1. Режим регулярных ионосферных наблюдений

Диагностика ионосферных параметров является основным режимом работы ИРНР. С внедрением нового управляющего комплекса ИРНР в 2005 году, регулярные ионосферные наблюдения проводятся в двухлучевом режиме [Потехин и др., 2008В]. В измерениях используется приемо-передающее оборудование северного терминала антенны и, соответственно, южное направление сканирования. На излучение работают два сфазированных передатчика с уровнем мощности излучения по 1,2 МВт каждый. После прихода стартового синхроимпульса запуска «Tk0», первые 960 мкс отводятся на возможное излучение группы передатчиков южного терминала антенны. Следующие 900 мкс в каждом такте зондирования составляет общая длительность излучения передатчиков северного терминала, из которых начальные 750 мкс излучается гладкий немодулированный импульс на частоте f1, а конечные 150 — 200 мкс — сигнал с фазовой манипуляцией на частоте f2 = f1+300 кГц. Несущие частоты f1 и f2 изменяются через каждый такт и обычно выбираются около 154,5 и 159 МГц. Такая разница в зондирующих частотах соответствует разнице в направлениях зондирования около 17 градусов. Время релаксации разрядников антенного коммутатора составляет около 300 мкс, и до окончания этих переходных процессов в антенном тракте приемные каналы остаются закрытыми. Регистрация сигналов начинается через примерно 2160 мкс после поступления импульса «Tk0». В начале регистрируемой развертки присутствует мощный когерентный сигнал, отраженный от гор и объектов местности, длительность которого в широкополосном канале достигает 400 мкс. Наличие этой помехи существенно ограничивает возможности ИРНР по исследованияю нижней части ионосферы, поэтому анализ ионосферного сигнала начинается с дальности около 150 км. На приеме ионосферных сигналов работают четыре независимых канала A1У, А1Ш и В1У, В1Ш. В каждом полурупоре антенны регистрируются сигналы на частотах f1 (узкополосный канал, полоса ΔF=50 кГц) и на частотах f1+300 кГц (широкополосный канал, полоса ΔF=300 кГц). Сигналы узкополосных каналов используются для получения спектров и корреляционных функций рассеянного сигнала, а сигналы широкополосных каналов служат основой для восстановления высотных профилей электронной концентрации.

Профиль мощности (сверху) и профиль электронной концентрации Ne 15 февраля 2011г. (снизу)

Температуры электронов и ионов в период 10—12 апреля 2009г.

Волнообразные возмущения электронной концентрации: слева — исходный профиль Ne, справа — выделенные возмущения

2. Наблюдения космических объектов

Режим наблюдения за космическими объектами/аппаратами (КО/КА) является вторым по значимости после ионосферного режима, он осуществляется для обеспечения экологического мониторинга космоса, контроля соблюдения международных соглашений об использовании космоса, а также в целях информационно-баллистического обеспечения полетов спутников, в том числе, во внештатных и аварийных ситуациях. Этот режим позволяет обнаруживать и сопровождать неизвестные КО, а также проводить наблюдения параметров движения и отражательных характеристик известных (каталогизированных) КО. Полученные реализации с сигналами, отраженными от КО, записываются в отдельные файлы для последующей обработки.
Радиолокация КО осуществляется в автоматическом режиме в трех вариантах:
1. во время регулярных ионосферных наблюдений,
2. по заранее подготовленным целеуказаниям (таблицам с временами и частотами),
3. в режиме «захват-сопровождение».
В первом варианте, во время стандартных измерений в режиме НР производится анализ каждой развертки в каждом канале на наличие сигналов, отраженных от КО, или помех по алгоритму, подробно описанному в [Лебедев и др. 2012А]. Выделенные таким образом временные развертки принятого сигнала записываются в отдельные от основных файлы данных. В дальнейшем эти файлы обрабатываются на других ЭВМ в локальной сети радара. Полученные параметры зарегистрированных КО сравниваются с международными каталогами и заносятся в базу данных.
Во втором варианте, заранее подготавливается файл с данными для наблюдения КА, в этом файле содержатся такие параметры, как время входа КА в диаграмму направленности (ДН) ИРНР, время выхода из ДН, дальность в километрах, начальная и конечная частоты и количество частот. В этом варианте при наступлении времени наблюдения КА программа управления отключает текущий режим ионосферных наблюдений, создает новый файл данных, задает сетку частот наблюдения, устанавливает требуемую задержку и переводит радар в режим циклического сканирования. После завершения времени наблюдения, программа снова возвращает ИРНР в режим ионосферных наблюдений. На рисунке 1 показан пример сектора сканирования для некоторого известного КА. Сектор наблюдения перекрывается пятью фиксированными частотами (направлениями), пунктиром показаны траектория и направление прохождения КА через ДН радара.

Рисунок 1. Сканирование КО по фиксированным частотам.

