Solnechno-Zemnaya Fizika Solnechno-Zemnaya Fizika Солнечно-земная физика 2712-9640 113871 10.12737/szf-121202607 jlpgdi Результаты исследований Results of current research Результаты исследований Technique of ionospheric parameters automatic determination from data of vertical sounding with a continuous chirp signal Методика автоматического определения параметров ионосферы по данным вертикального зондирования непрерывным ЛЧМ-сигналом https://orcid.org/0000-0002-1371-6855 Пономарчук Сергей Николаевич Ponomarchuk Sergey Nikolaevich spon@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 https://orcid.org/0000-0002-6472-5006 Грозов Виктор Петрович Grozov Viktor Petrovich grozov@iszf.irk.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation Институт солнечно-земной физики СО РАН Иркутск Россия Institute of Solar-Terrestrial Physics SB RAS Irkutsk Russian Federation 25 03 2026 25 03 2026 12 1 55 63 27 06 2025 22 09 2025 https://naukaru.ru/en/nauka/article/113871/view

Представлена методика определения параметров ионосферы на основе автоматической интерпретации ионограмм вертикального зондирования ионосферы (ВЗ). Интерпретация ионограмм проводится по точкам со значимой амплитудой, выделенным при вторичной обработке данных, с использованием результатов моделирования высотно-частотной характеристики (ВЧХ) сигналов ВЗ. Разработаны алгоритмы выделения треков ВЧХ сигналов, отраженных от E-, F1- и F2-слоев ионосферы, на основе анализа амплитудных характеристик сигналов и построения гистограмм распределения точек, попадающих по задержке сигнала в модельную маску ВЧХ при ее перемещении по ионограмме. Отдельно реализован алгоритм выделения треков сигналов, отраженных от спорадических слоев. По сформированной ВЧХ ВЗ определяются ионосферные параметры и рассчитывается профиль электронной концентрации.

We present a technique for determination of ionospheric parameters based on automatic interpretation of vertical sounding (VS) ionograms. Ionograms are interpreted using points with significant amplitude, which were detected after secondary data processing with results of modelling of VS signal height-frequency characteristic (HFC). We have developed algorithms to extract HFC tracks of signals reflected from the E, F1, and F2 layers. These algorithms involve analyzing signal amplitude characteristics and plotting distribution histograms of points falling into the HFC model mask when it is moved over the ionogram. The algorithm to detect tracks of signals reflected from sporadic layers is implemented separately. From the resultant VS HFC, we can estimate ionospheric parameters and calculate the electron density profile.

 распространение радиоволн вертикальное зондирование ионосферы ионограмма профиль электронной концентрации ЛЧМ-сигнал radio wave propagation ionospheric vertical sounding ionogram electron density profile chirp signal Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки (субсидия № 075-ГЗ/Ц3569/278). The work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Subsidy No. 075-GZ/Ts3569/278).

