Президиум РАНКосмические исследования Cosmic Research

  • ISSN (Print) 0023-4206
  • ISSN (Online) 3034-5502

ТОМОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ И ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Код статьи
S30345502S0023420625030094-1
DOI
10.7868/S3034550225030094
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Том/ Выпуск
Том 63 / Номер выпуска 3
Страницы
322-346
Аннотация
В обзоре рассматриваются физические и математические постановки задачи томографии в приложении к дистанционному зондированию атмосферы и околоземного космического пространства. Особое внимание уделено зондированию ионосферы с использованием сигналов спутниковых радиомаяков на низких (Парус / Transit / Cassiope и др.), средних и высоких (GPS/ГЛОНАСС и новые глобальные спутниковые навигационные системы) орбитах. Обсуждаются возможности и ограничения методов 2D низкоорбитальной и 4D высокоорбитальной радиотомографии ионосферы и приводятся результаты радиотомографических реконструкций распределения электронной концентрации в различных широтах в условиях естественной и искусственной возмущенности. Отдельно рассматривается задача исследования мелкомасштабных ионосферных неоднородностей по данным о мерцаниях амплитуды спутниковых сигналов, обсуждаются проблемы реализации таких схем зондирования в высоких широтах с использованием сигналов GPS / ГЛОНАСС. Также обсуждаются перспективы томографических систем зондирования верхней атмосферы с учетом сильно сократившейся группировки низкоорбитальных спутников, возможности установки спутниковых радиомаяков на новые платформы (CubeSat), а также использование методов радиотомографии в задачах УФ-томографии верхней атмосферы. Представлены первые результаты, полученные с использованием двухчастотного передатчика когерентных сигналов 150 / 400 МГц МАЯК на спутниках “Ионосфера-М” российского проекта “Ионозонд”.
Ключевые слова
Дата публикации
03.01.2026
Год выхода
2026
Всего подписок
0
Всего просмотров
32

Библиография

  1. 1. Зеленый Л. М., Веселовский Н. С. Плавченная гелиогеофизика. Москва: Физматти, 2008.
  2. 2. Kelley M. C. The Earth’s Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 2009.
  3. 3. Брюнелли Б. Е., Намададов А. А. Физика ионосферы. М.: Наука, 1988.
  4. 4. Гуревич В. Нелинейные явления в ионосфере // Успехи физических наук. 2007. Т. 177. № 11. С. 1145–1177.
  5. 5. Streltsov A.V., Berthelier J.-J., Chernyshov A.A. et al. Past, Present and Future of Active Radio Frequency Experiments in Space // Space Science Reviews. 2018. V. 214. Iss. 118. P. 1–30. https://doi.org/10.1007/s11214-018-0549-7
  6. 6. Молчанов А. Низкочастотные волны и индуцированные излучения в околоземной плазме. Москва: Наука, 1985.
  7. 7. Петрукович А. А., Могилевский М. М., Чернышов А. А. и др. Некоторые аспекты магнитосферно-ионосферных связей // Успехи физических наук. 2015. Т. 185. № 6. С. 649–654. https://doi.org/10.3367/UFNe.0185.2015061.0649
  8. 8. Альперн Я. Л. Распространение радиоволн и ионосфера. Москва: Изд-во АН СССР, 1960.
  9. 9. Казарнова Ю. М. Радиотехнические системы. Москва: Академия, 2008. 592 с.
  10. 10. Манаев В. И. Основы радиоэлектроники. Москва: Радио и связь, 1990. 511 с.
  11. 11. Альперн Я. Л. Статистический характер структуры ионосферы // Успехи физических наук. 1953. Т. 49. № 1. С. 49–91.
  12. 12. Ясюкович Ю. В., Сыроватский С. В., Падохин А. М. и др. Точность позиционирования GPS в различных режимах при активном воздействии на ионосферу мощным КВ-излучением нагревного стенда СУРА // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2019. Т. 62. № 12. С. 906–919.
