Перспективный радар НР-МСТ: потенциал и диагностические возможности

Перспективный радар НР-МСТ: потенциал и диагностические возможности

Автор: Потехин А.П., Сетов А.Г., Лебедев В.П., Медведев А.В., Кушнарев Д.С.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 3 т.2, 2016 года.

Бесплатный доступ

В ближайшие годы в районе Иркутска планируется строительство радара, сочетающего в себе возможности радаров некогерентного рассеяния (НР) и мезосферно-стратосферно-тропосферных радаров (МСТ) [Жеребцов и др., 2011]. Радар НР-МСТ представляет собой фазированную решетку, состоящую из двух разнесенных антенных полотен, с цифровой многоканальной приемной системой, позволяющей проводить детальную пространственно-временную обработку сигнала обратного рассеяния. Показаны характеристики, конфигурация и возможности антенной и приемопередающей систем радара. Оценивается потенциал радара в основных режимах работы, включающих исследование ионосферы методом НР на высотах более ~100 км и изучение атмосферы с помощью сигналов, рассеянных на флуктуациях показателя преломления, вызванных атмосферными турбулентными неоднородностями, на высотах до 100 км. Моделирование показало, что радар позволит проводить регулярные измерения параметров нейтральной атмосферы на высотах до 26 км, а также наблюдать мезосферное летнее эхо на высотах ~85 км в присутствии заряженных ледяных частиц (при увеличении числа Шмидта) и мезосферное зимнее эхо на высотах ~65 км при повышении фоновой электронной концентрации. Оценка возможностей радара при работе в режиме НР в высотных диапазонах 100-600 и 600-2000 км показала, что в дневных условиях при накоплении 10 мин верхняя граница определения электронной концентрации и температуры ионосферной плазмы составляет ~1500 и ~1300 км соответственно при стандартном отклонении не более 10 %. Верхний предел определения скорости дрейфа составляет ~1100 км при стандартном отклонении 45 м/с. Оценка интерферометрических возможностей радара показала, что он обладает высокой чувствительностью к угловым размерам объекта порядка 7.5 угл. мин, а потенциальная точность определения углов цели может достигать 40 угл. сек.

Еще

Радар некогерентного рассеяния, мст-радар, фазированная решетка, потенциал атмосферных радаров, ионосфера, атмосфера

Короткий адрес: https://sciup.org/142103609

IDR: 142103609   |   DOI: 10.12737/19444

Список литературы Перспективный радар НР-МСТ: потенциал и диагностические возможности

