2 РАЗРАБОТЧИКИ: Н.Г. Котонаева, д-р физ.-мат. наук (ответственный исполнитель); В.В. Алпатов, канд. физ.-мат. наук; Ю.Т. Викторко; Г.В. Гивишвили, д-р физ.-мат. наук; Ю.В. Гришина; В.И. Денисова; С.В. Журавлев, канд. физ.-мат. наук; Л.Н. Лещенко; К.Г. Цыбуля, канд. физ.-мат. наук (ФГБУ "ИПГ"); Н.Ф. Благовещенская, д-р физ.-мат. наук; А.С. Калишин, канд. тех. наук; А.П. Кузмичев; А.В. Николаев, канд. физ.-мат. наук; Д.Д. Рогов; А.В. Франк-Каменецкий, канд. физ.-мат. наук (ФГБУ "ААНИИ")

3 СОГЛАСОВАН:

- с Управлением государственной наблюдательной сети и научных исследований (УГСН) Росгидромета 25.08.2023 г.

- с Федеральным государственным бюджетным учреждением "Научно-производственное объединение "Тайфун" (ФГБУ "НПО "Тайфун") 25.05.2023 г.

4 УТВЕРЖДЕН и ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Росгидромета от 07.09.2023 г. N 449

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН головной организацией по стандартизации Росгидромета ФГБУ "НПО "Тайфун" 25.05.2023 г.

ОБОЗНАЧЕНИЕ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА РД 52.26.817-2023

6 ВЗАМЕН РД 52.26.817-2015 "Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть 1. Ионосферные наблюдения"

7 СРОК ПЕРВОЙ ПРОВЕРКИ 2030 год.

ПЕРИОДИЧНОСТЬ ПРОВЕРКИ 5 лет

Введение

Земная ионосфера (далее - ионосфера) всегда была объектом практического интереса исследователей, поскольку была обнаружена именно по ее влиянию на распространение радиоволн - явление, имеющее почти неограниченное практическое применение в жизни человечества.

Настоящий руководящий документ является второй редакцией первой части документа "Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям", содержащего 2 части:

часть 1 - "Ионосферные наблюдения";

часть 2 - "Магнитные наблюдения".

Новая редакция документа конструктивно отличается от первой редакции, что вызвано уточнением формулировок, согласованием с новыми нормативными документами, учетом замечаний работы с предыдущей версией документа.

Основные положения настоящего руководящего документа учитывают требования Международного научного радиосоюза (URSI), Всемирной метеорологической организации (ВМО), распространяющиеся на международную сеть ионосферных наблюдений.

1 Область применения

Настоящий руководящий документ устанавливает организацию, методы и средства ионосферных наблюдений, программы наблюдения и разработан для обеспечения единства наблюдений, достоверности, эффективности, качества измерительной информации и передачи результатов наблюдений потребителям.

Настоящий руководящий документ является обязательным документом при выполнении ионосферных наблюдений на государственной наблюдательной сети. Настоящий руководящий документ предназначен для инженерного и технического персонала наблюдательных подразделений стационарных пунктов ионосферных наблюдений, сотрудников методических групп межрегиональных территориальных управлений по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и центров (областных, краевых, республиканских) по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды или для иных юридических лиц и (или) индивидуальных предпринимателей, занимающихся сбором, обработкой, хранением, предоставлением и распространением информации и информационной продукции, полученной в результате проведения ионосферных наблюдений.

Настоящий руководящий документ может быть рекомендован для применения на ионосферных сетях и наблюдательных пунктах других ведомств для достижения единых стандартов получаемых данных ионосферных наблюдений.

Настоящий руководящий документ может быть полезен сотрудникам научно-исследовательских учреждений, использующих ионосферную информацию, а также преподавателям и студентам профильных учебных заведений при изучении курсов "Физика атмосферы и гидросферы", "Метеорология, климатология, агрометеорология".

2 Нормативные ссылки

В настоящем руководящем документе использованы нормативные ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 12.0.003-2015 Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация

ИС NORMPROD: примечание.

В официальном тексте документа, видимо, допущена опечатка: имеется в виду ГОСТ Р 12.0.007-2009, а не ГОСТ 12.0.007-2009.

ГОСТ 12.0.007-2009 Система стандартов безопасности труда. Система управления охраной труда в организации. Общие требования по разработке, применению, оценке и совершенствованию

ГОСТ 12.0.230-2007 Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Общие требования

ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

РМГ 29-2013 ГСИ Метрология. Основные термины и определения

РД 52.04.567-2003 Положение о государственной наблюдательной сети

СП 2.2.3670-20 Санитарно-эпидемиологические требования к условиям труда

Примечание - При пользовании настоящим руководящим документом целесообразно проверять действие ссылочных документов:

- стандартов и классификаторов - в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячно издаваемого информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год;

- нормативных документов Росстандарта (РД 50, ПР 50, Р 50) и межгосударственных рекомендаций (РМГ) и правил (ПМГ) - по информационному указателю "Руководящие документы, рекомендации и правила", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года;

- нормативных документов по метрологии - по ежегодно издаваемому "Перечню нормативных документов в области метрологии", опубликованному по состоянию на 1 января текущего года;

- нормативных документов Росгидромета и Комитета Союзного государства - по РД 52.18.5 "Перечень нормативных документов (по состоянию на 01.08.2012)" и ежегодно издаваемому информационному указателю нормативных документов, опубликованному по состоянию на 1 января текущего года.

Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим руководящим документом следует руководствоваться замененным (измененным) нормативным документом. Если ссылочный нормативный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем руководящем документе применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 авроральная зона: Область поверхности Земли шириной в несколько градусов, над которой наиболее часто наблюдаются полярные сияния.

3.2

авроральный овал: Область ионосферы, являющаяся проекцией плазменного слоя и каспа вдоль силовых линий геомагнитного поля, где наиболее часто наблюдаются полярные сияния.

[ГОСТ 25645.109-84, статья 21]

3.3 белый свет: Электромагнитное излучение видимого диапазона, которое вызывает у наблюдателя с нормальным цветовым зрением световое ощущение, нейтральное по отношению к цвету, при этом спектр белого света может быть как непрерывным, так и линейчатым.

3.4 бод: Единица измерения символьной скорости, количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду.

3.5 вертикальное радиозондирование ионосферы: Зондирование ионосферы при помощи радиосигналов в диапазоне радиочастот, соответствующих диапазону исследуемых плазменных частот ионосферы и излучаемых вертикально вверх относительно поверхности Земли при условии, что точки излучения и приема совмещены.

3.6 внезапное ионосферное возмущение: Резкое увеличение концентрации электронов в области D под действием рентгеновского излучения солнечной вспышки, которое приводит к прекращению коротковолновой радиосвязи на всем освещенном полушарии Земли.

3.7 внешнее радиозондирование ионосферы: Вертикальное радиозондирование ионосферы, при котором излучение и прием сигналов производятся на искусственном спутнике Земли.

3.8 высокоорбитальная радиотомография: Метод получения трехмерных распределений концентрации электронов в ионосфере, который в качестве исходных данных использует синхронные измерения разности фаз когерентных радиосигналов от нескольких спутников, входящих в высокоорбитальную спутниковую систему, в нескольких пунктах приема, разнесенных по поверхности Земли.

3.9 высокоорбитальная спутниковая навигационная система: Система глобальной спутниковой навигации, функционирующая на орбитах порядка 20 000 км.

3.10 высотно-частотная характеристика: Частотная зависимость действующих высот отражения от ионосферы радиосигналов.

3.11 геомагнитные возмущения: Возмущения магнитного поля Земли, связанные с развитием и усилением крупномасштабных магнитосферно-ионосферных токовых систем и сопровождаемые свечениями (полярными сияниями) в высокоширотных областях ионосферы.

3.12 действующая высота: Условная высота отражения от ионосферы радиосигнала, определяемая по времени задержки между передачей и приемом отраженного от ионосферы сигнала при вертикальном падении в предположении, что скорость распространения сигнала постоянна и равна скорости света в вакууме.

3.13 ионизация (атмосферы): Образование в атмосфере свободных электронов и ионов из электрически нейтральных атомов и молекул.

3.14 ионограмма: Графическое изображение частотной зависимости действующих высот сигналов, отраженных от ионосферы, полученной путем радиозондирования ионосферы ионозондом.

3.15 ионозонд: Радиотехническое устройство, являющееся радаром декаметрового диапазона, используемым для радиозондирования ионосферы.

3.16 ионозонд бортовой: Ионозонд, установленный на искусственном спутнике Земли.

3.17 ионосфера: Область атмосферы на высотах выше 50 км, содержащая свободные электроны.

3.18 ионосферная буря: Ионосферное возмущение, сопровождающее магнитосферное возмущение.

3.19 ионосферное возмущение: Изменение параметров ионосферы под действием внешних факторов, не связанное с суточными или сезонными вариациями.

3.20 ионосферная наблюдательная сеть: Система стационарных ионосферных пунктов наблюдений, предназначенных для наблюдений за состоянием ионосферы.

Примечание - Ионосферная сеть относится к гидрометеорологической сети государственной наблюдательной сети по РД 52.04.567.

3.21 ионосферное наблюдательное подразделение: Структурная единица организации ионосферной наблюдательной сети, непосредственно выполняющая наблюдения за состоянием ионосферы в одном или нескольких закрепленных стационарных пунктах ионосферных наблюдений, также выполняющая первичную обработку результатов ионосферных наблюдений и передачу их по утвержденной схеме в головные научно-исследовательские учреждения гелиогеофизической службы Росгидромета.

3.22 истинная высота (отражения радиоволны в ионосфере): Высота, на которой происходит отражение электромагнитной волны, падающей на ионосферу вертикально.

3.23 камера всего неба ("all-sky"-камера): Фотографическое устройство, позволяющее одновременно фотографировать весь небосвод.

3.24 кеограмма: Развернутая по времени суточная запись интенсивности и широты полярных сияний и иных оптических атмосферных явлений.

3.25 критическая частота слоя: Наивысшая частота радиоизлучения, при которой слой ионосферы не только отражает вертикально направленную радиоволну, но и пропускает ее.

3.26 критическая частота слоя F2: Критическая частота обыкновенной радиоволны, отраженной от слоя F2.

3.27 критическая частота области E: Критическая частота O-компоненты самого низкого толстого слоя в области E.

3.28 магнитосфера Земли: Область околоземного космического пространства, занятая упорядоченным квазидипольным магнитным полем Земли.

3.29 магнитосферная суббуря (авроральная суббуря): Комплекс возмущений в магнитосфере, который генерируется изменениями в неоднородном (турбулентном) солнечном ветре, сопровождается повышенной диссипацией поступающей и (или) уже поступившей в магнитосферу (накопленной) энергии солнечного ветра.

3.30 максимальная применимая частота: Наивысшая частота радиосвязи для заданной дальности односкачковой трассы, не превышающей 4000 км.

3.31 метод ионосферных наблюдений: Метод исследования, заключающийся в количественном определении значений ионосферных параметров и условий ионосферного распространения радиоволн, а также в оценке качественных характеристик ионосферных явлений.

3.32 метод когерентных частот: Метод исследования ионосферы, основанный на дисперсионных свойствах плазмы и заключающийся в просвечивании ионосферы радиосигналами с когерентными частотами.

3.33 мониторинг ионосферы: Определение в реальном масштабе времени глобального пространственного распределения параметров ионосферы и их оперативное прогнозирование.

3.34 наименьшая применимая частота: Наименьшая частота, на которой надежность работы радиолинии соответствует минимально допустимой.

3.35 наклонное радиозондирование ионосферы: Зондирование ионосферы при помощи радиосигналов между отстоящими друг от друга наземными пунктами.

3.36 нижняя ионосфера: Область ионосферы ниже 140 км, в которой гирочастота ионов меньше частот их столкновений с нейтральными частицами.

3.37 низкоорбитальная радиотомография: Метод получения двумерных распределений концентрации электронов в ионосфере, который в качестве исходных данных использует синхронные измерения разности фаз когерентных радиосигналов от одного низкоорбитального спутника в нескольких пунктах приема, разнесенных вдоль направления его пролета.

3.38 низкоорбитальный спутник: Спутник с высотой орбиты от 300 до 1500 км.

3.39 оптимальная рабочая частота; ОРЧ: Частота, равная 85% от максимальной применимой частоты.

3.40 опасное гелиогеофизическое явление; ОГЯ: Процесс или явление, возникающее в околоземном космическом пространстве, которое по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности оказывает или может оказать поражающее воздействие на функционирование технических и биологических систем как на Земле, так и в околоземном космическом пространстве.

3.41 ПЗС-матрица (CCD-матрица, "charge-coupled device"): Специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС - приборов с зарядовой связью.

3.42 пиксель: Наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения в растровой графике.

3.43

полярная шапка: Область высокоширотной ионосферы, ограниченная авроральным овалом.

[ГОСТ 25645.109-84, статья 22]

3.44 полярные сияния (авроральные сияния): Свечение верхних слоев атмосферы, вызванное вторжением энергичных частиц космического происхождения (от сотен электронвольт до нескольких килоэлектронвольт) и возбуждением атомов и молекул высокоширотной ионосферы.

Примечание - Наиболее часто интенсивные полярные сияния наблюдаются в авроральной зоне.

3.45 поглощение радиоволн в ионосфере: Уменьшение энергии радиоволны вследствие частичного перехода ее в другие виды энергии в результате взаимодействия со средой.

3.46 прогноз распространения радиоволн в ионосфере: Предсказание условий распространения радиоволн при различных состояниях ионосферы.

3.47 пункт наблюдения сегмента радиотомографии: Стационарный пункт ионосферных наблюдений, оборудованный сетевыми программно-аппаратными комплексами приема сигналов низкоорбитальных и высокоорбитальных спутниковых навигационных систем и осуществляющий их передачу в Центры приема и обработки сигналов.

3.48 радиозондирование ионосферы: Обобщенное название методов исследования ионосферы с использованием передачи и (или) приема специальных радиосигналов.

3.49 радиотомографический разрез ионосферы: Двумерное сечение распределения концентрации электронов в ионосфере, получаемое методами радиотомографии на основе измерений характеристик ионосферы методом когерентных частот.

3.50 риометр: Специальный радиоприемник для непрерывного измерения уровня поглощения космического радиошума в ионосфере Земли.

3.51 риометрический метод (исследования ионосферы): Метод измерений интегрального поглощения в ионосфере Земли радиоизлучения космических источников.

3.52 Рэлей, Рл: Внесистемная единица изменения поверхностной яркости, которая применяется при исследовании полярных сияний и свечения ночного неба, была введена в 1956 году.

Примечание - Интенсивность излучения 1 Рл соответствует эмиссии 106 фотонов за одну секунду в столбе сечением 1 см².

3.53 светосила; F: Величина, характеризующая светопропускание оптической системы, то есть соотношение освещенности действительного изображения, передаваемого оптической системой в фокальную плоскость, и исходной яркости отображаемого объекта.

3.54 радиотомографический сегмент: Совокупность пунктов наблюдения сегмента радиотомографии ионосферной наблюдательной сети и Центров приема и обработки сигналов.

3.55 скорость ионообразования: Количество актов ионизации в единице объема в единицу времени под действием источника ионизации.

3.56 слой F1: Нижний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.

3.57 слой F2: Верхний из двух ионизированных слоев, на которые может распадаться область F.

3.58 спорадический слой Es: Узкий нерегулярно образующийся в силу тех или иных гелиогеофизических условий слой на высотах области E.

3.59

средство измерений: Техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики.

[РМГ 29-2013, пункт 6.2]

3.60 станция вертикального радиозондирования ионосферы: Ионозонд, предназначенный для проведения вертикального радиозондирования ионосферы.

3.61 станция наклонного радиозондирования ионосферы: Ионозонд, предназначенный для проведения наклонного радиозондирования ионосферы.

3.62 стационарный пункт ионосферных наблюдений: Комплекс, включающий в себя земельный участок или часть акватории с установленными на них приборами и оборудованием, предназначенными для определения количественных параметров и качественных характеристик ионосферы.

3.63 трансионосферное радиозондирование: Радиозондирование ионосферы между ИСЗ и наземной станцией вертикального радиозондирования ионосферы, которое осуществляется в двух вариантах: прямое - прием на Земле сигналов бортового ионозонда и обратное - прием на борту ИСЗ сигналов наземного ионозонда.

3.64 урсиграмма: Стандартный формат представления гелиогеофизической информации разного вида.

3.65 фокальная плоскость: Плоскость, перпендикулярная оптической оси и проходящая через передний или задний фокус линзы.

3.66 фокусное расстояние: Физическая характеристика оптической системы, определяющая ее основные свойства, главным образом, увеличение и угловое поле.

3.67 экранирующая частота спорадического слоя Es: Наименьшая частота, на которой наблюдаются отражения первого порядка O-компоненты от вышележащей области.

3.68 энергичные частицы: Электроны и ионы с энергиями, превышающими среднюю тепловую.

4 Обозначения и сокращения

4.1 В настоящем руководящем документе применены следующие обозначения:

- D область - часть ионосферы, расположенная приблизительно между 50 и 90 км над поверхностью Земли;

- E область - часть ионосферы, расположенная приблизительно между 90 и 140 км над поверхностью Земли;

- f - частота;

- F область - часть ионосферы, расположенная над поверхностью Земли на высоте более 140 км;

- F_10,7 - поток солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см, выраженный в солнечных единицах потока радиоизлучения, одна солнечная единица потока радиоизлучения равна 10^-22 Вт/(м·Гц);

- fbEs - экранирующая частота слоя Es, т.е. наименьшая частота, на которой наблюдаются отражения первого порядка O-компоненты от вышележащей области;

- fmin - минимальная частота, наблюдаемая на ионограммах вертикального радиозондирования (ВЗ) ионосферы; минимальная частота носового свистящего атмосферика;

- fo, fx, fz - частоты обыкновенной, необыкновенной и z-волн;

- foE, foF1, foF2 - критические частоты обыкновенной волны области E, слоев F1, F2;

- foEs - предельная частота обыкновенной радиоволны, отражающейся от спорадического слоя Es;

- ftEs - предельная частота отражения от слоя Es;

- fxF2 - критическая частота X-компоненты, отраженной от слоя F2;

- fxI - наибольшая частота, на которой имеются отражения от области F, независимо от того, отражаются ли они от ионосферы над головой или при наклонном падении;

- hpF2 - действующая высота следа отражений O-компоненты на частоте, равной 0,834·foF2;

- h' - действующая высота отражения;

- h'E - минимальная действующая высота области E;

- h'Es - минимальная действующая высота слоя Es, используемая для определения foEs;

- h'F - минимальная действующая высота следа отражений O-компоненты от взятой в целом области F;

- h'F2 - минимальная действующая высота слоя F2;

- M3000F1 - коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте слоя F1 при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км;

- M3000F2 - коэффициент, показывающий отношение МПЧ к критической частоте слоя F2 при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км.

4.2 В настоящем руководящем документе применены следующие сокращения:

- ФГБУ "ААНИИ" - Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт";

- АПК - аппаратно-программный комплекс;

- АСПД - автоматизированная система передачи данных;

- АФК - антенно-фидерный комплекс;

- АФС - антенно-фидерная система;

- АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

- АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;

- БД - база данных;

- БМНЧ - боковая максимальная наблюдаемая частота;

- БННЧ - боковая наинизшая наблюдаемая частота;

- ВЗ - вертикальное радиозондирование;

- ВИВ - внезапные ионосферные возмущения;

- ВМО - Всемирная метеорологическая организация;

- ФГБУ "ВНИИГМИ-МЦД" - Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных";

- ВнЗ - внешнее радиозондирование ионосферы;

- ВНКА - высокоорбитальные навигационные космические аппараты;

- ВНС - высокоорбитальные навигационные системы;

- ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи;

- ВОРТ - высокоорбитальная радиотомография;

- ВСС - ведомственная сеть связи;

- ВЧ - высокочастотный;

- ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система;

- ГНСС - глобальная навигационная спутниковая система;

- ГОСТ - государственный стандарт;

- ЗГМО - зональная гидрометеорологическая обсерватория;

- ИАЦ - информационно-аналитический центр;

- ИБП - источник бесперебойного питания;

- ИК-19 - "Интеркосмос-19";

- ИЗМИРАН - Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук;

- ИОНДА - код урсиграммы с текущими ионосферными данными;

- ИОНКА - код урсиграммы с результатами обработки ионограммы;

- ИОНХА - код урсиграммы с ионосферными характеристиками, полусуточными прогнозами;

- ИП - источник питания;

- ФГБУ "ИПГ" - Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова";

- ИСЗ - искусственный спутник Земли;

- К 1809 - советский научно-исследовательский спутник "Космос 1809";

- КА - космический аппарат;

- КВ - коротковолновый;

- КОИ - комплекс обработки ионограмм;

- КСД - кривая спокойного дня;

- КУ - комплекс управления;

- ЛЧМ - линейно частотно-модулированные сигналы;

- МНЧ - максимальная наблюдаемая частота;

- МПЧ - максимальная применимая частота;

- МПЧ(XXXX) (X)(XX) - максимально применимая частота с пояснительными обозначениями: (XXXX) - расстояние между приемником и передатчиком, (X) - количество скачков на трассе между приемником и передатчиком, (XX) - обозначение ионосферного слоя отражения сигнала. Указанные в скобках параметры могут опускаться;

- НЗ - наклонное радиозондирование ионосферы;

- НИС "Горьковская" - Научно-исследовательская станция "Горьковская" (ФГБУ "ААНИИ", Ленинградская область);

- НИУ - научно-исследовательское учреждение;

- НКПОР - наземный комплекс приема, обработки и распространения спутниковой информации;

- ННЧ - наинизшая наблюдаемая частота;

- ФГБУ НПО "Тайфун" - Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственное объединение "Тайфун";

- ОКП - околоземное космическое пространство;

- ОКСИОН - Общероссийская комплексная система оповещения населения;

- ОТИЗ - обратное трансионосферное радиозондирование;

- ПАК - программно-аппаратный комплекс;

- ПК - персональный компьютер;

- ПКК - пилотируемый космический комплекс;

- ПО - программное обеспечение;

- ППШ - поглощение в полярной шапке;

- ППС - поглощение типа Полярное Сияние;

- ПС - полярные сияния в видимом оптическом диапазоне;

- ПСД - платформа сбора данных;

- ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина;

- ПЭС - полное электронное содержание;

- пункт наблюдений РТС - стационарный пункт ионосферных наблюдений, оборудованный ПАК ВОРТ;

- РД - руководящий документ;

- Росгидромет - Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

- РПДУ - радиопередающее устройство;

- РПУ - радиоприемное устройство;

- РРВ - распространение радиоволн;

- РТ - радиотомография;

- РТС - сеть радиотомографии;

- РФ - Российская Федерация;

- СИ - средства измерений;

- СП - стационарный пункт;

- СПО - стационарный пункт оптических наблюдений;

- станция ВЗ - станция вертикального радиозондирования ионосферы;

- ТИЗ - трансионосферное радиозондирование;

- ТККС - транспортная корпоративная компьютерная сеть;

- УГМС - Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

- УПР - управление радиопередающим устройством;

- УСФРЕ - код урсиграммы для передачи данных НЗ;

- ФГБУН - федеральное государственное бюджетное учреждение науки;

- ЦГМС - центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

- ЦК - цифровая камера всего неба;

- ЦСДН - центр сбора данных наблюдений;

- ЭВМ - электронно-вычислительная машина;

- AA - Auroral Absorption (авроральное поглощение);

- CADI - Canadian Advanced Digital Ionosonde (Канадский передовой цифровой ионозонд);

- CGLat - Corrected Geomagnetic Latitude (исправленная геомагнитная широта);

- CGLon - Corrected Geomagnetic Longitude (исправленная геомагнитная долгота);

- COM-порт (Communications Port - последовательный порт);

- FTP - File Transfer Protocol (протокол передачи файлов);

- GNSS - Global Navigation Satellite System (глобальная спутниковая навигационная система);

- GPS - Global Positioning System (глобальная навигационная система);

- GST WMO - глобальная система телесвязи Всемирной метеорологической организации;

- IGRF - International Geomagnetic Reference Field (Международное отсчетное геомагнитное поле);

- IONKA - код урсиграммы с результатами обработки ионограммы;

- IRNSS - Indian Regional Navigation Satellite System (Индийская региональная спутниковая система);

- MLT - Magnetic Local Time (местное магнитное время);

- NAT - Network Address Translator (ретранслятор внутренних сетевых адресов во внешнюю сеть);

- NTP - сетевой протокол времени (Network Time Protocol);

- OSI - Open System Interconnection (стандартная модель взаимодействия открытых систем);

- PCA - Polar Cap Absorption (поглощение типа полярной шапки);

- QZSS - Quasi-Zenith Satellite System (Квазизенитная спутниковая система);

- RINEX - Receiver Independent Exchange Format (формат независимого обмена приемников);

- RS-232 - Recommended Standard 232 (интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстояние до 15 м);

- RWD - Regular World Days (регулярные мировые дни);

- SCA - Sudden commencement absorption (внезапное начало поглощения);

- SCNA - Sudden Cosmic Noise Absorption (внезапные поглощения космического шума);

- SID - Sudden ionospheric disturbances (внезапные ионосферные возмущения);

- SIMP - System of Ionospheric Monitoring and Prediction (система ионосферного мониторинга и прогноза);

- SNR - signal-to-noise ratio (отношение сигнал/шум);

- SSTP VPN - Secure Socket Tunneling Protocol Virtual Private Network (безопасный протокол туннелирования интерфейсов в виртуальной частной сети);

- SWI - Special World Intervals (специальные мировые интервалы);

- TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol (протокол управления передачей/межсетевой протокол);

- UABSE - код урсиграммы с информацией о поглощении в ионосфере;

- URSI - Union Radio-Scientifique Internationale (Международный научный радиосоюз);

- USB - Universal Serial Bus (универсальная последовательная шина);

- UT - Universal Time (всемирное время) (сокращение применено при демонстрации оригинальных продуктов работы ионозондов);

- VSAT - Very Small Aperture Terminal (малая спутниковая наземная станция);

- Wi-Fi - Wireless Fidelity (технология беспроводной локальной сети с устройствами на основе стандартов IEEE 802.11);

- WMO - World Meteorological Organization (Всемирная метеорологическая организация).

5 Организация ионосферной наблюдательной сети

5.1 Методы ионосферных наблюдений

5.1.1 Организация ионосферной наблюдательной сети проводится в соответствии с организационными основами построения государственной наблюдательной сети, ее структурой и порядком открытия, переноса и закрытия пунктов наблюдений и наблюдательных подразделений РД 52.04.567.

5.1.2 Методами ионосферных наблюдений на государственной ионосферной сети являются:

а) вертикальное радиозондирование ионосферы (ВЗ);

б) наклонное радиозондирование ионосферы (НЗ);

в) наблюдения за полным электронным содержанием;

г) наблюдения интегрального поглощения в ионосфере Земли радиоизлучения космических источников;

д) оптические наблюдения авроральной зоны [1].

5.1.3 Методы ионосферных наблюдений по 5.1.2 обеспечивают мониторинг ионосферы - определение в реальном масштабе времени глобального пространственного распределения параметров ионосферы и его прогнозирование.

5.2 Размещение стационарных пунктов ионосферных наблюдений

5.2.1 Размещение стационарных пунктов (СП) ионосферных наблюдений по территории определяется пространственной изменчивостью основных параметров ионосферы. В соответствии с научно-организационными принципами построения сети и по требованиям ВМО СП ионосферных наблюдений в среднеширотном районе должны располагаться на расстоянии около 500 км вдоль меридиана и около 1000 км вдоль параллели. В высокоширотной области необходима более густая сеть СП ионосферных наблюдений.

5.2.2 Установка СП ионосферных наблюдений проводится с учетом рельефа местности и наличия работающих радиотехнических средств другого назначения.

5.2.3 Новые СП ионосферных наблюдений устанавливаются в неизученных или малоизученных в гелиогеофизическом, ионосферном, магнитном отношении районах или в районах перспективного хозяйственного освоения и там, где плотность наблюдательной сети недостаточна для данного вида наблюдений.

5.2.4 Объекты по месту осуществления наблюдений определяются требованиями [1].

5.3 Порядок открытия, закрытия, переноса стационарных пунктов ионосферных наблюдений

5.3.1 Организация новых наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567 (раздел 9).

5.3.2 Закрытие наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567 (раздел 10).

5.3.3 Перенос наблюдательных подразделений ионосферной наблюдательной сети, СП ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с РД 52.04.567 (раздел 11).

5.4 Документация стационарных пунктов ионосферных наблюдений

5.4.1 Документация СП ионосферных наблюдений состоит из:

- технической документации;

- хозяйственно-финансовой документации;

- организационно-оперативной документации;

- нормативной документации.

5.4.2 К технической документации СП ионосферных наблюдений относятся:

- учетная карточка СП ионосферных наблюдений;

- техническое дело СП ионосферных наблюдений;

- руководства по эксплуатации, схемы и технические паспорта;

- формуляры основного и электрического оборудования и средств связи.

5.4.3 Учетная карточка СП ионосферных наблюдений содержит основные текущие данные СП ионосферных наблюдений: название, синоптический индекс, координаты, разность между местным и московским временем, адрес, средства связи, характеристики служебных помещений и др.

Учетная карточка СП ионосферных наблюдений составляется в четырех экземплярах: первый экземпляр хранится в СП ионосферных наблюдений, второй - в УГМС, третий - в Росгидромете, четвертый - в ФГБУ "ВНИИГМИ-МЦД".

5.4.4 Техническое дело СП ионосферных наблюдений представляет собой журнал, в который записываются все необходимые сведения о СП ионосферных наблюдений, ведется его история, включая изменения в штате, и заносятся сведения об инспекторских осмотрах, поверках и испытаниях технических средств.

Техническое дело ведется в двух экземплярах: первый (основной) хранится в СП ионосферных наблюдений, второй - в УГМС.

5.4.5 Хозяйственно-финансовая документация СП ионосферных наблюдений включает инвентарные описи имущества СП ионосферных наблюдений и архива в соответствии с перечнем оборудования.

5.4.6 К организационно-оперативной документации СП ионосферных наблюдений относятся:

- технические журналы эксплуатации и регистрации всех видов работ;

- организационно-оперативные журналы регистрации расхода электроэнергии, трафика канала связи, сдачи дежурств и т.д.;

- планы профилактического технического обслуживания и текущего ремонта.

В техническом журнале эксплуатации и регистрации всех видов работ, производимых на СП ионосферных наблюдений, отмечают все неисправности и вносят замечания о работе технических средств, а также сведения о проведении ремонтных и регламентных работ, контрольных или сравнительных наблюдений. Журнал ведется ежедневно.

5.5 Требования к техническим средствам и оборудованию, необходимым для проведения наблюдений

5.5.1 К техническим средствам и оборудованию, необходимым для проведения ионосферных наблюдений, относятся технические средства и оборудование, расположенные по месту осуществления работ (оказания услуг), принадлежащие юридическому лицу (индивидуальному предпринимателю) на праве собственности или ином законном основании и соответствующие установленным требованиям для выполнения работ (оказания услуг).

5.5.2 К применению допускаются приборы и оборудование, а также средства измерений утвержденного типа, прошедшие поверку в соответствии с положениями Федерального закона N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений", а также обеспечивающие соблюдение установленных законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений обязательных требований, включая обязательные метрологические требования к измерениям, обязательные метрологические и технические требования к средствам измерений и обязательные требования, установленные законодательством Российской Федерации о техническом регулировании [2].

5.5.3 Для осуществления работ (оказания услуг) в сфере ионосферных наблюдений, использующих радиочастоты, необходимы разрешение Государственной комиссии по радиочастотам на использование радиочастот или радиочастотных каналов и экспертное заключение о соответствии уровня электромагнитных излучений гигиеническим нормативам санитарного законодательства Российской Федерации, полученное в установленном порядке в органах, имеющих действующий аттестат аккредитации на выполнение данного типа работ.

5.6.1 Руководящие ионосферными наблюдениями работники должны иметь высшее профессиональное образование по специальности "Гидрометеорология", "Прикладная гидрометеорология" или высшее профессиональное образование в области физико-математических, естественных наук, техники и технологии; профессиональную переподготовку по направлению профессиональной деятельности; стаж работы не менее 3 лет в области эксплуатации наземного гелиогеофизического оборудования.

5.6.2 Требования к работникам, осуществляющим ионосферные наблюдения, устанавливаются в соответствии с [1].

5.7.1 Ионосферная информация хранится в специально созданных базах данных. Срок хранения информации не ограничен.

5.7.2 Ионосферная информация предоставляется с точным указанием места и времени наблюдения.

