ПРОБЛЕМЫ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ИОНОСФЕРЫ СЛОЖНЫМИ СИГНАЛАМИ МИНИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ
Authors: Иванов Д.В. , Иванов В.А. , Рябова Н.В. , Елсуков А.А. 
Published: February 2025

Исследования относятся к области вертикального и квазизенитного зондирования ионосферы и ионосферных каналов ближней КВ-связи с учётом воздействия антропогенных сосредоточенных помех. Решалась задача анализа методов и средств, необходимых для создания устройства ионозонда, обладающего минимальной мощностью сигнала, высокой надёжностью приёма, малыми габаритами и малой стоимостью. Основное внимание уделено методу одновременного многочастотного ВЗ BPSK-сигналам с частотным уплотнением, для которого важной является задача уменьшения пик-фактора. Рассмотрена эффективность применения методов когерентного и некогерентного накопления сигнала во временной и частотной областях. Установлено, что наиболее эффективным методом увеличения отношения сигнал/шум является зондирование незагруженных сосредоточенными помехами частот. При этом требуется применение методов интеллектуального зондирования. Для верификации использован метод одновременного многочастотного зондирования ионосферы в г. Йошкар-Оле (ПГТУ) OFDM-сигналом с 8 поднесущими, мощностью 1,2 Вт на каждую, реализованный по SDR-технологии с применением платформы USRP.

Introduction. The main effective ways to improve Russian HF systems are associated with a significant channel bandwidth expansion and a development of tools for diagnosing radio channels with the use of low-power noise-like signals based on using the software-defined radio technology and accounting for man-made interferences in the HF range. For channel diagnosing to maintain the operating frequencies, there are typically used ionosondes with phase-shift keying signals (PSK or BPSK), which are a kind of HF radar. The paper is addressed to the problem of developing an ionosonde with a low signal power, high reliability of signal reception, small dimensions and low cost. The aim of the research is to study the methods for improving the energy efficacy of vertical-incidence ionosonde to significantly reduce the radiated power. Tasks:analysis of the physical fundamentals of vertical-incidence sounding; estimation of the signal-to-noise ratio (SNR) of the detected echo signal corrupted with noise; analysis of approaches for reducing signal power reduction; estimation of energy losses of a multi-carrier signal used for simultaneous sounding. Methods. The solution of the posed problems and the obtaining of the main scientific and practical results are based on the methods of mathematical analysis, computational mathematics, and the theory of radio wave propagation in the ionosphere. The main theoretical outcomes have been verified by numerical and full-scale experiments. Findings.Studies carried out with verification showed that the problem of development of the ionosonde with low signal power, high reliability of signal reception, small dimensions, low cost and power consumption has a solution. However, this requires the use of wideband noise-like signals that are statistically orthogonal to radio frequency interferences, and allow their compression in the receiver, as well as the application of methods of coherent integration in the time domain and incoherent - in the frequency domain. Practical significance. The ionogram was recorded in the Yoshkar-Ola city (Volga State University of Technology) with the use of the method of simultaneous sounding of the ionosphere by a multi-carrier signal with N = 8 subcarriers set on a frequency grid with a step of 25 kHz. Each subcarrier had a power of 1.2 watts.