Вертоградов Г.Г., Урядов В.П., Выборнов Ф.И., Першин А.В. Моделирование распространения декаметровых радиоволн в условиях волновых возмущений концентрации электронов. Изв. вузов. Радиофизика. 2018, т. 61, № 6, с. 462–473. Bilitza D., Altadill D. Truhlik V., Shubin V., Galkin I., Reinisch B., Huang X. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space Weather. 2017, vol. 15, iss. 2, pp. 418–429. DOI: 10.1002/2016SW001593. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973, 502 с. Chen Z., Gong Z., Zhang F., Fang G. A new ionogram automatic scaling method. Radio Sci. 2018, vol. 53, iss. 9, pp. 1149–1164. DOI: 10.1029/2018RS006574. Крашенинников И.В., Лянной Б.Е. Об интерпретации одного вида перемещающегося ионосферного возмущения по ионограммам вертикального радиозондирования. Геомагнетизм и аэрономия. 1991, т. 31, № 3, с. 427–433. Davies K. Ionospheric Radio Waves. London, Blaisdell, 1969, 460 p. Михайлов С.Я. Многозначность восстановления профилей плазменной частоты по заданной ВЧХ и их различимость для наклонного распространения коротких радиоволн в изотропной ионосфере. Изв. вузов. Радиофизика. 2000, т. XLII, № 10, с. 855–872. Dvinskikh N.I. Expansion of ionospheric characteristics fields in empirical orthogonal functions. Adv. Space Res. 1988, vol. 8, iss. 4, pp. 179–187. DOI: 10.1016/0273-1177(88)90238-4. Подлесный А.В., Брынько И.Г., Куркин В.И. и др. Многофункциональный ЛЧМ-ионозонд для мониторинга ионосферы. Гелиогеофизические исследования. 2013, вып. 4, с. 24–31. Grozov V.P., Ilyin N.V., Kotovich G.V., Ponomarchuk S.N. Software system for automatic interpretation of ionosphere sounding data. Pattern Recognition and Image Analysis. 2012, vol. 22, iss. 3, pp. 458–463. DOI: 10.1134/S1054661812030042. Поляков В.М., Суходольская В.Е., Ивельская М.К. и др. Полуэмпирическая модель ионосферы для широкого диапазона геофизических условий. М.: 1986, 139 с. Ivanov V.A., Ivanov D.V., Ryabova N.A., et al. Studying the parameters of frequency dispersion for radio links of different length using software-defined radio based sounding system. Radio Sci. 2019, vol. 54, iss. 1, pp. 34–43. DOI: 10.1029/2018RS006636. Руководство URSI по интерпретации и обработке ионограмм. Перевод с английского. М.: Наука, 1977, 342 с. Krasheninnikov I.V., Lyannoi B.E. On the interpretation of one type of travelling ionospheric disturbance from ionograms of vertical radio sounding. Geomagnetizm i Aeronomiya. [Geomagnetism and Aeronomy]. 1991, vol. 31, iss. 3, pp. 427–433. (In Russian). Bilitza D., Altadill D., Truhlik V., et al. International Reference Ionosphere 2016: From ionospheric climate to real-time weather predictions. Space Weather. 2017, vol. 15, iss. 2, pp. 418–429. DOI: 10.1002/2016SW001593. Kurkin V.I., Medvedeva I.V., Podlesnyi A.V. Effect of sudden stratosphere warming on characteristics of medium–scale traveling ionospheric disturbances in the Asian region of Russia. Adv. Space Res. 2024, vol. 73, iss. 7, pp. 3613–3623. DOI: 10.1016/j.asr.2023.09.020. Chen Z., Gong Z., Zhang F., Fang G. A new ionogram automatic scaling method. Radio Sci. 2018, vol. 53, iss. 9, pp. 1149–1164. DOI: 10.1029/2018RS006574. Mikhailov S.Ya. Ambiguity of the reconstruction of plasma frequency profiles from a given height-frequency characteristic and their discernibility for oblique propagation of HF radio waves in an isotropic ionosphere. Radiophysics and Quantum Electronics. 2000, vol. 43, iss. 10, pp. 766–782. Dvinskikh N.I. Expansion of ionospheric characteristics fields in empirical orthogonal functions. Adv. Space Res. 1988, vol. 8, iss. 4, pp. 179–187. DOI: 10.1016/0273-1177(88)90238-4. Penzin M.S., Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kurkin V.I. Real-time techniques for interpretation of ionospheric backscatter sounding data. Radio Sci. 2019, vol. 54, iss. 5, pp. 480–491. DOI: 10.1029/2018RS006656. Grozov V.P., Ilyin N.V., Kotovich G.V., Ponomarchuk S.N. Software system for automatic interpretation of ionosphere sounding data. Pattern Recognition and Image Analysis. 2012, vol. 22, iss. 3, pp. 458–463. DOI: 10.1134/S1054661812030042. Podlesnyi A.V., Brynko I.G., Kurkin V.I., et al. Multifunctional chirp ionosonde for monitoring the ionosphere. Geliogeofizicheskie issledovaniya [Heliogeophys. Res.]. 2013, iss. 4, pp. 24–31. (In Russian). Ivanov V.A., Ivanov D.V., Ryabova N.A., et al. Studying the parameters of frequency dispersion for radio links of different length using software-defined radio based sounding system. Radio Sci. 2019, vol. 54, iss. 1, pp. 34–43. DOI: 10.1029/2018RS006636. Polyakov V.M., Sukhodolskaya V.E., Ivelskaya M.K., et al. Poluempiricheskaya model’ ionosfery dlya shirokogo diapazona geofizicheskikh uslovii [Semi-empirical Model of the Ionosphere for a Wide Range of Geophysical Conditions]. Moscow, 1986, 139 p. (In Russian). Kurkin V.I., Medvedeva I.V., Podlesnyi A.V. Effect of sudden stratosphere warming on characteristics of medium-scale traveling ionospheric disturbances in the Asian region of Russia. Adv. Space Res. 2024, vol. 73, iss. 7, pp. 3613–3623. DOI: 10.1016/j.asr.2023.09.020. Shindin A.V., Moiseev S.P., Vybornov F.I., et al. The prototype of a fast vertical ionosonde based on modern software-defined radio devices. Remote Sensing. 2022, vol. 14, iss. 3, 547. DOI: 10.3390/rs14030547. Penzin M.S., Ponomarchuk S.N., Grozov V.P., Kurkin V.I. Real-time techniques for interpretation of ionospheric backscatter sounding data. Radio Sci. 2019, vol. 54, iss. 5, pp. 480–491. DOI: 10.1029/2018RS006656. URSI Handbook of Ionogram Interpretation and Reduction 1972. Moscow, Nauka Publ., 1978, 342 p. (In Russian). Shindin A.V., Moiseev S.P., Vybornov F.I., et al. The prototype of a fast vertical ionosonde based on modern software-defined radio devices. Remote Sensing. 2022, vol. 14, iss. 3, 547. DOI: 10.3390/rs14030547. Vertogradov G.G., Uryadov V.P., Vybornov F.I., Pershin A.V. Modeling of decameter radio-wave propagation under conditions of a wave-like electron-density disturbance. Radiophysics and Quantum Electronics. 2018, vol. 61, iss. 6, pp. 407–417. DOI: 10.1007/s11141-018-9902-7. URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (дата обращения 26 июня 2025 г.). URL: http://ckp-rf.ru/ckp/3056/ (accessed June 26, 2025).