Наиболее сложный вариант наблюдений за КО реализован в третьем режиме — «захват-сопровождение», где так же может быть использован предварительный файл с целеуказаниями для инициации направления поиска, но возможен вариант поиска КО в секторе обзора ИРНР, т.е. сканирования по всем возможным для ИРНР направлениям. В любом случае, после перехода в этот режим составляется сетка из пяти близких частот: fцентр, fцентр-Δf, fцентр—2Δf, fцентр+Δf, fцентр+2Δf (где Δf=100 кГц). Во время работы производится анализ принятых реализаций на наличие в них когерентного сигнала и осуществляется пересчет сетки частот из условия удержания максимальной амплитуды обнаруженного сигнала на центральной частоте сетки. При смещении КО в секторе обзора радара происходит автоматическое изменение центральной частоты сопровождения fцентр. На рисунке 2 показаны захват КО в момент его входа в сектор обзора ИРНР и момент его выхода из сектора. Сетка излучаемых частот во время прохода КО через сектор обзора радара динамически перестраивается. После выхода КО из сектора обзора, радар либо возвращается в предыдущий режим, либо снова начинает цикл сканирования во всем секторе обзора.

Рисунок 2. Сканирование КО в режиме «захват-сопровождение».

3. Режим радиоастрономических наблюдений

В перерывах между активными экспериментами на ИРНР, включается круглосуточный режим радиоастрономических наблюдений. Он заключается в обычной процедуре регистрации сигналов без посылки зондирующего импульса, т.е. без использования передающих устройств. Режим используется для наблюдения космического радиошума и его вариаций, отражающих поведение ионосферной плазмы. Также в этом режиме проводится регистрация активности Солнца в радиодиапазоне. Частота, на которой ведется регистрация сигналов, может изменяться в каждом такте приема. В пассивном режиме диапазон рабочих частот радара расширен до 149—163 МГц, это увеличивает сектор обзора на ~15°. Весь диапазон разбит на 88 частот, отстоящих друг от друга на 164 кГц (0.5°). Однократное сканирование сектора обзора осуществляется за время 88×(1/24) = 3.67 секунд. Программа управления ИРНР осуществляет смену частоты приёма таким образом, чтобы организовать непрерывное циклическое сканирование сектора обзора. Непрерывно сканирующий сектор обзора радар можно рассматривать как риометр изображения с диаграммой направленности, состоящей из 88 лепестков, вытянутых вдоль линии меридиана.

Пассивные наблюдения звездных радиоисточников (2011/06/07 6:30 – вспышка класса М)

4. Специальные режимы работы Иркутского радара НР

Комплекс управления ИРНР обеспечивает необходимую гибкость программного управления режимами излучения и приема ИРНР для организации широкого класса радиофизических экспериментов. В частности, особые режимы работы применяются для локации дальних космических объектов (Луна и Солнце), в которых могут использоваться длинные кодовые последовательности (от 1 секунды до нескольких минут) [Лебедев и Медведев, 2002]. При проведении серии активных космических экспериментов с использованием транспортного грузового космического корабля «Прогресс» применяется сложный режим работы с излучением составной последовательности из гладких импульсов, фазоманипулированных импульсов и импульсов с непрерывной линейной частотной модуляцией [Хахинов и др., 2011]. Вся эта последовательность излучается на переменной сетке частот, зависящей от конкретной геометрии эксперимента.

Литература:

1. Потехин А.П., Медведев А.В., Бернгардт О.И., Лебедев В.П., Куркин В.И., Кушнарев Д.С., Шпынев Б.Г. Иркутский радар Некогерентного Рассеяния. Методы и техника экспериментальных исследований // Изменение окружающей среды и климата. Природные и связанные с ними техногенные катастрофы. В 8 томах / Программа N 16 Президиума РАН. Т.8. Солнечная активность и физические процессы в системе Солнце-Земля. М.: ИСЗФ СО РАН, 2008В. С.110—117.
2. Лебедев В.П., Медведев А.В., Хахинов В.В. Результаты наблюдения космического мусора на иркутском радаре некогерентного рассеяния в 2007-2010 гг. // Солнечно-земная физика. 2012A. Вып. 20. С. 18—23.
3. Лебедев В.П., Медведев А.В. Первые результаты эксперимента по радиолокации Луны на Иркутском радаре НР // Байкал. молодеж. науч. шк. по фундам. физике (БШФФ-2002). Труды V сессии молодых ученых «Гелио- и геофизические исследования». Иркутск, 2002. С.50—52.
4. Хахинов В.В., Потехин А.П., Лебедев В.П., Медведев А.В., Кушнарев Д.С., Шпынев Б.Г., Заруднев В.Е., Алсаткин С.С., Ратовский К.Г., Воейков С.В., Твердохлебова Е.М., Куршаков М.Ю., Манжелей А.И., Тимофеева Н.И. Радиозондирование ионосферных возмущений генерируемых бортовыми двигателями ТГК «Прогресс» // Сб. докладов XXIII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн». 23-26 мая 2011 года. Йошкар-Ола. МарГТУ. 2011. Т. 1. С. 279—287.