Использование непрерывных ЛЧМ-сигналов для зондирования внешней ионосферы

Несмотря на важность миссий с системами ионосферного зондирования для изучения и диагностики околоземного космического пространства их было запущено сравнительно небольшое количество. Одной из причин этого является то, что из-за использования передатчиков мощностью несколько сотен ватт и большой антенной системы ионозонды являются одной из самых энергоёмких и крупных по массе и габаритам систем в составе исследовательских аппаратов. Вторая проблема – при работе ионозонда создаются сильные электромагнитные помехи остальной аппаратуре спутника, что приводит к невозможности проведения одновременных наблюдений на ряде инструментов.
Надо отметить, что, например, при создании аппаратов «Алуэтт» в 1965 году рассматривался вопрос возможного использования непрерывных сигналов с линейной частотной модуляцией. Тогда отмечалось, что использование для зондирования сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ, сигналов с качающейся частотой и непрерывным излучением) в наземных двухпозиционных установках позволяет значительно снизить пиковые напряжения, получить высокое соотношение сигнал/шум и упростить схему выходного каскада усилителей ионозонда. Однако, на тот момент реализация на практике преимуществ таких систем при проведения зондирования внешней ионосферы была признана невозможной.
Хотя от установки системы с ЛЧМ на спутник отказались, развитие наземной аппаратуры такого типа продолжилось. В частности, в настоящее время в азиатской части России действует сеть ЛЧМ зондирования ионосферы, принадлежащая ИСЗФ СО РАН, оснащённая аппаратурой, разработанной авторами данной работы. Безусловно, отсутствие опыта установки ЛЧМ ионозондов на спутниковые аппараты требует предварительной проработки дополнительных вопросов, связанных с этим. В частности, были исследованы возможности проведения ЛЧМ зондирования ионосферы на скоростях перестройки частоты вплоть до 4 МГц/с. Использование таких скоростей нетривиальная задача, которая потребовала создания методики коррекции фазовых искажений ЛЧМ сигналов, позволившей существенно улучшить подавление сосредоточенных помех различного происхождения ещё на этапе работы во временной области.
В целом на современном этапе развития элементной базы все основные препятствия для использования сложных сигналов на спутниковых ионозондах потеряли свою актуальность и на данный момент анализ возможных преимуществ и недостатков использования ЛЧМ сигналов для зондирования внешней ионосферы показывает высокую перспективность данного пути улучшения электромагнитной совместимости и массогабаритных характеристик спутниковых ионозондов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 18-35-00510 мол_а.
Результаты получены с использованием оборудования ЦКП «Ангара» http://ckp-rf.ru/ckp/3056/