  • Жеребцов Г.А., Заворин А.В., Медведев А.В. и др. Иркутский радар некогерентного рассеяния//Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47, № 11. С. 1339-1345.
  • Жеребцов Г.А., Потехин А.П., Куркин В.И. и др. Радиофизические и оптические инструменты Национального гелиогеофизического комплекса РАН//Распространение радиоволн: XXIII Всеросс. науч. конф. Йошкар-Ола, 23-26 мая 2011 г.: сб. докл. в 3-х тт. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. Т. 1. С. 47-54.
  • Медведев А.В. Развитие методов и аппаратных средств радиофизических исследований верхней атмосферы Земли на Иркутском радаре некогерентного рассеяния: дис. … д.ф.-м.н. Иркутск, 2014. 225 с.
  • Потехин А.П., Медведев А.В., Заворин А.В. и др. Цифровые системы регистрации и управления Иркутского радара некогерентного рассеяния//Солнечно-земная физика. 2008. Вып. 11. С. 77-86.
  • Терещенко В.А., Терещенко В.Д., Черняков С.М. Зимние полярные стратосферные облака 2010 года в высоких широтах//Вестник МГТУ. 2010. Т. 13, № 4/2. С. 1052-1059.
  • Терещенко В.Д., Терещенко В.А., Ковалевич Т.В. Сезонные изменения полярного мезосферного эха средних радиоволн//Труды 20-й Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г. Нижний Новгород: НИРФИ, 2002. С. 135-136.
  • Bertin F., Campistron B., Caccia J.L., Wilson R. Mixing processes in a tropopause folding observed by a network of ST radar and lidar//Ann. Geophys. 2001. V. 19. P. 953-963.
  • Bowles K.L., Ochs G.R., Green J.L. On the absolute intensity of incoherent scatter echoes from the ionosphere//J. Res. National Bureau of Standards-D. Radio Propagation. 1962. V. 66D, N 4. P. 395-407.
  • Farley D.T. Multiple-pulse incoherent-scatter correlation function measurements//Radio Sci. 1972. V. 7, N 6. P. 661-666 DOI: 10.1029/RS007i006p00661
  • Fukao S., Sato T., Tsuda T., et al. MU radar: New capabilities and system calibrations//Radio Sci. 1990. V. 25, N 4. P. 477-485 DOI: 10.1029/RS025i004p00477
  • Gavrilov N.M. Estimates of turbulent diffusivities and energy dissipation rates from satellite measurements of spectra of stratospheric refractivity perturbations//Atm. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 12107-12116 DOI: 10.5194/acp-13-12107-2013
  • Hagen J.B., Baumgartner H.A. Backscatter gain of aperture antennas//Radio Sci. 1996. V. 31, N 4. P. 693-699 DOI: 10.1029/96RS01095
  • Hocking W.K. Measurement of turbulent energy dissipation rates in the middle atmosphere by radar techniques: A review//Radio Sci. 1985. V. 20, N 6. P. 1403-1422. DOI: 10.1029/RS020i006p01403.
  • Hocking W.K. Recent advances in radar instrumentation and techniques for studies of the mesosphere, stratosphere and troposphere//Radio Sci. 1997. V. 32, N 6. P. 2241-2270 DOI: 10.1029/97RS02781
  • Hocking W.K. A review of mesosphere-stratosphere-troposphere (MST) radar developments and studies, circa 1997-2008//J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 2011. V. 73. P. 848-882 DOI: 10.1016/j.jastp.2010.12.009
  • Kantha L., Hocking W. K. Dissipation rates of turbulence kinetic energy in the free atmosphere: MST radar and radiosondes//J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 2011. V. 73. P. 1043-1051 DOI: 10.1016/j.jastp.2010.11.024
  • Latteck R., Singer W., Rapp M., et al. MAARSY: The new MST radar on Andøya -System description and first results//Radio Sci. 2012. V. 47. RS1006. DOI: 10.1029/2011RS004775.
  • Lübken F.-J. Turbulent scattering for radars: A summary//J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 2014. V. 107. P. 1-7 DOI: 10.1016/j.jastp.2013.10.015
  • Lübken F.-J., Rapp M., Blix T., Thrane E. Microphysical and turbulent measurements of the Schmidt number in the vicinity of polar mesosphere summer echoes//Geophys. Res. Lett. 1998. V. 25, N 6. P. 893-896.
  • Lübken F.-J., Singer W., Latteck R., Strelnikova I. Radar measurements of turbulence, electron densities, and absolute reflectivities during polar mesosphere winter echoes (PMWE)//Adv. Space Res. 2007. V. 40. P. 758-764. DOI: 10.1016/j.asr.2007.01.015.
  • McCrea I., Aikio A., Alfonsi L., et al. The science case for the EISCAT_3D radar//Progress in Earth and Planetary Science. 2015. V. 2 DOI: 10.1186/s40645-015-0051-8
  • Murdin J. Errors in incoherent scatter radar measurements//EISCAT Technical Note. 1979. N 79/16. 40 р.
  • Rapp M., Lübken F.-J. Polar mesosphere summer echoes (PMSE): Review of observations and current understanding//Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 2601-2633. DOI: 10.5194/acp-4-2601-2004.
  • Rapp M., Strelnikova I., Latteck R., et al. Polar mesosphere summer echoes (PMSE) studied at Bragg wavelength of 2.8 m, 67 cm, and 16 cm//J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 2008. V. 70. P. 947-961 DOI: 10.1016/j.jastp.2007.11.005
  • Romejko V.A., Dalin P.A., Pertsev N.N. Forty years of noctilucent cloud observations near Moscow: Database and simple statistics//J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N D8. P. PMR 10-1-10-6 DOI: 10.1029/2002JD002364
  • Sato K., Tsutsumi M., Sato T., et al. Program of the Antarctic Syowa MST/IS radar (PANSY)//J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 2014. V. 118. P. 2-15 DOI: 10.1016/j.jastp.2013.08.022
  • Shpynev B.G. Incoherent scatter Faraday rotation mea-surements on a radar with single linear polarization//Radio Sci. 2004. V. 39. RS3001 DOI: 10.1029/2001RS002523
  • Strelnikov B., Rapp M., Strelnikova I., et al. Small-scale structures in neutrals and charged aerosol particles as observed during the ECOMA/MASS rocket campaign//Ann. Geophys. 2009. V. 27. P. 1449-1456 DOI: 10.5194/angeo-27-1449-2009
  • Strelnikova I., Rapp M. Studies of polar mesosphere summer echoes with the EISCAT VHF and UHF radars: Information contained in the spectral shape//Adv. Space Res. 2010. V. 45. P. 247-259 DOI: 10.1016/j.asr.2009.09.007
  • Von Zahn U., Bremer J. Simultaneous and common-volume observations of noctilucent clouds and polar mesosphere summer echoes//Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26, N 11. P. 1521-1524.
  • Watkins B.J., Philbrick C.R., Balsley B.B. Turbulence energy dissipation rates and inner scale sizes from rocket and radar data//J. Geophys. Res. 1988. V. 93, N D6. P. 7009-7014.
  • Zeller O., Zecha M., Bremer J., et al. Mean characteristics of mesosphere winter echoes at mid-and high latitudes//J. Atm. and Solar-Terr. Phys. 2006. V. 68. P. 1087-1104 DOI: 10.1016/j.jastp.2006.02.015
  • Zrnic D. Estimation of spectral moments for weather echoes//IEEE Trans. Geoscience Electronics. 1979. V. GE-17, N 4. P. 113-128 DOI: 10.1109/TGE.1979.294638
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp