Радіозондування іоносфери

Радіозондування іоносфери на антарктичній станції Фарадей/Академік Вернадський проводиться з 1957 р. Ці вимірювання здійснюються за допомогою напівавтоматичного іонозонду IPS-42, як правило, через кожні 15 хвилин (в 00 хвилин, 15 хвилин, 30 хвилин, 45 хвилин кожної години). При потребі радіозондування може виконуватися частіше, аж до безперервного (одне зондування триває 20 секунд). Напівавтоматична станція зондування IPS-42 була розроблена і виготовлена в Австралії. 

Потужність імпульсу зондування, що випромінюється передавачем угору, не перевищує 5 кВт при тривалості імпульсу близько 40 мкс. Діапазон частот, у якому проводиться радіозондування, становить 1.0-22.6 Мгц. Частота зондування змінюється в геометричній прогресії так, що весь діапазон зондування складається з 576 фіксованих частот. Інтервал віртуальних висот складає 0-800 км. Результати зондування представляються іонограмами, на яких віртуальні висоти прийнятих сигналів відображаються в залежності від частоти зондування. Типовий приклад іонограми показано на рисунку нижче. 

Зразок оцифрованої іонограми, отриманої 30 січня 2008 року о 4 год.15 хв. на іонозонді IPS-42: по вертикальній осі розташовані віртуальні висоти (одна поділка - 100 км), по горизонтальній осі – частоти (мітки відповідають частотам 1.0, 1.4, 2.0, 2.8, 4.0, 5.6, 8.0, 11.2, 16.0, 22.4 Мгц)

Чутливість прийому сигналів, відбитих від іоносферних шарів, забезпечується трикратним перетворенням частоти у приймачі, а також методом накопичення сигналу. Зондування на кожній з 576 фіксованих частот здійснюється тричі. Відбиті сигнали в кожному зондуванні записуються в регістр зсуву таким чином, що результуючий ехо-сигнал після трійки зондувань підсумовується за логікою збігів і має мінімум шумів при максимумі сигналу. Цикл зондування, в якому отримується вся іонограма, триває 20 секунд. З них 2 секунди на початку запрограмовані на підготовчі операції і відкриття затвора кінокамери. Далі 12 секунд – власне на радіозондування, коли передавач випромінює імпульси зондування і радіоприймач приймає відбиті сигнали. І нарешті 6 секунд у кінці циклу – на закривання затвора і перемотування кіноплівки. Основний режим роботи – це зондування через кожних 15 хвилин. Можливі режими роботи через 5, через 1 хвилину, а також «безперервний» – зі швидкістю 3 зондування на хвилину. Є можливість ручного запуску окремих зондувань. 

Іонозонд IPS-42

Іонозонд IPS-42 виконаний у вигляді одного моноблока (рис. 1), що складається з передавача, приймача, програмного блоку і синтезатора частот, двох блоків відеодисплеїв і блока живлення. Є автономне живлення – два герметичних кислотних акумулятори YUASA (кожен з напругою 12 В і ємністю 38 Ампер-годин), що працюють у буферному режимі. 

До 2001 року іонограми реєструвались фотографічним способом на 16-міліметрову кіноплівку з екрана дисплея іонозонда IPS-42.

В кінці лютого 2001 року геофізик 6-ї УАЕ Костянтин Петрович Гармаш здійснив модернізацію іонозонду IPS-42 і перевів його на цифровий спосіб реєстрації іонограм. Для оцифрування іонограм використовуються сигнали, сформовані іонозондом, – відеосигнал і послідовність синхроімпульсів під час видачі відеосигналу. Введення відеосигналу в комп'ютер здійснюється через сполучний кабель в LPT-порт. Для прийому та запису іонограм у цифровому вигляді використовується IBM-сумісній комп'ютер. Апаратне доопрацювання полягало у виготовленні плати з буферними підсилювачами сигналів для кабелю зв'язку, виконанні монтажних з'єднань усередині програмного блоку іонозонда і у виготовленні сполучного кабелю між іонозондом і комп'ютером оцифрування. 

Геофізик 6-ї УАЕ К. Гармаш також розробив усе програмне забезпечення для запису іонограм у цифровому вигляді і для графічного представлення поточної іонограми на екрані монітора. Він написав програми для приймання цифрової відеопослідовності через LPT-порт і збереження її у вигляді бінарного файлу на жорсткому дискові комп'ютера. Для перегляду іонограм також було написано програму конвертації бінарних файлів іонограм у файли стандартних графічних форматів РСХ і BMP. Крім того, було розроблено важливу графічну програму для інтерпретації оцифрованих іонограм і знімання необхідних параметрів іоносфери (аналог програми BASIDES).

Геофізик 7-ї УАЕ П.В. Сілін проводить обробку іонограм

Обробка іонограм проводиться за стандартною методикою URSI. З кожної годинної іонограми визначаються такі основні параметри іоносфери: мінімальна частота відбитого сигналу, висота і критична частота Е-області, висота і критична частота спорадичного Е-шару, тип  спорадичного  Е-шару,  мінімальна  частота  відбитого сигналу від
F-шару, що не перекривається спорадичним шаром, висота і критична частота шару F1 і F2, критична частота незвичайної компоненти шару F2.

Антенне господарство

Антенне господарство іонозонда IPS-42 складається з приймальних та передавальних НЧ- та ВЧ-антен, змонтованих між двома мачтами, і знаходиться поблизу головної будівлі. Іонозонд IPS-42, розташований в іоносферній лабораторії, сполучається з антенами за допомогою коаксіальних кабелів.

Проведення процедур щомісяного тестування іонозонда IPS-42