  13. 13. Astafyeva E., Yasyukevich Y., Makiskov A. et al. Geomagnetic storms, superstorms, and their impacts on GPS-based navigation systems // Space Weather. 2014. V. 12. Iss. 7. P. 508–525. https://doi.org/10.1002/2014SW001072
  14. 14. Chernyshov A.A., Miloch W.J., Jin Y. et al. Relationship between TEC jumps and auroral substorm in the high-latitude ionosphere // Scientific Reports. 2020. V. 10. Iss. 6363. https://doi.org/10.1038/s41598-020-63422-9
  15. 15. Захаров В. И., Чернышов А. А., Милох В. и др. Влияние ионосферы на параметры навигационных сигналов GPS во время геомагнитной суббури // Геомагнетизм и аэрополия. 2020. Т. 60. № 6. С. 769–782. https://doi.org/10.31857/S0016794020060152
  16. 16. Afraimovich E.L., Astafyeva E.I., Demyanov V.V. et al. A review of GPS/GLONASS studies of the ionospheric response to natural and anthropogenic processes and phenomena // J. Space Weather and Space Climate. 2013. V. 3. Iss. A27. https://doi.org/10.1051/swsc/2013049
  17. 17. Kotova D.S., Sinevich A.A., Chernyshov A.A. et al. Strong turbulent flow in the subauroral region in the Antarctic can deteriorate satellite-based navigation signals // Scientific Reports. 2025. V. 15. Iss. 3458. https://doi.org/10.1038/s41598-025-86960-6
  18. 18. Patil A.S., Nade D.P., Taoti A. et al. A Brief Review of Equatorial Plasma Bubbles // Space Science Reviews. 2023. V. 219. Iss. 16. P. 1–25. https://doi.org/10.1007/s11214-023-00958-y
  19. 19. Otsuka Y. Review of the generation mechanisms of post-midnight irregularities in the equatorial and low-latitude ionosphere // Progress in Earth and Planetary Science. 2018. V. 5. Iss. 57. P. 1–15. https://doi.org/10.1186/s40645-018-0212-7
  20. 20. Mandeshumam J.H., Папаевск Н.Д. Новейшие исследования распространения радиоволн вдоль земной поверхности. М.: Гостехиздат, 1945.
  21. 21. Авперян Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. Москва: Наука, 1972.
  22. 22. Кунцан В.Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С. Радиотемперация ионосферы. Москва: Физикатит, 2007.
  23. 23. Iyer H., Hirsawa K. Seismic Tomography: Theory and Practice. London: Chapman and Hall, 1993.
  24. 24. Munk W., Worcester P., Wunsch C. Ocean Acoustic Tomography. Cambridge: Cambridge University Press, 1995.
  25. 25. Davies K. Ionospheric Radio. London: Peter Peregrinus Ltd, 1990.
  26. 26. Austen J.R., Franke S.J., Liu C.H. Ionospheric imaging using computerized tomography // Radio Science. 1988. V. 23. Iss. 3. P. 299–307.
  27. 27. Andreeva E.S., Galinov A.V., Kunitsyn V.E. et al. Radiotomographic reconstruction of ionization dip in the plasma near the Earth // JETP Letters. 1990. V. 52. Iss. 3. P. 145–148.
  28. 28. Pyse S.E. Radio Tomography: A New Experimental Technique // Surveys in Geophysics. 2003. V. 24. Iss. 1. P. 1–38.
  29. 29. Bust G.S., Mitchell C.N. History, current state, and future directions of ionospheric imaging // Reviews of Geophysics. 2008. V. 46. Iss. RG1003.
  30. 30. Yizengow E., Moldwin M.B., Dyson P.L. et al. First tomographic image of ionospheric outflows // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. Iss. L20102.
  31. 31. Prol F., Hoque M., Ferreira A. Plasmasphere and topside ionosphere reconstruction using METOP satellite data during geomagnetic storms // J. Space Weather and Space Climate. 2021. V. 11. Iss. 5.
  32. 32. Teresichenko E.D., Kozlova M.O., Kunitsyn V.E. et al. Statistical tomography of subkilometer irregularities in the high-latitude ionosphere // Radio Science. 2004. V. 39. Iss. RS1535.
  33. 33. Dymond K.F., Budzien S.A., Hei M.A. Ionospheric-thermospheric UV tomography: I. Image space reconstruction algorithms // Radio Science. 2017. V. 52. P. 338–356.
  34. 34. Hei M.A., Budzien S.A., Dymond K.F. et al. Ionospheric-thermospheric UV tomography: 3. A multisensor technique for creating full-orbit reconstructions of atmospheric UV emission // Radio Science. 2017. V. 52. P. 896–916.
  35. 35. Nesterov I.A., Kunitsyn V.E. GNSS radio tomography of the ionosphere: The problem with essentially incomplete data // Advances in Space Research. 2011. V. 47. Iss. 10. P. 1789–1803.
  36. 36. Mannucci A.J., Wilson B.D., Yuan D.N. et al. A global mapping technique for GPS-derived ionospheric total electron content measurements // Radio Science. 1998. V. 33. Iss. 3. P. 565–582.
  37. 37. Fridman S.V., Nickisch L.J., Hausman M. et al. Assimilative model for ionospheric dynamics employing delay, Doppler, and direction of arrival measurements from multiple HF channels // Radio Science. 2016. V. 51. P. 176–183.
