Апаратні та алгоритмічні особливості випромінювання, приймання та обробки сигналів у методі некогерентного розсіяння радіохвиль

Автор(и)

  • Євген Васильович Рогожкін Національний технічний університет ‟Харківський політехнічний інститут”, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-5310-3319
  • Леонід Якович Ємельянов Інститут іоносфери НАН і МОН України, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-2117-2675
  • Валерій Олександрович Пуляєв Інститут іоносфери НАН і МОН України, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-6705-2006
  • Ігор Феліксович Домнін Інститут іоносфери НАН і МОН України, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-9824-4403
  • Артем Євгенійович Мірошніков Інститут іоносфери НАН і МОН України, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-2473-4370
  • Наталія Олексіївна Кузьменко Національний технічний університет ‟Харківський політехнічний інститут”, Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-9039-9494

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022120056

Ключові слова:

техніка некогерентного розсіяння, сигнал лінійної поляризації, сигнал кругової поляризації, кільцевий міст, режими випромінювання, приймання та обробка сигналів

Анотація

Наведено варіанти удосконалення режимів функціонування потужних наземних засобів дистанційного зондування навколоземного космічного простору — радіолокаторів, що використовують метод некогерентного розсіяння (НР) радіохвиль в іоносферній плазмі. Приведено приклади експериментальних результатів отримання значень концентрації електронів в іоносфері із застосуванням вимірювання висотного розподілу потужності НР сигналу та його обробки. Наведено структурні схеми радіолокатора НР для різних режимів роботи, зокрема з використанням ортогональних збуджувальних вібраторів антени та кільцевого моста. Розглянуто особливості випромінювання та приймання радіохвиль як з лінійною, так і круговою поляризацією. У першому випадку використовується ефект фарадеєвського обертання площини поляризації радіохвилі, яке викликає характерні завмирання НР сигналу у разі приймання його лінійно-поляризованою антеною, і, як наслідок, коливання у висотному профілі його потужності, а також у функції, одержаної в результаті обробки ортогональних складових сигналу, яка використовується для розрахунку концентрації електронів. У другому випадку значення концентрації електронів отримуються з використанням профілю потужності НР сигналу, в якому виключено вплив ефекту Фарадея. Наведено результати проведених експериментів одночасно для верхньої і нижньої іоносфери з розрахунком концентрації електронів іоносферної плазми з достатнім висотним розділенням, залежним від тривалості елементів складеного сигналу зондування. Запропоновано режим випромінювання двохелементного радіоімпульсу зі зміною напрямку обертання поляризованої хвилі для одночасного вимірювання параметрів іоносфери в широкому діапазоні висот.

Посилання

J. V. Evans, “Theory and practice of ionosphere study by Thomson scatter radar,” Proc. IEEE, vol. 57, no. 4, pp. 496–530, 1969, doi: https://doi.org/10.1109/PROC.1969.7005.

V. I. Taran, “A study of the natural and artificially disturbed ionosphere by the incoherent scatter method,” Geomagn. Aeron., vol. 41, no. 5, pp. 632–639, 2001, uri: https://www.researchgate.net/publication/288606253_A_study_of_the_natural_and_artificially_disturbed_ionosphere_by_the_incoherent_scatter_method.

В. И. Таран, “Наблюдения ионосферы с помощью метода некогерентного рассеяния Сообщение 1. Основные предпосылки и экспериментальные результаты,” Вестник Харковского политехнического института, vol. 155, no. 1, pp. 3–12, 1979.

A. Miroshnikov, V. Pulyayev, L. Emelyanov, E. Rogozhkin, “Determination of the incoherent scatter signal statistical characteristics,” in 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2019, pp. 774–777, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783823.

D. T. Farley, “Incoherent scatter correlation function measurements,” Radio Sci., vol. 4, no. 10, pp. 935–953, 1969, doi: https://doi.org/10.1029/RS004i010p00935.

В. И. Таран, “Исследования ионосферы с помощью радаров некогерентного рассеяния в Харькове,” Вестник Харьковского государственного политехнического университета, no. 31, pp. 3–9, 1999.

G. H. Millman, A. J. Moceyunas, A. E. Sanders, R. F. Wyrick, “The effect of Faraday rotation on incoherent backscatter observations,” J. Geophys. Res., vol. 66, no. 5, pp. 1564–1568, 1961, doi: https://doi.org/10.1029/JZ066i005p01564.

G. H. Millman, V. C. Pineo, D. P. Hynek, “Ionospheric investigations by the faraday rotation of incoherent backscatter,” J. Geophys. Res., vol. 69, no. 19, pp. 4051–4065, 1964, doi: https://doi.org/10.1029/JZ069i019p04051.