5.7.3 Лица, занимающиеся гелиогеофизической деятельностью, в случае объявления чрезвычайной ситуации обязаны в порядке, установленном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти, незамедлительно предоставлять в федеральный орган исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях информацию о гелиогеофизических характеристиках окружающей среды.

5.7.4 Информационная продукция производится по методикам, утвержденным федеральным органом исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях.

5.7.5 Распространению подлежит только информационная продукция, регламентированная в методиках, утвержденных федеральным органом исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях.

6 Метод вертикального радиозондирования ионосферы

6.1 Принцип реализации метода

6.1.1 Суть метода ВЗ состоит в измерении времени распространения посланных вертикально вверх и вернувшихся обратно коротких радиоимпульсов с приемлемой степенью точности.

6.1.2 В основе метода ВЗ лежит эффект резонанса между частотой падающей (снизу) на ионосферу электромагнитной волны, испущенной ионозондом, и частотой плазменных колебаний, возбуждаемых ею в ионосфере, в которой существуют в заметных количествах не только ионы, но прежде всего свободные электроны. В силу того, что последние значительно легче массивных ионов, они гораздо эффективнее, нежели ионы, взаимодействуют с радиосигналами.

6.1.3 В результате ВЗ определяют действующие высоты сигналов h' для каждой частоты f - условные высоты отражения от ионосферы радиосигналов, определяемые по времени задержки между передачей и приемом отраженных от ионосферы сигналов при вертикальном падении в предположении, что скорость распространения сигнала постоянна и равна скорости света в вакууме.

Так как в действительности скорость распространения сигналов в ионосфере меньше скорости света (из-за их взаимодействия с заряженными частицами), h' всегда превышает истинную высоту h. Это превышение тем больше, чем выше концентрация заряженных частиц в ионосфере и, соответственно, сильнее ее влияние на распространяющиеся в ней сигналы.

6.2 Требования к местам проведения наблюдений методом вертикального радиозондирования

При проведении ионосферных наблюдений методом ВЗ требуется организовать СП ионосферных наблюдений. Земельный участок СП ионосферных наблюдений должен позволять разместить на нем антенно-фидерный комплекс ионозонда ВЗ и ионосферный павильон площадью не менее 45 м², предназначенный для размещения обслуживающего персонала и измерительной аппаратуры [1].

6.3 Средства наблюдения ионосферы методом ВЗ

К техническим средствам и оборудованию, необходимым для проведения ионосферных наблюдений методом ВЗ, относится ионозонд ВЗ ионосферы, подключенный к антенно-фидерному комплексу (АФК) [1].

6.3.2 Наземная станция вертикального радиозондирования "Парус-А"

6.3.2.1 Назначение ионозонда "Парус-А"

Станции ВЗ ионосферы наземные "Парус-А" (далее - ионозонды "Парус-А") предназначены для измерений времени задержки радиоимпульса, импульсного напряжения переменного тока, а также для отображения результатов измерений и расчетных значений.

Продуктом работы ионозонда является высотно-частотная характеристика ионосферы (ионограмма), которая в зависимости от ее качества и степени детальности обработки может дать информацию о состоянии основных ионосферных слоев и областей (F2, F1, E, Es), о высотном профиле концентрации электронов в ионосфере, о параметрах, определяющих условия распространения радиоволн. Правильная и максимально полная обработка ионограмм является важным этапом цепочки получения геофизической и радиофизической информации при ионосферном радиозондировании.

Ионозонд обеспечивает решение следующих задач:

- определение частотной зависимости действующих высот отраженных ионосферой сигналов (ионограмм ВЗ);

- автоматическое построение высотного профиля электронной концентрации ионосферы N_e(h);

- автоматическое формирование стандартных телеграмм с измеренными параметрами ионосферы;

- определение частотной зависимости действующих расстояний между искусственным спутником Земли (ИСЗ) и наземной станцией ВЗ (трансионограммы);

- организацию базы данных ионосферных измерений;

- подготовку данных для передачи потребителям по протоколу FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) по сети Интернет.

6.3.2.2 Принцип действия

Принцип действия ионозонда, иногда именуемого станцией ВЗ ионосферы (далее - станция ВЗ), состоит в генерировании импульсного сигнала 100-микросекундной длительности, с заполнением несущей частотой от 1 до 20 МГц, излучаемого АФК, не входящим в состав ионозонда, и измерении времени задержки этого сигнала после его отражения от слоев ионосферы.

Ионозонд состоит из:

- импульсного генератора;

- широкополосного передатчика с передающей антенной (далее - передающая система);

- приемного устройства с приемной антенной (далее - приемная система);

- преобразователя сигналов;

- блока индикатора.

Генератор возбуждает короткие прямоугольные радиоимпульсы (от 50 до 200 мкс), несущая которых меняется с частотой, как правило, в пределах от 1 до 20 МГц. Они усиливаются в широкополосном передатчике и излучаются вертикально вверх. Синхронно с перестройкой частоты широкополосного передатчика перестраиваются и входные каскады приемного устройства, настроенные на ту же частоту, что и широкополосный передатчик. В блоке преобразователя сигналов частоты формируются высотные и частотные метки. В блоке индикатора эти метки смешиваются с отраженными сигналами, в результате чего возникает панорамное изображение ионосферы - ее высотно-частотная характеристика.

По условиям эксплуатации ионозонды удовлетворяют требованиям группы 2 по ГОСТ 22261 с диапазоном рабочих температур от 10 °C до 35 °C, относительной влажностью воздуха 80% при температуре 25 °C.

Внешний вид ионозондов представлен на рисунках 1 - 4.

Рисунок 1 - Внешний вид РПУ (модификация 1)

Рисунок 2 - Внешний вид РПУ (модификация 2)

Рисунок 3 - Внешний вид РПДУ

6.3.2.3 Состав ионозонда "Парус-А"

Конструктивно ионозонды выполнены в виде функциональных блоков: радиоприемного устройства (РПУ), радиопередающего устройства (РПДУ), комплекса управления (КУ) и комплекса обработки ионограмм (КОИ). РПДУ представляет собой моноблок, выполняющий функции передатчика. РПУ представляет собой модульную конструкцию, выполненную в стандарте "Евромеханика", и имеет две конструктивные модификации. В первой модификации управление ионозондом осуществляется от персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), встроенной в РПУ. При этом монитор, клавиатура и манипулятор "мышь" подключены к РПУ снаружи. Во второй модификации управление ионозондом осуществляется от ПЭВМ, которая в целом конструктивно не входит в блок РПУ.

6.3.2.4 Характеристики радиопередающего устройства

Технические и метрологические характеристики РПДУ приведены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика	Значение
Диапазон рабочих частот, МГц	От 1 до 20
Импульсная мощность излучения, кВт	Не менее 10
Средняя мощность излучения, Вт	От 45 до 75
Потребляемая мощность, не более, Вт	600
Абсолютная погрешность частоты заполнения излучаемого радиоимпульса, кГц	+/- 5
Режим работы - круглосуточный, сеансами и непрерывный, длительность сеанса:
в режиме ВЗ, не более, с	30
в режиме ТИЗ и ОТИЗ, не более, с	7

6.3.2.5 Характеристики радиоприемного устройства

Технические и метрологические характеристики РПУ приведены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристика	Значение
Уровень собственных шумов приемника, дБ·Гц/Вт	-185
Диапазон рабочих частот, МГц	От 1 до 20
Диапазон аттенюации по входу РПУ ступенчатый, дБ, не менее	30,0
Погрешность коэффициентов усиления каналов радиоприемного устройства не превышает:
по амплитуде, дБ	0,5
по фазе, градус	1,0
Динамический диапазон, дБ, не менее	110,0
Точность привязки к системе GPS и ГЛОНАСС, мкс	1,0

6.3.2.6 Антенно-фидерный комплекс ионозонда "Парус-А"

АФК представляет собой приемную и передающую антенны и фидера, соединяющие антенны и ионозонд. Антенное поле для установки АФК ионозонда "Парус-А" в существующей комплектации имеет размеры 125x75 м². Ориентация главной оси антенны имеет угол плюс 45° или минус 45° к направлению на магнитный полюс.

Излучение и прием сигналов на ионозонде "Парус-А" производятся либо на совмещенной приемо-передающей антенне, либо (для разделения ионных компонент) - на раздельных передающей и приемной антеннах. В первом случае полотно антенны формируется из антенного канатика сечением не менее 10 мм² в виде двух встроенных друг в друга и расположенных в одной плоскости большого и малого вертикальных ромбов, растянутых на одной центральной мачте высотой 27 м и двух боковых мачтах высотой 14 м. Активное нагрузочное сопротивление составляет 600 Ом. Для согласования антенны с 75-омным выходным каскадом передатчика ставятся два согласующих трансформатора (75/600 Ом). Большой ромб предназначен для работы в диапазоне частот от 1 до 5 МГц, малый ромб - в диапазоне от 5 до 20 МГц. В случае работы ионозонда на совмещенную приемо-передающую антенну для предотвращения проникновения мощных импульсов передатчика в приемный тракт ионозонда на его входе ставится лампа-ключ.

Для разделения обыкновенной и необыкновенной компонент сигналов, отражающихся от ионосферы, приемную антенну располагают отдельно от передающей. В этом случае большой и малый вертикальные ромбы, описанные выше, используются в качестве передающей антенны, а приемная антенна представляет собой либо расположенные перпендикулярно друг другу две вертикальные дельты с высотой центральной мачты 22 м, либо два скрещенных диполя. В последнем случае антенное полотно растягивается на одной центральной и четырех боковых мачтах высотой по 6 м. Расстояние между центральной и боковыми мачтами составляет 8 м. Приемная антенна устанавливается на одном антенном поле с передающей антенной. Внешний вид АФК с совмещенной приемо-передающей антенной, изготовленного из композитных материалов, расположенного на зональной гидрометеорологической обсерватории (ЗГМО) "Бор" (Подкаменная Тунгуска), приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Внешний вид АФК для ионозонда "Парус-А"

6.3.2.7 Комплекс управления

КУ обеспечивает решение следующих задач:

- автоматическое обнаружение сигналов ВЗ с очисткой поля ионограммы от помех;

- отображение результатов цифровой обработки, полученных в процессе радиозондирования ионосферы, на экране монитора;

- поиск и обеспечение работы ионозонда на частотах с минимальным уровнем помех в заданных частотных поддиапазонах;

- автоматическая обработка обнаруженных сигналов ВЗ с выделением и классификацией магнитоионных компонент;

- возможность запуска, изменение режимов работы ионозонда, модернизацию функционального программного обеспечения и передачу данных радиозондирования ионосферы по каналам связи, совместимым с сетью Internet.

6.3.2.8 Комплекс обработки ионограмм

КОИ состоит из двух модулей: модуля операторской (стандартной) обработки ионограмм и модуля автоматического распознавания и анализа ионограмм. Модуль операторской (интерактивной) обработки ионограмм обеспечивает обработку и представление результатов радиозондирования ионосферы в соответствии с действующими стандартами обмена ионосферными данными, автоматическое построение профиля электронной концентрации ионосферы, определение его параметров с формированием стандартных телеграмм, выделение мод распространения сигналов.

Модуль автоматического распознавания и анализа ионограмм предназначен для выполнения следующих основных задач:

- чтение выходных данных ионозонда "Парус-А", поступающих в соответствующий каталог локального FTP-сервера, в исходном формате;

- контроль достоверности входных данных и запись частично декодированной информации в локальную или удаленную базу данных;

- формирование входного файла программы автоматической обработки ионограмм;

- запуск внешней программы автоматической обработки данных;

- занесение результатов автоматической обработки в базу данных;

- формирование выходных данных ("телеграмм") в формате "IONKA";

- отправка сформированных "телеграмм" на удаленный FTP-сервер.

Пример ионограммы, зарегистрированной ионозондом "Парус-А", и результаты ее обработки представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Ионограмма ионозонда "Парус-А"

В программном обеспечении (ПО) ионозонда "Парус-А" всемирное время обозначено UT, что сохранено при демонстрации продуктов работы ионозонда.

6.3.2.9 Подготовка к работе ионозонда "Парус-А"

Ионозонд "Парус-А" предназначен для работы в стационарных помещениях (допустимый диапазон температур воздуха в помещениях от 10 °C до 40 °C при относительной влажности воздуха до 80%).

Соединение приемника и усилителя мощности осуществляется следующим образом: кабель управления со стороны приемника подключается к разъему "УПР РПУ", а со стороны усилителя мощности - к разъему "УПР"; экран кабеля управления со стороны усилителя мощности должен быть обязательно подключен к корпусу усилителя; кабель зондирующего сигнала стороной с защелкивающимся разъемом типа "LEMO" подключается к разъему "XW4-ZS" приемника, стороной с резьбовым разъемом - к разъему "ВЧ" усилителя мощности.

Для соединения составных частей ПЭВМ необходимо: снять верхнюю и нижнюю задние крышки каркаса приемника, для чего открутить крепящие винты; снять фиксатор кабелей, для чего открутить два винта на боковой стенке с внутренней стороны; подключить 4 кабеля к соответствующим разъемам на задней стенке ПЭВМ - для дисплея, клавиатуры, манипулятора "мышь" и системного блока внешней ПЭВМ; вставить кабели в соответствующие прорези фиксатора и закрепить фиксатор; установить на место задние крышки каркаса приемника.

Для соединения приемника и ПЭВМ необходимо проверить после транспортировки и при необходимости подключить два кабеля на передней панели каркаса приемника к разъемам "USB" блока "Б-002" и "RS-232" блока "Б-001"; проверить и при необходимости соединить кабелями на передней панели каркаса приемника разъемы "XW2-IS" или "XW3-IS" блока "Б-002" с разъемом "IS" блока "Б-003". Выходы "XW2-IS" и "XW3-IS" равнозначны и используются оба в 8-канальном варианте приемника.

Приемные антенны подключаются к разъемам "Вх.1 - Вх.4" приемника, передающая антенна подключается к разъему усилителя мощности. Передающие антенны подключаются к выходам РПДУ "Б.РОМБ" и "М.РОМБ".

Разъемы, не оговоренные выше, используются при настройке и отладке программ и в процессе работы не используются.

Все кабели питания компьютера, приемника и усилителя мощности должны быть подсоединены к аппаратуре и подключены к сети 220 В, 50 Гц через блок бесперебойного питания. Включение питания осуществляется в последовательности: компьютер, приемник, усилитель мощности.

Компьютер включается нажатием на выключатель "ON/OFF" на блоке "Б-004". После включения питания приемника на этом переключателе должен светиться индикатор. После включения питания должен работать вентилятор. Категорически запрещается эксплуатация приемника с неработающим вентилятором!

Далее осуществляется автоматическая загрузка программ. В исправном приемнике должен светиться индикатор выключателя, на индикаторе "РЕЖИМ" блока "Б-002" промелькнет индикация "ЗГ" и установится индикация "ОС" - останов, должны мигать блочные индикаторы "1 - 4", "9". Красный индикатор "НЕИСПР." на блоке "Б-001" должен погаснуть.

После включения питания ионозонд готов к работе.

Дальнейшие действия по управлению аппаратурой осуществляются в соответствии с инструкцией оператора с клавиатуры ПЭВМ.

На передней панели блока "Б-002" приемника расположена кнопка "СБРОС". Ее нажатие осуществляет перезапуск программы микропроцессора приемника, обеспечивая исходное состояние, эквивалентное состоянию после включения питания. При сбоях и зависаниях программы как приемника, так и ПЭВМ, а также после включения питания необходимо пользоваться этой кнопкой. После нажатия кнопки "СБРОС" приемник и усилитель мощности отключены.

Для выключения питания необходимо:

- выполнить соответствующие действия, указанные в инструкции оператора по остановке работы программы и корректному выходу из нее;

- нажать кнопку "СБРОС" на блоке "Б-002";

- выключить усилитель мощности;

- перевести переключатель "СЕТЬ" на блоке питания приемника "087.360" в положение "0". При этом вся индикация должна погаснуть. Светодиодный индикатор "USB" будет светиться всегда, если к приемнику подсоединен включенный компьютер;

- компьютер выключается нажатием на выключатель "ON/OFF" на блоке "Б-004";

- выключить источник бесперебойного питания в соответствии с инструкцией, входящей в комплект к источнику бесперебойного питания.

В случае отключения электроэнергии источник бесперебойного питания переходит в режим работы от внутреннего аккумулятора (индикации и звуковые сигналы источника бесперебойного питания в случае отключения электроэнергии указаны в инструкции к источнику бесперебойного питания). В таком режиме источник бесперебойного питания может работать не более 5 мин.

Для включения питания усилителя мощности необходимо:

- тумблер "АНТ-ЭКВ" установить в положение "ЭКВ";

- включить тумблер "СЕТЬ" и нажать кнопку "РУЧН. ВКЛ". При этом должен загореться светодиод "БП";

- включить тумблер "4кВ ВКЛ". Через 3 мин после включения стрелка микроамперметра "Ua" должна установиться на делении от 37 до 38 мкА;

- шлиц потенциометра "РЕГ. ВЫХ" установить в крайнее левое положение. С пульта электронно-вычислительной машины (ЭВМ) дать команду на зондирование на фиксированных частотах, при этом параметры импульса должны быть следующими: длительность 100 мкс; частота запуска 50 Гц;

- плавно установить шлиц потенциометра "РЕГ. ВЫХ" в крайнее правое положение;

- установить тумблер "АНТ-ЭКВ" в положение "АНТ" и дать команду на зондирование по всему частотному диапазону;

- по окончании проверки все органы управления вернуть в исходное положение;

- при эксплуатации РПДУ включение и выключение блока, задание режима работы осуществляет ЭВМ. Тумблеры "СЕТЬ" и "4кВ ВКЛ" устанавливаются в положение "Включено", шлиц потенциометра "РЕГ. УСИЛ" - в крайнее правое положение. При необходимости производится регулировка уровня выходной мощности РПДУ. При работе на совмещенную приемо-передающую антенну тумблер "ППА" устанавливается в положении "Включено".

Аварийное выключение усилителя мощности производится автоматически, во всех других случаях - тумблером "СЕТЬ".

РПДУ БЕЗ НАГРУЗКИ НЕ ВКЛЮЧАТЬ!

Во время грозы и при других экстремальных условиях необходимо:

- произвести отключение аппаратуры тумблером "СЕТЬ";

- в случае работы с разнесенными антеннами необходимо отключить выходы приемных антенн, подключенные к разъемам "Вх.1 - Вх.4" приемника, и отключить вход передающей антенны, подключенный к усилителю мощности;

- в случае работы с совмещенной антенной необходимо отключить вход антенны, подключенный к усилителю мощности;

- отключить от разъема "ANT.GPS" блока "Б-001" вход.

6.3.2.10 Меры безопасности при работе с РПДУ

К эксплуатации РПДУ допускаются лица, обладающие соответствующей квалификацией и ознакомленные с инструкцией по эксплуатации и программой наблюдений.

В блоке РПДУ имеются цепи с напряжением 220 В, минус 120 В, +950 В и +3700 В. Для предупреждения несчастных случаев и электрических повреждений РПДУ при его эксплуатации и ремонте необходимо соблюдать следующие правила:

- не вскрывать блок РПДУ и не производить замену элементов, подключение и отключение кабелей и шины заземления при включенном РПДУ;

- при обнаружении отказов в работе РПДУ немедленно выключить напряжение питания, выяснить и устранить неисправность;

- при проведении ремонтных работ проверить наличие остаточных напряжений на конденсаторах фильтров выпрямителей и при необходимости разрядить их специальным разрядником, в первую очередь это относится к ИП3700 и ИП950;

- при ремонте РПДУ тумблер "+4 кВ ВКЛ" включать только при необходимости, во всех остальных случаях, особенно при проверках в верхней части РПДУ, выключать;

- при ремонте источника питания (ИП) не работать с заземленными измерительными приборами;

- во время работы стоять на резиновом коврике;

- работая с высоким напряжением, все замеры производить одной рукой, другую руку держать за спиной или в кармане;

- РАБОТА С ОТКРЫТЫМ БЛОКОМ РАЗРЕШАЕТСЯ ПРИ НАЛИЧИИ В ПОМЕЩЕНИИ НЕ МЕНЕЕ ДВУХ ЧЕЛОВЕК;

- недопустимо размещать РПДУ в помещении с большой влажностью и температурой выше 30 °C;

- в помещении должна быть шина общего заземления;

- длина коаксиальной линии от РПДУ до антенны должна быть как можно короче;

- земляная клемма приемника должна быть подключена к земляной шине помещения.

6.3.3 Ионозонд CADI

6.3.3.1 Назначение ионозонда CADI

На высокоширотном сегменте сети ВЗ ионосферы Росгидромета используются комплексы ВЗ ионосферы CADI (далее - ионозонды CADI) (Canadian Advanced Digital Ionosonde). Измеряемые параметры: фаза, амплитуда, временная задержка отраженных сигналов (высота) в зависимости от излучаемой частоты. Ионозонд CADI имеет в своем составе один радиоприемник, но конфигурация ионозонда позволяет одновременно работать с четырьмя радиоприемниками. При конфигурации ионозонда CADI с четырьмя приемниками возможно измерение углов прихода и поляризации отраженных сигналов.

6.3.3.2 Состав ионозонда CADI

Ионозонд CADI представляет собой модульную систему, состоящую из следующих основных блоков: персонального промышленного компьютера с установленной операционной системой Linux и программным обеспечением, контроллера/приемника, блока радиопередатчика, приемника сигналов навигационных спутников с антенной (рисунок 6), антенно-фидерного комплекса (рисунок 7). Основные характеристики ионозонда CADI представлены в таблице 3.

1 - персональный компьютер с установленной операционной системой Linux и программным обеспечением;

2 - блок контроллера/приемника;

3 - блок радиопередатчика;

4 - приемник сигналов GPS.

Рисунок 6 - Внешний вид ионозонда CADI

1 - мачтовое устройство;

2 - наклонная часть полотна;

3 - горизонтальная часть полотна;

4 - оттягивающая опора;

5 - поддерживающая опора;

6 - опора с согласованной нагрузкой;

7 - снижение;

8 - канат подъемный;

9 - анкер;

10 - оттяжка;

11 - громоотвод;

12 - светоограждение.

Рисунок 7 - АФК ионозонда CADI

Таблица 3

Основные характеристики ионозонда CADI

Характеристика	Значение
Импульсная мощность, Вт	600
Средняя мощность, Вт	25
Рабочий частотный диапазон, МГц	От 1 до 20
Длительность импульсов, мкс	40
Развертка по частоте, ед	100, 200, 400
Шаг развертки	Линейный или логарифмический
Метод генерации частоты	Прямой цифровой синтез
Диапазон рабочих высот, отражаемых на ионограмме, км	От 90 до 1020
Разрешение по высоте, км	6
Импульсная последовательность	7 - 13-импульсная кодовая последовательность Баркера или одиночный импульс
Требования по питанию:
напряжение сети, В	110/220
частота, Гц,	50/60
мощность, ВА	350

6.3.3.3 Принцип действия

При включении ПО ионозонда CADI считывает настройки оборудования из файла конфигурации, такие как: периодичность зондирования, развертку по частоте, частотный диапазон и другие. В указанные в файле промежутки времени с ПЭВМ отправляются соответствующие команды и настройки в блок контроллера/приемника. Связь ПЭВМ с блоком контроллера/приемника осуществляется через USB порт. Блок контроллера/приемника выполняет запрошенные команды и формирует последовательности зондирующих импульсов. Частота зондирующих импульсов формируется синтезатором частот методом прямого цифрового синтеза.

Данный метод обеспечивает мгновенную перестройку частоты и фазы зондирующих сигналов. Помимо этого, синтезатор частот генерирует опорную частоту гетеродина приемника.

Сформированная последовательность зондирующих импульсов поступает на вход блока передатчика. Блок передатчика содержит несколько полупроводниковых усилителей мощности со схемой контроля коэффициента стоячей волны. Выходная импульсная мощность блока составляет 600 Вт. Применение кодовой импульсной последовательности дает увеличение эквивалентной мощности излучения на 11 дБ, т.е. в 13 раз. Усиленные зондирующие радиоимпульсы с выхода передатчика посредством передающей антенны излучаются вертикально в направлении ионосферы.

Отраженный сигнал принимается приемной антенной и поступает по фидерной линии на вход блока контроллера/приемника. Приемник комплекса служит для регистрации эхо-сигнала и его аналого-цифрового преобразования. Приемник собран по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Сигнал на промежуточной частоте подвергается квадратурной обработке и оцифровывается двухканальным аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Оцифрованный сигнал передается на ПЭВМ для последующей обработки, визуализации и хранения. В результате обработки зарегистрированных эхо-сигналов формируется ионограмма.

Для синхронизации всех процессов комплекса по времени используется встроенный сервер времени, организованный на ПЭВМ CADI. В качестве опорных часов сервера применяется приемник сигналов GPS с внешней выносной антенной.

6.3.3.4 Антенно-фидерный комплекс ионозонда CADI

АФК представляет собой два широкополосных "дельта-полотна", расположенных друг относительно друга под углом 90° (рисунок 7). Одна дельтаобразная антенна является приемной, другая - передающей.

Каждое "дельта-полотно" состоит из двух наклонных и двух горизонтальных частей полотна. Один конец наклонной части полотна крепится к мачте высотой 33,8 м с помощью подъемного каната. Второй конец наклонной части полотна жестко крепится на оттягивающей опоре. Оттягивающая опора оттягивается двумя оттяжками, прикрепленными к анкерам. Горизонтальная часть полотна с помощью каната крепится к мачте на высоте 2,4 м. Другим концом горизонтальная часть полотна жестко крепится к оттягивающей опоре.

Верхние части двух наклонных вибраторов подключаются к согласованной нагрузке 600 Ом. Нижние части наклонных вибраторов соединяются с концами вибраторов горизонтальных частей полотна. Вторые концы горизонтальных вибраторов подключаются к согласующему высокочастотному трансформатору, обеспечивающему согласование симметричного тракта с волновым сопротивлением 600 Ом с несимметричным трактом фидерной линии с волновым сопротивлением 50 Ом.

В антенне обеспечивается однонаправленное излучение. Диаграмма направленности ориентирована вертикально вверх относительно поверхности земли.

6.3.3.5 Комплекс управления

Управление ионозондом CADI полностью осуществляется ПО, установленным на ПЭВМ. ПО состоит из файлов конфигурации системы и исполняемых файлов. Настройки комплекса хранятся в четырех файлах конфигурации: location.ini, cadischd.ule, cadi.defaults и *.def. В файлах указывается системная информация: название и местоположение станции, режим и расписание излучения, настройки приемника и передатчика, длительность импульсной последовательности излучения, диапазон рабочих высот и другие настройки.

Исполняемые файлы предназначены для выполнения работ по конфигурации системы в соответствии с указанными настройками, по диагностированию ионозонда, по переводу ионозонда в режим зондирования ионосферы и по регистрации принимаемых сигналов.

6.3.3.6 Комплекс обработки ионограмм

Для автоматизированной обработки ионограмм используется специализированное ПО, позволяющее:

- визуализировать первичные цифровые файлы ионограммы в формате *.md4;

- проводить обработку ионограммы и запись результатов обработки в базу данных (БД).

Внешний вид окна программы представлен на рисунке 8. Работа с ПО автоматизированной обработки осуществляется в соответствии с Руководством оператора ионозонда CADI.

Рисунок 8 - Программа автоматизированной обработки

ионограмм ВЗ ионозонда CADI

6.4 Мероприятия по обеспечению безопасности труда в СП ионосферных наблюдений, оборудованном ионозондом

6.4.1 Все лица, проводящие техническое обслуживание, ремонт ионозондов и АФК, должны пройти проверку знаний по правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей [3] и иметь квалификационную группу по электробезопасности не ниже III группы.

6.4.2 Перед началом эксплуатации устройств СП ионосферных наблюдений необходимо изучить руководства по эксплуатации этих устройств.

6.4.3 Для обеспечения безопасности при работе с ионозондом и с контрольно-испытательной аппаратурой необходимо:

- содержать в порядке рабочее место;

- иметь достаточную освещенность рабочего места;

- убедиться в наличии на месте испытаний штепсельных розеток и сети 220 В 50 Гц;

- иметь исправные сетевые шнуры у всех измерительных приборов;

- заземлить прибор, контрольно-измерительную аппаратуру и измерительные приборы;

- проводить стыковку и расстыковку разъемов только при выключенном напряжении;

- проверить правильность маркировки состыкованных разъемов и правильность сборки схемы в соответствии со схемой соединений;

- производить смену сгоревших или неисправных предохранителей в измерительных приборах при выключенном напряжении сети;

- при проведении ремонтных работ с передатчиком, в котором могут быть каскады с источниками высоковольтных напряжений, следует руководствоваться разделом руководства по эксплуатации, касающимся данного блока.

6.4.4 Не разрешается производить включение ионозондов, если климатические условия в помещении, где они установлены, не удовлетворяют требованиям руководства по эксплуатации.

6.4.5 Категорически запрещается производить эксплуатацию ионозонда при неисправной системе электрической блокировки, обеспечивающей отключение цепей высокого напряжения при вскрытии устройств.

6.4.6 Подключение устройств ионозонда к сети переменного тока допускается только специальными кабелями, входящими в комплект поставки ионозонда. Включение кабелей питания производится при выключенном рубильнике сетевого напряжения в помещении, где установлен ионозонд.

6.4.7 Включение сетевого кабеля передатчика ионозонда необходимо производить в соответствии с обозначениями на вилке кабеля и на розетке.

6.4.8 Подключения и отключения штепсельных разъемов устройств ионозонда должны производиться при полном снятии питающего напряжения путем отключения кабеля питания данного устройства от сети 220 В.

6.4.9 Замену предохранителей необходимо производить при полностью отключенной от сети аппаратуре.

6.4.10 При приближении грозы необходимо прекратить все работы, заземлить антенную систему, отключить электропитание ионозонда и перейти в другое (более безопасное во время грозы) помещение.

6.4.11 Наладочные работы с блоками аппаратуры, выдвинутыми или вынутыми из стоек, а также со снятыми крышками (кожухами) должны производиться не менее чем двумя лицами с соблюдением следующих мер предосторожности:

- подключение вынутых блоков к стойкам ионозонда должно производиться путем применения специальных удлинительных кабелей, входящих в комплект ионозонда;

- вынимать и вставлять блоки, а также производить подключение и отключение удлинительных кабелей и разъемов отдельных элементов схемы разрешается только при полностью выключенном ионозонде;

- необходимо помнить, что даже после выключения ионозонда на конденсаторах фильтров выпрямителей может присутствовать значительное остаточное напряжение, опасное для жизни. Наибольшую опасность в этом отношении представляют блоки радиопередающих устройств;

- при наладке включенных блоков аппаратуры следует помнить, что в них имеется напряжение переменного тока 220 В - опасное для жизни человека, а в радиопередающих и индикаторных устройствах - постоянное напряжение до нескольких киловольт, являющееся источником повышенной опасности. Напряжение сети 220 В может присутствовать даже в том случае, если сам блок выключен, но шланг питания стойки, из которой он вынут, включен в электрическую сеть;

- наладка и ремонт блоков с применением пайки должны выполняться только при полностью отключенной от сети аппаратуре.

6.4.12 При работе с радиопередающими устройствами ионозондов следует учитывать, что элементы этих устройств находятся под высоким напряжением постоянного тока, представляющим повышенную опасность для человека. Напряжение на конденсаторах фильтра высоковольтного выпрямителя может сохраняться даже после выключения передатчиков.

6.4.13 В ионозондах высокое напряжение на конденсаторах высоковольтного выпрямителя может сохраняться до трех суток, поэтому конденсаторы нужно разрядить с помощью специального разрядного устройства каждый раз после открывания корпуса передатчика.

6.4.14 При подключении к радиопередатчику ионозонда эквивалента антенны необходимо следить за тем, чтобы корпус эквивалента антенны был надежно соединен с корпусом ионозонда.

6.4.15 При ремонте и наладке индикаторных устройств следует иметь в виду, что в них присутствует напряжение постоянного тока от 100 до 12000 В, подаваемое на электро-лучевую трубку индикатора (где она имеется).

6.5 Обработка ионограмм ВЗ

6.5.1 Ионосферные характеристики, определяемые по ионограммам ВЗ

6.5.1.1 Для обработки ионограмм ВЗ используется единая международная методика, прописывающая правила обработки данных наблюдений, которые выработаны при подготовке и проведении двух Международных геофизических годов: первого - в 1957 и 1958 годах, приуроченного к максимуму 11-летнего цикла солнечной активности, и второго - в 1964 и 1965 годах - Международного года спокойного Солнца [4].

6.5.1.2 Обработка данных ВЗ производится с помощью программных комплексов, обеспечивающих как автоматическую, так и интерактивную обработку ионограмм.

6.5.1.3 На ионограммах почти всегда видны несколько похожих друг на друга следов отражений, так называемых "кратников". Такие отражения получаются, когда импульсы проходят от 2 до 3 раз (а иногда и больше) между станцией ВЗ и ионосферой. Действующая высота отражений 2-й (3-й) кратности будет в два (три) раза больше действующей высоты первого отражения. Многократные отражения преобладают в периоды малого поглощения радиоволн в нижней ионосфере (области D).

6.5.1.4 Все числовые характеристики обычно снимаются по отражениям первой кратности, т.е. по основному следу. На рисунке 9 показаны основные частотные и высотные характеристики, которые определяются по ионограмме ВЗ:

- fmin - наименьшая частота, при которой наблюдаются следы отражений;

- foE - критическая частота O-компоненты области E;

- foF1 - критическая частота O-компоненты, отраженной от слоя F1;

- foF2 - критическая частота O-компоненты, отраженной от слоя F2;

- fxF2 - критическая частота X-компоненты, отраженной от слоя F2;

- fbEs - экранирующая частота спорадического слоя Es;

- foEs - предельная частота обыкновенной радиоволны, отражающейся от спорадического слоя Es;

- ftEs - предельная частота отражения от слоя Es;

- h'E - минимальная действующая высота области E;

- h'Es - минимальная действующая высота следа отражений от Es, используемая для определения foEs;

- h'F - минимальная действующая высота следа отражений O-компоненты от взятой в целом области F;

- h'F2 - минимальная действующая высота слоя F2;

- hmF2 - рассчитанная программой обработки высота максимума концентрации электронов слоя F2.

Рисунок 9 - Ионограмма ВЗ, полученная на цифровом ионозонде

"Парус-А" на СП ионосферных наблюдений "Москва", с высотным

профилем плазменных частот f(h)

6.5.1.5 По ионограммам также определяют характеристики:

- M3000(F2, F1) - безразмерный коэффициент, показывающий отношение максимально применимой частоты (МПЧ) к критической частоте данного слоя при наклонном падении на расстоянии скачка, равном 3000 км;

- типы Es - типы спорадических слоев, по которым классифицируются отражения от Es;

- типы F-рассеяния - классификация вида рассеянных отражений.

6.5.2 Типы спорадических слоев Es

6.5.2.1 Существует одиннадцать специальных категорий, по которым классифицируются отражения от спорадических слоев Es. Количество типов, наблюдающихся на одном СП ионосферных наблюдений, обычно меньше. На частотных (f-) и высотных (h-) графиках указываются типы Es наиболее вероятные для данного СП ионосферных наблюдений.

6.5.2.2 Тип c (cusp - пикообразный, с перегибом). Этот тип обычно обнаруживается как след Es, слившийся с отражениями от регулярного E, за исключением симметричного перегиба около foE. В некоторых случаях, когда отклоняющее поглощение велико, часть или весь перегиб могут отсутствовать. Этот тип Es часто мешает определению foE (рисунок 10).

Рисунок 10 - Спорадический слой Es типа c

6.5.2.3 Тип h (high - высокий). Этот тип отличается от типа c наличием разрыва по высоте вблизи foE. Загибы следов E и Es обычно несимметричны, причем начало следа Es лежит выше конца следа E. В этом случае точность определения foE не ухудшается (рисунок 11).

Рисунок 11 - Спорадический слой Es типа h

6.5.2.4 Тип l (low - низкий). Es, расположенный ниже минимальной действующей высоты регулярной области E. Данный тип Es относится к дневному периоду, когда наблюдается толстая область E (рисунок 12).

Рисунок 12 - Спорадический слой Es типа l

6.5.2.5 Тип f (flat - плоский). Сюда относится след Es, который не показывает увеличения высоты с частотой. Этот след относительно широкий, с хорошо выраженными нижним и верхним краями. Структурно он близок типу l, но отмечается обычно в ночное время (т.е. когда отсутствует регулярная область E) (рисунок 13).

Рисунок 13 - Спорадический слой Es типа f

6.5.2.6 Тип r (retardation - запаздывание). След этого типа дает увеличение действующей высоты у своего высокочастотного конца, как след регулярной области E. Групповое запаздывание обнаруживается в Es, но не наблюдается на соответствующих частотах в области F (рисунок 14).

Рисунок 14 - Спорадический слой Es типа r

6.5.2.7 Тип a (auroral - авроральный, тип полярных сияний). Он виден обычно ночью и сопровождается увеличением магнитной активности и полярными сияниями. Этот тип Es обладает хорошо выраженным плоским или постепенно возрастающим нижним краем, с расслоениями и рассеянными отражениями над ним. Размытая часть следа иногда простирается вверх до нескольких сот километров (рисунок 15).

Рисунок 15 - Спорадический слой Es типа a

6.5.2.8 Тип s (slanting - косой). Он представляет собой равномерно поднимающийся размытый след. След отражений этого типа обычно начинается от регулярной области E или от Es другого типа. Именно этот возрастающий по высоте след и классифицируется как след типа s.

6.5.2.9 В экваториальных широтах в дневные часы регулярно наблюдается Es типа q (equatorial - экваториальный). Он возбуждается дневной токовой системой в области E (электроджетом), направленной на восток, почти прозрачен во всем диапазоне частот. Зона наибольшей вероятности появления Es типа q образует полосу шириною около 1200 км вдоль магнитного экватора (+/- 5° магнитной широты).

6.5.3 Классификация вида рассеянных отражений. Типы F-рассеяния

6.5.3.1 Явление, при котором сигнал, отраженный ионизированным слоем F, из-за мелкомасштабных, не более 2 - 3 км, неоднородностей ионосферы становится диффузным, теряет свою упорядоченную структуру, называется F-рассеянием. В этих случаях отражения от ионосферы сильно размыты, т.е. не имеют резко очерченной формы, и наблюдаются ниже или выше реальной критической частоты области. Такие отражения называются рассеянными. Рассеянные отражения наблюдаются и от других областей, но тип F-рассеяния является наиболее частым и наиболее трудным для интерпретации.

6.5.3.2 F-частотное рассеяние. При этом типе рассеяния следы отражений на ионограмме расширены по частоте вблизи критических частот (рисунок 16).

Рисунок 16 - Тип F-частотное рассеяние

6.5.3.3 Q1-рассеяние. Иногда на фоне обычного рассеяния типа F имеются дополнительные следы отражений ниже критической частоты foF2, подобные нормальному следу. Такой тип F-рассеяния классифицируется как Q1. Но чаще оба типа неоднородностей наблюдаются одновременно (рисунок 17).

Рисунок 17 - Рассеяния типа Q1 и F

6.5.3.4 Q-рассеяние по высоте. Если следы отражений вдали от критической частоты расширены по высоте и диапазон рассеяния превышает 30 км, то такой тип F-рассеяния классифицируется, как тип Q (рисунок 18).

Рисунок 18 - Тип Q-рассеяние по высоте (диапазонное

рассеяние) и тип F (частотное рассеяние), что можно

обозначить как тип L - смешанный тип

6.5.3.5 L-рассеяние. Если одновременно с рассеянием по высоте наблюдается и рассеяние по частоте типа F, то такой вид рассеяния можно классифицировать двумя способами: отмечая двумя буквами F и Q или одной буквой L, обозначающей смешанный тип F-рассеяния.

6.5.3.6 P-шпора. Если на ионограмме присутствуют следы от наклонов отражающей области, которые простираются до более высоких частот, чем следы от F-области, расположенной над головой, то в этих случаях рассеяние относят к типу P-шпора (рисунок 19). Когда отражающая структура со временем перемещается к точке наблюдения, рассеянные отражения типа P могут переходить в типы F и Q.

Рисунок 19 - Тип P-шпора

6.5.4 Оценка и описание измеряемых характеристик

6.5.4.1 Определение ионосферных характеристик по ионограммам часто бывает затруднительно, а иногда и совсем невозможно по разным причинам (ионосферным или аппаратурным). Во многих случаях причины этих трудностей сами по себе представляют большой научный интерес, в остальных случаях указание причины может иметь значение при статистической обработке данных. Поэтому для объяснения трудностей определений характеристик и классификации явлений принята международная система буквенных обозначений. Буквенные обозначения (символы) служат для того, чтобы:

- оценить числовое значение (больше или меньше указанного);

- указать, что значение получено в результате какой-либо операции (интерполировано, вычислено по обыкновенной компоненте (O-компоненте) или необыкновенной компоненте (X- или Z-компоненте), сглажено по графику);

- объяснить отсутствие результатов измерений характеристик;

- указать причину, по которой результат измерения полагается сомнительным;

- дать полезную описательную информацию об ионограмме.

Символы первых двух групп называются оценочными, а последних четырех - описательными. Ниже даются определения этих символов, принятые URSI.

6.5.4.2 В качестве оценочных букв используются: A, D, E, I, J, M, O, T, U, Z.

Смысл оценочных букв:

A - меньше, чем (применяется только с параметром fbEs в случае полного экранирования слоем Es вышележащих областей);

D - больше, чем;

E - меньше, чем;

I - отсутствующее значение заменено интерполированным;

J - характеристика O-компоненты вычислена по X-компоненте;

M - сомнительная интерпретация вида компоненты;

O - характеристика необыкновенной компоненты волны, вычисленная по обыкновенной компоненте;

T - значение определено по ряду последовательных наблюдений;

U - числовое значение недостоверно или сомнительно;

Z - характеристика обыкновенной (O) компоненты волны, вычисленная по Z-компоненте.

6.5.4.3 К описательным буквам относятся: A, B, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, V, W, X, Y, Z.

Описательные буквы имеют следующие значения:

A - на измерение параметра влияет или делает его невозможным наличие нижележащего тонкого спорадического слоя - Es. В первом случае с описательной буквой A используется соответствующая оценочная буква (U, J, E, D). Во втором - числовое значение параметра заменяется буквой A;

B - на измерение влияет или делает его невозможным большое поглощение (большое значение fmin).

В первом случае с описательной буквой B используется соответствующая оценочная буква (U, J, E, D). Во втором - числовое значение параметра заменяется буквой B;

C - на измерение влияет или делает его невозможным какая-либо не ионосферная причина (неполадки в аппаратуре, отсутствие электроэнергии, погрешность часов);

D - на измерение влияет или делает его невозможным верхний предел нормального диапазона частот ионозонда (10 или 20 МГц);

E - на измерение влияет или делает его невозможным нижний предел нормального диапазона частот ионозонда (1 МГц);

F - на измерение влияет или делает его невозможным наличие рассеянных отражений;

G - на измерение влияет или делает его невозможным малая плотность ионизации отражающей области. Буква G используется в основном при определении параметров слоев F2 и Es:

а) если foF2 - foF1 < 0,5 МГц, то числовое значение foF2 сопровождается символом G. Если отражений от слоя F2 совсем нет, тогда foF2 отсчитывается на частоте, очень близкой к foF1, и сопровождается символами EG (этот случай называется "Условием G" в ионосфере). При этом значение M3000F2 и действующая высота следа отражений O-компоненты на частоте, равной 0,834·foF2 (hpF2), заменяются буквой G;

б) если foEs или fbEs <= foE, числовые значения foEs и fbEs сопровождаются буквой G;

в) если след слоя Es, по которому определяется высота слоя Es, не становится горизонтальным, то тогда числовое значение минимальной действующей высоты слоя Es, используемое для определения foEs (h'Es), сопровождается символами EG;

H - на измерение влияет или делает его невозможным наличие расслоений в области;

K - имеется корпускулярная область E. Эта буква применятся в тех случаях, когда во время ионосферной бури в ночное время наблюдаются отражения, напоминающие отражения от регулярной дневной области E. Числовое значение foE в таких случаях сопровождается букой K, что указывает на корпускулярную природу ночной области E;

L - на измерение влияет или делает его невозможным отсутствие на следе достаточно четко выраженного перегиба между слоями F1 и F2. Буква L применяется для пары foF1 M3000F1, а также иногда при определении значений h'F2:

а) foF1 - если переход от слоя F1 к слою F2 выражен очень слабо, но он все же заметен, тогда отсчитывается числовое значение точки перегиба и сопровождается буквой L. На f-графике на этой частоте будет стоять буква L. В таблицах вместо числового значения foF1 будет записана только буква L. Числовые значения МПЧ и, соответственно, M3000F1 в этом случае заменяются буквой L. Если перегиб выражен достаточно четко, тогда числовое значение foF1 сопровождается буквами UL, на f-графике при этом будет заполненный кружок;

б) h'F2 - если след слоя F2 не имеет почти горизонтального участка, то отсчитывается наиболее подходящее значение h'F2 и сопровождается буквой L (на h-графике на этой высоте будет стоять буква L, в таблицах вместо числового значения будет записана только буква L). Если же след слоя F2 почти горизонтален, числовое значение h'F2 с буквами UL;

M - значение сомнительно из-за невозможности различить O- и X-компоненты. Эта буква применяется очень редко;

N - ионосферные условия таковы, что измерение не поддается интерпретации (чаще всего при наличии наклонных отражений, затрудняющих интерпретацию ионограмм);

O - измерение относится к обыкновенной компоненте (при определении некоторых параметров X-компоненты);

P - наличие рассеянных следов типа полярной шпоры;

Q - наличие диапазонного рассеяния;

R - на измерение влияет или делает его невозможным отклоняющее поглощение вблизи критической частоты;

S - на измерение влияют или делают его невозможным радиопомехи или атмосферные помехи;

T - значение характеристики определено из ряда наблюдений, причем фактическое наблюдение было противоречиво или сомнительно;

V - разветвленный след вблизи критической частоты, который может повлиять на измерение;

W - измерение характеристики неточно или невозможно вследствие того, что отражения находятся за пределами записываемого диапазона высот;

X - измерение относится к необыкновенной компоненте;

Y - прерывистый след (явление лакуны), сильный наклон области (ненормальный ход следов вблизи foF2 - очень сложные отражения);

Z - измерение относится к третьей магнито-ионной компоненте. Z-след является характерным для высокоширотных СП ионосферных наблюдений.

6.5.5 Оценка степени точности параметров

6.5.5.1 Определение foE должно производиться по крайней мере с точностью, равной 0,05 МГц.

6.5.5.2 Оценка степени точности при определении foE:

- значение foE считается точным, если предполагаемая неточность не превышает +/- 0,05 МГц, т.е. в диапазоне 0,1 МГц;

- если предполагаемая неточность больше +/- 0,05 МГц, но не превышает +/- 0,15 МГц, т.е. в диапазоне от 0,1 до 0,3 МГц, то значение foE сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра (см. подпункт 6.5.4.2);

- если предполагаемая неточность больше +/- 0,15 МГц, но не превышает +/- 0,2 МГц, т.е. в диапазоне от 0,3 до 0,4 МГц, то foE должно записываться с оценочной буквой E или D, в зависимости от существовавших условий, и соответствующей описательной буквой (см. подпункт 6.5.4.2);

- если предполагаемая неточность больше +/- 0,4 МГц, то числовое значение foE заменяется соответствующей описательной буквой (см. подпункт 6.5.4.2).

6.5.5.3 Определение foF2 должно производиться по крайней мере с точностью, равной 0,1 МГц или 2% (здесь и в подпункте 6.5.5.4 берут то значение, которое больше).

6.5.5.4 Оценка степени точности при определении foF2:

- значение foF2 считается точным и записывается без оценочной буквы, если предполагаемая неточность не превышает +/- 0,1 МГц, т.е. в диапазоне 0,2 МГц, либо не превышает +/- 2%;

- если предполагаемая неточность больше +/- 0,1 МГц, но не превышает +/- 0,2 МГц, т.е. в диапазоне от 0,2 до 0,4 МГц или, соответственно, больше +/- 2%, но не превышает +/- 5%, значение foF2 сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра (см. подпункт 6.5.4.2);

- если предполагаемая неточность больше +/- 0,2 МГц, но не превышает +/- 0,3 МГц, т.е. в диапазоне от 0,4 до 0,5 МГц или, соответственно, больше +/- 5%, но не превышает +/- 10%, то foF2 должно записываться с оценочной буквой E или D, в зависимости от существовавших условий, и соответствующей описательной буквой (см. подпункт 6.5.4.2);

- если предполагаемая неточность больше +/- 0,3 МГц или +/- 10%, то числовое значение foF2 заменяется соответствующей описательной буквой (см. подпункт 6.5.4.2).

6.5.5.5 Трудности при определении foEs и fbEs возникают, если между концом следа Es и началом вышележащего слоя (F1 или F2) имеется разрыв. Тогда применяются следующие правила:

- если разрыв не превосходит 0,3 МГц, значения foEs и fbEs определяются как точные значения;

- если разрыв более 0,3 МГц, но не превосходит 0,4 МГц, значения foEs и fbEs определяются в середине диапазона и сопровождаются оценочной буквой U и описательной буквой, указывающей причину неточного определения данного параметра;

- если разрыв более 0,4 МГц, но не превосходит 0,5 МГц, значения foEs и fbEs должны записываться с оценочной буквой E или D и соответствующей описательной буквой.

6.5.5.6 Значение действующей высоты h' любого слоя считается точным, если отсчет производится в точке, в которой можно провести касательную прямую к следу данного слоя. В противном случае используют описательные и оценочные буквы:

h'Es - если след слоя не стал горизонтальным, то числовое значение h'Es записывается с буквами EG;

h'E, h'F1 и h'F2 - если след области E, слоя F1 или F2 не является горизонтальным, а имеет "наклон", числовое значение h' должно сопровождаться оценочной буквой U или E и описательной буквой, указывающей причину неточного определения высоты области или слоя в данном случае (использование описательной буквы L при определении h'F2 приведено в подпункте 6.5.4.3).

6.5.6 Определение максимально применимых частот и коэффициента M3000F1 (M3000F2)

6.5.6.1 К общему обозначению МПЧ добавляются наименование ионосферной области, от которой происходит отражение данной частоты, и количество скачков, например, МПЧ 1F2 - односкачковая мода слоя F2. Также после обозначения МПЧ перед обозначением количества скачков и слоя отражения может добавляться дальность. Различают МПЧ на дальности 4000 км (МПЧ 4000), на дальности 3000 км (МПЧ 3000) и т.д.

6.5.6.2 С точки зрения теории распространения радиоволн в ионосфере МПЧ - особая точка на ионограмме наклонного радиозондирования ионосферы, в которой соединяются верхние и нижние геометрооптические лучи (рисунок 20).

Рисунок 20 - Ионограмма наклонного зондирования

на радиотрассе Москва (ИЗМИРАН) - Калининград

с отмеченными МПЧ

На рисунке 20 МПЧ 1E равно 11,5 МГц, МПЧ 1F2 равно 9 МГц, а МПЧ слоя F1 не сформировалась и имеет только перегиб в частотном ходе группового пути. Превышение МПЧ 1E над МПЧ 1F2 характерно для односкачковых радиотрасс в области существования отражения от слоя E в летнее околополуденное время при низкой и средней солнечной активности.

Если реализуется трасса с несколькими скачками, то МПЧ всей трассы можно оценить как наименьшее значение МПЧ в этих скачках.

6.5.6.3 В практику ионосферных исследований исторически введен параметр, характеризующий отношение МПЧ моды 1F2 для дальности 3000 км к критической частоте foF2 по ионограмме ВЗ (M3000 F2). Исторически для определения M3000 использовался метод номограмм, когда в одном и том же масштабе графически подбиралась кривая передачи из семейства стандартных кривых, касающаяся следа отражения от слоя F2 на ионограмме ВЗ. Кривой передачи называют зависимость высоты эквивалентного треугольника при фиксированной дальности от угла падения

(рисунок 21).

- вертикальный угол прихода;

D₀ - дальность радиотрассы вдоль земной поверхности;

- угол между волновым вектором и нормалью к изолинии концентрации электронов ионосферы на действующей высоте отражения h' = TG.

Рисунок 21 - Схема построения эквивалентного треугольника

при наклонном падении луча на ионосферу

6.5.6.4 В системе интерактивной обработки ионограмм на ионозонде "Парус-А" реализована исторически апробированная методика оценки параметра M3000 - для фиксированной точки f_v, h' (указатель мышки) строится кривая передачи в диапазоне действующих высот от 200 до 800 км. На рисунке 22 показан пример определения значения МПЧ на ионограмме ВЗ. Механическая операция наложения графиков выполняется программным образом. В поле ионограммы появляется кривая передачи. Курсором надо подвести ее к соответствующему следу слоя (F2 или F1) так, чтобы кривая оказалась касательной к следу обыкновенной компоненты, и сделать отсчет. Значение коэффициента M3000 определяется автоматически.

Рисунок 22 - Определение значения МПЧ

6.5.6.5 Если определение значения МПЧ3000 невозможно, то соответствующей буквой указывается причина, по которой невозможно определить МПЧ. Если отсчитанное значение МПЧ является сомнительным, то оно сопровождается оценочной буквой U и описательной буквой, соответствующей причине неточности. Чаще всего сомнение возникает из-за неточного определения критической частоты соответствующего слоя. Т.е. буквы, используемые при определении foF2 или foF1, чаще всего повторяются с параметром МПЧ и, соответственно, M3000.

6.5.6.6 В процедуре автоматической обработки ионограмм, инкорпорированной в общую систему определения ионосферных параметров ионозонда "Парус-А", МПЧ3000 1F2 находится методом прямого расчета по высотному профилю концентрации электронов.

6.5.7 Определение действующей высоты следа отражений O-компоненты hpF2

Параметр hpF2 определяется по следу F2 на ионограмме как действующая высота на частоте f, равной foF2·0,834. В приближении "параболического" слоя это значение считают равным высоте максимума электронной концентрации. При этом обращают внимание, что частота f, равная foF2·0,834, должна быть больше, чем частота, на которой определяется h'F2. Если это не так, то числовое значение hpF2 заменяется буквой G. Если эти частоты совпадают, записывают: "hpF2 = h'F2" с буквой G.

На рисунке 23 демонстрируется пример определения параметра hpF2.

Рисунок 23 - Определение параметра hpF2

6.5.8 Комплексная обработка данных ионозондов ВЗ ионосферной сети

6.5.8.1 Пространственная корреляция ионосферной информации убывает с расстоянием. Экстраполяция данных ионозондов ВЗ возможна на интервалах не более 6 - 10° по широте и не более 20° по долготе.

6.5.8.2 Определение параметров ионосферы вне СП ионосферных наблюдений осуществляется посредством применения алгоритмов ассимиляции данных в ионосферные модели.

6.5.8.3 Ионосферная модель, используемая для мониторинга ионосферы, должна быть одобрена к применению органом исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях.

6.5.8.4 Основной ионосферной моделью, ассимилирующей данные ионозондов ВЗ, работающей в системе мониторинга ионосферы, является система ионосферного мониторинга и прогноза (SIMP-2), представляющая свои результаты в цифровом и графическом виде (рисунок 24).

Карта корректированной критической частоты слоя F2 (foF2)

2022.01.29 13:00 UT

Рисунок 24 - Карта глобального распределения foF2,

полученная системой мониторинга SIMP-2

6.6 Представление данных обработки ионограмм

6.6.1 Формат урсиграммы ИОНКА

Гелиогеофизическая информация, поступающая с СП ионосферных наблюдения, имеет стандартный формат для каждого вида урсиграмм.

Для представления результатов обработки ионограмм используется формат урсиграммы ИОНКА, состоящий из 13 групп символов, описанных в таблице 4, разделенных пробелами. ИОНКА завершается знаком равенства (=), который не отделяется пробелом. Общая форма записи формата ИОНКА имеет вид:

ИОНКА ///// ГММДД Н/М/К /ЧЧММ ФФФВВ ПП/ММ СССВВ ОООВВ ККЭЭЭ ЕЕЕВВ АААТ/ РРР//=

Таблица 4

Номер и назначение группы символов	Символ	Описание элементов группы
1 Кодовое слово	ИОНКА	-	-
2 Индексный номер СП ионосферных наблюдений	/////	-	Пятизначный индексный номер СП ионосферных наблюдений, оборудованного ионозондом ВЗ
3 Дата наблюдения	ГММДД	Г	Последняя цифра года
		ММ	Месяц
		ДД	День по Гринвичу
4 Служебная группа	Н/М/К	Н	Всегда цифра "7"
		/	Всегда косая черта
		М	Количество сеансов зондирования, одновременно сообщаемых в коде
		/	Всегда косая черта
		К	Сумма цифр во всех передаваемых группах, следующих после служебной, только разряд единиц общей суммы
5 Всемирное время	/ЧЧММ	/	Всегда косая черта
		ЧЧ	Часы
		ММ	Минуты
6 foF2, h'F2	ФФФВВ	ФФФ	foF2, записанная в десятых долях мегагерц
6 foF2, h'F2	ФФФВВ	ВВ	h'F2. Записывают только сотни и десятки километров
7 M3000F2, тип F-рассеяния (Spread F), fmin	ПП/ММ	ПП	Коэффициент M3000F2
		/	Косая черта при отсутствии F-рассеяния; при F-рассеянии вместо косой черты ставится цифра, характеризующая тип F-рассеяния: 6 - тип F, 7 - тип P, 8 - тип Q, 9 - тип L
		ММ	Минимальная частота отражения, в десятых долях мегагерц
8 foEs, h'Es	СССВВ	ССС	foEs, записанная в десятых долях мегагерц
8 foEs, h'Es	СССВВ	ВВ	h'Es. Записывают только десятки и единицы километров - превышение над уровнем в 100 км
9 foF1, h'F	ОООВВ	ООО	foF1, записанная в десятых долях мегагерц
9 foF1, h'F	ОООВВ	ВВ	h'F. Записывают только сотни и десятки километров
10 M3000F1 и hpF2	ККЭЭЭ	КК	M3000F1
10 M3000F1 и hpF2	ККЭЭЭ	ЭЭЭ	hpF2 в километрах
11 foE, h'E	ЕЕЕВВ	ЕЕЕ	foE, записанная в десятых долях мегагерц
11 foE, h'E	ЕЕЕВВ	ВВ	h'E. Записывают только десятки и единицы километров - превышение над уровнем в 100 км
12 fbEs, тип Es	АААТ/	ААА	fbEs, записанная в десятых долях мегагерц
		Т	Значение, определяющее тип Es: (1 - тип f, 2 - тип l, 3 - тип c, 4 - тип h) 5 - тип q, 6 - тип r, 7 - тип a, 8 - тип s, 9 - не классифицируется, 0 - нет данных
		/	Всегда косая черта
13 fxI	РРР//	РРР	fxI, записанная в десятых долях мегагерц
13 fxI	РРР//	//	Всегда две косые черты

При формировании урсиграммы кодом ИОНКА следует учитывать, что:

- при отсутствии слоя Es вместо цифры ставится косая черта;

- при отсутствии какого-либо из параметров вместо него в соответствующем месте кода ставится косая черта (или две черты) и одна из следующих цифр, определяющих причину отсутствия параметра:

1 - экранирование;

2 - неотклоняющее поглощение;

3 - неисправность аппаратуры;

4 - верхний предел (по частоте) аппаратуры;

5 - нижний предел (по частоте) аппаратуры;

6 - диффузность;

7 - малая плотность ионизации или отсутствие слоя;

8 - сложная ионограмма;

9 - отклоняющее поглощение;

0 - всевозможные прочие причины и помехи.

Например, в случае диффузности в сообщение вместо последней цифры ставится цифра "6", а недостающие цифры заменяются косой чертой (//6/6).

При формировании сообщения за несколько часов наблюдения группы с пятой по тринадцатую повторяются для каждого часа.

Ниже приведен пример телеграммы с кодом ИОНКА:

ИОНКА 33702 10323 7/1/5 /1200 05628 32616 //7/7 03922 37290 02720 //70/ 068//=

Телеграмма расшифровывается следующим образом: 1 группа: служебный код ИОНКА; 2 группа: СП N 33702; 3 группа: 23 марта 2011 года; 4 группа: 1 сеанс зондирования, единичный разряд суммы цифр равен 5:

(1 + 2 + 0 + 0 + 0 + 5 + 6 + 2 + 8 + 3 + 2 + 6 + 1 + 6 + 7 + 7 + 0 + 3 + 9 + 2 + 2 + 3 + 7 + 2 + 9 + 0 + 0 + 2 + 7 + 2 + 0 + 7 + 0 + 0 + 6 + 8 = 125);

5 группа: время 12:00, 6 группа: критическая частота слоя F2 равна 5,6 МГц, минимальная действующая высота слоя F2 равна 280 км; 7 группа: M3000F2 равен 32, диффузность типа F, минимальная частота отражения равна 1,6 МГц; 8 группа: отсутствие слоя Es; 9 группа: критическая частота слоя F1 равна 3,9 МГц, минимальная действующая высота слоя F1 равна 220 км; 10 группа: M3000F1 равен 37, высота максимума концентрации электронов слоя F2 в параболическом приближении 290 км; 11 группа: критическая частота слоя E равна 2,7 МГц, минимальная действующая высота слоя E равна 120 км; 12 группа: частота экранировки спорадическим образованием отсутствует; 13 группа: предельная частота отражения от области F равна 6,8 МГц.

6.6.2 Формат представления информации IONMODEL

6.6.2.1 Общая информация о протоколе IONMODEL

Передача цифровой информации происходит в виде протокола IONMODEL, разработанного для результатов работы моделей ионосферного мониторинга [5].

Протокол IONMODEL является текстовым файлом, состоит из строк текстовых символов в кодировке ASCII. Каждая строка заканчивается парой символов с ASCII-кодами 10 и 13.

Во всех строках, кроме комментариев, допускается использование только латинских букв.

Строки файла могут быть двух типов - форматными строками и строками данных.

Форматная строка начинается с форматной метки из 16 символов, первым из которых всегда является символ #, недостающие символы форматной метки дополняются пробелами до длины 16. После форматной метки следует поле содержания. Содержание имеет произвольную длину, но не более 237 символов. Полная длина строки, включая символы перевода строки, составляет не меньше 18 и не больше 255 символов.

Строки файла группируются в строковые блоки.

В начале файла размещается заголовочный блок, в котором приводятся форматные строки с данными, общими для всего файла.

За заголовком следует произвольное количество блоков данных, начинающихся с форматной строки с меткой #BLOCK BEGIN и заканчивающихся форматной строкой с меткой #BLOCK END.

Блок данных PROFILE предназначен для передачи информации о высотных профилях, в которых передаются величины, зависящие от высоты, и для передачи одного параметра.

Блок данных TIMEVAR предназначен для передачи массивов данных, зависящих от времени.

Блок данных MAP предназначен для передачи распределений ионосферных параметров по широтам и долготам в виде таблиц.

Блоки данных начинаются с заголовка. Заголовок состоит из форматных строк входных данных модели, начинающихся с #INPUT, и выходных скалярных результатов, начинающихся с #OUTPUT.

Если какие-либо выходные данные модели отсутствуют или не имеют смысла, то соответствующие строки пропускаются.

6.6.2.2 Заголовочный блок

Построение заголовочного блока представлено в таблице 5.

Используемые числовые форматы приведены в таблице 6.

Форматные строки блока PROFILE представлены в таблице 7.

Таблица 5

Заголовочный блок формата IONMODEL

Форматная метка	Содержание строки	Комментарий
#FILE FORMAT	Всегда IONMODEL	Обязательная строка начала файла формата IONMODEL. ПО обработки должно проверять эту строку при проверке валидности файла
#FORMAT VERSION	В настоящее время всегда 1.0	Номер версии модели. ПО обработки должно выдавать предупреждение при несовпадении версии
#MODEL	SIMP-STANDARD	Использованная ионосферная модель (IRI, SIMP-1, SIMP-2, NeQuick) и т.д. В рамках методики долгосрочного прогноза используется SIMP-STANDARD
#SOFTWARE	Текст	Название программы, выдавшей файл
#PRODUCER	Текст	Название организации, которая является источником данных
#FILE CREATED	YYYY.MM.DD hh:mm UT	Дата и время создания файла по всемирному времени в формате год, месяц, день, час, минута UT
#E-MAIL	E-mail	E-mail организации-источника данных
#COMMENT	Произвольное содержание, предназначенное для пользователя-человека	Строк с меткой #COMMENT может быть несколько. ПО обработки должно их пропускать

Таблица 6

Числовые форматы выходных данных блока данных PROFILE

Величина	Числовой формат
Плазменная частота, МГц	F5,2
Высота, км	F6,1
Концентрация электронов, м^-3	E8,2

Таблица 7

Форматные строки блока PROFILE

Форматная метка	Содержание строки	Комментарий
#BLOCK BEGIN	PROFILE	Начало блока. В поле содержания всегда указывается тип блока
#INPUT DATE	YYYY.MM.DD	Входной параметр модели - дата, на которую рассчитан высотный профиль
#INPUT UT	hh:mm	Входной параметр модели - всемирное время, на которое рассчитан высотный профиль
#INPUT LAT	Число в формате F6,1	Входной параметр модели - широта точки, над которой воспроизводится высотный профиль, в градусах
#INPUT LONG	Число в формате F6,1	Входной параметр модели - долгота точки, над которой воспроизводится высотный профиль, в градусах
#OUTPUT FOF2	Число в формате F6,2	Выходной параметр модели, критическая частота слоя F2 в мегагерц
#OUTPUT FOF1	Число в формате F6,2	Выходной параметр модели, критическая частота слоя F1 в мегагерц
#OUTPUT FOE	Число в формате F6,2	Выходной параметр модели, критическая частота слоя E в мегагерц
#OUTPUT M3000F2	Число в формате F6,2	Выходной параметр модели, параметр распространения M3000F2
#OUTPUT TEC	Число в формате F6,2	Выходной параметр модели, полное содержание электронов в TECU
#OUTPUT HMF2	Число в формате F6,2	Выходной параметр модели, высота максимума концентрации электронов слоя F2 в километрах
#ARRAY BEGIN	FO или NE	Начало массива данных. Условное обозначение выводимой величины - FO для плазменной частоты и NE для концентрации электронов
#ARRAY END	FO или NE	Конец массива данных. Условное обозначение выводимой величины - FO для плазменной частоты и NE для концентрации электронов
#BLOCK END	PROFILE	Конец блока. В поле содержания всегда указывается тип блока

6.6.2.3 Блок данных TIMEVAR

После заголовка следуют массивы данных, зависящих от времени в виде строк данных без форматных меток. Форматные строки блока данных TIMEVAR описаны в таблице 8.