  38. 38. Kotova D., Ovodenko V., Yasyukevich Y. et al. Efficiency of updating the ionospheric models using total electron content at mid- and sub-auroral latitudes // GPS Solutions. 2020. V. 24. Iss. 25.
  39. 39. Foster J.C., Buonsanto M.J., Holt J.M. et al. Russian-American tomography experiment // International Journal of Imaging Systems and Technology. 1994. V. 5. Iss. 2. P. 148–159.
  40. 40. Yeh K.C., Franke S.J., Andreeva E.S. et al. An investigation of motions of the equatorial anomaly crest // Geophysical Research Letters. 2001. V. 28. Iss. 24. P. 4517–4520.
  41. 41. Kunitsyn V., Andreeva E., Frolov V. et al. Sounding of HF heating induced artificial ionospheric disturbances by navigational satellite radio transmissions // Radio Science. 2012. V. 47. Iss. RSOL15.
  42. 42. Андреева Е.С., Годбер М.Б., Кунцан В.Е. и др. Радиотемператорская регистрация возмущений ионосферы от наземных взрывов // Косм. исслед. 2001. T. 39. № 1. С. 13–17.
  43. 43. Кунцан В.Е., Нестерова И.А., Шалимов С.Л. Мегаземпетрасеяние в Японии 11 марта 2011 г.: регистрация ионосферных возмущений по данным GPS // Письма в ЖЭТФ. 2011. T. 94 № 8. С. 657–661.
  44. 44. Косов А.С., Чернышов А.А., Моашевский М.М. и др. Космический эксперимент по измерению ионосферных задержек сигнала ИЗРС (ионосферные задержки радиосигнала) // Исследование Земли из космоса. 2018. № 9. С. 1282–1290. https://doi.org/10.31857/S020596140003364–1
  45. 45. Bernhardt P.A., Dymond K.F., Picone J.M. et al. Improved radio tomography of the ionosphere using EUV/optical measurements from satellites // Radio Science. 1997. V. 32. Iss. 5. P. 1965–1972.
  46. 46. Mitchell C.N., Spencer P.S. A three-dimensional time-dependent algorithm for ionospheric imaging using GPS // Annales Geophysicae. 2003. V. 46. P. 687–696.
  47. 47. Scherliess L., Schunk R.W., Sojka J.J. et al. Utah State University Global Assimilation of Ionospheric Measurements Gauss-Markov Kalman filter model of the ionosphere: Model description and validation // J. Geophysical Research. 2006. V. 111. Iss. AI1315.
  48. 48. Кунцан В.Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С. и др. Спутниковое радиоэондирование и радиотомография ионосферы // Успехи физических наук. 2010. T. 180. C. 548–553. https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201005k.0548
  49. 49. Chernyshov A.A., Chugunin D.V., Mogilevsky M.M. et al. Studies of the ionosphere using radiophysical methods on ultra-small spacecrafts // Acta Astronautica. 2020. V. 167. P. 455–459. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2019.11.031
  50. 50. Чернышов А.А., Чугушин Д.В., Могилевский М.М. и др. Подходы к исследованию мультимасштабной структуры ионосферы с использованием наноситчиков // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. T. 56. № 1. C. 77–85. https://doi.org/10.7868/S0016794016010041
  51. 51. Чернышов А.А., Чугушин Д.В., Могилевский М.М. и др. Изучение неоднородной структуры ионосферы при помощи одновременных измерений наноситчиками стандарта CubeSat // Известия ВУЗов. Приборостроение. 2016. T. 59. № 6. C. 443–449.
  52. 52. Attrill G., Nicholas A., Routledge G. et al. Coordinated Ionospheric Reconstruction CubeSat Experiment (CIRCE), In situ and Remote Ionospheric Sensing (IRIS) suite // J. Space Weather and Space Climate. 2021. V. 11. Iss. 16.
  53. 53. Petrukovich A., Mogilevskii M., Kozlov I. et al. Monitoring of Physical Processes in Upper Atmosphere, Ionosphere and Magnetosphere in Ionosphere Space Missions // EPJ Web of Conferences. 2021. V. 254. P. 02010. https://doi.org/10.1051/epjconf/202125402010
  54. 54. Андреева Е.С., Назаренко М.О., Нестеров И.А., и др. Использование одногопечного приема сигналов низкоорбитальных спутниковых радиомаяков для локальной оценки ионосферных параметров // Изв. вузов. Радиофизика. 2020. T. 63. № 11. C. 942–957.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека