ОСНОВНЫЕ научныЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

в области распространения радиоволн,

полученные научными организациями

в 2010 году

 

1. В результате анализа данных, полученных в экспериментах радиозондирования солнечного ветра сигналами космических аппаратов ULYSSES (1991, 1995), GALILEO (1996/1997, 2002), MARS-EXPRESS (2004, 2006, 2008/2009), VENUS-EXPRESS (2006), ROSETTA (2006), во временных спектрах флуктуаций частоты зондирующих плазму сигналов впервые обнаружены квазипериодические компоненты. Выделенная квазипериоди-ческая модуляция носит спорадический характер и присутствует в 20 % времени наблюдения. Характерное время жизни квазипериодических возмущений около 30 мин. Средняя частота максимума спектральной плотности составляет ν_max≈5.5 миллигерц (период флуктуаций около 3 минут) в области гелиоцентрических расстояний менее 8 радиусов Солнца R_S. На дистанциях, превышающих 10R_S, средняя частота квазипериодических флуктуаций ν_max≈4.3 мГц (период около 4 минут). Относительная ширина спектральной линии Δν/ν_max и превышение спектральной плотности над фоновым значением g=G_max/G₀ остаются неизменными на расстояниях от 4 до 40 солнечных радиусов и составляют в среднем 1.0 и 2.9 соответственно. Ответственные за флуктуации частоты квазипериодические флуктуации плотности плазмы во внутреннем солнечном ветре могут быть объяснены распространяющимися от Солнца магнитогидродинамическими волнами 5-минутного диапазона, которые, как следует из наших данных, играют важную роль в энергетическом балансе солнечной короны и солнечного ветра (ФИРЭ, ПРАО АКЦ ФИАН, Боннский университет, Кельнский университет, Германия).

 

2. Предложен и разработан метод определения диэлектрической проницаемости живой древесины в дециметровом диапазоне длин волн, основанный на помещении дипольной антенны внутрь ствола. Метод предназначен для сезонных измерений комплексной диэлектрической проницаемости участка древесины, неподверженной механическим повреждениям, и может быть использован при анализе результатов радиолокационного зондирования лесов. Выполненные измерения диэлектрической проницаемости разных пород деревьев показали значительные различия значений диэлектрической проницаемости живой древесины и образцов, взятых из стволов и измеренных в лабораторных условиях. Результаты работы доложены на 3-х международных и всероссийских конференций (ИРЭ РАН).

 

3. На основе теоретических и экспериментальных данных проведена оценка возможности использования микроволнового излучения Солнца для бистатической локации поверхности океана при наблюдении с авиационных и космических платформ. Показано, что неполяризованное шумовое излучение Солнца позволяет достаточно эффективно определять состояние морской поверхности при СВЧ радиометрическом зондировании системы 'океан-атмосфера' на дневной стороне Земли. При этом чувствительность метода в ряде случаев может быть на порядок выше по сравнению с классическими, применяемыми ранее. Необходимым условием эффективной работы метода является поддержка со стороны международной службы Солнца (ИРЭ РАН).

 

4. Разработан метод определения диэлектрической проницаемости геологических пластов по глубинной зависимости удельного электрического сопротивления среды и сдвигу фаз в системе приемопередатчиков приборов, используемых в промысловой нефтеразведке при индукционном каротаже нефтяных скважин. Метод позволяет на основе решения обратной задачи электромагнитного каротажа нефтяных скважин определять распределение диэлектрической проницаемости внутри пласта и контролировать работу электромагнитных датчиков (ФИРЭ РАН).

 

5. Проведены натурные измерения поляризационных характеристик радиотеплового излучения морской поверхности в L-диапазоне с использованием разработанного векторного сумматора СВЧ сигналов для измерения всех компонент вектора поляризации Стокса, что позволяет расширить возможности исследования солености морской поверхности при наличии волнения (ФИРЭ РАН).

 

6. Разработана и обоснована новая методика совместной обработки спутниковых оптических и СВЧ-радиометрических изображений океана для выявления вклада мелкомасштабного волнения в спектральные характеристики океанической толщи в видимом диапазоне. Методика основана на предложенной модели нелинейного факторного анализа с ограничениями, вытекающими из физических представлений о формировании сигналов. Эффективность методики подтверждена результатами численного моделирования; тестовая обработка исторических данных спутниковых сенсоров SeaWiFS и SSM/I подтвердила перспективность применения новой методики для совместного анализа данных мультиспектральных спутниковых наблюдений океана (ФИРЭ РАН).

 

7. Проведена интерферометрическая обработка данных японского космического радара 'PALSAR', полученных в 2007-2010 годах, по территории Кемеровской области с целью изучения возможностей дифференциальной интерферометрии для выявления мелкомасштабной динамики земных покровов в результате активной разработки подземных угольных месторождений. Установлено, что из-за активной хозяйственной деятельности и порождаемой ею техногенной сейсмической активности наблюдается проседание почв над угольными лавами. Обнаруженные летом 2007 и 2010 года просадки грунта в зонах с характерным диаметром 300-500 метров достигают 10-15 см по вертикали за полтора месяца (ФИРЭ РАН).

 

8. На основе технологий цифрового формирования и обработки сигналов с внутриимпульсной модуляцией разработан и успешно испытан экспериментальный образец цифрового промерного эхолота диапазона 50 кГц с ЛЧМ зондирующим сигналом, предназначенный для работ на глубинах до 2 километров. Испытания эхолота проводились в акватории Черного моря на участках с глубинами 1500-2200 м., а измеряемые глубины сравнивались с показаниями зарубежного эхолота Bathy 1500. Испытания показали существенные преимущества разработки: устойчивость и точность измерений в условиях шумов и помех, при существенном на 1-2 порядка снижении уровня мощности излучаемого сигнала (ФИРЭ РАН).

 

9. Разработана экспериментальная методика определения параметров электромагнитных резонансных структур в субтерагерцовой области частот с помощью джозефсононовской спектроскопии. Бикристаллический нано-структурированный джозефсоновский переход из YBa₂Cu₃O_7-x интегрирован с логопериодической структурой с элементами от 5 мкм до 1 мм. Проведены измерения параметров 3-х типов резонансных структур в интервале частот 80-200 ГГц. Разработана методика получения параметров эквивалентной схемы антенны из данных измерений с использованием резистивной модели перехода, учитывающей температурные флуктуации. (ИРЭ РАН).

 

10. Теоретически исследованы дисперсионные характеристики, распределение потоков энергии и поляризация магнитного поля поверхностных волн, формируемых слоем бианизотропного материала с резонансными и анизотропными киральностью, диэлектрической и магнитной проницаемостями. Показано, что магнитное поле поверхностной волны является циркулярно поляризованным с противоположными направлениями вращения по разные стороны от слоя. Ряд теоретических выводов подтвержден экспериментально при исследовании решеток из резонансных планарных киральных элементов, как, например, увеличение коэффициента прохождения и частотная область существования поверхностных волн (ФИРЭ РАН).

 

11. Проведена оценка эффективности применения частотно-селективных поверхностей для расширения рабочего диапазона частот однослойных радиопоглотителей на основе полимерного композита с электрическим типом поглощения (наполнитель - сажа VulcanXC72R, Cabot, USA). Показана возможность обеспечения отношений крайних частот рабочего диапазона до 1.6 и 1.3 по уровням коэффициентов отражения -10 дБ и -20 дБ соответственно (ФИРЭ РАН).

 

12. Разработан не имеющий аналогов метод определения характеристик молекулярных наноструктур, 'залечивающих' дефекты стеклянной поверхности оптических волокон. Метод основан на анализе результатов прочностных испытаний световодов и позволяет определить модули упругости материалов 'залечивающих' наноструктур и глубины их проникновения внутрь каналов микротрещин. Метод защищен патентом РФ 'Способ измерения параметров, характеризующих упрочняющие и 'залечивающие' свойства наноразмерных молекулярных структур, которые формируются на поверхности волоконных световодов при их изготовлении', Патент РФ на изобретение ? 2399035. Приоритет от 26.06.2009 г. Опубликовано 10.09.2010 г. Бюллетень ? 25 (ИРЭ РАН).

 

13. Проведены модернизация и испытания лазерного интерферометра-деформографа, установленного на экспериментальной базе Института космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР) ДВО РАН (Камчатская обл., с. Паратунка). Деформограф используется в совмест-ных работах проводимых ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН и ИКИР ДВО РАН для исследования сейсмических и акустических процессов в энергоактивном регионе, характеризующемся повышенной сейсмичностью, наличием геотермальных источников и находящимся в зоне активного вулканизма (ФИРЭ РАН).