Таблица 8

Форматные строки блока данных TIMEVAR

Форматная метка	Содержание строки	Комментарий
#BLOCK BEGIN	TIMEVAR	Начало блока. В поле содержания всегда указывается тип блока
#INPUT DATEBEG	YYYY.MM.DD	Входной параметр модели - дата эпохи массива
#INPUT UTBEG	hh:mm	Входной параметр модели - всемирное время эпохи массива
#INPUT TIMESTEP	mm	Постоянный временной шаг массива в минутах
#INPUT LAT	Число в формате F6,1	Широта географической точки, для которой вычисляются вариации, в градусах
#INPUT LONG	Число в формате F6,1	Долгота географической точки, для которой вычисляются вариации, в градусах
#ARRAY BEGIN	Одно из: FOF2, HMF2, FOF1, FOE, M3000F2, TEC	Начало массива данных. В поле содержания указывается тип данных, находящихся в массиве FOF2 - критическая частота слоя F2, HMF2 - высота максимума концентрации электронов слоя F2, FOF1 - критическая частота слоя F1, FOE - критическая частота слоя E, M3000F2 - значения параметра M3000F2, TEC - полное электронное содержание
#ARRAY END	Одно из: FOF2, HMF2, FOF1, FOE, M3000F2, TEC	Конец массива данных. В поле содержания указывается тип данных, находящихся в массиве
#BLOCK END	TIMEVAR	Конец блока. В поле содержания всегда указывается тип блока

Каждый из этих массивов ограничен в начале и конце строками с метками #ARRAY BEGIN и #ARRAY END. В поле содержания строк #ARRAY приведены условные обозначения ионосферных параметров, которые содержатся в массиве. Первым элементом строки всегда является время от эпохи массива, вторым - соответствующее этому времени значение ионосферного параметра. Поле времени отделено от поля данных четырьмя пробелами.

Используемые числовые форматы приведены в таблице 9.

Таблица 9

Числовые форматы выходных данных блока данных TIMEVAR

Величина	Числовой формат
Время от эпохи массива, часы, минуты	hh:mm (до 99 ч 59 мин)
foF2, МГц	F5,2
hmF2, км	F6,1
foF1, МГц	F5,2
foE, МГц	F5,2
M3000F2	F5,2
TEC, TECU	F5,2

6.6.2.4 Блок данных MAP

После заголовка блока следует один или несколько двумерных массивов (матриц), содержащих фактические данные карты. Форматные строки блока данных MAP описаны в таблице 10. Если массивов несколько, все они должны иметь одинаковую сетку и относиться к одному моменту времени, указанному в заголовке блока. Массивы ограничены сверху и снизу форматными строками #MAP BEGIN и #MAP END, в поле содержания которых указывается тип ионосферного параметра, для которого составляется карта. Используемые числовые форматы для представления ионосферных параметров приведены в таблице 9.

Таблица 10

Форматные строки блока данных MAP

Форматная метка	Содержание строки	Комментарий
#BLOCK BEGIN	MAP	Начало блока. В поле содержания всегда указывается тип блока
#INPUT DATE	YYYY.MM.DD	Входной параметр модели - дата, на которую рассчитана карта
#INPUT UT	hh:mm	Входной параметр модели - всемирное время, на которое рассчитан высотный профиль
#INPUT LATMIN	Число в формате F6,1	Широта параллели, ограничивающей область карты с юга, в градусах
#INPUT LATMAX	Число в формате F6,1	Широта параллели, ограничивающей область карты с севера, в градусах
#INPUT LATSTEP	Число в формате F6,1	Шаг сетки карты по широте, в градусах
#INPUT LONGMIN	Число в формате F6,1	Долгота меридиана, ограничивающего область карты с запада, в градусах
#INPUT LONGMAX	Число в формате F6,1	Долгота меридиана, ограничивающего область карты с востока, в градусах
#INPUT LONGSTEP	Число в формате F6,1	Шаг сетки карты по долготе, в градусах
#MAP BEGIN	Одно из: FOF2, FOF1, FOE, HMF2, M3000F2, TEC	Начало матрицы карты, в поле содержания находится обозначение ионосферного параметра
#MAP END	Одно из: FOF2, FOF1, FOE, HMF2, M3000F2, TEC	Конец матрицы карты, в поле содержания находится обозначение ионосферного параметра
#BLOCK END	MAP	Конец блока. В поле содержания всегда указывается тип блока

6.6.3 График частотных характеристик следов отражений

Одна из обязательных форм представления результатов обработки ионограмм ВЗ - f-график (рисунок 25).

Суточный ход частот на станции 34502 (2011-04-09)

Рисунок 25 - Суточный график частотных характеристик следов

отражений (f-график)

f-график является суточным графиком частотных характеристик следов отражений, имеющихся на ионограмме. Он показывает зависимость частоты от времени и построен по международным правилам, чтобы можно было легко сравнивать детальные наблюдения, полученные на различных СП ионосферных наблюдений. На f-график наносятся все стандартные частоты, кроме foEs. По f-графику можно провести интерполяцию для пополнения пропущенных значений.

На ионозонде "Парус-А" предусмотрена предварительная автоматическая обработка данных. Результаты автоматической обработки наносятся на f-графики синим цветом. Разноцветные обозначения относятся к ручной обработке.

Внизу f-графика имеется дополнительная шкала - "Типы Es". Она показывает наличие отражений от того или иного типа Es.

По международному соглашению, для f-графиков приняты следующие обозначения:

а) foE, foF1 и foF2, которые, согласно правилам точности, не имеют при себе оценочных букв, наносятся пустым кружочком - "

foE - "

" зеленый цвет;

foF1 - "

" черный;

foF2 - "

" красный;

б) достоверные значения fxF2 наносятся значком "

" (красный);

в) если числовое значение любого параметра сопровождается:

- оценочной буквой E (меньше, чем), то на f-графике на данной частоте будет значок

с соответствующей описательной буквой;

- оценочной буквой D (больше, чем), то на f-графике на данной частоте будет значок

с соответствующей описательной буквой;

г) если foE, foF1, foF2 и fxF2 оказывается неточным, т.е. числовое значение сопровождается оценочным и описательным символами, то значения fo и fx наносятся заполненным кружочком - "

foE обозначается "

" (зеленый), если числовое значение foE отмечено буквами UA. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком "

" на f-график будет нанесена эта буква;

foF1 обозначается "

" (черный), если числовое значение foF1 отмечено буквами UL. Если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком "

" на f-график будет нанесена буква. Если на ионограмме нет четкого перегиба между слоями F1 и F2, на f-график наносится буква "L" (верх буквы соответствует условной частоте перехода от слоя F1 к слою F2);

foF2 и fxF2 обозначается "

", если числовое значение foF2 и fxF2 отмечено буквами UF, если с буквой U используется другая буква, то рядом со значком "

" на f-график будет нанесена буква;

д) fxI - наибольшая частота, на которой имеются отражения от области F, независимо от того, отражаются ли они от ионосферы над головой или при наклонном падении. На графиках наносится значком "

" (красный цвет). Если fxI равна fxF2, то в таких случаях fxF2 не отсчитывается, а определяется fxI, и это значение сопровождается описательной буквой X;

е) fmin наносится заполненным кружочком "

" (черный цвет), который соединяется вертикальной линией с нулевой отметкой f-графика - "

" (по правилам он должен соединяться с фактической низшей частотой диапазона зондирования (на ионозонде "Парус-А" 1 МГц)). Если числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E (меньше, чем) и описательной буквой S, то на f-графике на данной частоте будет значок

и вертикальная черта. В тех случаях, когда числовое значение fmin сопровождается оценочной буквой E и описательной буквой C, то рядом со значком

на f-график будет нанесена буква C;

ж) fbEs наносится на f-график заполненным кружочком с пересекающей его горизонтальной линией "

" (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией;

з) типы Es отмечаются на нижней части f- и h-графиков заполненным кружочком "

6.6.4 Суточный график действующих высот (h-график)

Следующая обязательная форма представления результатов обработки ионограмм ВЗ - h-график. h-график (рисунок 26) является суточным графиком действующих высот всех областей, имеющихся на ионограмме.

Суточный ход высот на станции 34502 (2011-04-09)

Рисунок 26 - Суточный график действующих высот (h-график)

Под графиком имеется также дополнительная шкала - "Типы Es".

На ионозонде "Парус-А" предусмотрена предварительная автоматическая обработка данных. Результаты автоматической обработки наносятся на h-графики синим цветом. Разноцветные обозначения относятся к ручной обработке.

Обозначения для h-графиков:

а) h'E обозначается:

- "

", если значение h'E точное;

- "

", если значение h'E сопровождается оценочной буквой U;

- "

", если значение h'E сопровождается оценочной буквой E;

б) h'F обозначается:

- "

", если значение h'F точное;

- "

", если значение h'F сопровождается буквами U;

, если значение h'F сопровождается оценочной буквой E;

в) h'F2 обозначается:

- "

", если значение h'F2 точное;

- "

", если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой UL;

- "

" с буквой, если вместо L применяется другая буква;

- "

", если значение h'F2 сопровождается оценочной буквой E;

г) в случае точного определения значение минимальной действующей высоты следа Es h'Es, используемого для определения foEs, ее обозначают "

" (сиреневый цвет). Последовательные наблюдения, относящиеся к одному и тому же типу Es, соединяются между собой прямой линией.

Если h'Es сопровождается буквами EG, используется обозначение "

6.6.5 Суточная таблица

Результаты обработки ионограмм ВЗ представляются в виде суточных таблиц. Суточная таблица представляет собой таблицу ежечасных значений всех параметров, снимаемых с ионограмм ВЗ (таблица 11). Дополнительно к параметрам, которые наносятся на f- и h-графики, в таблице отмечаются "Типы F-рассеяния". Для краткой записи в таблицах 11 и 12 вместо обозначений M3000F1 и M3000F2 использованы соответственно MF1 и MF2.

Таблица 11

Пример суточной таблицы

Ежечасные значения ионосферных параметров. Станция 34502. Дата: 2011-04-09. Всемирное время Z
	fmin	foF2	M F2	h'F2	h'F	foF1	M F1	foE	h'E	fbEs	foEs	h'Es	Тип Es	hpF2	fxI	Тип F-рас.
00	10	32 F	257 F	-	296	-	-	-	-	-	-	-	-	412 F	45 F	F
01	10	29 F	260 F	-	285	-	-	-	-	-	-	-	-	413 F	42 F	F
02	10	32 F	257 F	-	281	-	-	-	-	-	-	-	-	400 F	46 F	F
03	10	42	308	-	264	-	-	154UH	109	-	-	-	-	307	49 X	-
04	12	45	309	-	235	-	-	219	108	-	-	-	-	297	53 X	-
05	12	50	297	-	231	-	-	259	103	-	-	-	-	316	58 X	-
06	13	54	296	343	217	424UL	359UL	286	105	-	-	-	-	345	61 X	-
07	13	59	294	340	212	439UL	360UL	306	101	G	31	129	c1	342 G	67 X	-
08	15	63	299	341	192	450UL	363UL	310	100	32	32	118	c1	341 G	70 X	-
09	14	60	272	395	192UH	468UL	353UL	312UA	100	32	32	110	c2	G	67 X	-
10	14	65	286	347	218	467UL	340UL	320	101 H	31 G	31 G	108	c2	354	73 X	-
11	13	65	300	329	235	464UL	349UL	320	101	28 G	28 G	108	c1	333	72 X	-
12	13	66	305	312	218	461UL	336UL	307	106EA	30 G	30 G	104	c1l1	322	73 X	-
13	10	65	316	297	228	430UL	361UL	289	109EA	15 G	18 G	97	l1	305	73 X	-
14	14	61	317	268	226	L	L	265 H	109EB	20 G	21 G	108	c2	296	69 X	-
15	14	61	317	262	245	L	L	228	119EB	23	24	127	h2	288	68 X	-
16	12	59	320	-	247	-	-	171	127EA	G	20	127	c2l1	295	66 X	-
17	12	54	305	-	240	-	-	A	A	13	20	103	l1	315	61 X	-
18	12ES	50 F	295 F	-	247	-	-	-	-	-	-	-	-	337 F	59 F	F
19	12ES	45 F	286 F	-	260	-	-	-	-	12	15	109	f1	354 F	57 F	F
20	11ES	38	297 F	-	241	-	-	-	-	-	-	-	-	328	45 X	-
21	10	32 F	274 F	-	264	-	-	-	-	-	-	-	-	377 F	47 F	F
22	12ES	30 F	276 F	-	287EA	-	-	-	-	S	14	112	f2	379 F	46 F	F
23	12ES	26 F	292 F	-	286EA	-	-	-	-	12	20	106	f2	353 F	46 F	F

Для получения истинных значений числовых параметров числовые значения таблицы 11 необходимо умножить на соответствующие коэффициенты K, приведенные во втором столбце таблицы 12. В ней же приведены единицы измерения этих параметров.

Таблица 12

Единицы измерения параметров суточной таблицы

Параметр	K	Единицы измерения
fmin	0,1	МГц
foE	0,01	МГц
foF1	0,01	МГц
foF2	0,1	МГц
fxI	0,1	МГц
fbEs	0,1	МГц
foEs	0,1	МГц
h'E	1	км
h'F	1	км
h'F2	1	км
h'Es	1	км
hpF2	1	км
MF1	0,01	-
MF2	0,01	-

В графе "типы Es" цифра рядом с буквой, указывающей тип Es, показывает количество кратных отражений от наблюдаемого типа области Es. Если одновременно имеются отражения от нескольких типов Es, то на первом месте указывается тип, по которому определяется значение fbEs. Одновременно может отмечаться до трех типов (при этом 3-й тип отмечается без кратности).

В графе "типы F-рассеяния" классификация видов рассеянных отражений представляется соответствующими буквами.

6.6.6 Месячные таблицы

Месячные таблицы представляют собой таблицы ежечасных значений критической частоты foF2 и действующей высоты h'F2, снимаемых с ионограмм ВЗ в течение календарного месяца.

Ниже в качестве примера приведены месячные таблицы foF2 (таблица 13) и h'F2 (таблица 14), полученные по данным станции Москва (34502). Всемирное время.

Таблица 13

Пример месячной таблицы параметра foF2

Месячные значения ионосферного параметра foF2. Август 2011 г. Станция 34502.
День\Час	00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
01	31	30	37	43	49	51	57	64	63	62	62	59	58	58	56	52	55	56	60	63	60	56	46 F	41 F
02	41	34 F	40	50	53 H	54	57	57	61	61	59	58	60	58	60	57	57	61	63	60	55UF	47UF	43UF	41UF
03	35UF	33UF	39 H	48UH	57	57 H	54 H	57	57	62	59	59	59	59	58	55	56	52	51	57 F	56 F	51 F	44 F	42 F
04	39 F	38 F	43 F	49 H	61 H	60	64	63	67	64	58	58	57	57	54	54	57	59	65	68	62	51	45	39
05	35 F	33 F	39UH	52	54	58	63	56 H	66	63UH	62	58UH	58	57	57 H	54	59	57	59	61	53	29 F	27 F	34UF
06	40UF	27UF	30 F	33EG	36 G	38EG	40EG	41EG	42EG	45 G	43EG	43 G	42EG	45 G	46	46	49	49	47	44	35	26	24	20
07	17	23	31	38 G	41 G	44 G	50UH	51 H	54	56	59 H	58	55	55	55	57	54	59	58	55 F	46 F	41UF	37UF	32UF
08	30UF	28UF	36	46	55	48 G	52	59 H	64	66	64	63	59	58	61	57	62	65	60	58	51 F	45 F	43 F	40 F
09	33 F	31UH	40UH	48	49	56	58	53	59	61 H	64UH	61	62	59	60	58	57	66	60	53	48	47	41UF	39
10	34	31	37 H	46	52	64	62	60 H	65	68	67	59	60	57	58	52	60	65	68	59	51	49	43	39
11	38	36	40	48	53	58	58	58	59	61	60 H	58 H	62	56	55	53	56	61	66	62	59	53	50	42
12	41	37	39	45	50	57	59	62	60	63	59	55	56	59	57	55	59	62	68	63	53	51	48	40
13	35	32	36	45	46 H	49	57 H	60	58	60	54	56	52	52	54	55	55	54	57 F	56 F	50 F	50	44 F	42 F
14	38 F	33 F	36	44	53	58	64 H	61	68	67	72	68	62	63	62	62	59	65	63	59	56	49	40	33
15	33	28	30	40 G	44	49	56	51	57 H	58	53	58	- A	55	55	53	52	52	44UF	44UF	43 F	43	41	37 F
16	33 F	32 F	34	40 H	46	47	51	52	56	58	56	60	61	57	56	55	57	55	59	53	48	41	37	36
17	35	35	37	46	54	52	55 H	55	- A	54	58	54	54	56	51	51	50	54	56	55	51	44	44	43
18	38	36	38	46	51	53	62	59	57	61	58 H	58	56	54	57	53	54	59	65	61	58 F	50 F	43 F	41
19	39 F	38 F	38 F	45	55	58UH	59	60	67	59	58	61	58	57	57	56	56	59	59	58	53	47 F	43	38 F
20	37 F	36 F	38	46	52 H	58 H	65	67	69UH	62	66	67	59	57	- A	57	59	68	71	66	61	56	43	44
21	39 F	39	43	47	55	50 H	56	63	69	65	62	61	58	56	56	55	54	61	63	58	52	48	44	43
22	41	39	36	47	58UH	67	63UH	68	71	58	66	68	72	66	62	61	60	67	66	59	61	56	49	45
23	43	42	40	48	57	60	57UH	61	64	66	63UH	63	62	62	62	62	59	69	66	57	53	49	50	45
24	41	37	37	43	46	52	57	55 V	56	55	54 H	53	53	53	52	52	51	56	60	58 F	52UF	47UF	44 F	38UF
25	37UF	35UF	37 H	46	51 H	58	60	59 H	65	61	67	63	61	62	59	59	55	56	64	60	53 F	48 F	48 F	47 F
26	46	43 F	35UF	46 F	50	56 H	62	63	64	65	64	61	60	60 H	58	59	62	63	60	58	51	48	45	42
27	39	37	32 F	43	54	58	64	67	62	59 H	62	62	59	59	56	56	62	62	62	59	57	52	48 F	42
28	37	35	36	44	50	56	60	63	66	62	62 H	62	65	61	60	60	61	65	67	64	59	52	47	44
29	42	39	36	45	55 V	62	64	72	71	65	73	71	71	65	60	57	58	60	66	63	64	56	48	43
30	39	38	40	49	65	69 H	72 H	78	75	76	67 H	67	68	66	63	59	59	63	64	61	55	50	47	43
31	43	40	40	51	54	59UH	60UH	66	69	70	65	70	68	61	60	59	61	64	64	58	47	39	34	33
Учтено	31	31	31	31	31	31	31	31	30	31	31	31	30	31	30	31	31	31	31	31	31	31	31	31
Среднее	37	35	37	45	52	55	59	60	63	62	61	60	60	58	57	56	57	60	61	58	53	47	43	40
Медиана	38	35	37	46	53	57	59	60	64	62	62	60	59	58	57	56	57	61	63	59	53	49	44	41
Н. кварт.	35	32	36	44	49	52	56	56	58	59	58	58	57	56	55	53	55	56	59	57	51	45	41	38
В. кварт.	41	38	40	48	55	59	63	64	67	65	65	63	62	61	60	59	59	65	66	61	58	51	48	43
Д. кварт.	6	6	4	4	6	7	6	8	9	6	7	5	4	5	5	6	5	9	7	5	7	6	6	5

Аналогично таблице 11 для получения истинных значений числовых параметров числовые значения таблиц 13 и 14 необходимо умножить на соответствующие коэффициенты, приведенные в таблице 12.

Таблица 14

Пример месячной таблицы параметра h'F2

Месячные значения ионосферного параметра h'F2. Август 2011 г. Станция 34502.
День\Час	00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
01	-	-	-	343	362	434	371EA	325	314	316	340	341	328	326	302	322	286	-	-	-	-	-	-	-
02	-	-	-	294	348	290	366	375	331	300	317	337	328	318	291	283	289	-	-	-	-	-	-	-
03	-	-	-	-	297	290	352UH	328	341	328	320	333	341	301	310	294UL	261	-	-	-	-	-	-	-
04	-	-	-	-	289 H	311UA	292	351	322	301	301	327	330	326	307	287	278	-	-	-	-	-	-	-
05	-	-	321	238	348	310	291	398	317	328UH	310	304UH	343	304	295	- L	263	-	-	-	-	-	-	-
06	-	-	-	- G	- G	- G	- G	- G	- G	587EG	- G	- G	- G	568EG	441	437	276	-	-	-	-	-	-	-
07	-	-	-	428	352UL	520EG	408	357	369	351	362UH	320	338	327	321	285	264	-	-	-	-	-	-	-
08	-	-	-	332	238	482EG	434	377 H	311	307	297	323	364	318	306	-	-	-	-	-	-	-	-	-
09	-	-	-	254	309	331UH	299	353	342	347	311UH	347	284	283	284	283	284	-	-	-	-	-	-	-
10	-	-	-	-	361	285	292	301	304	340	304	332UH	304	337	290	- L	271	300EA	-	-	-	-	-	-
11	-	-	-	290UL	280	287	312	367	340	306	314	330	292	326	284	306	274	-	-	-	-	-	-	-
12	-	-	-	326	344	300	318	305	314	330	287	353	353	286	291	304	268	-	-	-	-	-	-	-
13	-	-	-	299	441	392	364	310	337	316	330	321	336	325	320	284	260	-	-	-	-	-	-	-
14	-	-	-	323	287	292	283	304	296	320	286	295	283	297	271	259	249	-	-	-	-	-	-	-
15	-	-	-	- G	306	384	330 H	373	340	314 H	411 H	323	- A	342UA	294	295	258	-	-	-	-	-	-	-
16	-	-	-	347	315	357	340 H	380	354	326	379	336	310	290	327	289	-	-	-	-	-	-	-	-
17	-	-	-	304UL	276	304	318UH	322	- A	379	312	354	312	307	269	-	-	-	-	-	-	-	-	-
18	-	-	-	283	310	330	281	320	364	312	336	300	323	292	284	260	-	-	-	-	-	-	-	-
19	-	-	-	-	266	309UH	279	307	278	285	295	310	312	316	299	271	-	-	-	-	-	-	-	-
20	-	-	-	322UL	276	284	295	290	283	311	314	290	278	292	- A	273	270	-	-	-	-	-	-	-
21	-	-	-	291	243	278	359	341EA	289	297	304	299	304	315	271	281	257	-	-	-	-	-	-	-
22	-	-	-	- L	- L	275	230	311	275	290	312	316	278	280	279	269UL	-	-	-	-	-	-	-	-
23	-	-	-	280	270	245	261	342	276	335	299	300	307	285	287	273	244	-	-	-	-	-	-	-
24	-	-	-	304	354	340	321	356	348	378	332	371	399UL	332	290	296UL	-	-	-	-	-	-	-	-
25	-	-	-	290	323	312	294	353	292	317	321	307	309	287	278	254	-	-	-	-	-	-	-	-
26	-	-	-	283	346	337	289	309	337	307	297	291	289	275	270	285	-	-	-	-	-	-	-	-
27	-	-	-	292UL	264	305	301	284	312	369	326	318	284	315	284	263	-	-	-	-	-	-	-	-
28	-	-	-	-	294UL	280	326	290	299	314	307	322	295	264	259	255	-	-	-	-	-	-	-	-
29	-	-	-	-	275	275UL	258	285	265	309UH	296	292	281	265	261UL	-	-	-	-	-	-	-	-	-
30	-	-	-	-	239	253UL	264	279	278	266	311	284UH	285	269	243	-	-	-	-	-	-	-	-	-
31	-	-	-	-	-	- A	305UH	343EA	283	269	290	278	275	255	263UL	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Учтено	0	0	1	20	28	29	30	30	29	31	30	30	29	31	30	24	17	1	0	0	0	0	0	0
Среднее	0	0	321	306	308	324	316	331	314	328	317	318	313	310	292	288	268	300	0	0	0	0	0	0
Медиана	0	0	321	296	302	305	303	327	314	316	312	320	309	304	289	283	268	300	0	0	0	0	0	0
Н. кварт.	0	0	321	286	276	285	289	305	287	306	299	300	285	285	271	270	260	300	0	0	0	0	0	0
В. кварт.	0	0	321	325	347	336	340	356	339	336	326	333	329	326	302	294	276	300	0	0	0	0	0	0
Д. кварт.	0	0	0	38	71	51	51	51	52	29	27	33	45	41	31	24	16	0	0	0	0	0	0	0

6.7 Программа наблюдений

6.7.1 Цели, периодичность сеансов ВЗ

6.7.1.1 Ионосферные наблюдения на СП ионосферных наблюдений, оборудованных ионозондом ВЗ, проводятся с целью контроля состояния ионосферы путем исследования ее вертикальной структуры в местах расположения станций ВЗ.

Для достижения цели решаются следующие задачи:

- измерение числовых значений параметров ионосферы;

- оценка качественных характеристик ионосферных явлений;

- обеспечение сравнимости числовых значений параметров ионосферы, получаемых в разных СП ионосферных наблюдений, и в разные периоды;

- регулярная и своевременная передача всех результатов наблюдений ионосферных данных в головные НИУ гелиогеофизической службы Росгидромета;

- хранение ионосферной информации в собственной базе данных.

6.7.1.2 Содержанием работ СП ионосферных наблюдений, оборудованных ионозондом ВЗ, является мониторинг ионосферы методом ВЗ ионосферы.

Мониторинг ионосферы методом ВЗ состоит в проведении круглосуточных регулярных измерений характеристик ионосферы сеансами радиозондирования.

6.7.1.3 Наблюдения с помощью ионозондов должны проводиться по времени ближайшего часового меридиана, время которого отличается от всемирного (т.е. от времени нулевого меридиана) обязательно на полное число часов.

6.7.1.4 Сеансы регулярных ионосферных наблюдений проводятся ежедневно четыре раза в час - через каждые 15 мин. Включение аппаратуры по программе должно осуществляться автоматически.

6.7.1.5 В регулярные мировые дни (RWD) и в Специальные мировые интервалы (SWI) измерения методом ВЗ должны проводиться через каждые 5 мин.

6.7.1.6 В случаях, когда, проводя зондирование по программе, наблюдатель замечает, что имеют место особые явления, проводятся непрерывные или учащенные (каждые 5 мин) наблюдения. Критерием для распознавания особых явлений служит сравнение наблюдаемых записей с полученными в обычные дни. Признаками особых явлений служат:

- быстрые изменения критических частот слоев F2 и Es (foF2, foEs), а также минимальной частоты отражений (fmin) или типов спорадических слоев Es за получасовые или еще меньшие интервалы времени;

- необычное уменьшение значений foF2 или присутствие особых форм отражений. Непрерывные записи используются для установления точных временных интервалов особых явлений и не обрабатываются в деталях, за исключением тех случаев, когда следует специальный запрос.

6.7.1.7 В тех случаях, когда выполнению полной программы наблюдений мешают радиопомехи и тому подобные причины, необходимо принять все меры для обработки записей, чтобы обеспечить наиболее полные данные, необходимые для научных целей.

6.7.1.8 Данные ежечасного зондирования анализируются оператором. Проводится ручная либо интерактивная обработка ионограмм. Урсиграммы кодом ИОНКА формируются вручную либо в интерактивном режиме (см. пункт 6.6.1). Промежуточное радиозондирование используется для получения надежных ежечасных значений, пригодных для сопоставления их с аналогичными данными других станций ВЗ. При обнаружении несовместимости между ионосферными данными разных СП ионосферных наблюдений или наблюдении каких-либо особенных вариаций необходимо привлекать данные промежуточных измерений.

6.7.1.9 При наличии у ионозонда программы автоматической обработки ионограмм данные промежуточного ВЗ (15, 30 и 45 мин) обрабатываются автоматически. Оператором ежечасно проводится проверка ее работы на качество обработки.

6.7.1.10 При отсутствии программы автоматической обработки ионограмм данные промежуточного зондирования не обрабатываются.

6.7.1.11 При организации регулярных ионосферных наблюдений передача данных измерений в пункт сбора информации происходит раз в 15 мин. В пункт сбора информации передают ионограмму с результатами ручной или автоматической обработки и стандартную урсиграмму, сформатированную кодом ИОНКА.

6.7.2 Режим обслуживания ионозондов

6.7.2.1 Регулярная проверка работы ионозонда, измерительных приборов, датчиков и компьютеров и проведение надлежащего технического обслуживания осуществляются в соответствии с эксплуатационными документами на средства наблюдений. Ограничения и периодичность технического обслуживания зависят от типа применяемых приборов, местных условий и рекомендаций изготовителя.

6.7.2.2 Для каждой компоненты измерительной системы, системы передачи данных и комплекса в совокупности составляются планы профилактического технического обслуживания и текущего ремонта.

6.7.2.3 Регулярно проводится проверка показаний датчиков, предупреждающих об ухудшении эксплуатационных характеристик, например, о падении напряжения батарейки или мощности излучения передатчика, загрязнении оптических поверхностей, производится сравнение с результатами дублирующих измерений. Наличие центрального ПЭВМ позволяет проводить перекрестную проверку параметров для обнаружения возможных аномалий или отклонений.

6.7.2.4 Техническое обслуживание осуществляется квалифицированным персоналом по техническому обслуживанию. При проведении технического обслуживания система сбора и обработки данных резервируется.

6.7.3 Ведение документации СП ионосферных наблюдений

6.7.3.1 Изменения в учетной карточке СП ионосферных наблюдений вносятся только в случае специального указания, выданного органом исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, одновременно в четырех экземплярах документа.

6.7.3.2 Техническое дело СП ионосферных наблюдений заполняется при изменениях в штате, проведении инспекторских осмотров, поверок и испытаниях технических средств. Изменения вносятся по мере необходимости одновременно в два экземпляра: в основной, хранящийся в СП ионосферных наблюдений, и во второй, хранящийся в УГМС.

6.7.3.3 Инвентарные описи имущества СП ионосферных наблюдений и архива в соответствии с перечнем оборудования обновляются 1 раз в год.

6.7.3.4 Планы профилактического технического обслуживания и текущего ремонта составляются 1 раз в год и утверждаются УГМС.

6.7.3.5 Технические журналы эксплуатации и регистрации всех видов работ ведутся ежедневно.

7 Метод наклонного радиозондирования ионосферы

7.1 Назначение и область применения метода наклонного зондирования

7.1.1 Суть метода наклонного зондирования (НЗ) ионосферы заключается в исследовании параметров распространения радиоволн (РРВ) на трассе между разнесенными передатчиком и приемником НЗ в широком диапазоне частот (обычно 3 - 30 МГц). Для реализации наблюдений НЗ передатчик и приемник должны обладать точной системой синхронизации (GPS/Глонасс).

Метод НЗ ионосферы дает информацию о состоянии ионосферы и ее реакции на различные гелиогеофизические процессы на протяжении исследуемой радиотрассы с целью повышения надежности прогнозирования условий радиосвязи. С помощью НЗ определяют основные характеристики линий радиосвязи: максимальные и наинизшие наблюдаемые частоты (МНЧ и ННЧ), диапазон оптимальных частот, участки диапазона с минимальным влиянием многолучевого распространения.

7.1.2 Сегмент НЗ ионосферной наблюдательной сети развернут в Арктической зоне РФ на базе современных цифровых комплексов НЗ ионосферы, использующих сигналы с линейно-частотной модуляцией (рисунок 27). Сегмент НЗ позволяет проводить наблюдения за особенностями распространения радиоволн (диапазоны частот, модовая структура, регистрация аномальных способов распространения, многолучевость и т.д.) на радиотрассах различной протяженности и ориентации с высоким пространственным и временным разрешением. Наблюдения проводятся в диапазоне частот от 2 до 29 МГц.

Рисунок 27 - Сегмент НЗ в Арктической зоне РФ

по состоянию на 2022 год

7.1.3 Координаты и индексы для обработки данных наблюдательных пунктов сегмента НЗ ионосферной наблюдательной сети (по состоянию на 2022 год) приведены в таблице 15.

Таблица 15

Координаты и индексы СП ионосферных наблюдений

в Арктической зоне РФ

	Код	Название	Широта, град N	Долгота, град E	Индекс для обработки
1	GRK	НИС "Горьковская"	60,27	29,38	33603
2	LOZ	Ловозеро	68,00	35,02	33702
3	AMD	Амдерма	69,60	60,20	36701
4	SAH	Салехард	66,52	66,67	37701
5	DIK	Диксон	73,52	80,68	38701
6	PBK	Певек	70,83	170,92	47701
7	TIK	Тикси	71,58	129,00	43701
8	BBG	Баренцбург	78,07	14,23	31802
9	BRN	м. Баранова	78,60	102,92	-

7.1.4 Результатом наклонного радиозондирования ионосферы является ионограмма НЗ, которая отражает частотную зависимость группового запаздывания сигналов, прошедших различными путями в ионосфере, в точке приема, т.е. модовую структуру волнового поля и амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) ионосферного канала.

Пример квазиодновременных ионограмм НЗ, полученных на разных радиотрассах в Арктической зоне РФ, показан на рисунке 28.

Рисунок 28 - Ионограммы НЗ, полученные 22 февраля 2016 года

на трассах: Диксон - Горьковская (а), Салехард - Горьковская

(б), Ловозеро - Амдерма (в), Норильск - Амдерма (г),

Норильск - Горьковская (д), Норильск - Певек (е),

Ловозеро - Певек (ж), Диксон - Певек (з)

7.2 Вид радиосигнала в реализации метода НЗ

7.2.1 Принцип зондирования ионосферы ЛЧМ-сигналом

Качественные графики положения принимаемого (1) и излучаемого (2) сигналов на шкале частот для ЛЧМ-ионозонда приведены на рисунке 29.

1 - принимаемый радиоимпульс;

2 - излучаемый радиоимпульс.

Рисунок 29 - Качественные графики положения принимаемого

и излучаемого сигналов ЛЧМ-ионозондов

Аналитическое представление ЛЧМ-радиоимпульса имеет вид:

, (1)

где s_m - амплитуда радиоимпульса;

- круговая частота;

- скорость изменения частоты внутри импульса;

t_и - длительность импульса;

- девиация частоты;

T_с - длительность сигнала.

ЛЧМ-ионозонд обычно имеет разрешающую способность 30 - 50 мкс (значение зависит от настроек, которые устанавливаются отдельно для каждого сеанса зондирования). Принимаемый сигнал изменяется по частоте, и его частотная развертка задержана относительно развертки передаваемого сигнала на время

. Разностная частота F определяется выражением:

, (2)

где

- скорость изменения частоты в ЛЧМ-сигнале;

- временная задержка принимаемого радиоимпульса.

Таким образом, разностная частота между излучаемым и принимаемым сигналами при линейной модуляции частоты пропорциональна его временной задержке

, т.е. времени распространения сигнала (рисунок 29). В этом заключается принцип зондирования ионосферы ЛЧМ-сигналом.

Приемник ЛЧМ-сигнала имеет узкую полосу пропускания (кривая 2, рисунок 30) и при перестройке по частоте со скоростью

"проходит" участки частотного диапазона с сосредоточенными помехами от радиовещательных станций (кривая 1, рисунок 30) последовательно, преобразуя их в импульсный шум, спектральная плотность которого весьма мала и который, кроме того, легко может быть подавлен техническими средствами, например, временным режектированием.

1 - амплитудная характеристика участка частотного диапазона с сосредоточенными станционными помехами;

2 - полоса пропускания ЛЧМ-ионозонда.

Рисунок 30 - Действие помех от радиовещательных станций

на приемник ЛЧМ-ионозонда

7.2.2 Требования к размещению аппаратуры

7.2.2.1 Комплекс НЗ ионосферы состоит из аппаратуры (приемопередающего и приемного блоков, компьютера, усилителя мощности и т.д.) и антенно-фидерной системы (АФС), включающей в себя мачту/мачты, антенну/антенны и антенный фидер/фидеры. Полный состав оборудования по аппаратуре и АФС может отличаться для каждой станции наблюдений и указывается в техническом паспорте и в программе наблюдений.

7.2.2.2 Аппаратура ЛЧМ-комплекса должна размещаться в сухом отапливаемом помещении температурой не менее +5 °C.

7.2.2.3 Электропитание аппаратуры должно осуществляться через источник бесперебойного питания соответствующей мощности (требуемая мощность зависит от комплектации ЛЧМ-комплекса, установленного на конкретной станции, и указана в техническом паспорте и программе наблюдений). При отключении электроэнергии (переходе с одного дизель-генератора на другой) комплекс должен быть выключен и обесточен.

7.2.2.4 Комплекс НЗ должен быть заземлен.

7.2.2.5 Антенный фидер должен быть проложен до мачты таким образом, чтобы исключить возможность его обрыва (учесть обледенение, перемещение персонала, техники, животных).

7.2.2.6 Вблизи АФС и комплекса НЗ ионосферы не должны находиться мощные источники помех, оказывающие влияние на качество принимаемых ионограмм (устройств с импульсными источниками питания, передающих радиотехнических систем в декаметровом диапазоне и т.д.).

7.3 Обработка ионограмм НЗ

7.3.1 Предварительный анализ параметров трассы НЗ

Предварительный анализ ионограммы НЗ заключается в ознакомлении с данными о радиотрассе, на которой получены результаты: координаты пунктов приема и передачи, длина и тип трассы (среднеширотная, авроральная и т.д. - для односкачковых трасс (длиной до 3 - 4 тыс. км); сложная, с определением преимущественного типа - для трасс длиной более 4 тыс. км).

7.3.2 Интерпретация ионограммы НЗ

При обработке ионограммы учитывают, что критические частоты регулярных слоев ионосферы имеют определенный суточный ход, следовательно, и частоты наклонного распространения также должны обнаруживать подобный суточный ход. Также для правильного соотнесения треков на ионограмме со способами распространения на данной трассе учитывают тип трассы и геофизические условия. Например, для субавроральной трассы даже для слабовозмущенных условий есть большая вероятность регистрации отражений от спорадических слоев Es ионосферы и большого количества комбинированных мод (рисунок 31 (а)).

Результат каждого сеанса зондирования по каждой трассе наблюдений (ионограмма) представляет собой трехмерный массив амплитуды (относительной амплитуды) принятых сигналов и шума от частоты и задержки. На рисунке 31(а) показан пример интерпретации основных способов распространения радиоволн (РРВ) по ионограмме НЗ, полученной на трассе Ловозеро - Горьковская 01 июня 2014 года, в 19:47 UT. На данной ионограмме регистрируются треки основных (1EEs, 1F2, 2F2, 3F2 - отмечены зеленым, красным, синим цветами и фиолетовым на рисунке 31(б) и комбинированных способов РРВ (на рисунке 31(б) отмечены серым цветом). Обозначения наименований типов отражений составляются следующим образом. Первая цифра - кратность отражения (1-й, 2-й, 3-й и т.д. скачок), следующая буква с цифрой - название слоя ионосферы, от которого происходит отражение (F2, F1, E/Es). Например, трек 1F2 характеризует параметры односкачкового отражения от слоя F2 ионосферы на данной трассе, трек 2F1 - параметры двукратного отражения от слоя F1 ионосферы. Комбинированные моды возникают за счет более сложных траекторий радиоволны с отражением от 2-х разных слоев (E/Es + F1, E/Es + F2 и т.д.), обычно не проводятся при регулярной обработке, а рассматриваются в отдельных специальных исследованиях.

а - исходная ионограмма наклонного зондирования ионосферы;

б - ионограмма с выделенными основными треками.

Рисунок 31 - Интерпретация основных способов РРВ

по ионограмме, полученной на трассе Ловозеро - Горьковская

01 июня 2014 года в 19:47 UT

7.3.3 Основные термины, используемые при обработке данных НЗ

Используются следующие основные термины:

- наинизшая наблюдаемая частота (ННЧ) - самая низкая частота, наблюдаемая на ионограмме, независимо от способа распространения.

Примечание - Например, для стандартного кода урсиграммы УСФРЕ для передачи данных НЗ по 7.3.4 и т.д.;

- максимальная наблюдаемая частота (МНЧ) - наивысшая частота, наблюдаемая на ионограмме, независимо от способа распространения (например, для стандартного кода УСФРЕ для передачи данных НЗ по 7.3.4);

- наинизшая наблюдаемая частота с указанием моды, по которой она отсчитывается (xxxННЧ - например, 1F2ННЧ, 1EsННЧ и т.д.), - самая низкая частота конкретной моды распространения (например, для расширенного кода УСФРЕ для передачи данных НЗ по 7.3.5);

- максимальная наблюдаемая частота с указанием моды, по которой она отсчитывается (xxxМНЧ - например, 1F2МНЧ, 1EsМНЧ и т.д.), - максимальная частота конкретной моды распространения (например, для расширенного кода УСФРЕ для передачи данных НЗ по 7.3.5). Как правило, определяется для обыкновенной (O-моды) или в скобках указывается индекс: например, 1F2МНЧ(O) для обыкновенной моды или 1F2МНЧ(X) для необыкновенной моды;

- задержка распространения сигналов - время распространения для конкретного типа моды - для ЛЧМ-комплексов, использующих для синхронизации сигналы GPS/Глонасс, задержка имеет смысл абсолютного времени распространения сигналов от передатчика к приемнику. Параметр отсчитывается как наименьшее значение задержки для выбранной моды. Например, задержка моды 1EEs на ионограмме, представленной на рисунке 32, составляет 3,34 мс, для моды 1F2 - 3,67 мс;

- диапазон наименьшей многолучевости - диапазон частот, в котором задержка между сигналами меньше или равна 0,33 мс. Обычно при обработке определяются параметры минимальной и максимальной частот данного диапазона. В случае регистрации на ионограмме нескольких диапазонов, подходящих по данному критерию, в телеграмму фиксируется диапазон с наибольшими частотами;

- при наличии необходимости обработки параметров сигналов боковых отражений (данный способ распространения достаточно часто регистрируется на высокоширотных трассах НЗ) для этих сигналов также определяются параметры ННЧ и МНЧ, которые обозначаются БННЧ и БМНЧ.

7.3.4 Стандартный код УСФРЕ для передачи данных НЗ

7.3.4.1 Для краткого представления результатов обработки ионограмм НЗ используется стандартный код урсиграммы УСФРЕ, состоящий из 6 групп символов, описанных в таблице 16. Общая форма записи формата кода УСФРЕ имеет вид:

УСФРЕ ИИИИИ КККК ГММДД ЧЧФФФ //ННН

Таблица 16

Структура стандартного кода УСФРЕ для передачи данных НЗ

Номер группы символов	Символ	Описание элементов группы
Группа 1	УСФРЕ	Кодовое слово
Группа 2	ИИИИИ	Индекс станции передачи
Группа 3	ККККК	Индекс станции приема
Группа 4	ГММДД	Г - последняя цифра года ММ - месяц ДД - день
Группа 5	ЧЧФФФ	ЧЧ - время зондирования UTC (только часы) ФФФ - МНЧ в десятых долях мегагерц
Группа 6	//ННН	// - всегда две косые черты; ННЧ в десятых долях мегагерц

Для примера, стандартный код УСФРЕ для ионограммы, показанной на рисунке 32, имеет вид:

УСФРЕ 33702 33603 40601 20177 //023.

Урсиграмма расшифровывается следующим образом:

Ионограмма НЗ на трассе Ловозеро - Горьковская, 01 июня 2014 года в 20 ч всемирного времени: МНЧ = 17,7 МГц, ННЧ = 2,3 МГц.

Стандартный код УСФРЕ для ионограммы, показанной на рисунке 33, имеет вид:

УСФРЕ 33702 33603 40602 11168 //035.

Урсиграмма расшифровывается следующим образом:

Ионограмма НЗ на трассе Ловозеро - Горьковская, 02 июня 2014 года в 11 ч (время 10:17 округляется в большую сторону) всемирного времени: МНЧ = 16,8 МГц, ННЧ = 3,5 МГц.

7.3.4.2 При формировании стандартного кода УСФРЕ следует учитывать, что:

- если данные сообщаются за несколько часов зондирования, то группы 5 и 6 повторяются;

- индексы станций передачи и приема НЗ приведены в пункте 7.1.3;

- если нет возможности определить какой-либо из параметров в группах 5 и 6, то вместо ФФФ или ННН ставится // и одна из следующих цифр:

2 - поглощение;

3 - технические причины (неисправность приемной аппаратуры);

4 - ограничение верхним пределом аппаратуры;

5 - ограничение нижним пределом аппаратуры;

6 - диффузность;

7 - малая плотность ионизации или отсутствие слоя;

0 - полное отсутствие сигналов при исправной аппаратуре;

- время (час) округляется до ближайшего большего. В качестве ежечасных наблюдений, подлежащих обработке, используются сеансы, проведенные в интервале с 45-й по 59-ю минуты часа с соотнесением данного результата к следующему часу, например, зондирование в 19:47 UT будет соответствовать телеграмме за 20 UT.

7.3.4.3 Телеграммы составляются ежечасно не позднее 10-й минуты текущего часа. Количество телеграмм, составляемых ежечасно, зависит от количества обрабатываемых радиотрасс НЗ и указано в программе наблюдений.

7.3.5 Расширенный код УСФРЕ для передачи данных НЗ

7.3.5.1 Для передачи данных наклонного зондирования с расширенным набором параметров обработки используется расширенный код УСФРЕ. Код состоит из 16 групп, описанных в таблице 17.

Таблица 17

Структура расширенного кода УСФРЕ для передачи данных НЗ

Номер и назначение группы символов	Символ	Описание элементов группы
Группа 1	USFRE	Кодовое слово
Группа 2	ППППП	Индекс станции передатчика
Группа 3	РРРРР	Индекс станции приемника
Группа 4	ГММДД	Г - последняя цифра года; ММ - месяц; ДД - день
Группа 5	/ЧЧММ	Время зондирования всемирное / - всегда / ММ - месяц
Группа 6	ННЧNМ	ННЧ (ионограммы) NМ - максимальное количество мод
Группа 7	F2МНЧ	F2 - всегда F2 МНЧ - 1F2-МНЧ
Группа 8	F2ННЧ	F2 - всегда F2 ННЧ - 1F2-ННЧ
Группа 9	2FМНЧ	2F - всегда 2F МНЧ - 2F2-МНЧ
Группа 10	2FННЧ	2F - всегда 2F ННЧ - 2F2-ННЧ
Группа 11	F1МНЧ	F1 - всегда F1 МНЧ - 1F1-МНЧ
Группа 12	F1ННЧ	F1 - всегда F1 ННЧ - 1F1-ННЧ
Группа 13	EEМНЧ	EE - всегда EE МНЧ - E-МНЧ
Группа 14	EEННЧ	EE - всегда EE ННЧ - E-ННЧ
Группа 15	FHXXX	FH - всегда FH XXX - минимальная частота диапазона наименьшей многолучевости
Группа 16	FMXXX	FM - всегда FM XXX - максимальная частота диапазона наименьшей многолучевости

Расширенный код УСФРЕ для ионограммы, показанной на рисунке 32, имеет вид:

USFRE 33702 33603 40601 /1947 02306 F2101 F2029 2F072 2F028 F1//7 F1//7 EE177 EE023 FH107 FM177.

Пример расшифровывается следующим образом:

Обработана ионограмма, полученная на трассе Ловозеро (33702) - Горьковская (33603), 01 июня 2014 года (40601) в 19:47 UT (/1947), ННЧ = 2,3 МГц и максимальное количество мод: 6 (02306), 1F2 МНЧ = 10,1 МГц (F2101), 1F2 ННЧ = 2,9 МГц (F2029), 2F2 МНЧ = 7,2 МГц (2F072), 2F2 ННЧ = 2,8 МГц (2F028), 1F1 МНЧ - слой отсутствует (F1//7), 1F1 ННЧ - слой отсутствует (F1//7), E МНЧ = 17,7 МГц (EE177), E ННЧ = 2,3 МГц (EE023), минимальная частота диапазона наименьшей многолучевости = 10,7 МГц (FH107), максимальная частота диапазона наименьшей многолучевости равна 17,7 МГц (FM177).

Расширенный код УСФРЕ для ионограммы, приведенной на рисунке 33, имеет вид:

USFRE 33702 33603 40602 /1017 03503 F2101 F2079 2F//7 2F//7 F1098 F1074 EE168 EE035 FH104 FM168

Пример расшифровывается следующим образом:

Обработана ионограмма, полученная на трассе Ловозеро (33702) - Горьковская (33603), 02 июня 2014 г. (40602) в 10:17 UT (/1017), ННЧ = 3,5 МГц и максимальное количество мод: 3 (03503), 1F2 МНЧ = 10,1 МГц (F2101), 1F2 ННЧ = 7,9 МГц (F2079), 2F2 МНЧ - слой отсутствует (2F//7), 2F2 ННЧ - слой отсутствует (2F//7), 1F1 МНЧ = 9,8 МГц (F1098), 1F1 ННЧ = 7,4 МГц (F1074), E МНЧ = 16,8 МГц (EE168), E ННЧ = 3,5 МГц (EE035), минимальная частота диапазона наименьшей многолучевости = 10,4 МГц (FH104), максимальная частота диапазона наименьшей многолучевости равна 16,8 МГц (FM168).

7.3.5.2 Расширенный код УСФРЕ формируют с учетом:

- подпункта 7.3.4.2;

- группы 15 и 16 определяют диапазон частот, на котором регистрируется двухмодовое распространение с межмодовой задержкой не более 0,33 мс или одномодовое распространение.

7.3.5.3 Телеграммы составляются ежечасно не позднее 10-й минуты текущего часа. Количество телеграмм, составляемых ежечасно, зависит от количества обрабатываемых радиотрасс НЗ и указано в программе наблюдений.

7.3.6 Обработка ионограмм НЗ при полном отсутствии отраженных сигналов

При обработке ионограмм, на которых нет следов отраженного ионосферой сигнала, исключают возможность технической неисправности приемной станции (сбой программы, сбой синхронизации - для этого просматривают ионограммы других трасс за последнее время) и плановую остановку передающего устройства. В противном случае отсутствие следов на ионограмме может быть вызвано:

а) непредусмотренным выходом из строя передающего комплекса НЗ ионосферы на другой станции (сбой программы, сбой синхронизации, выход из строя передатчика или его антенной системы);

б) полным поглощением сигналов на трассе;

в) малой ионизацией ионосферной плазмы в точке отражения трассы (например, МНЧ F2 для трасс с точкой отражения в зоне высокоширотного провала ионизации (в период его наблюдения) может быть меньше минимальной частоты наблюдений).

В случае возможной интерпретации отсутствия отражений по причинам "б" или "в" телеграмма (пункты 7.3.4 и 7.3.5) заполняется соответствующим образом - вместо параметров указывается //2 (поглощение), //5 (значения менее нижнего значения начала наблюдений) или //7 (малая плотность ионизации или отсутствие слоя). Если причины определить сложно или есть подозрение о проблеме на передающей стороне (например, при резком пропадании сигналов данного передатчика на последних полученных ионограммах), вместо снимаемых параметров указывается ноль - отсутствие сигналов вследствие помех или слабой ионизации.

При последующей обработке причина отсутствия сигналов может быть уточнена по информации о фактической работе аппаратуры (для исключения проблем на передающей стороне) и анализу (моделированию) условий распространения радиоволн на конкретной трассе с учетом геофизической обстановки.

7.3.7 Программа для автоматизированной обработки ионограмм НЗ

Для автоматизированной обработки ионограмм НЗ используется специализированное ПО, позволяющее:

- визуализировать первичные цифровые файлы ионограммы в формате *.png;

- проводить обработку ионограммы и запись результатов в БД.

Внешний вид окна программы представлен на рисунках 32 и 33. Работа с ПО автоматизированной обработки осуществляется в следующей последовательности: выбираются трасса, дата и конкретный сеанс обработки, отмечаются типы регистрируемых отражений, проводится снятие характеристик (для каждого трека определяются МНЧ, ННЧ и задержка). Значения обработанных параметров после окончания сеанса обработки записываются в БД.

Формирование телеграмм стандартным и расширенным кодами УСФРЕ может осуществляться в автоматическом режиме.

Используются следующие обозначения:

- 1F2mof - 1F2МНЧ (МНЧ моды F2), 1F2lof - 1F2ННЧ (ННЧ моды F2), 1F2t (задержка для моды F2);

- 1EEsmof - 1EEsМНЧ (МНЧ моды E/Es), 1EEslof - 1EEsННЧ (ННЧ моды E/Es), 1EEst (задержка для моды E/Es).

Рисунок 32 - Программа автоматизированной обработки

ионограмм НЗ ЛЧМ-ионозонда для вечерних условий

Рисунок 33 - Программа автоматизированной обработки

ионограмм НЗ ЛЧМ-ионозонда для дневных летних условий

8 Радиозондирование ионосферы с искусственных спутников Земли

8.1 Внешнее радиозондирование ионосферы

8.1.1 Средства наблюдения внешнего радиозондирования ионосферы

8.1.1.1 Ионозонд, установленный на ИСЗ, дает возможность получать информацию о структуре и процессах на высотах между ИСЗ и максимумом концентрации электронов в ионосфере. Общее название такого метода исследования - внешнее радиозондирование (ВнЗ). Если орбита ИСЗ находится ниже максимума слоя F2, то может использоваться термин "внутреннее радиозондирование". Для ионозондов, установленных на ИСЗ, применяется термин "бортовой ионозонд".

8.1.1.2 Для программы наблюдений бортовых ионозондов выбирается компромиссное решение между конкурирующими характеристиками - пространственным разрешением (расстоянием, проходимым спутником между двумя ионограммами) и частотным разрешением (диапазоном и методом посылки зондирующих радиосигналов). Решение зависит от задачи наблюдения - детальное исследование вертикальной структуры ионосферы по одной ионограмме либо исследование пространственной структуры ионосферы на основе серии ионограмм.

8.1.1.3 Для бортовых ионозондов отдается предпочтение скоростным методам получения ионограмм.

8.1.1.4 Для оперативного мониторинга ионосферы прием ионограмм ВнЗ на Земле желательно проводить в оперативном режиме. Возможен сброс всех ионограмм за виток, но не реже чем один раз в час.

8.1.1.5 Параметры бортовых ионозондов должны быть не хуже аналога, использовавшегося на отечественных спутниках ИК-19 и К 1809, - системы моноимпульсного (на каждой частоте используется только один импульс) радиозондирования ионосферы ИС-388, в частности, ее основного компонента, предназначенного для ВнЗ, - бортового ионозонда ИОН-1:

Диапазон зондирующих частот, МГц	... От 0,3 до 15,95
Количество рабочих частот	... 338 дискретных частот с кварцевой стабилизацией
Шаг дискретности частот, кГц	... 25 в диапазоне от 0,3 до 1,5 МГц и 50 в диапазоне от 1,5 до 15,95 МГц
Ширина полосы приемника по уровню 0,7	... 12 кГц
Длительность импульсов передатчика, мкс	... 133
Частота повторения, Гц	... 58,6
Количество импульсов на каждой из дискретных частот	... 1
Длительность сеанса зондирования, с	... 6
Импульсная мощность передатчика, Вт, не менее	... 140
Чувствительность приемника, мкВ, при соотношении сигнал-шум, равном 3	... 10 с возможностью снижения чувствительности на 20 дБ по внешней команде
Амплитудная характеристика приемника	... Близка к логарифмической, с динамическим диапазоном более 60 дБ
Питание ионозонда от сети постоянного тока с напряжением, В	... От 24 до 34
Потребляемая мощность, Вт, не более:
во время сеанса зондирования	... 54
между сеансами	... 0,2
Масса ионозонда, кг	... 17,2
Объем, л	... 18
Габариты, мм	... 352 x 316 x 180

8.1.2 Обработка ионограмм внешнего радиозондирования

8.1.2.1 Ионограммы, получаемые при ВнЗ ионосферы, имеют следующие отличия от ионограмм, получаемых при наземном радиозондировании:

- следы отраженных сигналов начинаются вблизи высоты расположения бортового передатчика;

- дополнительно к следам обыкновенной O-волны и необыкновенной X-волны на ионограммах часто наблюдается след необыкновенной Z-волны. След асимптотически заканчивается на частоте f_zl (рисунок 34);

- на некоторых частотах наблюдаются устойчивые сигналы, возбужденные широкополосным излучением передатчика в непосредственной близости от спутника и называемые плазменными резонансами; их частоты определяются параметрами плазмы в окрестности спутника;

- на частотах больших foF2 наблюдаются следы отражения от Земли или от спорадического слоя Es и Земли.

8.1.2.2 Выделяют три контролируемые с помощью спутникового радиозондирования зоны: первая зона - пространство вблизи спутника, вторая зона - область внешней ионосферы, включая высоту и максимум концентрации слоя F2 и третья зона - область внутренней ионосферы.

8.1.2.3 При ВнЗ вдоль всей траектории полета спутника могут быть получены следующие параметры: критическая частота и высота максимума слоя F2 (foF2, h_maxF2); распределение концентрации электронов от высоты ИСЗ до высоты максимума слоя F2 - N_e(h)-профиль.

Параметры распределения концентрации электронов ниже h_maxF2 не могут быть получены при ВЗ. Соответственно при ВнЗ слой F1 и области E и D будут недоступны для тщательного анализа, характерного для радиозондирования.

8.1.2.4 Область вблизи спутника характеризуется прежде всего частотами отсечки (рисунок 34) - т.е. минимальными частотами, на которых могут распространяться радиоволны определенного типа (Z, O, X) в плазме - f_zs, f_os, f_xs, где s указывает на то, что измерение сделано на высоте спутника.

Рисунок 34 - Ионограмма ВнЗ с зоной плазменных

и циклотронных резонансов

Частоты отсечки связаны с плазменной частотой на высоте спутника f_p следующими соотношениями:

(3)

Плазменные резонансы на ионограмме устойчиво наблюдаются на следующих частотах (рисунок 34):

на плазменной частоте на высоте спутника;

на гирочастоте или циклотронной частоте на высоте спутника:

f_Hs = eH/mc, (4)

где f_Hs - гирочастота на высоте спутника;

e - заряд электрона;

H - модуль вектора напряженности магнитного поля;

m - масса электрона;

c - скорость света;

на циклотронных гармониках на высоте спутника n₁f_Hs, где n₁ = 2, 3, 4;

на верхней гибридной частоте на высоте спутника

;

на второй гармонике верхней гибридной частоты на высоте спутника 2f_Ts.

Кроме основных пиков, наблюдаются дополнительные пики, характеризующие распространение электростатической волны или резонансные явления пикообразного вида: диффузные пики, плавающие пики, пики, относящиеся к сумме или разности частот основных резонансных пиков, пик удаленного резонанса, характеризующий гирочастоту на истинной высоте его возникновения и т.д.

8.1.2.5 Вторая зона, контролируемая внешним зондированием, распространяется от высоты спутника до высоты максимума концентрации электронов. Информацию о параметрах ионосферы в этой области получают методами пересчета действующих расстояний следов отражения O-волны и X-волны на ионограмме (h'_o- и h'_x-следов) в N_e(h)-профили внешней ионосферы. При расчете N_e(h)-профилей во внешней ионосфере необходимо учитывать изменение гирочастоты как функции высоты. Главным источником ошибок является предположение, что радиоволны распространяются вниз от спутника вертикально. Современные бортовые ионозонды должны отличать невертикальное распространение с боковым отклонением луча в плоскости магнитного меридиана от вертикального.

8.1.2.6 Параметры в зоне ниже высоты максимума могут быть определены путем уточнения параметров модели ионосферы по следу отражения от Земли.

8.1.3 Автоматическая обработка данных спутникового зондирования

8.1.3.1 Задачи автоматической обработки

Обработка ионограмм, полученных спутником, производится на Земле. Основным режимом обработки является автоматический. Задачами обработки являются:

- автоматическое выделение следов отражения обыкновенной и необыкновенной волн, а также медленной необыкновенной - z-волны (в случае ее присутствия), следов отражения от земли на ионограммах внешнего зондирования;

- автоматическое определение частот отсечек на ионограммах внешнего зондирования;

- автоматическое определение частот основных плазменных резонансов;

- автоматическое определение критической частоты foF2;

- расчет вертикальных профилей концентрации электронов по выделенным следам отражений (обыкновенной и необыкновенной модам);

- расчет критической частоты вдоль орбиты спутника по данным об измерении динамических высокочастотных (ВЧ) спектров в диапазоне частот от 0,1 до 20 МГц;

- расчет локальной плазменной частоты (и локальной концентрации электронов) вдоль орбиты спутника по данным об измерении динамических ВЧ-спектров в диапазоне частот от 0,1 до 20 МГц;

- обеспечение интерактивной обработки ионограмм и динамических ВЧ-спектров и коррекции автоматически обработанных ионограмм и динамических ВЧ-спектров в случае низкого качества ионограмм и спектров или в сложных случаях (при сильных геомагнитных возмущениях, ионосферных неоднородностях и при наличии на ионограммах множественных следов отражения).

8.1.3.2 Автоматическое определение структурных элементов ионограммы

Частотный диапазон, занимаемый ионограммой, определяется по уровню электромагнитных шумов. Уровень ВЧ-шумов, создаваемых сигналами радиовещательных КВ радиостанций и различных систем связи, резко возрастает на частотах выше критической частоты слоя F2, то есть выше диапазона радиопрозрачности. Частота, на которой уровень шумов резко повышается (и на более высоких частотах остается высоким по сравнению с нижними частотами), обозначается как предположительная критическая частота обыкновенной волны (f_OF2)_p, индекс p показывает, что данное значение носит вероятностный характер и не окончательно, то есть определено программой автоматической обработки ионограмм и требует минимизации невязки между определенными частотами.

На рисунке 35 приведена ионограмма спутника Космос-1809. По увеличению уровня ВЧ-шумов на ионограмме определяется (f_OF2)_p = 3,7 МГц.

Рисунок 35 - Ионограмма внешнего зондирования с указанием

резонансных частот

Автоматический поиск структурных элементов ионограммы производится в диапазоне частот от 0,1 МГц до [(f_OF2)_p + 1 МГц].

Гирочастота f_Hs определяется по наивысшей гармонике, наблюдаемой на ионограмме. В данном случае это третья гармоника, частота которой равна приблизительно 2,76 МГц. Тогда f_Hs равна 0,92 МГц. Для коррекции проводится параллельная проверка числового значения гирочастоты на высоте ИСЗ по модели IGRF.

Выделенный резонанс, соответствующий f_Hs, позволяет различить второй близкорасположенный резонанс - локальную плазменную частоту f_os. На рисунке 35 резонанс - правее f_Hs.

По автоматически определенным f_Hs и f_os рассчитывают частоты и напряженности магнитного поля в окрестности спутника H_s:

(5)

Размерность модуля вектора напряженности магнитного поля в окрестности спутника H_s будет выражена в мкТл, если размерности f_os и f_xs выражены в МГц.

На следующем шаге производятся минимизация невязки между всеми определенными частотами и точная привязка ионограммы по частотам отсечки. После определения частот отсечки и частот foF2 и f_xF2 запускается алгоритм распознавания образа следов на ионограмме.

8.2 Трансионосферное радиозондирование

8.2.1 Трансионосферное радиозондирование (ТИЗ) подразделяется на два вида по месту расположения излучающей аппаратуры. Прямое ТИЗ, при котором излучающий ионозонд располагается на борту ИСЗ, а синхронно с ним работающая в режиме приема аппаратура - на Земле; и обратное ТИЗ, при котором излучающий ионозонд располагается на Земле, а синхронно работающая в режиме приема аппаратура - на борту ИСЗ.

