные средства ЦОХКИ ИРЭ РАН: SunOS ultra 5.8 Generic_117350-08 sun4u spare SUNW, Ultra-4. Для компенсации влияния высоты поверхности использованы данные цифровой карты SRTM (90). Получены амплитуда и абсолютная (развернутая) фаза интерферограмм, характеризующие изменение рельефа поверхности (ФИРЭ РАН).

 

13. Проведен анализ результатов натурных измерений радиотеплового излучения морской поверхности в L-диапазоне с морской платформы. Определено влияние морского волнения и излучения Солнца на измеряемые радиояркостные температуры. Показана возможность измерения параметров поляризации Стокса в L-диапазоне одноканальным радиометрическим приемником без применения корреляционной обработки сигналов путем приема сигналов на двух ортогональных поляризациях с последующей обработкой их на несущей частоте в блоке векторных сумматоров (ФИРЭ, ИКИ РАН, МГИ НАНУ).

 

14. Проведен анализ радиолокационных изображений лесных массивов в частотных диапазонах L, Р и VHF в разные сезоны года. Обнаружены необычные сезонные особенности изменения отражательной способности соснового леса в L и Р диапазонах. Предложено и обосновано использование опор ЛЭП для калибровки радиолокационных изображений в VHF диапазоне (ИРЭ РАН).

 

15. Методом численного моделирования показана возможность увеличения пространственного разрешения радиотепловых изображений ММ диапазона при учете априорной информации об объекте. Использование спектра пространственных частот 'опорного', то есть близкого по типу объекта, для фильтрации ложных выбросов повышает пространственное разрешение в несколько раз (ФИРЭ РАН).

 

16. Предложен и теоретически обоснован способ формирования управляемой последовательности радиоимпульсов на протяженной ионосферной трассе. На примере частотно-модулированного импульса с начальной прямоугольной формой показано, что при подходящем выборе закона частотной модуляции действие дисперсионного эффекта обеспечит преобразование исходного импульса в совокупность заданного количества импульсов, следующих друг за другом. Соотношение между высотами отдельных импульсов может варьироваться, в частности, при переходе к импульсам с начальной трапецеидальной формой (ФИРЭ РАН).

 

17. Для обнаружения микропроводов и диэлектрических стекловолоконных кабелей в строительных конструкциях созданы два прибора на частотах 100 ГГц и 37,5 ГГц в виде линеек из шести или четырех соответственно приемо-передающих модулей. Приборы выполнены в квазиоптическом варианте, работают на скрещенных поляризациях и включают устройства обработки и отображения полученной информации. На частоте 100 ГГц получены радиоизображения микропроводов и стекловолоконного кабеля за гипсокартоном толщиной 10 мм, а на частоте 37,5 ГГц - за гипсокартонном на расстоянии до 100 мм, за кирпичом и некоторыми другими строительными материалами (ФИРЭ РАН).

 

18. На основе самосогласованного решения уравнений для электрического поля и ионосферы проведен, анализ структуры ионосферы в области поляризационного джета. Получено, что в этой области возможно возникновение предельного условия G, при котором максимум концентрации электронов на высотах области F2 слабо выражен или полностью отсутствует. Даны экспериментальные обоснования реализации этого условия (ИЗМИРАН).

 

19. Разработана теоретическая модель формирования возмущения D слоя ионосферы электрическим током, протекающим из нижней атмосферы в ионосферу, которая позволяет проводить расчеты изменения высотного профиля концентрации электронов и ионов в зависимости от величины электрического тока. Представленная модель впервые позволила объяснить многочисленные данные наблюдения изменения амплитуды и фазы радиоволн, распространяющихся в волноводе Земля - ионосфера над районами активизации землетрясений. Данная теория может быть применена для интерпретации возможных эффектов, сопровождающих распространение радиоволн над районами формирования тайфунов и других катастрофических явлений (ИЗМИРАН).

 

20. В экспериментах 2007-2008 гг. совместно с НИРФИ (Нижний Новгород) и ЮФУ (Ростов-на-Дону) проведена бистатическая локация в диапазоне 2-20 МГц искусственно возмущенной мощным вертикальным радиоизлучением области ионосферы (стенд "Сура") с использованием линейно-частотно модулированных сигналов, излучаемых передатчиком "Мицар". Получены устойчивые и повторяемые результаты регистрации волнового поля, рассеянного на генерируемых мелкомасштабных неоднородностях ионосферной плазмы. Показано, что следы рассеянного поля в различных частотных областях формируются одной и той же пространственно-локализованной областью (ИЗМИРАН, НИРФИ, ЮФУ).

 

21. Теоретически исследовано возможное влияние ионосферной структуры суб-ИАР на спектры искусственного сигнала, генерируемого Кольской установкой в диапазоне частот 0,5-8 Гц. Показано, что эта структура может приводить к подъему интенсивности сигнала в указанном диапазоне частот и определять аномальный характер амплитудно-частотной зависимости этих полей в темное время суток, наблюдаемое в экспериментах 1993, 1998 и 2001 гг. (ФГНУ НИРФИ).

 

22. На основе комплексных измерений характеристик рассеянных сигналов с использованием средств ЛЧМ зондирования, доплеровского KB радара и пеленгатора обнаружена пэтчевая структура возмущенной области ионосферы, насыщенной мелкомасштабными магнитно-ориентированными неоднородностями с поперечными размерами ~ 10-20 м. Размеры пэтчей составляют несколько десятков километров и друг от друга они могут быть разнесены на 100 и более километров. Для каждого из пэтчей определена величина скорости дрейфа неоднородностей в направлении вектора рассеяния в плоскости, перпендикулярной магнитному полю. Применительно к результатам измерений 29 августа 2007 г. в вечерние часы 16:00-17:30 UT значения скоростей (V) и направлений (азимутов, А) дрейфа неоднородностей для двух обнаруженных в эксперименте пэтчей, разнесенных ~ на 150 км, составляли величины V₁ ' 35 м/с, А₁ ' 60њ и V₂ ' 30 м/с, А₂ ' 345њ соответственно (ФГНУ 'Научно-исследовательский радиофизический институт', ЮФУ, ИЗМИР АН).

 

23. Исследована пространственно-временная корреляция максимальной наблюдаемой частоты (МНЧ) на среднеширотных радиолиниях. Установлено, что в спокойных ионосферных условиях на трассах Инскип (Англия) - Ростов-на-Дону и Кипр - Ростов-на-Дону радиус временной корреляции МНЧ как в дневные часы, так и в ночные часы составлял величины R_0.5 ~ 60-70 минут и 35-45 минут соответственно. Между максимально наблюдаемыми частотами на исследуемых трассах имеет место высокая пространственная корреляция (~ 0,8-0,94). На основе метода искусственных нейронных сетей разработана технология восстановления рядов данных МНЧ на трассе Кипр - Ростов-на-Дону по данным МНЧ трассы Инскип - Ростов-на-Дону с эффективностью обучения нейросети 97 % (ФГНУ 'Научно-исследовательский радиофизический институт', ЮФУ).

 

24. Определены экспериментальные условия, при которых наблюдалось появление дактов плотности во внешней ионосфере Земли при модификации F