 

14. Разработаны принципы построения беспроводных сверхшироко-полосных мультиканальных систем связи и интеллектуальных сенсорных сетей. В том числе: предложены, разработаны, изготовлены и экспериментально исследованы прямохаотические сверхширокополосные приемопередатчики второго поколения со скоростями передачи до 100 Мбит/сек., созданы алгоритмы самоорганизации беспроводных сетей, реализована и экспериментально апробирована опытная беспроводная самоорганизующаяся сенсорная сеть на основе разработанных приемо-передатчиков.

Установлены предельные характеристики (скорость передачи, вероятность ошибки на бит) прямохаотических сверхширокополосных средств передачи информации при использовании в каналах с многолучевым распространением (ИРЭ РАН, МФТИ, ООО Нанохаос, ИПФ РАН ).

 

15. Создан прототип электрополевого томографа, благодаря которому удалось впервые в мире получить изображения реальных тестовых объектов методом квазистатической электрополевой томографии. Томографические системы этого типа могут быть применены для медицинской диагностики, обеспечения безопасности, в промышленном контроле и других областях, где необходимо бесконтактно получать информацию о пространственном распределении электрических свойств объектов с конечной проводимостью (ИРЭ РАН).

 

16. Изготовлен и испытан промерный эхолот диапазона 50 КГц, предназначенный для работ в глубоком море. В эхолоте использован зондирующий сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и цифровая система корреляционной обработки эхо сигналов. Показаны преимущества эхолота по сравнению с традиционным, использующим тональные зондирующие импульсы: помехозащищенность, больший энергетический потенциал. (ИРЭ РАН).

 

17. Впервые показано, что электрическое поле в ионосфере способно приводить к появлению горизонтально вытянутого вихря внутренней гравитационной волны с поперечным пространственным масштабом порядка десятка километров. Вихрь образуется на фронте волны при превышении электрическим полем его критического значения порядка 10 мВ/м. Развитая нелинейная теория вихрей может быть использована для интерполяции плазменных и электромагнитных явлений в ионосфере, связанных с усилением электрического поля в районах магнитосферной и сейсмической активности (ИЗМИРАН).

 

18. Обнаружены (по одновременным спектральным радиометрическим исследованиям на частотах 140, 95, 37, 22.23 и 20.75 ГГц) области существенного отклонения спектра микроволнового излучения 'ясной' безоблачной) атмосферы с временным масштабом вариаций ~4 до 80 минут от его стационарных значений для водяного пара.

Эффект может быть объяснен наличием в атмосфере субмикронных водяных кластеров размером ~0.5 мкм с интегральной водностью до 0.15 кг/м², то есть близкой к водности обычных жидкокапельных облаков с размером капель ~8 мкм (Фгну 'Научно-исследовательский радиофизический институт').

 

19. Впервые разработан и изготовлен лабораторный образец спектрорадиометрического комплекса для пассивного термического зондирования средней атмосферы с поверхности Земли, позволяющий на основе измеренных спектров собственного излучения атмосферы вблизи края 6-ти миллиметровой полосы поглощения молекулярного кислорода (диапазон частот 52.4-53.2 ГГц) восстанавливать вертикальное распределение температуры в стратосфере и верхней тропосфере. Комплекс включает в себя спектрорадиометр, оснащенный уникальной системой внутренней (без использования внешних эталонов) калибровки, и пакет программ, реализующий новый алгоритм восстановления профиля температуры. Комплекс мобилен (весит менее 20 кг), обеспечивает возможность круглосуточной и практически всепогодной работы в автоматическом режиме и позволяет измерять температуру с относительной точностью менее 0,05 (95 % доверительный интервал) в интервале от 10 до 55 км. На высотах 15-40 км относительная точность достигает величины менее 0,01 (Институт прикладной физики РАН).

 

20. Численными методами исследовано решение задачи о возбуждении сферического горизонтально-неоднородного волновода земля-ионосфера для модельного профиля ионосферы IRI-2007 и разного положения солнечного терминатора относительно геодезической линии, соединяющей источник и приемник. Выполнен анализ возможного влияния нелокальной ионосферы на спектры низкочастотного шума. Показано, что это влияние, как правило, не изменяет существенно характер спектров фонового шума, который определяется свойствами локальной ионосферы. Это подтверждает возможность развития методов диагностики ионосферы по измерениям КНЧ естественных полей. На основе численных расчетов магнитных компонент в частотном диапазоне 0,1-15 Гц выполнено сравнение результатов моделирования и экспериментальных исследований резонансной структуры спектра для приемных пунктов, расположенных на различных географических широтах: о.Крит (35.15њN, 25.20њ Е), Новая Жиз