8.2.2 Обратное ТИЗ позволяет использовать передатчик повышенной мощности, что повышает информативность и устойчивость приема сигналов ТИЗ, увеличивает отношение сигнал/шум в трансионосферном канале.

8.2.3 Метод ТИЗ направлен на изучение внутренней структуры ионосферы.

8.2.4 Синхронизация бортовых и наземных ионозондов осуществляется по сигналам спутников глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

8.2.5 Радиозондирование проводится на границе диапазона радиопрозрачности ионосферы в диапазоне работы ионозонда ВЗ. После наклонного прохождения зондирующих импульсов всей ионосферы приемником регистрируется и частотная зависимость времени прохождения зондирующих сигналов (пересчитанная в действующие расстояния) в виде трансионограммы. Частотные зависимости трансионосферных сигналов обычно помещают на ионограммах ВЗ или ВнЗ (рисунок 36).

Рисунок 36 - Комплексная ионограмма ВЗ и ТИЗ

8.2.6 Пространственная структура внутренней ионосферы представляется рядом зависимостей концентрации электронов от дальности вдоль луча на трансионосферных траекториях. При одном прохождении ИСЗ над земной аппаратурой снимается серия трансионограмм, характеризующая ионосферу, расположенную между разнесенными ионозондом и приемником.

8.2.7 Большую информативность имеют результаты комплексных наблюдений при одновременной работе аппаратуры двух наземных пунктов, оснащенных установками ВЗ и ТИЗ, и бортового ионозонда. При этом в различных комбинациях регистрируются ионограммы ВЗ, ВнЗ и трансионограммы, что позволяет при пролете ИСЗ определить пространственную картину изменения электронной концентрации в обширных районах. Последние сведения в основном относятся к крупномасштабным и мелкомасштабным неоднородностям ионосферы. Это позволяет точнее провести расчет полного N_e(h)-профиля в зонах ответственности каждого метода исследования, так как возможное влияние горизонтальных градиентов электронной концентрации в данном случае сведено к минимуму.

9 Наблюдения ионосферы методом высокоорбитальной радиотомографии

9.1.1 Метод высокоорбитальной радиотомографии

Основным принципом радиотомографии (РТ) ионосферы с использованием сигналов высокоорбитальных навигационных систем (ВНС) является одновременный прием когерентных сигналов минимум на двух частотах от нескольких высокоорбитальных навигационных КА (ВНКА) несколькими программно-аппаратными комплексами (ПАК) высокоорбитальной томографии (ВОРТ). Применяются аппараты функционирующих глобальных спутниковых радионавигационных систем поколения - GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия). Дополнительно могут использоваться европейская система КА "Galileo" и китайская система КА "Бэйдоу-2" ("Beidou-2", европейское название "Compass"), а также две региональных системы спутниковой навигации - индийская IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System - Индийская региональная спутниковая система) и японская QZSS (Quasi-Zenith Satellite System - Квазизенитная спутниковая система).

Характерной чертой КА этих систем является наличие радиомаяков когерентных сигналов с частотами 1575,42 (L1, E1, B1), 1227,60 (L2), 1176,45 (L5, E5) МГц для систем GPS (обозначение частоты L), Galileo (обозначение частоты E) и Beidou (обозначение частоты B) и частотами

, где k - целое число, для системы ГЛОНАСС при высоте орбиты около 20 000 км. В классическом случае РТ ионосферы на основе приема и обработки сигналов ВНКА позволяет получать распределения концентрации электронов в ионосфере.

Прием сигналов КА осуществляется на совокупности ПАК, располагаемых в соответствии с выбранной стратегией получения трехмерной реконструкции электронной концентрации в ионосфере. Схема расположения ПАК, принимающих зондирующие сигналы от ВНКА с лучами этих сигналов, показана на рисунке 37.

Рисунок 37 - Схема получения зондирующих сигналов ПАК ВОРТ

После получения информации от ПАК и обработки ее в Центре сбора, обработки и анализа данных наблюдений сегмента ВОРТ (далее - Центр РТС) с использованием методов и алгоритмов РТ получается пространственное распределение концентрации электронов в той области ионосферы, в которой имеется достаточное количество лучей, пересекающих ее зондирующими сигналами спутниковых навигационных систем (достаточно "густое" пространственное покрытие).

9.1.2 Общие требования к размещению СП ионосферных наблюдений, оборудованных ПАК ВОРТ

9.1.2.1 Устанавливаются СП ионосферных наблюдений, оборудованные ПАК ВОРТ одной категории.

9.1.2.2 Организуется центр для сбора и обработки информации с СП ионосферных наблюдений, оборудованных ПАК ВОРТ, который оснащается сервером ВОРТ.

9.1.2.3 Совокупность СП ионосферных наблюдений, оборудованных ПАК ВОРТ, и центр для сбора и обработки информации с СП ионосферных наблюдений, оборудованных ПАК ВОРТ (далее - Центр РТС), образуют радиотомографический сегмент (РТС) ионосферной наблюдательной сети.

9.1.2.4 СП ионосферных наблюдений, оборудованный ПАК ВОРТ (далее - пункт наблюдений РТС), должен размещаться в отведенном для него помещении, которое относится исключительно к федеральной собственности и находится под охраной государства. Определение местоположения пункта наблюдения РТС и организация его деятельности осуществляются в соответствии с решением Росгидромета (специально уполномоченного федерального органа исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях).

9.1.2.5 Ввод в эксплуатацию всех ПАК ВОРТ пунктов наблюдения РТС должен оформляться соответствующими актами. Акт на ввод в эксплуатацию пункта наблюдения РТС направляется в Росгидромет.

9.1.2.6 В дальнейшем деятельность пунктов наблюдения РТС регламентируется РД 52.04.567.

9.1.2.7 К критериям отбора местоположения пунктов наблюдения РТС относятся:

- возможности и обязательства местных структур Росгидромета в отношении обеспечения непрерывности функционирования СП ионосферных наблюдений;

- географическая репрезентативность наблюдений;

- возможности передачи требуемых параметров наблюдения и удаленного управления из Центр РТС.

9.1.2.8 Расстояние между пунктами наблюдения РТС, оборудованными ПАК ВОРТ, должно находиться в диапазоне от 200 до 400 км, что позволит проводить мониторинг ионосферных параметров с заданным пространственным и временным разрешением в режиме, близком к режиму реального времени. В зависимости от решаемых прикладных задач в некоторых регионах это расстояние не должно превышать 200 км.

9.1.3 Требования к помещению для размещения пунктов наблюдения РТС

9.1.3.1 Решение о выборе места размещения пунктов наблюдения РТС принимается только по завершении всестороннего обследования местности и помещений, предназначенных для размещения ПАК и ВОРТ.

9.1.3.2 Перед принятием решения о размещении пункта наблюдения РТС специалистами Центра РТС проводится обследование места размещения на наличие радиопомех. При этом анализируется наличие в пункте наблюдения РТС радиопередающих устройств, излучающих в диапазоне от 1000 до 1700 МГц. В случае отсутствия таких устройств указанными выше специалистами подтверждается возможность установки в данном СП ионосферных наблюдений ПАК ВОРТ.

9.1.3.3 Помещение должно обеспечивать соответствующие климатические условия, необходимые для стабильного функционирования ПАК ВОРТ: температура от +5 °C до +40 °C, влажность от 5% до 90%.

9.1.3.4 Помещение должно удовлетворять санитарным и противопожарным нормам безопасности, принятым на территории Российской Федерации.

9.1.3.5 Помещение должно обеспечивать сохранность оборудования.

9.1.3.6 В помещении должно быть необходимое пространство размером не менее 1 x 1 м² для установки ПАК ВОРТ. Оборудование может быть размещено на стене или на столе так, чтобы была возможность открыть дверцу шкафа и осуществить диагностические операции.

9.1.3.7 Помещение должно быть электрифицировано. Электроснабжение здания должно удовлетворять стандартам, принятым на территории РФ. В месте размещения ПАК ВОРТ должна быть розетка евростандарта или совместимая. Используемые ПАК ВОРТ должны быть подключены к электрической сети переменного тока I категории (220 В, 50 Гц). Мощность сети должна обеспечивать наличие 30 Вт для работы ПАК ВОРТ.

9.1.3.8 Розетки для средства передачи данных и средств электропитания должны размещаться на расстоянии не более 2 м от ПАК ВОРТ.

9.1.3.9 Помещение должно быть оснащено средствами связи с возможностями использования сети Интернет. Скорость передачи данных должна составлять не менее 128 кбит/с для передачи данных от ПАК. В случае отсутствия стационарных средств связи в СП ионосферных наблюдений должен быть устойчивый сигнал сотовой связи для организации беспроводной передачи данных.

9.1.3.10 Приборы и кабели должны располагаться на расстоянии не менее 50 см от батарей отопления и другого нагревательного оборудования, работа которого может со временем пересушивать кабели. Длительный нагрев прибора прямым попаданием солнечных лучей нежелателен.

9.1.3.11 От места установки ПАК ВОРТ в помещении до места крепления антенны ПАК ВОРТ на улице на жестком неподвижном основании должно быть достаточно антенного кабеля длиной 30 м с учетом изгибов при прокладке либо двух кабелей по 30 м при соединении специальным усилителем.

9.1.3.12 Обзор видимости для антенны ПАК ВОРТ должен быть свободен от других активных антенн, а также металлических и других конструкций вблизи антенны выше уровня ее установки.

9.1.4 Необходимые условия для функционирования РТС

Для нормального функционирования РТС необходимо выполнение следующих условий:

- наличие источника зондирующих сигналов - одного или более ВНКА с работающими передатчиками на частотах 1575,42; 1227,60; 1176,45 МГц для системы GPS и на частотах

для системы ГЛОНАСС;

- круглосуточно работающий сервер ВОРТ, доступный по сети Интернет по определенному IP-адресу;

- все ПАК ВОРТ должны быть подключены к сети Интернет, либо выделенной ведомственной сети связи (ВСС) "Меком" и иметь возможность отправлять результаты измерений на сервер ВОРТ.

9.1.5 Средства наблюдений и оборудование пунктов наблюдений РТС

9.1.5.1 ПАК ВОРТ входят в состав пункта наблюдения РТС, используемого при РТ ионосферы с помощью когерентных радиосигналов ВНКА и предназначены для диагностики состояния ионосферы методами РТ. Все ПАК ВОРТ являются сетевыми комплексами и объединены в РТС.

9.1.5.2 Задачами ПАК ВОРТ являются:

- управление работой приемника (включение, выключение, установка рабочей частоты);

- получение данных радиопросвечивания ионосферы от приемника;

- первичная обработка данных радиопросвечивания ионосферы;

- подготовка данных к хранению и передаче;

- передача данных.

9.1.5.3 В состав ПАК ВОРТ входят:

- приемник спутниковый геодезический многочастотный;

- антенна для приема сигналов спутников ВНС с кабелем;

- персональный промышленный компьютер;

- источник бесперебойного питания;

- сетевой фильтр;

- защитный шкаф;

- модем или интерфейсное оборудование для передачи данных.

На рисунке 38 представлены примеры внешнего вида ПАК ВОРТ и установки антенны ПАК ВОРТ.

Рисунок 38 - Примеры внешнего вида ПАК ВОРТ и установки

антенны ПАК ВОРТ: а - внешний вид ПАК ВОРТ. Установка

на столе; б - антенна ПАК ВОРТ

9.1.5.4 Основным приемником, которым оснащаются пункты наблюдения РТС, является GNSS-приемник спутниковый геодезический многочастотный (GNSS - Global Navigation Satellite System, глобальная спутниковая навигационная система), в сочетании с антенной многочастотной (L1 (E1, B1), L2, L3, L5 (E5) и других совместимых частот и систем). Расшифровка частот L, E, B приведена в 9.1.1.

9.1.5.5 В ПАК ВОРТ, установленных в 2011 - 2015 годах, для обеспечения хранения полной локальной копии данных на станциях использованы персональные компьютеры формата pico-ITX.

Для монтажа составных частей ПАК ВОРТ этой серии используется защитный шкаф ZPAS WZ-2733-01-S1-011 (SU-104) размером 223 x 600 x 400 мм (19 дюймов) из листовой стали с активным воздушным охлаждением.

9.1.5.6 В настоящее время для обеспечения хранения полной локальной копии данных на пунктах наблюдения РТС используется промышленный встраиваемый безвентиляторный компактный компьютер, совместимый с корпоративными службами развертывания программного обеспечения WDS, включая PXE-совместимую сетевую загрузку BIOS. Этот компьютер оснащен внутренним совместимым модулем ОЗУ 4 Гб, 204 pin, внутренним твердотельным накопителем энергонезависимой памяти mSATA 256 Гб, процессором с частотой от 1,6 ГГц, 4 COM-портами, видеовыходом VGA, 4 USB 2,0, встроенным Ethernet LAN до 1 Гб/с, аппаратным сторожевым таймером. Компьютер потребляет не более 10 Вт, имеет пассивное охлаждение, аппаратно-поддерживаемые настройки BIOS для периодического автовключения не реже одного раза в сутки и немедленного возобновления работы после сбоев внешнего электропитания.

Компьютер имеет поддержку технологии сетевой загрузки (PXE) операционной системы с сервера сетевых установок корпоративной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры. Драйвер, необходимый для использования Ethernet-адаптера компьютера на этапе первичной загрузки, допускает его встраивание в загрузочный образ (boot image).

Компьютер поставляется с блоком питания расширенного диапазона температур (от минус 20 °C до +70 °C) и совместимым кабелем питания 1,8 м, 3-pin.

Для монтажа составных частей ПАК используется защитный шкаф размером 0,17 x 0,3 x 0,25 м из полимера с прозрачной дверью, что существенно упрощает размещение ПАК ВОРТ на пунктах наблюдения РТС и доставку комплексов на место установки.

В случае замены неисправных ПАК ВОРТ или продолжения программы установки ПАК ВОРТ в новых пунктах наблюдения РТС в составе и характеристиках составных элементов комплексов могут происходить изменения, позволяющие улучшить технические и эксплуатационные возможности ПАК ВОРТ.

9.1.5.7 Данные измерений приемника передаются в компьютер через порт USB (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина) (виртуальный COM-порт (Communications Port - последовательный порт)) или через реальный COM-порт (подключены оба) и сохраняются на жесткий диск компьютера порциями задаваемой продолжительности.

9.1.5.8 Для возможности работы ПАК через NAT (Network Address Translator - ретранслятор внутренних сетевых адресов во внешнюю сеть) брандмауэры, прокси-серверы, а также с динамически назначаемыми IP-адресами при пуске ПАК устанавливают автоматические соединения VPN с интерфейсным сервером ФГБУ "ИПГ". Внутри такого виртуального соединения возможно активное подключение к ПАК из Центра РТС для подавляющего большинства сервисных операций и передачи данных без необходимости действий со стороны местного персонала СП ионосферных наблюдений.

9.1.6 Порядок проведения наблюдений на РТС

9.1.6.1 Программа работы каждого наблюдательного пункта РТС ежегодно устанавливается и утверждается "Планом зондирования ионосферы сетью радиотомографии Росгидромета".

9.1.6.2 ПАК ВОРТ на СП ионосферных наблюдений работают в автоматическом режиме.

9.1.6.3 ПАК ВОРТ принимают сигналы ВНС круглосуточно с частотой опроса от 0,1 до 10 Гц. Возможны различные варианты расписаний передачи информации в Центр РТС. В настоящее время состояние системы связи Росгидромета позволяет осуществлять передачу 15 - 20 Мб информации в сутки (порциями по 700 Кб/ч).

В случае наличия скоростного канала связи с Центром РТС необходимо передавать принятые параметры сигналов ВНС в реальном времени.

9.1.6.4 Для обеспечения работы сетевых ПАК ВОРТ специальной квалификации не требуется. При возникновении неполадок, которые не могут быть детектированы или устранены с помощью удаленного сетевого подключения, персонал помещений, в которых установлен ПАК ВОРТ, может по просьбе оператора Центра РТС выполнить ряд элементарных операций с оборудованием из числа описанных в руководствах по эксплуатации.

9.1.6.5 Оператор Центра РТС должен обладать уверенными навыками работы с ЭВМ, знать основы сетевых технологий, уметь пользоваться программами-браузерами.

9.1.7 Минимальные программы наблюдений ВОРТ ионосферы. Наблюдаемые параметры

9.1.7.1 Основой информации, используемой для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы, служат результаты наблюдений за параметрами распространяющихся в атмосфере навигационных радиосигналов и их характеристиками, представляющими собой показатели состояния и развития физических процессов в ионосфере.

9.1.7.2 Минимальная программа наблюдений для радиотомографического мониторинга состояния ионосферы по сигналам ВНС включает следующие виды измерений:

- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L1 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L2 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L1 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение фазовых задержек навигационных радиосигналов канала L2 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P1 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P2 со всех спутников системы GPS, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P1 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения;

- измерение групповых задержек навигационных радиосигналов P2 со всех спутников системы ГЛОНАСС, сигнал с которых доступен в точке наблюдения.

9.1.8 Порядок работы Центра РТС

9.1.8.1 Центр РТС размещается в Москве в ФГБУ "ИПГ".

9.1.8.2 Центр РТС осуществляет дистанционный мониторинг состояния автоматических пунктов наблюдения РТС и предоставляет заинтересованным организациям и лицам информацию о состоянии ионосферы в режиме, определенном ежегодно устанавливаемым и утверждаемым "Планом зондирования ионосферы сетью радиотомографии Росгидромета".

В случае обнаружения нарушений в функционировании автоматических пунктов наблюдения РТС Центр РТС принимает оперативные меры по устранению данных нарушений.

9.1.8.3 Центр РТС осуществляет дистанционный сбор данных с автоматических пунктов наблюдения РТС и мониторинг их состояния посредством Интернета либо ВСС "Меком". Частота сбора оперативной информации составляет не менее 1 раза в час (получение данных за весь предыдущий интервал наблюдений).

9.1.8.4 Центр РТС на основе полученных оперативных данных осуществляет радиотомографическую реконструкцию распределения концентрации электронов в ионосфере над территорией РФ с заданным пространственным и временным разрешением по методикам и информационным технологиям ВОРТ. В дальнейшем с развитием радиотомографического сегмента для получения оперативных реконструкций распределения концентрации электронов можно использовать определенный набор базовых пунктов наблюдения РТС. Данные о реконструкции вместе с данными исходных наблюдений сохраняются в архиве Центра РТС в стандартных форматах и становятся доступными заинтересованным организациям и лицам.

9.1.8.5 Центр РТС выпускает еженедельную аналитическую справку о состоянии ионосферы над территорией РФ, отмечая в ней ионосферные проявления гелиогеофизических событий.

9.2.1 Уравнения наблюдений и сигналы спутников

В простейшем случае ГНСС-приемник (GPS, ГЛОНАСС, Galileo, Beidou - приемники) - это инструмент, измеряющий время прохождения сигнала от спутника k до приемника i. Если это время умножить на скорость света в вакууме c, наблюдаемая величина (псевдодальность) может быть представлена в виде комбинации геометрического расстояния между спутником k и приемником i

, ошибки синхронизации часов приемника

, ошибки синхронизации часов спутника

, задержек, вызванных распространением сигнала через ионосферу,

, и распространением сигнала через тропосферу

. Обе задержки имеют линейную размерность и представляют собой соответствующие действующие расстояния. Также добавляется шум в наблюдениях, связанный, например, с многолучевостью и нестабильностью фазового центра антенны приемника. Наблюдаемые псевдодальности (

- обозначения измерений псевдодальностей на частотах f1 и f2) и фазовые измерения (

- обозначения измерений фаз на частотах f1 и f2), выраженные в метрах, можно записать следующим образом:

(6)

где

- случайные погрешности измерений;

- количество длин волн на соответствующих частотах.

Уравнения для фазовых измерений (

) включают в себя неоднозначность

равную расстоянию между приемником и спутником в момент начала приема (количество длин волн на соответствующих частотах, умноженное на длину волны). Ионосферные вклады в измерения псевдодальности и фазовые измерения противоположны по знаку.

С каждого спутника излучаются сигналы на двух несущих частотах: L1 1575,42 МГц, L2 1227,60 МГц. Две частоты необходимы для создания возможности вычисления дисперсии и ее учета при измерениях. С помощью бифазной манипуляции (180°) на сигналы наложен двоичный цифровой код. Цифровой код представляет собой результат сложения "псевдослучайной последовательности" и информационного сообщения.

Сложение производится операцией "сложение по модулю 2". Она не изменяет длину кода, повторное сложение приводит к исходному сообщению, наложение их друг на друга не влияет на способность распознать сообщение.

9.2.2 Входные данные для обработки

9.2.2.1 Основными типами форматов данных, с которыми необходимо работать на этапе восстановления распределения электронной концентрации для ВОРТ, являются двоичные форматы данных приемников и текстовый формат RINEX (Receiver Independent Exchange Format - формат независимого обмена приемников), преобразование в который может быть произведено штатными утилитами конвертирования.

Двоичные файлы имеют форматы, специфичные для каждого производителя приемника, но всегда содержат самую полную информацию, включая возможные особенности приемников, свойственные данному производителю.

Текстовые файлы RINEX обычно содержат заметно меньше информации по сравнению с двоичными, занимают больше места на носителях, но более просты для программного считывания и пригодны для просмотра текстовыми редакторами. Кроме того, формат файлов RINEX не зависит от производителей приемников, задействованных в измерениях.

Для осуществления пространственно-временных радиотомографических реконструкций распределения электронной концентрации в ионосфере используются данные глобальных навигационных систем, которые включают в себя данные ионосферных наблюдений, регистрируемые приемником ПАК ВОРТ в формате RINEX, и 15-минутные эфемериды спутников в формате SP3 (могут загружаться с сервера ИАЦ ГЛОНАСС). В RINEX-файлах содержатся фазовые данные L1 и L2 (фазовые задержки, известные с точностью до начального целого числа циклов) и данные по групповым задержкам (псевдодальностям)

9.2.2.2 Главной измеряемой величиной для определения относительного полного содержания электронов (ПЭС) (с точностью до неизвестной постоянной величины) являются фазы несущих частот L1 и L2. Дополнительной информацией, обеспечивающей грубую оценку постоянной составляющей ПЭС, могут послужить измерения групповых задержек (кодовые измерения) на тех же двух несущих частотах. Также для дополнительных расчетов, связанных с вычислением параметров ионосферы, могут требоваться измерения доплеровского смещения несущих частот.

9.2.2.3 Для РТ-реконструкции из измеряемых величин (фаз несущих частот) формируется пучок лучей. Для каждого из лучей необходимо задать его пространственное положение, момент времени и интеграл вдоль луча.

9.2.3 Выходные результаты обработки

Выходными данными должны являться карты ПЭС (рисунок 39). Цветом показаны значения ПЭС в единицах ПЭС.

Рисунок 39 - Пример карты ПЭС

Пример файла с растровым изображением распределения концентрации электронов в выбранных широтных и долготных сечениях показан на рисунке 40.

Рисунок 40 - Пример распределения концентрации электронов

в выбранном сечении

9.3 Техническое обслуживание оборудования наблюдательных пунктов РТС

9.3.1 Штатные мероприятия по обслуживанию

9.3.1.1 Оборудование наблюдательных пунктов РТС ионосферной наблюдательной сети должно находиться в работоспособном состоянии круглосуточно. Надежная работа оборудования обеспечивается его грамотным использованием персоналом, ответственным за его эксплуатацию.

9.3.1.2 Диагностика состояния наблюдательного пункта РТС осуществляется удаленно из Центра РТС. В случае отсутствия возможности дистанционной диагностики состояния наблюдательного пункта РТС специалист из Центра РТС оперативно связывается с персоналом наблюдательного пункта РТС и в случае необходимости выезжает для устранения возникших неисправностей.

9.3.1.3 Техническое обслуживание оборудования осуществляют специалисты, прошедшие специальную подготовку и допущенные к самостоятельной работе.

К самостоятельной работе по техническому обслуживанию оборудования допускают специалистов, имеющих необходимую теоретическую подготовку, твердые знания по устройству оборудования, практические навыки по его обслуживанию, а также знающих правила технической эксплуатации оборудования, входящего в ПАК ВОРТ, правила техники безопасности и производственной санитарии.

Подготовку специалистов к самостоятельной работе по техническому обслуживанию оборудования осуществляют непосредственно в Центре РТС методом стажировки. Стажировку проводят в зависимости от уровня подготовки стажера. Стажера прикрепляют к наиболее опытным и грамотным специалистам Центра РТС. Стажировку специалистов целесообразно проводить с привлечением специалистов предприятия-изготовителя или на предприятии-изготовителе соответствующего оборудования.

9.3.1.4 Необходимые действия персонала наблюдательного пункта с установленным ПАК ВОРТ заключаются в контроле индикации узлов ПАК ВОРТ и в перезапуске ПАК ВОРТ по указанию специалистов Центра РТС.

9.3.1.5 Необходимые действия при проведении контроля индикации узлов ПАК ВОРТ:

а)

компьютер,

Рисунок 41 - Нормальное состояние индикации компьютера

Норма: кнопка-индикатор питания горит зеленым. Индикатор диска редко мигает красным (рисунок 41).

Если индикатор питания горит желтым - нажать на кнопку-индикатор питания (индикатор встроен в кнопке. Не путать с отдельной черной заглушкой).

Если кнопка-индикатор питания не горит - проверить подачу питания с батареи (см. ниже).

Для перезагрузки нажать на кнопку-индикатор питания, удерживать нажатой до смены цвета на желтый. Затем снова нажать и убедиться в смене цвета на зеленый;

б)

подключение к сети,

Рисунок 42 - Подключение к сети

Норма: индикатор сети мигает зеленым (допускается оранжевый) (рисунок 42).

Если индикатор сети не горит - проверить кабельное подключение и целостность наконечников сети, работу концентратора местной сети;

в)

фильтр питания,

Рисунок 43 - Фильтр питания

Норма: индикатор питания горит синим цветом, выключатель нажат в положении "I". Кнопка предохранителя утоплена до упора.

Если кнопка предохранителя выступает - нажать до упора.

Если выключатель в положении "O", перевести на положение "I".

Если индикация не появилась - проверить питание в розетке 220 В;

г)

индикатор батареи.

Рисунок 44 - Индикатор батареи

Норма: горит синим (допускается зеленый) (рисунок 44).

При отсутствии электропитания подает прерывистый звуковой сигнал.

Батарея автоматическая, действий не требуется. Автономность порядка 1 ч. При постоянном звуковом сигнале и красной индикации сообщить в Центр РТС.

Если действия не помогли восстановлению работоспособности ПАК ВОРТ, понадобится содействие ИТ-специалиста УГМС/ЦГМС с собственным монитором VGA, клавиатурой и мышью USB. Имя и пароль для входа в систему, а также дальнейшие действия диктуются по телефону специалистами Центра РТС.

Если телефонная диагностика также не помогла, осуществляется выезд специалистов ФГБУ "ИПГ" на место установки. Основанием для этого является выполнение всех предыдущих проверок.

9.3.2 Удаленная диагностика работоспособности

9.3.2.1 В ходе постоянного мониторинга состояния сегмента ВОРТ проводятся регулярные проверки работоспособности ПАК ВОРТ, расположенных в наблюдательных пунктах РТС. На основе анализа данных РТС выявляются пункты, не присылающие данных. Такие пункты подвергаются анализу на предмет неисправностей в соответствии с методикой заочной удаленной диагностики.

9.3.2.2 Заочная удаленная диагностика с сервера ВОРТ без уведомления персонала наблюдательных пунктов предусматривает следующий порядок действий:

- войти на транспортный сервер в терминальном режиме, по имеющимся ярлыкам открыть командную строку, интерфейс удаленных рабочих столов станций и Таблицу учета настроек станций;

- проверить состояние ПАК ВОРТ наблюдательного пункта по автодиагностическим столбцам Таблицы, прочитать комментарии к установке, типу связи, истории операций со станциями. Выбрать недоступные пункты наблюдений РТС;

- в командной строке проверить доступность ПАК ВОРТ пунктов наблюдений РТС эхо-запросом ICMPv4 по ВСС "Меком" и виртуальной частной сети и провести трассировку маршрута. Провести эти же операции со шлюзом удаленной сети;

- проверить доступность приемника ПАК ВОРТ по портам с помощью программного обеспечения, установленного на ПАК ВОРТ (ярлыки имеются на рабочем столе пункта наблюдения РТС);

- в том же программном обеспечении проверить численность принимаемых спутников (более пяти каждого типа ГЛОНАСС и GPS);

- проверить правильность настроек в файле конфигурации сценария передачи данных на ПАК ВОРТ наблюдательного пункта (PushToMecom.txt);

- с помощью штатного клиента проверить доступность местного обеспечивающего связь Центра сбора данных наблюдений (ЦСДН) телекоммуникационной системы Росгидромета по адресу и пользователю, указанному в файле конфигурации передачи данных. Проверку производить в удаленном рабочем столе пункта наблюдения РТС.

9.3.2.3 Заочная удаленная диагностика с сервера ВОРТ с уведомлением персонала пункта наблюдения РТС предусматривает следующий порядок действий:

- связаться по телефону с персоналом наблюдательного пункта (дежурным по смене);

- попросить его проверить целостность корпуса ПАК ВОРТ, его узлов, кабельных соединений, подключения штекеров и разъемов, наличия питания и сети;

- проверить индикацию узлов ПАК в соответствии с 9.3.1.5:

а) приемник мигает зеленым и оранжевым с лицевой стороны, горит зеленым со стороны кабельных выходов;

б) промышленный компьютер горит зеленым и неравномерно мигает красным с лицевой стороны. Горит оранжевым или зеленым, мигает зеленым со стороны нижних кабельных входов (гнездо сетевого входа);

в) блок бесперебойного питания горит синим;

- выполнить перезагрузку комплекса в соответствии с рабочей инструкцией по перезагрузке, применимой для данной версии выпуска ПАК ВОРТ (пересылается ответственным);

- выполнить вход на промышленный компьютер в терминальном режиме с соседнего компьютера локальной сети или с монитором VGA, клавиатурой USB и мышью USB. Провести эхо-запрос и трассировку ПАК ВОРТ, шлюза удаленной сети, ЦСДН, сервера ВОРТ, проверить программный статус соединения с сетью и статус программного соединения Виртуальной частной сети "IPG...".

В случае невозможности дистанционной диагностики и восстановления:

- силами инженера станции отключить, демонтировать и упаковать промышленный микрокомпьютер (или другой неисправный узел) в мягкий материал для отправки изготовителю;

- запустить курьерскую доставку на территорию изготовителя.

9.3.3 Дополнительные мероприятия по обслуживанию

9.3.3.1 В случае отказа узлов ПАК ВОРТ и невозможности восстановления их в месте установки после доставки отказавших узлов на территорию изготовителя:

- провести пробную загрузку и тестирование компьютера в соответствии с рабочими инструкциями, действующими для данного выпуска ПАК ВОРТ;

- провести форматирование и переустановку всего программного обеспечения промышленного компьютера;

- провести диагностику средствами BIOS;

- выслать на место восстановленный или новый настроенный промышленный компьютер (в зависимости от признаков износа и степени эксплуатационных и транспортных воздействий);

- выслать на ремонт изготовителя компонентов неисправный узел.

9.3.3.2 Выезд на место установки специалиста изготовителя:

- в зависимости от результатов выполнения предыдущих пунктов организовать выезд специалиста в место установки ПАК с соответствующим комплектованием;

- провести рабочие проверки и необходимые действия по ремонту и замене узлов, программной перенастройке и проверке ПАК ВОРТ в месте его установки;

- провести повторную удаленную приемку ПАК ВОРТ пункта наблюдения РТС посети в соответствии с текущей рабочей инструкцией, действующей для данного выпуска ПАК ВОРТ.

9.3.4 Мероприятия по обеспечению безопасности труда

9.3.4.1 Целью проведения мероприятий по обеспечению безопасности труда на наблюдательных пунктах, оборудованных ПАК ВОРТ, является защита персонала от воздействия опасных и вредных производственных факторов, исключение несчастных случаев, в том числе со смертельным исходом, и профессиональных заболеваний на производстве.

9.3.4.2 Безопасность труда регламентируется национальным стандартом ГОСТ 12.0.230, нормативно-правовыми актами СП 2.2.3670-20, [6], [7], инструкцией по охране труда [8].

10 Риометрический метод

10.1 Назначение и область применения метода

10.1.1 Риометр - это пассивный научный прибор, используемый для наблюдения поглощения радиоволн в ионосфере, преимущественно на высотах менее 100 км. Слово риометр означает "относительный измеритель непрозрачности ионосферы" (Relative Ionosperic Opacity Meter). Целью риометрических наблюдений является непрерывное измерение интенсивности космического радиоизлучения для выявления аномальных вариаций поглощения радиоволн.