D. T. Farley, J. P. McClure, D. L. Sterling, J. L. Green, “Temperature and composition of the equatorial ionosphere,” J. Geophys. Res., vol. 72, no. 23, pp. 5837–5851, 1967, doi: https://doi.org/10.1029/JZ072i023p05837.

D. T. Farley, “Faraday rotation measurements using incoherent scatter,” Radio Sci., vol. 4, no. 2, pp. 143–152, 1969, doi: https://doi.org/10.1029/RS004i002p00143.

J. M. Goodman, “Traveling ionospheric disturbances observed through use of a Thomson scatter technique employing Faraday rotation at 140 MHz,” J. Atmos. Terr. Phys., vol. 33, no. 11, pp. 1763–1777, 1971, doi: https://doi.org/10.1016/0021-9169(71)90222-4.

Е. И. Григоренко, “Исследования ионосферы по наблюдениям эффекта Фарадея при некогерентном рассеянии радиоволн,” Ионосферные исследования, no. 27, pp. 60–73, 1979.

T. A. Skvortsov, L. Y. Yemelyanov, A. V. Fisun, “Radar measurements of geomagnetic field in the ionosphere,” Telecommun. Radio Eng., vol. 74, no. 10, pp. 921–931, 2015, doi: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i10.80.

R. Flores, M. Milla, K. Kuyeng, “Spectral analysis of incoherent scatter radar signals in Faraday/double pulse experiments at the Jicamarca radio observatory,” in 2021 IEEE International Conference on Aerospace and Signal Processing (INCAS), 2021, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/INCAS53599.2021.9666925.

L. Emelyanov, E. Rogozhkin, V. Pulyayev, “Features of reception of signals with linear and circular polarization in the incoherent scatter technique,” in 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2022, pp. 529–534, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO54667.2022.9927099.

В. О. Пуляєв, Є. В. Рогожкін, О. В. Богомаз, Обчислювальні Процедури При Аналізі Некогерентного Розсіяння в Іоносферній Плазмі. Харків: ХПІ, 2013, uri: https://www.nas.gov.ua/UA/Book/Pages/default.aspx?BookID=0000008895.

V. F. Fusco, Microwave Circuits: Analysis and Computer-Aided Design. Prentice Hall, 1986, uri: www.amazon.com/Microwave-Circuits-Analysis-Computer-Aided-Design/dp/0135815886.

Z. Ding, J. Wu, Z. Xu, B. Xu, L. Dai, “The Qujing incoherent scatter radar: system description and preliminary measurements,” Earth, Planets Sp., vol. 70, no. 1, p. 87, 2018, doi: https://doi.org/10.1186/s40623-018-0859-8.

W. J. G. Beynon, P. J. S. Williams, “Incoherent scatter of radio waves from the ionosphere,” Reports Prog. Phys., vol. 41, no. 6, pp. 909–955, 1978, doi: https://doi.org/10.1088/0034-4885/41/6/003.

N. Wichaipanich, P. Supnithi, T. Tsugawa, T. Maruyama, “Thailand low and equatorial F2-layer peak electron density and comparison with IRI-2007 model,” Earth, Planets Sp., vol. 64, no. 6, pp. 485–491, 2012, doi: https://doi.org/10.5047/eps.2011.01.011.

D. T. Farley, “Multiple-pulse incoherent-scatter correlation function measurements,” Radio Sci., vol. 7, no. 6, pp. 661–666, 1972, doi: https://doi.org/10.1029/RS007i006p00661.

В. Н. Почерняев, “Кольцевой мост на частично заполненных прямоугольных волноводах,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 48, no. 5, pp. 76–80, 2005, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347005050110.

І. В. Горбатий, “Радіочастотний 4-канальний фазоповертач у діапазоні 0-360° з цифровим керуванням для телекомунікаційних систем з амплітудною модуляцією багатьох складових,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 65, no. 5, pp. 297–308, 2022, doi: https://doi.org/10.20535/S002134702205003X.

Висотно-часовий розподіл потужності суміші НР сигналу та шуму в кожній розгортці дальності РЛС

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-07-28 — Оновлено 2022-11-26

Як цитувати

Рогожкін, Є. В., Ємельянов, Л. Я., Пуляєв, В. О., Домнін, І. Ф., Мірошніков, А. Є., & Кузьменко, Н. О. (2022). Апаратні та алгоритмічні особливості випромінювання, приймання та обробки сигналів у методі некогерентного розсіяння радіохвиль. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(11), 715–728. https://doi.org/10.20535/S0021347022120056

Номер

Том 65 № 11 (2022): Наноелектроніка

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.