Диагностика случайной изменчивости ионосферы по данным декаметрового радиозондирования с высокоорбитальных ИСЗ

Как известно, флуктуации характеристик спутниковых радиосигналов, прошедших через ионосферу, содержат информацию о случайных неоднородностях электронной плотности. Особенно чувствительными к воздействию неоднородностей являются сигналы на рабочих частотах вблизи порога радиопрозрачности ионосферы. В целях диагностики случайной изменчивости среды перспективным представляется метод зондирования ионосферы, основанный на многочастотном просвечивании сигналами декаметрового диапазона с борта геостационарного или высокоапогейного искусственного спутника Земли (ИСЗ) (Гивишвили, 2016). Развитие теоретических вопросов метода декаметрового зондирования ионосферы с высокоорбитальных ИСЗ для повышения его информативности и оперативности представляется важным.
Расчет статистических характеристик сигналов при трансионосферном зондировании ионосферы возможен с помощью имитационного моделирования, основанного на методе Монте-Карло. Однако использование метода статистических испытаний требует решения краевой задачи электродинамики в диапазоне рабочих частот для каждой реализации случайной функции диэлектрической проницаемости. Последнее требует больших вычислительных ресурсов для проведения расчетов. Более того, метод Монте - Карло не позволяет установить функциональные связи между статистическими характеристиками сигнала и параметрами ионосферных неоднородностей, что затрудняет решение обратной задачи. Оптимальным вариантом решения краевой задачи трансионосферного зондирования является применение математического аппарата аналитических методов теории случайных полей. Для расчета статистических моментов сигналов зондирования в работе использовано лучевое приближение и аппарат теории возмущений. Получены аналитические выражения для вторых статистических моментов групповой и фазовой задержек сигналов с учетом флуктуации траекторий между пунктами излучения и приема, что существенно важно при зондировании ионосферы в декаметровом диапазоне рабочих частот. При построении статистических моментов сигналов использована модель случайной изменчивости ионосферы в виде корреляционного эллипсоида неоднородностей с эффективными параметрами. Модель согласована с пространственными изменениями средней ионосферы, заданной составным гауссово-экспоненциальным высотным профилем электронной концентрации. Система уравнений для статистических моментов фазы и групповой задержки спутниковых сигналов на различных рабочих частотах решена относительно параметров корреляционного эллипсоида. Пространственная динамика параметров случайной изменчивости ионосферы определяется с помощью данных измерений, полученных на сети приемников, расположенных на земной поверхности.
Работа поддержана Минобрнауки России (тема государственного задания FZZE-2020-0024, соглашение № 075-15-2021-675).