10.1.2 Риометр измеряет интенсивность радиошума, исходящего от звезд и галактик и достигающего земной поверхности после прохождения через ионосферу, что позволяет получать информацию о состоянии нижней ионосферы. В результате вторжения в ионосферу энергичных частиц (электронов и протонов солнечного ветра) происходит ионизация верхней атмосферы. Максимум ионизации электронами с энергией 40 - 300 кэВ приходится на высоты меньше 100 км, а в случае вторжения солнечных протонов с энергией больше 10 МэВ ионизация происходит на высотах меньше 70 км.

Использование риометров позволяет диагностировать интенсивность потоков заряженных частиц в солнечном ветре и магнитосфере Земли. Изучение процессов высыпания заряженных частиц из магнитосферы в атмосферу Земли позволяет решать задачи, связанные с поступлением энергии солнечного ветра в околоземное космическое пространство (ОКП). А также фиксировать процессы, происходящие внутри магнитосферы. Проведение риометрических наблюдений на сети станций позволяет исследовать пространственно-временную структуру нижней ионосферы.

Риометры способны регистрировать высыпания частиц, которые не обязательно будут видны оптическими методами.

10.1.3 Аномальное поглощение в нижней ионосфере принято подразделять на четыре основных типа:

Внезапные ионосферные возмущения и внезапные поглощения космического шума (ВИВ, или SID - Sudden Ionospheric Disturbance, или SCNA - Sudden Cosmic Noise Absorption) возникают во время хромосферных вспышек на Солнце вследствие воздействия рентгеновского излучения на нижнюю ионосферу. Поглощение наблюдается только на освещенной полусфере Земли и продолжается обычно несколько десятков минут. На записях риометров это возмущение отмечается в виде небольшого бухтообразного уменьшения интенсивности (как правило, эти возмущения регистрируются на средне- и низкоширотных станциях).

Авроральное поглощение (AA - Auroral Absorption), или поглощение полярных сияний (ППС), наблюдается преимущественно в зоне полярных сияний и носит крайне нерегулярный характер. Его появление в ночное время непосредственно связано с полярными сияниями и локальными магнитными возмущениями. Продолжительность случаев AA обычно не превышает 2 ч. Чаще всего авроральное поглощение наблюдается в виде серий всплесков, накладывающихся один на другой. Источником ионизации, ответственным за этот тип поглощения, принято считать потоки электронов с энергией E > 40 кэВ.

Поглощение типа полярной шапки (ППШ) наблюдается во всей полярной области на геомагнитных широтах выше 60°. Появляется PCA обычно через 1 - 2 ч после мощных солнечных вспышек, когда солнечные космические лучи с энергией 1 - 100 МэВ достигают орбиты Земли. Продолжительность PCA бывает от 2 до 10 сут.

Поглощение, связанное с внезапным началом магнитных бурь (SCA - Sudden commencement absorption), возникает во время внезапного начала магнитных бурь и по форме, интенсивности и продолжительности напоминает SCNA. Однако SCA наблюдается только в зоне полярных сияний как в дневное, так и в ночное время. SCA связано с всплесками тормозного рентгеновского излучения. По данным наблюдений на отдельно взятой станции, этот тип поглощения невозможно отличить от SCNA.

Каждый из этих типов аномального поглощения может появляться независимо друг от друга.

10.2 Принципы реализации риометрического метода

10.2.1 Риометрическая аппаратура состоит из:

- риометра (относительный измеритель непрозрачности ионосферы Relative Ionosperic Opacity Meter) - высокочувствительного приемника с фиксированной рабочей частотой в диапазоне от 20 до 40 МГц;

- АФК фазированной коротковолновой антенны со средним и высоким коэффициентом усиления с диаграммой направленности 60 градусов, ориентированной в зенит или на Полярную звезду, - для приема сигналов космического радиоизлучения и фидерного тракта (коаксиального кабеля с согласующим трансформатором) - для передачи сигнала от антенны к риометру;

- АЦП (аналого-цифровой преобразователь) для оцифровки аналогового сигнала на выходе риометра и компьютера для сбора и обработки информации.

10.2.2 Риометр является стабильным радиоприемником. Стабильность достигается быстрым переключением входного сигнала приемника между сигналом и стабильным источником шума (генератор шума). Принцип работы риометра, блок-схема которого приведена на рисунке 45, состоит в следующем:

- с помощью антенного переключателя вход радиоприемника автоматически переключается с антенны на генератор шума с относительно большой частотой (от 30 до 1000 раз в 1 с);

- если шумовая мощность, получаемая от антенны на входе приемника, не будет равна шумовой мощности от генератора шума, то на выходе радиоприемника появится сигнал, имеющий прямоугольную форму, с частотой, равной частоте переключения входа приемника. Данный сигнал подается на усилитель, настроенный на частоту переключений;

- сигнал с выхода усилителя попадает на фазочувствительный детектор, представляющий собой кольцевой преобразователь;

- параллельно на этот же фазочувствительный детектор подается опорное напряжение непосредственно с генератора, управляющего частотой переключений. Таким образом, на фазочувствительный детектор подаются два напряжения, у которых частота одинакова, но фаза и амплитуда могут отличаться;

- на выходе фазочувствительного детектора получается выпрямленное напряжение, значение которого пропорционально разности между мощностями, возникающими от антенны и от генератора шума, а полярность выпрямленного напряжения зависит от того, какая из мощностей больше. Если мощности будут равными, фазочувствительный детектор выпрямленного напряжения не даст;

- снимаемое с выхода фазочувствительного детектора напряжение устраняет неравенство между шумовой мощностью от антенны и генератора шума. Мощность, создаваемая генератором шума, все время автоматически приравнивается к шумовой мощности, получаемой от антенны. Следовательно, для измерения мощности шума от антенны необходимо только регистрировать ток генератора шума, так как он пропорционален генерируемой им мощности.

Рисунок 45 - Блок схема риометра

10.2.3 Средние технические характеристики риометров, используемых для работы в сети:

рабочая частота, МГц ...............................................................	от 20 до 40;
измеряемые шумы, кТ ...............................................................	до 30;
полоса принимаемых шумов, кГц ...........................................	20 +/- 2%;
постоянная времени измерительной части риометра (в диапазоне от 10 до 30 кТ), с, не более .............................................	1;
абсолютный температурный коэффициент при измерении уровня входного шума, процент/градус Цельсия (в диапазоне от 10 до 30 кТ), не хуже ....................................................................................	0,2;
входное сопротивление, Ом ...................................................	от 50 до 75;
постоянная времени регистрации аналогового выхода, с, не более ...................................................................................................	5.

Риометр имеет генератор часовых меток (отключаемый), который поочередно включает 4 уровня калибровки с длительностью меток около 120 с.

Питание от внешнего источника постоянного тока (трансформаторного типа) с номинальным напряжением 13 В (12 - 16 В) с максимальным током 200 мА.

Для проверки работоспособности риометра служит внутренний калибровочный генератор шума, количество уровней калибровки - 4.

Антенно-фидерная система включает в себя антенну типа волновой канал или двойной диполь и фидерную линию для соединения антенны с риометром.

10.2.4 Риометры измеряют интенсивность радиошума, исходящего от звезд и галактик и достигающего земной поверхности после прохождения через ионосферу непосредственно над местом расположения риометра. Поскольку некоторые области неба более шумные, чем другие, этот шум предсказуемо меняется по мере вращения Земли. Хотя шум, вызванный звездами или галактиками, может изменяться в течение очень длительных периодов времени, он достаточно постоянен, чтобы считаться воспроизводимой функцией локального звездного времени.

На рисунке 46 на карте интенсивности космического радиоизлучения на частоте 22 МГц показано мгновенное поле зрения риометра и круг суточного движения этой области.

Рисунок 46 - Пример карты интенсивности космического

шума 22 МГц

10.2.5 Риометрическая аппаратура государственной ионосферной сети принимает и обрабатывает постоянный фоновый сигнал космического коротковолнового радиоизлучения на одной из фиксированных частот в диапазоне от 20 до 40 МГц. При отсутствии возмущающих факторов в течение суток уровень сигнала космического коротковолнового радиоизлучения достаточно постоянен и считается воспроизводимой функцией локального звездного времени. Ежедневный невозмущенный повторяющийся уровень принимаемого сигнала называется кривой спокойного дня (КСД). Разница между фактически измеренным уровнем сигнала и кривой спокойного дня объясняется поглощением радиоволн в ионосфере (рисунок 47).

зеленая кривая - КСД;

красная кривая - измеренный уровень принимаемого сигнала космических шумов.

Рисунок 47 - Пример регистрации интенсивности космического

радиоизлучения на СП ионосферных наблюдений Тикси

Повышение уровня записи относительно КСД может быть вызвано помехами - местными источниками электромагнитного излучения (передатчики, сварочные аппараты, бытовая техника и др.) или пургой, а также естественным фактором - возрастанием радиоизлучения после солнечных вспышек ("шумовые бури").

10.2.6 Для получения КСД используется алгоритм, реализованный в ПО QDC_calculation:

- все данные риометра пересчитываются в звездное время (звездные сутки на 4 мин длиннее солнечных);

- каждые звездные сутки разбиваются на временные промежутки фиксированной длительности (как правило, 10 мин);

- для каждого промежутка строится функция распределения выходных напряжений (рисунок 48);

- значение напряжения в точке перегиба на ветви спада функции распределения считается значением спокойного уровня для этой ячейки.

Все выходные значения напряжения, превышающие U₀, обусловлены помехами, значения меньше U₀ - поглощением.

Рисунок 48 - Пример распределения выходного напряжения

риометра для выбранной ячейки звездного времени

На рисунке 49 приведены КСД для наблюдательного пункта ст. Прогресс в Антарктиде, вычисленные для 1-го числа каждого месяца с мая по декабрь 2017 года.

may

jun

Jul

Aug

Sep

Oct

nov

Dec

Рисунок 49 - КСД для СП ионосферных наблюдений ст. Прогресс

10.2.7 Для вычисления наблюдаемого поглощения используется простой алгоритм преобразования:

A = -10Log U/U₀, (7)

где U - напряжение на выходе риометра;

U₀ - значение напряжения спокойного уровня (КСД) в данный момент времени.

10.3 Проведение наблюдений риометрическим методом

10.3.1 Условия проведения наблюдений

При выполнении риометрических наблюдений должны выполняться следующие условия:

а) в помещении или в контейнере с регистрирующей аппаратурой должны соблюдаться температурные условия, соответствующие рабочим температурам риометра;

б) вблизи риометра и антенны не должно быть источников радиопомех;

в) не допускается движение любых транспортных средств на расстоянии менее 100 м от антенны риометра.

10.3.2 Программа риометрических наблюдений

10.3.2.1 Задачами риометрических наблюдений являются непрерывная регистрация вариаций уровня космического радиоизлучения, расчет КСД, на основе которой вычисляется поглощение, анализ наблюдаемых возмущений и оперативная диагностика возмущенности.

10.3.2.2 При подготовке к выполнению наблюдений проводят следующие работы:

- контроль уровня радиошумов в рабочем помещении и в районе установки антенны риометра;

- контроль общего состояния источника питания и его оборудования (обеспечение бесперебойной работы);

- контроль технического состояния антенно-фидерного комплекса.

10.3.2.3 Регистрация интенсивности космического шума производится ежедневно и непрерывно. Время наблюдений - всемирное.

10.3.2.4 Качество записи, появление аномальных явлений и помех контролируются не реже чем 1 раз в час.

10.3.2.5 1 раз в сутки проводятся расчет кривой спокойного дня и вычисление по нему поглощения.

10.3.2.6 1 раз в сутки проводится снятие максимального уровня выходного напряжения риометра.

10.3.2.7 Калибровка риометра производится в соответствии с эксплуатационной документацией риометра.

10.3.2.8 Ежемесячно обрабатываются материалы наблюдений:

- вычисляются максимальные значения поглощения за каждый день;

- определяются и заносятся в журнал типы наблюдаемых возмущений;

- результаты расчетов заносятся в память рабочего компьютера и в ежемесячный отчет.

10.3.2.9 Ежемесячно проводятся контрольные проверки и осмотры аппаратуры и антенно-фидерного хозяйства. По результатам контрольных проверок при необходимости производится ремонт аппаратуры и принимаются меры по устранению источников помех.

10.3.2.10 В предусмотренные программой сроки составляется оперативная информация, заполняются вахтенный и аппаратный журналы, составляются отчеты в соответствии с 10.5.

10.4 Регистрация аномальных возмущений в ионосфере риометрическим методом

10.4.1 Поглощение типа полярной шапки

ППШ наблюдается во всей полярной области на геомагнитных широтах выше 60°. Появляется ППШ обычно через 1 - 2 ч после мощных вспышек за счет вторжения солнечных протонов с энергией 1 - 100 МэВ или релятивистских электронов в полярную область. Создается довольно равномерное покрытие всей полярной шапки. Продолжительность ППШ бывает от 2 до 10 сут (рисунок 50). ППШ блокирует трансполярное распространение КВ-радиоволн. Информация о ППШ необходима для оценки радиационной обстановки в ОКП и для оценки качества КВ-радиосвязи.

Протонные и электронные ППШ разделить без анализа спутниковой информации невозможно.

На рисунке 50 начало ППШ 07.03.2012, максимум 08.03.2012, вторая вспышка 13.03.2012. Вертикальные выбросы - помехи.

Рисунок 50 - Пример ППШ на ст. Восток в марте 2012 года

10.4.2 Внезапные ионосферные возмущения и внезапные поглощения космического шума (ВИВ, SID или SCNA)

ВИВ возникают во время хромосферных вспышек на Солнце вследствие воздействия рентгеновского излучения на ионосферу. Поглощение наблюдается только на освещенной полусфере Земли. Не играют существенной роли в создании помех КВ-радиосвязи. На записях риометров это явление отмечается в виде небольшого бухтообразного возмущения длительностью несколько десятков минут. Визуально, по данным наблюдений, только на одной станции эти возмущения нельзя отличить от SCA, которые наблюдаются только в зоне полярных сияний и связаны с всплесками тормозного рентгеновского излучения во время магнитных бурь с внезапным началом. На рисунке 51 приведен пример суббури с внезапным началом на СП ионосферных наблюдений Тикси 10.01.2012.

Рисунок 51 - Пример SCA 10 января 2012 года на ст. Тикси

На верхней панели показана запись H - компоненты магнитного поля, полученная на феррозондовой магнитовариационной станции, установленной на одном наблюдательном пункте с риометром, а на нижней - запись риометра. В 10:00 всемирного времени хорошо видно внезапное начало магнитной суббури, в это же время наблюдается резкое уменьшение интенсивности радиошумов. Поглощения SCNA и SCA ввиду их слабой интенсивности, редкого появления и малой продолжительности не играют существенной роли для радиосвязи в высоких широтах.

10.4.3 Шумовая буря

После солнечных вспышек в ряде случаев наблюдается интенсивное радиоизлучение в широком частотном диапазоне. На записях риометра эти возмущения выглядят как помеха и могут быть идентифицированы как шумовая буря только при анализе данных наблюдений на сети станций.

10.4.4 Авроральное поглощение

AA наблюдается в зоне полярных сияний и носит крайне нерегулярный характер. Возможно использование термина ППС. Обычно появляется в ночное время, непосредственно связано с полярными сияниями и локальными магнитными возмущениями. Продолжительность случаев AA обычно не превышает 2 ч. Имеет важное практическое значение для правильной организации радиосвязи в полярных областях и оценки радиационной обстановки в ОКП. Это явление наблюдается в диапазоне геомагнитных широт от 60° до 75° со статистическим максимумом около 67° и является неоднородным в пространстве. Протяженность области поглощения составляет от десятков до сотен километров, преимущественно с востока на запад. Чаще всего AA представляет собой серию всплесков, накладывающихся один на другой (рисунок 52). Источником ионизации, ответственным за этот тип поглощения, считают потоки электронов с энергией E более 40 кэВ.

зеленая кривая - КСД;

красная кривая - измеренный уровень принимаемого сигнала.

Рисунок 52 - Пример наблюдения AA в обсерватории Тикси

9 - 10 марта 2022 г.

10.5 Передача результатов риометрических наблюдений

10.5.1 Результаты измерений интенсивности космического радиоизлучения передаются в режиме реального времени в головное НИУ.

10.5.2 При появлении аномальных явлений в ближайший часовой срок информация передается кодом урсиграммы с информацией о поглощении (UABSE). Код UABSE используется для передачи информации о поглощении в ионосфере измеренным методом риометра, рассеянием вперед или записями VLF.

10.5.3 Общая форма записи кода UABSE представляет собой последовательность из пяти символьных групп и имеет вид:

UABSE ||||| DDTHH aHHmm 9HHmm (cc/HH),

где

- UABSE - кодовое слово;

- ||||| = индикатор станции;

- DD = день наблюдения по всемирному времени;

- T = тип измерения (в нашем случае риометр всегда 1);

- HH = час сообщения по всемирному времени;

- a = тип явления, кодируемый цифрами от 1 до 6:

1 = ВИВ (SCNA или SCA);

2 = для риометров не используются;

3 = AA;

4 = ППШ из-за протонов;

5 = ППШ из-за релятивистских электронов;

6 = шумовая буря солнечного радиоизлучения.

Примечание - 4 и 5 различить без использования спутниковой информации невозможно, эти явления кодируются 4.

- HHmm = всемирное время, час и минута начала явления;

- 9 = признак максимума (всегда 9);

- HHmm = час и минута максимума события по всемирному времени.

Примечание - Группа 9HHmm пропускается, если время максимума неизвестно;

- cc = числовое значение максимального поглощения в десятых долях дБ до часа, указанного следующим HH (1 дБ кодируется 10, 0,1 дБ кодируется 01);

- HH = час времени окончания события по всемирному времени (если событие все еще продолжается на момент отправки сообщения, используется / /).

Примечание - / - используется для недоступных данных.

Наблюдатель оперативно может определить только поглощение ППС и ППШ, в редких случаях шумовую бурю и SCNA.

Пример урсиграммы с кодом UABSE:

UABSE 33501 05116 31200 91245 12/14.

Урсиграмма расшифровывается следующим образом:

Станция с индексом 33501, наблюдения 5-го числа риометрическим методом, сообщение составлено в 16:00 всемирного времени, AA началось в 12:00 всемирного времени, максимум - в 12:45 всемирного времени, числовое значение максимума - 1,2 Дб, конец события - в 14:00 всемирного времени.

10.5.4 Ежемесячно, не позднее 5-го числа следующего месяца предоставляется отчет о выполнении программы за предыдущий месяц.

Отчет представляется по следующей форме:

УАБС1 ККККК 000mm ДДТПП,

где УАБС1 - ключевое слово;

ККККК - индекс станции;

000mm - номер месяца года (январь - 01 и т.д.; 000 всегда 000);

ДДТПП - ДД (день месяца), Т - тип поглощения (3 - AA, 4 - поглощение типа ППШ), ПП - максимальная амплитуда поглощения за сутки в десятых долях децибела (0,2 дБ - 02, 2 дБ - 20, если больше 10 дБ: 12 дБ - E2, 15 дБ - E5).

В конце отчета в произвольной форме указывается количество дней работы оборудования, количество проверок, основные сведения об аномальных явлениях (ППШ и AA).

Отчет направляется в адрес головного НИУ.

10.5.5 В конце года составляется годовой отчет, в котором формулируется общее состояние проведения риометрических наблюдений за прошедший год. Ежемесячные информационные отчеты оформляются в виде годовых таблиц и графиков. При необходимости пополнения оборудования расходными материалами, дополнительными инструкциями, а также необходимости проведения ремонтных работ составляются заявки, которые прилагаются к годовому отчету и передаются в головное НИУ (ФГБУ "Мурманское УГМС" (региональный информационно-аналитический центр мониторинга геофизической обстановки) и в ФГБУ "ААНИИ"). В случае неотложной необходимости заявка может быть направлена в любое время. В случае запроса сообщаются данные о тех или иных аспектах выполнения программы или значения поглощения за определенный период.

10.5.6 Если в результате неисправности аппаратуры, сильных помех, отсутствия электропитания и т.п. наблюдения прекращены и возникает угроза срыва программы на срок более 3 дней, то об этом сообщается в адрес курирующей организации. Информация передается срочно с указанием причин и ожидаемой длительности прекращения наблюдений.

11 Оптические наблюдения авроральной зоны

11.1 Назначение и область применения

11.1.1 Оптические наблюдения авроральной зоны предназначены для наблюдения за формой и динамикой структур полярных сияний, а также иных оптических атмосферных явлений (например, формирование облачного покрова) с использованием наземной цифровой камеры всего неба (ЦК) ("all-sky"-камеры), позволяющей проводить фотофиксацию всего небосвода в текущий момент с достаточно высоким временным разрешением.

11.1.2 Задачей оптических наблюдений авроральной зоны является наблюдение за высокоширотными оптическими явлениями в ионосфере с целью определения времени, положения и динамики развития структур авроральных проявлений магнитосферных суббурь.

11.2 Принципы реализации метода

11.2.1 На СП ионосферных наблюдений, приспособленных для проведения оптических наблюдений арктической зоны, располагают специальное оборудование - цифровой оптический комплекс.

11.2.2 Цифровой оптический комплекс состоит из стационарного пункта оптических наблюдений (СПО) и внешних элементов СПО (рисунок 53).

Рисунок 53 - Принципиальная схема состава цифрового

оптического комплекса

11.2.3 В состав СПО входит вспомогательное оборудование: управляющий персональный компьютер (ПК), сетевое передающее оборудование, контроллеры, файловое хранилище данных с возможностью замены накопительных дисков без необходимости отключения питания, источник бесперебойного питания (ИБП) и системы обогрева, в частности контейнера, для обеспечения необходимого температурного режима работы оборудования.

11.2.4 К внешним элементам оптического комплекса относятся ЦК, антенны: спутниковой связи, глобального позиционирования, резервного канала связи. Для обеспечения автоматизированной обработки снимков ЦК в состав внешнего оборудования дополнительно, но не обязательно, включается автоматический детектор облаков.

11.2.5 ЦК осуществляет непрерывную съемку всего небосвода в заданные промежутки времени.

11.2.6 Технические требования к ЦК приведены в таблице 18.

Таблица 18

Ключевые минимальные требования к ЦК

Параметр ЦК	Требование	Характеристика
Поле обзора, градусы	Большая область покрытия (9° географической широты)	170
Спектральная полоса пропускания, нм	Захват видимых полярных сияний	От 400 до 700
Чувствительность сенсора ЦК, кРл	Возможность записи полярных сияний	< 1, соотношение сигнал/шум (SNR) 5:1
Пространственное разрешение (число пикселей), px	Детектирование магнитосферной суббури в пределах 1° широты (~ 100 км)	32 (диаметр панорамного снимка)
Длительность экспозиции, с	Высокая периодичность/высокая чувствительность сенсора	Программируемая, 1
Частота снимков, с	Детектирование начала суббури с точностью до 10 с	3

11.2.7 Поле обзора одной ЦК в географическом пространстве на высоте примерно 100 - 110 км представляет собой окружность с радиусом около 4,5° географической широты. На высоких широтах (60° и выше) долготный размер поля обзора примерно в два раза больше, чем широтный. Это означает, что одна ЦК обеспечивает обзор от 16° до 20° долготы, то есть больше 15° азимутального обзора небосвода, равного одному часу местного времени и MLT.

11.2.8 Привязка временных меток к полученным снимкам, а также синхронизация потоков данных с управляющей системой осуществляются с использованием ГНСС ГЛОНАСС/GPS.

11.2.9 Внешние элементы комплекса и цифровая камера предназначены для обеспечения получения снимков, управления комплексом и его синхронизации с всемирным временем и другими компонентами системы.

11.2.10 Компоненты цифрового оптического комплекса, необходимые для проведения непрерывных наблюдений, должны стабильно работать в естественных условиях крайнего Севера. Должна быть обеспечена устойчивая работа внешних элементов ЦК и вспомогательного оборудования (приемо-передающих устройств и контроллеров, антенн спутниковой связи и глобального позиционирования) в диапазоне температур от минус 50 °C до плюс 40 °C. Должны быть учтены влияния широкого спектра погодных условий, в том числе метелей, проливных дождей, пылевых загрязнений, интенсивного солнечного излучения и экстремально низких температур.

11.2.11 Прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрица) цифровой камеры всего неба регистрирует поток фотонов, который интерпретируется во внесистемных единицах поверхностной яркости Рэлей (Рл). 1 Рл равен 10¹⁰ фотонов/(м²·с) [9]. Сигнал с ПЗС-матрицы обычной видеокамеры, регистрирующей в видимом диапазоне волн (белый свет), в большинстве случаев пропорционален потоку энергии высыпающихся частиц, формирующих полярное сияние в видимом оптическом диапазоне (ПС) [10]. Поэтому использование ЦК на основе простых ПЗС-матриц для видимого диапазона волн позволяет упростить конструкцию камеры и обладает преимуществами по сравнению с более сложными конструкциями оптических систем, позволяющих наблюдать отдельные спектральные линии авроральных свечений.

11.2.12 Возможная конфигурация ЦК SBIG AllSky-340C, используемой на субполярной станции НИС "Горьковская" (ФГБУ "ААНИИ", Ленинградская область) для наблюдения за небосводом в темное время суток, состоит из:

- камеры, изготовленной на базе высокочувствительного сенсора Kodak KAI-340 с разрешением 640 x 480 и размером пикселя 7,4 x 7,4 мкм;

- объектива камеры Fujinon со светосилой F/1.4 и фокусным расстоянием 1,4 мм, покрывающим 95% небосвода с высоким SNR.

Электроника и оптическая система камеры защищены алюминиевым корпусом и акриловым герметичным куполом.

Камера обладает высокой чувствительностью, способной зафиксировать звезды шестой звездной величины в центре кадра.

Минимальная длительность экспозиции камеры составляет 0,1 с, максимальная - до 10 мин.

Уровень шума на один фоточувствительный элемент ПЗС-матрицы составляет в среднем менее 15 фотоэлектронов.

Диапазон рабочих температур варьируется в пределах от минус 10 °C до плюс 45 °C, температура хранения - от минус 20 °C до плюс 50 °C.

Скорость считывания снимка с ПЗС-матрицы в буфер обмена менее 1 с.

Камера оснащена автоматическим затвором, позволяющим с заданной частотой делать темный кадр и вычитать шум ПЗС-матрицы из снимков небосвода, тем самым понижая уровень шумовой засветки на снимках.

Камера оснащена внутренней системой обогрева мощностью не более 7 Вт.

Питание камеры осуществляется от источника питания (12 В, 190 мА, 2,3 Вт).

Интерфейс передачи данных от камеры на управляющий компьютер осуществляется с помощью интерфейса RS-232, обеспечивающего скорость передачи до 460800 бод.

11.2.13 ЦК необходимо установить на крышу контейнера или рабочего помещения СПО таким образом, чтобы оптическая ось системы линз или объективов камеры была направлена в зенит с точностью до 1°. Положение камеры в горизонтальной плоскости должно быть таким, чтобы центр любого края снимка был сориентирован на географический север с точностью до 1° (в случае, если соотношение сторон получаемого снимка 1:1). Если соотношение сторон получаемого снимка отличается от значения 1:1, необходимо сориентировать камеру таким образом, чтобы центр меньшей стороны кадра был направлен на географический север. Это обеспечит максимальное покрытие небосвода полем обзора ЦК в направлении север-юг. На рисунке 54 представлена принципиальная схема ориентации ЦК.

Рисунок 54 - Схема ориентации ЦК

11.2.14 В случае если цифровой оптический комплекс установлен в областях, где почва подвержена сезонному дрейфу, необходимо выполнить крепление ЦК таким образом, чтобы была обеспечена возможность регулировки положения и ориентации ЦК.

11.2.15 Не рекомендуется установка ЦК на высокие мачты и антенны, которые подвержены воздействию ветра и могут быть отклонены от вертикального положения.

11.2.16 Управление режимами работы и обогрева ЦК должно осуществляться с помощью ПК, установленного на СПО. Это требование связано с необходимостью контроля работы ЦК наблюдателем, первичной обработки получаемых снимков, их последующей отправкой в файловое хранилище и в канал связи с сервером организации.

11.2.17 ПО цифрового оптического комплекса должно быть универсально и построено по модульному принципу: независимо от отсутствия некоторых вспомогательных элементов ЦК, например системы глобального позиционирования или файлового хранилища, ПО должно обеспечивать работу оптического комплекса и гибкое подключение или отключение программных модулей, отвечающих за тот или иной функционал.

11.2.18 Запуск сеансов съемки выполняется в автоматическом режиме или наблюдателем в темное время суток. В светлое время суток объектив камеры закрывается специальными шторками, защищающими систему линз камеры и ПЗС-матрицу от прямого солнечного излучения.

11.2.19 Снимки ЦК могут передаваться на управляющий ПК через последовательный порт RS-232, RS-485, USB или беспроводные виды связи (например, Wi-fi или bluetooth). Файловое хранилище должно обеспечивать автономное хранение всех поступающих на ПК снимков, возможность замены дисковых накопителей без остановки сервера и повышенную защиту данных за счет высокой отказоустойчивости технологии RAID 1 ("Redundant Array of Independent Disks - избыточный массив независимых дисков").

11.3 Требования к местам проведения наблюдений

11.3.1 Размещение СП ионосферных наблюдений, приспособленных для проведения оптических наблюдений арктической зоны на территории Российской Федерации (РФ), определяется положением авроральной зоны и частотой повторяемости наблюдаемых ПС. Наблюдения видимых структур ПС должны проводиться в темное время суток.

11.3.2 Выбор места расположения СП ионосферных наблюдений, приспособленных для проведения оптических наблюдений арктической зоны, должен учитывать требования к условиям проведения оптических наблюдений, наличие элементов энергетической инфраструктуры, спутниковой связи или выделенного канала; в любое время года и суток необходимо обеспечить доступ квалифицированного персонала для обслуживания и обеспечения бесперебойного функционирования ЦК.

11.3.3 Для обеспечения оперативной передачи информации с СП ионосферных наблюдений, приспособленных для проведения оптических наблюдений арктической зоны, в центр хранения и обработки данных, а также возможности удаленного управления оптическим комплексом необходимо обеспечить скоростное Интернет-соединение. Для этого возможно использование систем спутниковой связи, развернутой на геостационарной орбите, которые могут обеспечить необходимую скорость передачи сжатых изображений небосвода в высоких широтах.

11.3.4 В качестве резервного канала связи может использоваться низкоскоростная спутниковая коммуникационная сеть (например, "Иридиум" или "Гонец"), которая может быть использована для связи с СПО в случае, если высокоскоростное соединение с Интернет нарушено или недоступно.

11.3.5 Сегмент СПО ионосферной наблюдательной сети представляет собой цепочку СПО с локализацией по магнитному меридиану, покрывающую каждый час местного магнитного времени (MLT), соответствующего азимутальному размеру 15° исправленной геомагнитной долготы (CGLon), и обеспечивающую получение данных с временным разрешением не более 5 с.

11.3.6 Распределение СПО по широте должно осуществляться с шагом не более 4° географической широты в областях:

- полярной шапки Северного и Южного полушарий;

- полярной и южной границ аврорального овала, а также его активной зоны;

- субполярной ионосферы и ниже до 55° исправленной геомагнитной долготы (CGLat).

11.3.7 СПО и внешнее оборудование в его составе могут быть организованы на базе существующих полярных станций Росгидромета либо в виде автономного автоматизированного контейнера, установленного в полевых условиях.

На рисунке 55 приведена возможная схема размещения СП ионосферных наблюдений, приспособленных для проведения оптических наблюдений арктической зоны, относительно аврорального овала на реально существующих СП наблюдений Росгидромета и ФГБУ "ААНИИ" в полярной области.

Рисунок 55 - Пример теоретической схемы расположения СПО

относительно аврорального овала в возмущенные геомагнитные

периоды на существующей сети полярных станций Росгидромета

и ФГБУ "ААНИИ"

В таблице 19 приведены требования к размещаемому СПО.

Таблица 19

Минимальные требования к компонентам оптического комплекса

Параметры оптического комплекса	Требования	Характеристики
СПО
Температура окружающей среды, °C	Работа в условиях экстремально низких температур и длительного воздействия прямого солнечного излучения	От -70 до +40
Температура помещений полярной станции/автономного контейнера, °C	Работа промышленного электронного оборудования	20 +/- 10
Мощность системы обогрева автономного контейнера, Вт	Минимальные затраты энергии	< 150
Воздействие окружающей среды	Защита от экстремальных погодных условий	Герметичность инженерных соединений, надежная изоляция электрических соединений
Внешняя оптика	Хорошая оптическая проницаемость	Поликарбонатный или акриловый купол ЦК с высокой гидроизоляцией
Монтаж ЦК	Ориентация вертикальной оптической оси с точностью до 1°	Гибкая регулировка положения ЦК по уровням в разных плоскостях
Скорость передачи сжатых снимков ЦК (для снимков разрешением 32 x 32 px), Кбит/с	Извлечение оперативных снимков ЦК	Непрерывная передача данных, 2,7
Скорость входящего трафика, Кбит/с	Прием программных загрузок, управляющих команд и пр.	50
ГЛОНАСС/GPS приемник
Функционал	Тайминг и геолокация	Промышленная антенна с интегрированной электроникой
Удаленность от управляющего компьютера, м	Гибкость установки	> 30
Точность тайминга, мс	Детектирование суббури < 1 с	1 (совместимость с NTP)

11.3.8 Требования к внешним условиям проведения оптических наблюдений в темное время суток включают в себя:

- отсутствие искусственной засветки небосвода (например, городской) в темное время суток;

- отсутствие боковых засветок оптической системы ЦК прямыми источниками света, например внешними осветительными приборами СПО или расположенной в непосредственной близи осветительной инфраструктуры города, прожекторами и светоотражающими средствами;

- удаленность от инженерных сооружений высотой более 5 м, антенных мачт со светоограждающими и/или светоотражающими элементами, жилых домов, а также лесных массивов должна составлять не менее 50 м.

11.4 Обработка информации

11.4.1 Цифровой снимок ЦК представляет собой запись интенсивности видимого излучения небосвода в формате отсчетов фоточувствительных элементов матрицы. Снимки могут быть как цветными, так и монохромными, в зависимости от выполняемой научной задачи. Автоматическое сохранение снимков в формате отпечатка ПЗС-матрицы (файл, хранящий в себе отсчет каждого пикселя каждого снимка) на накопителях файлового хранилища носит обязательный характер, так как несет в себе количественную информацию об интенсивности видимого излучения небосвода в выбранный момент времени. Конвертация полученного отпечатка ПЗС-матрицы в один из известных графических форматов (.jpg, .png, .tiff и пр.) и его сохранение в файловое хранилище являются рекомендуемыми операциями и зависят о объема дисковых накопителей. На рисунке 56 приведен пример съемки небосвода в цвете на СП ионосферных наблюдений "Горьковская".

Рисунок 56 - Снимок ПС в цвете на станции "Горьковская"

14.03.2022

11.4.2 С помощью автоматических алгоритмов из поступающих с ЦК снимков должны формироваться оперативные цифровые кеограммы, которые представляют собой развернутую по времени суточную запись интенсивности и широты полярных сияний. Кеограммы необходимы для непрерывного общего анализа текущего состояния ионосферы, а именно времени начала авроральных суббурь, широтной локализации, скорости и пространственного развития сопутствующих ПС. В первичных данных широта наблюдаемых структур сияний выражается в пикселях, отсчитываемых от зенита (центра) снимка. Координаты центра снимка (зенита, центрального пикселя изображения небосвода) считаются равными географическим координатам СПО. Кеограммы могут быть как цветными, так и монохромными, в зависимости от выполняемой научной задачи. Для оценки положения видимых границ сияний, различных вытянутых с севера на юг авроральных структур следует составлять монохромные кеограммы, на которых невооруженным глазом различима динамика развития полярных сияний (диффузных и дискретных структур). Построение кеограмм, а также длительность сеансов съемки следует осуществлять, опираясь на информацию о длительности светлого и темного времени суток на широте СПО. Если количество часов темного времени суток в области расположения камеры слишком мало (например, в условиях высоких широт и полярного дня), съемка небосвода не производится. Длительность сеансов и временные промежутки съемки устанавливаются вручную и меняются от сезона к сезону в зависимости от географической широты расположения СПО.

11.4.3 Снимки ЦК должны сортироваться по временной метке. На каждом снимке выделяется узкая область шириной 1 px, сориентированная строго с географического севера на географический юг и содержащая центральную точку снимка. Выделенная область копируется и объединяется с подобными областями на остальных снимках в хронологическом порядке, образуя комбинированное изображение кеограммы. Вдоль оси 0X на кеограмме отмечается время UT, вдоль оси 0Y - пиксели выделенной области в центральной части снимка, номера которых необходимо пересчитать в соответствующие географические широты. На рисунке 57 приведен пример принципа построения кеограммы, выполненной с помощью данных станции НИС "Горьковская".

Рисунок 57 - Слева - кеограмма, полученная по серии снимков

с камер всего неба на станции НИС "Горьковская".

Справа - пример области снимка, которая была выделена

и перенесена на комбинированное изображение кеограммы.

На примере выделяемая область шире 1 px для наглядности.

Пустая область примерно с 10:30 до 20:00 соответствует

светлому времени суток, в течение которого съемка

не производилась

В центре оси 0Y отмечен зенит камеры с географической широтой станции (59.95° с.ш.). Временное разрешение кеограммы зависит от времени экспонирования (выдержки) при съемке небосвода. Учитывая то, что изменение формы, интенсивности и положения сияний меняется на масштабах единиц секунд, рекомендуется использовать серии снимков с разницей по времени не более 5 с.

11.4.4 Качество наблюдений за ПС с помощью широкоугольных камер ограничено геометрическими искажениями изображения наблюдаемой поверхности небосвода (рисунок 58). Для равных площадей на поверхности наблюдаемого небосвода ("dl") на высотах авроральной ионосферы (примерно 110 км) соответствующий элементарный угол обзора

ЦК сжимается вблизи горизонта при удалении от зенита СПО. И наоборот, на удаленные от зенита пиксели приходятся большие площади поверхности небосвода, чем на пиксели вблизи зенита.

Рисунок 58 - Схематическое меридиональное сечение области

обзора камеры всего неба, показывающее, что равные

по размеру участки наблюдаемого неба (dl) на высоте

110 км соответствуют меньшим углам

при приближении к горизонту

11.4.5 Область первичного анализа кеограммы следует ограничивать углом +/- 60°, отсчитываемым от зенита вдоль 0Y. Это ограничение обусловлено тем, что при приближении к горизонту, в силу указанных выше геометрических искажений, возникает нелинейная зависимость между номером пикселя "n" и географической широтой "x", которой этот пиксель соответствует. Пересчет "x" вдоль 0Y в географическую широту производится по формулам 8 (рисунок 59).

Рисунок 59 - Схематическое изображение Земли и окружающей

оболочки ионосферы на высоте 110 км

Касательная в точке y - развернутый угол обзора камеры на поверхности Земли, соответствующий 180°

(8)

где k - коэффициент пересчета номера пикселя в зенитный угол, зависящий от разрешения матрицы и полного угла обзора камеры;

x - искомая географическая широта соответствующего пикселя кеограммы;

- отклонение x каждого пикселя от y в градусах широты;

R₀ - радиус Земли, равный 6371,2 км;

r - расстояние от поверхности Земли до уровня E-слоя ионосферы, равное 110 км;

y - географическая широта станции.

Для каждого типа ПЗС-матрицы коэффициент k рассчитывается свой. Например, для ПЗС-матрицы с разрешением снимка 256 px вдоль 0Y и углом обзора объектива, равным 180°:

11.4.6 На рисунке 60 показан расчет отклонения x для каждого пикселя от y в градусах широты

в зависимости от n для ПЗС-матриц с разрешением снимка 256 px и полем обзора объектива 180°. Красной линией (в центре) отмечен центральный пиксель n = 128 px

, зелеными линиями отмечен угол обзора камеры размером 170 px

, в пределах которого широта, соответствующая наблюдаемому участку неба, меняется квазилинейно; черными отмечен угол 86 px

с чисто линейным изменением широты. Области кеограммы вблизи ее краев

рекомендуется использовать для более детального анализа, не входящего в программу оперативных оптических наблюдений.

Примечание - ось 0X на рисунке 60 соответствует оси 0Y кеограммы, представленной на рисунке 57.

Рисунок 60 - Пример расчета отклонения в градусах с.ш.

от с.ш. зенита станции

каждого пикселя

ПЗС-матрицы размером 256 px

11.4.7 Объем памяти на файловом хранилище должен резервироваться исходя из размера каждого изображения и интервалов экспозиции. Файловое хранилище должно быть рассчитано на автономное хранение файлов изображений в течение 1 года. В условиях ограниченной скорости передачи данных на сервер организации через спутниковый или выделенный канал связи, с помощью автоматических алгоритмов первичные снимки ЦК должны в режиме реального времени сжиматься с учетом пропускной способности канала и отправляться на сервер НИУ. В случае доступности высокоскоростного соединения с Интернет сжатие снимков носит рекомендательный характер. Независимо от наличия или отсутствия соединения с Интернет, все поступающие с ЦК снимки должны записываться в RAID 1 массив файлового хранилища, откуда не реже чем 1 раз в год квалифицированный персонал должен изымать данные и переносить непосредственно в базу данных длительного хранения.

11.4.8 Исходные снимки с разрешением 256 x 256 px, получаемые с ЦК с частотой 20 кадров/мин, генерируют примерно 2,5 Мбайт/мин непрерывного трафика. В таблице 20 указаны минимальные объемы дискового пространства, необходимые для хранения 16-битных снимков с разрешением 256 x 256 px и их сжатых версий, сведенных к разрешению 32 x 32 px. Рекомендуемым конечным результатом обработки получаемых снимков должны быть бинарные файлы в формате CDF с содержащимися в них исходными и сжатыми снимками, а также полученными суточными кеограммами.

Таблица 20

Минимальные требования к объему хранилища данных

Вид снимка	Ширина, px	Высота, px	Размер, байт	Частота кадров, кадров/мин	Данные в час, Мбайт	Данные в сутки (среднее), Мбайт	Максимальный объем данных в сутки, Мбайт	Данные в год, Гбайт
Сжатые снимки	32	32	2048	10	1,23	9,8	29,5	1391
Исходные снимки	256	256	131072	20	150	1200	3600	8554

11.4.9 ФГБУ "ААНИИ" является головным НИУ по оптическому виду наблюдений. Все снимки, поступающие с сегмента оптических наблюдений авроральной зоны ионосферной наблюдательной сети, должны передаваться в ФГБУ "ААНИИ" для обработки и длительного хранения.

12 Сбор, хранение и выдача результатов наблюдений потребителям

12.1 Средства сбора и распространения гелиогеофизической информации

12.1.1 Телекоммуникационная инфраструктура Росгидромета

12.1.1.1 Для сбора и распространения гелиогеофизической информации используется прежде всего территориально распределенная телекоммуникационная инфраструктура ведомственной сети связи (ВСС) Росгидромета, которая включает в себя:

- подсистему каналов связи;

- транспортную корпоративную компьютерную сеть (ТККС) "Меком";

- подсистему ведомственной электронной почты;

- подсистему ведомственной телефонии;

- подсистему информационной безопасности;

- подсистему управления;

- подсистему обеспечения функционирования.

12.1.1.2 Структурно ВСС делится на следующие части:

- опорная сеть ВСС;

- сети и узлы ВСС УГМС и НИУ;

- система управления ВСС;

- подсистема IP-телефонии и видеоконференцсвязи.

12.1.1.3 Опорная сеть ВСС обеспечивает полную взаимосвязанность сетей УГМС и НИУ Росгидромета и обмен данными. Управление и эксплуатацию опорной сети ВСС осуществляет Авиаметтелеком Росгидромета (Главный администратор).

В состав опорной сети входят следующие компоненты (рисунок 61):

- защищенная от несанкционированного доступа из сетей третьих лиц виртуальная территориально распределенная частная сеть VPLS МЕТЕОНЕТ, обеспечивающая подключение и точку доступа ("портов доступа") главного, региональных и центральных узлов ВСС УГМС и НИУ по топологии полной связности "каждый с каждым" (full mesh) и передачу информации по протоколу Ethernet между всеми по оптимальному маршруту. VPLS сеть МЕТЕОНЕТ функционирует на основе цифровой сети ОАО "Ростелеком";

- основные и резервные магистральные каналы связи;

- главный узел ВСС Авиаметтелеком Росгидромета в Москве, региональные узлы ВСС в РСМЦ Новосибирск и Хабаровск, центральные узлы ВСС в УГМС и НИУ.

Рисунок 61 - Структурная схема ВСС

12.1.1.4 Узлы ВСС УГМС/ЦГМС и НИУ обеспечивают подключение каналов связи и организацию локальных сетей, межсетевое взаимодействие и защиту подключений, маршрутизацию и приоритеты потоков данных. Главный узел ВСС в Москве, региональные и центральные узлы в УГМС и НИУ различаются по техническим характеристикам и требованиям к надежности.

Типовой узел УГМС/ЦГМС (рисунок 62) включает:

- канальный маршрутизатор для подключения каналов связи;

- интернет-маршрутизатор с защитным экраном для подключения к сети Интернет;

- коммутатор для организации как минимум трех независимых сегментов локальной сети: серверов, приборов и рабочих станций.

Рисунок 62 - Типовая схема узла ВСС УГМС/ЦГМС

12.1.1.5 Система управления ВСС является основным инструментом контроля и эксплуатации сети Авиаметтелеком Росгидромета. Система управления ВСС включает:

- подсистему контроля состояния и производительности сетевого оборудования узлов ВСС, каналов связи, серверного и сервисного оборудования;

- подсистему приема, хранения и анализа системных сообщений оборудования узлов ВСС и серверного оборудования;

- подсистему автоматического резервного копирования и архивирования конфигурационных файлов сетевого оборудования узлов ВСС;

- подсистему контроля аутентификации и авторизации для обеспечения:

а) административного доступа к сетевому оборудованию узлов ВСС;

б) доступа пользователей к информационным и другим ресурсам;

в) подсистемы учета и анализа трафика;

г) службы доменных имен;

д) службы синхронизации времени.

12.1.1.6 Подсистема IP-телефонии ВСС функционирует на базе канальных маршрутизаторов узлов ВСС с программной функцией голосового шлюза, гейткипера стандарта H.323 (центр обработки вызовов) и SIP-сервера (программная телефонная станция). IP-телефония ВСС использует внутренний номерной план без выхода на телефонные сети общего пользования.

12.1.2 Дополнительные средства сбора и распространения информации

Для решения задач сбора и распространения гелиогеофизической информации дополнительно используются:

- спутниковые телекоммуникационные системы сбора данных Росгидромета с использованием отечественных полярно-орбитальных и геостационарных КА: оперативный сбор информации с платформ сбора данных (ПСД), ретрансляция данных ПСД на наземные пункты приема, получение данных от бортовых датчиков отечественных полярно-орбитальных и геостационарных КА;

- автономные пункты приема гелиогеофизической информации непосредственно с борта КА в квазинепрерывном режиме;

- имеющиеся технические гелиогеофизические средства мониторинга, включая наземный комплекс приема, обработки и распространения спутниковой информации (НКПОР) Росгидромета, в том числе подлежащие модернизации;

- обмен информацией по протоколу FTP с использованием сети Интернет;

- электронная почта через Интернет/"Меком";

- вновь организованные выделенные каналы связи - оптоволоконные, радиорелейные и так далее с минимальной пропускной способностью 100 Мбит/с.

12.2 Организация сбора и передачи данных гелиогеофизических наблюдений

12.2.1 Характерной особенностью ионосферных наблюдений является сильная изменчивость всех параметров в пространственном и временном масштабе от нескольких минут до десятков часов и далее до сезонов и циклов солнечной активности. В режиме реального времени необходимо обеспечить передачу в центры обработки данных данные ионосферных наблюдений.

12.2.2 Передача в реальном времени данных измерений от измерительных комплексов осуществляется через ВСС по протоколам UDP или TCP/IP непосредственно на серверы центров обработки данных гелиофизических наблюдений.

12.2.3 Сообщения с данными измерений, которые готовит персонал (наблюдатель) станций, передаются с использованием автоматизированной системы передачи данных (АСПД) - основной прикладной технологической подсистемы сети телесвязи Росгидромета, осуществляющей основные функции на уровнях модели OSI (Open System Interconnection - стандартной модели взаимодействия открытых систем).

12.2.4 Для обеспечения надежности доставки критически важной информации организуются резервные каналы связи и маршруты доставки данных с использованием унифицированных протоколов, как правило, по электронной почте. Организуется регулярная проверка функционирования системы резервной связи и доставки данных.

12.2.5 По условиям организации связи и передачи данных наблюдений пункты наблюдений наблюдательной сети Росгидромета относят к двум категориям:

1) расположенные в районах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой связи общего пользования, где обеспечен доступ к интернету;

2) пункты, расположенные в местах, где отсутствует или не гарантирован доступ к сетям связи общего пользования и Интернету.

12.2.6 На пунктах наблюдений в обжитых районах с развитой телекоммуникационной инфраструктурой подключения станций к ВСС осуществляются через Интернет с использованием проводных линий связи (ADSL, ВОЛС) или сотовой связи 3G, 4G.

Передача данных наблюдений, обмен служебной информацией, удаленная техническая поддержка реализуются с использованием стандартных IP-технологий и сервисов: UDP, FTP, электронная почта, telnet и др. При необходимости с персоналом проводятся телефонные консультации, на наблюдательные пункты выезжают специалисты УГМС.

12.2.7 На пунктах наблюдений, расположенных в местах, где отсутствует или не гарантирован доступ к сетям связи общего пользования и Интернету, передача данных наблюдений организуется с использованием каналов фиксированной спутниковой связи VSAT (Very Small Aperture Terminal - малая спутниковая наземная станция) пропускная способность которых не менее 1024 (2048) кбит/с.

12.2.8 Для подключения к ВСС на пунктах наблюдений организуются локальные узлы ВСС. Схема типового локального узла ВСС наблюдательного пункта приведена на рисунке 63.

В состав типового Узла ВСС пункта наблюдений входит как минимум один маршрутизатор с программным защитным экраном и встроенным коммутатором.

При подключении пункта наблюдений по каналам проводной связи или сотовой связи между узлом ВСС пункта наблюдений и вышестоящим узлом ВСС организуется туннель (VPN). На рисунке 63 показан пунктирной линией.

Рисунок 63 - Типовая схема узла ВСС пункта наблюдений

12.3 Выдача результатов гелиогеофизических наблюдений

12.3.1 Общий поток информации с ионосферной наблюдательной сети, поступающий от наземных и космических систем наблюдательной ионосферной сети службы и международного обмена, в головных НИУ гелиогеофизической службы используется для решения следующих задач:

- оценки текущего состояния ионосферы и верхней атмосферы;

- диагностики изменений состояния ионосферы и верхней атмосферы за счет естественных и антропогенных факторов.

12.3.2 Оперативная и режимно-справочная информация распространяется через:

- сайт ФГБУ "ИПГ";

- телефонные автоинформаторы (ежечасные ионосферные и трехчасовые геомагнитные данные, ежесуточные солнечные и геомагнитные данные);

- сеть Интернет;

- сеть абонентского телеграфа по суточной циклограмме;

- автоматизированную систему передачи данных Росгидромета ("Погода");

- электронную почту (E-mail);

- каналы GST WMO (глобальная система телесвязи ВМО);

- почту и все остальные вышеупомянутые каналы связи.

12.3.3 Потребители обеспечиваются оперативной ионосферной информацией в соответствии с ведомственным заказом и заявками заинтересованных ведомств и организаций, в том числе и заявками стран СНГ.

12.3.4 Информационное обеспечение потребителей (органов государственной власти, организаций и населения) прогностической ионосферной информацией проходит по следующим направлениям:

- ежедневное и по запросу оперативное ионосферное обеспечение деятельности федеральных, муниципальных и местных органов исполнительной и законодательной власти Российской Федерации;

- ежедневное обеспечение населения информацией о текущих и ожидаемых явлениях в ионосфере и высоких слоях атмосферы через средства массовой информации;

- ежедневное обеспечение российских и зарубежных организаций текущими данными и прогнозами состояния ионосферы и высоких слоев атмосферы, условий распространения радиоволн, прогнозами распределения МПЧ на конкретных радиотрассах, а также специальными данными (Федеральные органы законодательной и исполнительной власти Российской Федерации, Росгидромет, МЧС, РАН, РАМН, РЖД, Роскосмос, Минобороны, зарубежные научные, метеорологические и геофизические центры и др.);

- ежедневное обеспечение организаций экстренной информацией о возникновении опасных и аномальных геофизических и гелиофизических явлений (солнечные вспышки, геомагнитные бури и ионосферные возмущения, ухудшение радиационной обстановки), приводящих к изменению программ работы пилотируемого космического комплекса (ПКК), выходу из строя аппаратуры спутников связи и других КА, а также наземных технических систем;

- обеспечение межведомственной Общероссийской комплексной системы оповещения населения (ОКСИОН) информацией об опасных и аномальных гелиогеофизических событиях;

- ежедневная рассылка прогнозов по электронной почте, факсу и курьерская рассылка по соответствующему перечню организаций.

12.3.5 В рамках специализированного аппаратно-программного комплекса (АПК) существует процедура формирования адресов, которая подготавливает данные для рассылки потребителям. АПК обеспечивает быстрое формирование информационных пакетов соответственно запросам.

12.3.6 Выпускается оперативная и режимно-справочная информация, включающая ионосферную информацию:

- ежедневная сводка "Обзор и прогноз космической погоды";

- дважды в сутки выпускаются материалы, содержащие наблюдательные данные и диагностические оценки;

- гелиогеофизические прогнозы солнечной активности, состояния геомагнитного поля, состояния ионосферы и радиационной обстановки в ОКП (краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные);

- еженедельные бюллетени "Гелиогеофизические данные";

- информация об опасных гелиогеофизических явлениях (ОГЯ). Данный вид информации поставляется в случаях, когда на основании солнечной, геомагнитной и ионосферной информации с наземных СП ионосферных наблюдений и по наблюдениям на космических аппаратах, а также данных о потоках заряженных частиц ожидается или регистрируется ОГЯ.

12.3.7 Примером выпуска обзора с диагностическими оценками является полусуточный прогноз состояния отдельных областей ионосферы по регионам. Краткосрочный полусуточный прогноз включает в себя:

- текущие ионосферные данные (ИОНДА) по слою F2 (foF2 и M3000F2) по опорным пунктам для следующих регионов территории РФ: полярная шапка, зона полярных сияний, средние широты, восток, юг. В качестве опорных пунктов используются следующие СП ионосферных наблюдений: Салехард, Мурманск, Диксон, Амдерма, Певек, Калининград, Москва, Санкт-Петербург, Хабаровск, Новосибирск, Подкаменная Тунгуска, Ростов-на-Дону, Магадан, Петропавловск-Камчатский. foF2 передается с точностью до десятых долей мегагерца. В случае foF2, большего 10 МГц, цифра соответствующая десяткам мегагерц, опускается. M3000F2 передается с точностью до десятых;

- ионосферные характеристики, полусуточные прогнозы (ИОНХА), пятидневные прогнозы состояния ионосферы (ПРОГНОЗ) для тех же регионов;

- ежечасные текущие характеристики состояния ионосферы в формате IONMODEL.

12.3.8 Гелиогеофизическая служба каждые 5 дней передает медианные значения и прогноз отклонений от медианных значений ионосферных и магнитных данных, рассчитанный для СП ионосферных наблюдений своего региона: Москва, Ростов и обобщенную и проверенную информацию всех региональных центров.

12.3.9 Ежемесячно выпускается прогноз ионосферной и магнитной возмущенности на следующий месяц, рассчитанный для СП ионосферных наблюдений, входящих в зону ответственности ФГБУ "ИПГ" (код ПРОГНОЗ), и обобщенный прогноз региональных центров Мурманск, Новосибирск, Хабаровск и Ташкент.

12.3.10 Выпускаются специализированные прогнозы распространения радиоволн:

- месячный прогноз МПЧ;

- суточный, пятисуточный, месячный прогноз диапазонов ОРЧ для конкретных радиотрасс.

13 Метрологическое и нормативное обеспечение ионосферных наблюдений

13.1 Метрологическое обеспечение ионосферных наблюдений

13.1.1 Метрологическое обеспечение ионосферных наблюдений - установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для обеспечения единства и достижения требуемой точности измерений, применяемых на ионосферной сети наблюдений. Федеральным законом от 26.06.2008 N 102 "Об обеспечении единства измерений" [2] определены требования к измерениям, единицам величин, эталонам единиц величин, стандартным образцам, средствам измерений, методикам (методам) измерений.

13.1.2 Цели метрологического обеспечения ионосферных наблюдений:

- обеспечение единства и требуемой точности при проведении ионосферных наблюдений;

- повышение качества измерений и надежности средств измерений (СИ) при проведении ионосферных наблюдений;

- выполнение требований законодательства в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

13.1.3 Задачи метрологического обеспечения ионосферных наблюдений:

- проведение работ по обеспечению качества измерений, исследований с целью создания и (или) совершенствования методов и средств измерений;

- внедрение новых СИ на наблюдательной сети;

- планирование и организация поверки (калибровки) СИ ионосферных наблюдений [11].

13.1.4 Научно-методическое руководство метрологическим обеспечением ионосферных наблюдений осуществляет метрологическая служба ФГБУ "ИПГ", которая является базовой организацией Метрологической службы Росгидромета в части работ по обеспечению единства измерений при наблюдениях за состоянием атмосферы в слоях выше 100 км, ионосферы, магнитосферы, околоземного космического пространства, межпланетного пространства и Солнца [9].

13.1.5 В соответствии с частью 3 пункта 12 статьи 1 Федерального закона [2] к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений относится область гидрометеорологии, в том числе и ионосферные наблюдения. Перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования, в части ионосферных наблюдений, представлен в таблице 21 [10].

Таблица 21

Перечень измерений, относящихся к сфере государственного

регулирования обеспечения единства измерений

Наименование вида измерения по [10]	Обязательные метрологические требования к измерениям
Наименование вида измерения по [10]	Диапазон измерений	Предел допускаемой погрешности измерений
9.38 Измерение критической частоты слоя F2 ионосферы, МГц	От 1 до 20	+/- 0,1
9.39 Измерение минимальной действующей высоты области F, км	От 200 до 500	+/- 10
9.40 Измерение предельной частоты слоя E_s ионосферы, МГц	От 1 до 20	+/- 0,1
9.41 Измерение полного электронного содержания ионосферы, м^-2	От 10¹⁵ до 10¹⁹	+/- 10¹⁶
9.43 Измерение набега приведенной разности фаз двух когерентных сигналов для f от 150 до 400 МГц, градус	От 0 до 360	+/- 2,4

13.1.6 При проведении ионосферных наблюдений должны применяться СИ утвержденного типа [2], [12], [13], прошедшие процедуру поверки.

ИС NORMPROD: примечание.

В тексте документа видимо допущена опечатка: вместо адреса "fgis.gost.ru/template/go.php?url=https://fgis.gost.ru" следует читать "/template/go.php?url=https://fgis.gost.ru".

Результаты поверки СИ подтверждаются сведениями о результатах поверки средств измерений, включенных в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений (ФИФ ОЕИ). ФГИС "АРШИН" - государственный реестр средств измерений, используемый Росстандартом для обеспечения единства измерений в сфере метрологии. Инструменты и данные ФГИС "АРШИН" предназначены для регистрации и учета СИ на предприятии (учреждении), обеспечения нормативно-правовой базы, документации об аттестованных методиках измерений, а также государственных услуг в сфере обеспечения единства измерений (fgis.gost.ru/template/go.php?url=https://fgis.gost.ru) [2].

13.1.7 Сведения о СИ ионосферной наблюдательной сети указаны в таблице 22.

Таблица 22

Наименование СИ, тип	Регистрационный номер в ФИФ ОЕИ	Межповерочный интервал, год
Станции вертикального радиозондирования ионосферы наземные ПАРУС-А	51425-12	3
Комплексы вертикального радиозондирования ионосферы CADI	62264-15	3
GNSS-приемник спутниковый геодезический многочастотный ALPHA-G3T (высокоорбитальной томографии ВОРТ)	40861-09	1
Ионозонды автоматизированные цифровые сетевые ТОМИОН	66557-17	1

13.1.8 СИ утвержденного типа, входящие в состав комплексов, технических устройств и систем ионосферной сети наблюдений подлежат периодической поверке в установленном порядке [11].

13.1.9 Поверку СИ осуществляют аккредитованные в соответствии с законодательством Российской Федерации об аккредитации в национальной системе аккредитации на проведение поверки СИ юридические лица и индивидуальные предприниматели [2], [14].

Ответственность за проведение поверки возлагается на организацию, являющуюся собственником СИ, если иное не оговорено в рамках договорных отношений между собственником и эксплуатирующей организацией.

13.1.10 Организации, эксплуатирующие СИ ионосферных наблюдений, обязаны ежегодно к 25 декабря предоставлять сведения о результатах поверки и техническом состоянии СИ ионосферных наблюдений в метрологическую службу ФГБУ "ИПГ" по форме, указанной в таблице 23.

Таблица 23

Сведения о результатах поверки и техническом состоянии СИ

N	Наименование СИ	Заводской номер	Дата последней поверки	Дата следующей поверки	Сведения об отказах	Примечания
Пример заполнения
1	Станция вертикального радиозондирования ионосферы наземные ПАРУС-А	N 5	10.09.2021	09.09.2021	-	Годен

13.2 Нормативное обеспечение ионосферных наблюдений

13.2.1 Нормативное обеспечение ионосферных наблюдений - система нормативных актов разного уровня (законодательство, стандарты, международные соглашения и т.д.).

13.2.2 Целью нормативного обеспечения ионосферных наблюдений является своевременное создание и реализация системно увязанного комплекса законодательных актов, межгосударственных и национальных стандартов, норм и правил для повышения эффективности ионосферных наблюдений.

13.2.3 Задачи нормативного обеспечения ионосферных наблюдений:

- разработка новых нормативных документов, обновление (пересмотр, внесение изменений) действующих нормативных документов по стандартизации и обеспечению единства измерений на основании современных требований Росгидромета, Росстандарта, ВМО и др.;

- проведение научно-исследовательских работ по разработке нормативных документов.

13.2.4 Реализация работ по нормативному обеспечению ионосферных наблюдений осуществляется в соответствии с требованиями по стандартизации в действующем законодательстве Российской Федерации и с положениями законов Российской Федерации: в соответствии с требованиями стандартов, норм и правил Государственной системы стандартизации в Российской Федерации, Государственной системы каталогизации.

БИБЛИОГРАФИЯ

[1] Требования к проведению наблюдений за состоянием окружающей среды, ее загрязнением (утверждены приказом Минприроды России от 30 июля 2020 г. N 524).

[2] Федеральный закон Российской Федерации "Об обеспечении единства измерений" от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ.

[3] Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (утверждены приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 13 января 2003 г. N 6).

[4] Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм, перевод с английского. М.: Наука, 1997. 342 с.

[5] Решение Центральной методической комиссии по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам от 27 октября 2017 г., /template/go.php?url=https://method.meteorf.ru/cmkp/oct17.html

[6] Трудовой кодекс Российской Федерации от 30 декабря 2001 г. N 197-ФЗ.

[7] Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок (утвержденный приказом Минтруда России от 15 декабря 2020 г. N 903н).

[8] ИОТ-001-2022, Инструкция по охране труда для сотрудников ФГБУ "ИПГ" (утверждена приказом директора ФГБУ "ИПГ" 01 марта 2022 г.).

[9] Положение о метрологической службе Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (утверждено приказом Росгидромета от 27 декабря 2012 г. N 819).

[10] Перечень измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и выполняемых при осуществлении деятельности в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений (утвержденный постановлением Правительства РФ от 16 ноября 2020 г. N 1847).

[11] Порядок проведения поверки средств измерений, требований к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке (утвержденный приказом Минпромторга России от 31 июля 2020 г. N 2510).

[12] Административный регламент по предоставлению Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии государственной услуги по утверждению типа стандартных образцов или типа средств измерений (утвержденный приказом Росстандарта от 12 ноября 2018 г. N 2346 (с изменениями на 17 августа 2020 г.)).

[13] Федеральный закон Российской Федерации "Об аккредитации в национальной системе аккредитации" от 28 декабря 2013 г. N 412-ФЗ (с изменениями на 11 июня 2021 г. N 176-ФЗ).

[14] Порядок установления и изменения интервала между поверками средств измерений, порядка установления, отмены методик поверки и внесения изменений в них, требований к методикам поверки средств измерений (утвержденный приказом Минпромторга России от 28 августа 2020 г. N 2907).

Ключевые слова: руководство, ионосферные наблюдения, ионосфера, ионосферная наблюдательная сеть, стационарный пункт ионосферных наблюдений, средства ионосферных наблюдений

Вернуться в "Каталог нормативных документов"

Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/prikaz/53/rd_52.html

На эту страницу сайта можно сделать ссылку:

На правах рекламы:

Разработка сайта
ArtStyle Group

Полное меню

Основные ссылки

Вернуться в "Каталог нормативных документов"