• Радиолокационное зондирование грунта космических тел

  Руководитель направления Юшкова Ольга Вячеславовна вед. науч. сотр., к.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Основная цель работы — научное сопровождение радиолокационных экспериментов, проводимых с борта российских космических аппаратов для исследования минералогического состава и строения грунта космических тел. В рамках работы рассмотрены теоретические аспекты прямой и обратной задач подповерхностного радиозондирования, разработана электрофизическая модель грунта Луны, смоделированы процессы взаимодействия радиосигналов с грунтом Луны в режиме моностатической локации, курируется создание радаров для российской миссии «Луна 26». Рассмотрены возможности комплексирования результатов измерений комплекса радаров, и радаров с другими радиоприборами.
  Исследование солнечной плазмы и объектов Солнечной системы (Марс, Венера, Фобос, Луна) позволило получить большой опыт в разработке перспективных радиолокационных средств, предназначенных для исследования объектов Солнечной системы. На основе имеющихся данных разработаны универсальные методики проведения измерений и программы обработки и интерпретации полученных результатов, которые используются в перспективных космических программах по исследованию Луны, Марса и Венеры.
  

  Публикации:

  • Юшкова О.В., Кибардина И.Н., Дымова Т.Н. Электрофизическая модель лунного грунта. Астрономический вестник. 2020. Т.54. №6. C.520-528.
  • Юшкова О.В. О расчете радиояркостной температуры грунта Луны. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №4.
  • Юшкова О.В., Кибардина И.Н. Комплексивность радиометодов в исследовании грунта Луны// Всероссийская открытая научная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн» - Муром 2022 DOI: 10.24412/2304-0297-2022-1-331-335

• Зондирование ионосферы земли и планет с борта КА

  Руководитель направления Смирнов Владимир Михайлович директор ФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, д.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  
  
  Применение глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС, GPS позволяет создавать новые методы для глобального исследования структуры атмосферы и ионосферы на различных высотах с целью изучения условий прохождения радиоволн на линиях связи, навигации, радиоконтроля и управления в любой точке земного шара.

  Автоматизированный аппаратно-программный комплекс мониторинга ионосферы по данным навигационных спутниковых систем
  
  
  

  Мониторинг состояния ионосферы Земли над акваториями морей и океанов в режиме реального времени
  
  
  

  Публикации

  • Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Оценивание вероятностных характеристик приема сигналов с использованием моделей замираний при распространении по трансионосферным линиям. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №11. https://doi.org/10.30898/1684- 1719.2020.11.7
    
  • Смирнов В.М., Смирнова Е.В. О возможности детектирования локальных особенностей зоны главного ионосферного провала по данным навигационных спутниковых систем. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. №1. С. 229–240.
    
  • Смирнов В.М, Смирнова Е.В. Спутниковые навигационные системы как источник определения особенностей распространения радиоволн по ионосферным радиолиниям. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №9. https://doi.org/10.30898/1684- 1719.2022.9.2
    
  • Смирнов В.М., Смирнова Е.В. Расширение зоны действия ионозондов вертикального зондирования ионосферы за счет применения спутниковых навигационных систем. //Радиотехника и электроника. 2023. Т.68. №1.

• Георадиолокационное зондирование

  Руководитель направления Марчук Василий Николаевич стар. науч. сотр., к.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Разрабатываются методики сбора и обработки радиолокационных данных подповерхностного зондирования при исследовании структуры природных сред: грунтов, погребенных под слоем грунта объектов, снежных и ледовых покровов.
  Разработан макет установки для комплексирования георадиолокационных данных с данными лазерного дальномера. На нем производится отработка алгоритмов дистанционного измерения толщины снежного покрова, с целью развития данной методики применительно к беспилотным летательным аппаратам.
  

  Фото макета установки для комплексирования георадиолокационных данных с данными лазерного дальномера (а) и результаты измерений толщины снежного покрова с высоты над поверхностью 3 - 10 метров (б).
  
  
  

  Разработана методика определения высоты снежного покрова на участке с относительно ровным рельефом местности с помощью лазерного дальномера и георадара. Данные по толщине снежного покрова определялись по зависимости разности расстояний от точки отражения до дальномера при наличии снежного покрова и без него в зимне-весенний период. Проведено моделирование определения толщины снежного покрова в предположении небольших неровностей обмеряемой поверхности. Показано, что данные моделирования могут расходиться с экспериментальными результатами вплоть до величин ~ 200 мм даже на относительно ровных участках с уклоном менее 1о, что в некоторых случаях недостаточно для прогнозирования воздействия снега на заснеженные объекты. Проведение комплексирования измерений лазерного дальномера совместных с георадаром позволяет снизить эту погрешность до величины ~ 10-50 мм.
  

  Публикации:
  • Marchuk V.N.and Grigorevsky V.I. Determination of Snow Cover Thickness using a Groundpenetrating Radar and a Laser Rangefinder // MPRSRWPD - 2021 Journal of Physics: Conference Series. – 1991 (2021) 012014.

• Радиооптическое позиционирование объектов и дистанционное зондирование содержания малых газовых составляющих атмосфер планет

  Руководитель направления Григорьевский Владимир Иванович вед. науч. сотр., к.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  В настоящее время мониторинг концентрации парниковых газов в атмосфере в различных районах Земли особенно актуален в связи с глобальным потеплением и его прогнозом на ближайшие годы. В лаборатории активно развиваются методы и средства мониторинга парниковых газов в атмосфере Земли.
  Был создан уникальный активный квазинепрерывный газоанализатор метана (лидар) с рекордно высокой выходной излучаемой мощностью ~20 Вт с одновременной возможностью измерения расстояния до отражающего объекта. Для создания макета лидара использовалось параллельное суммирование излучения длиной волны 1650 нм на волоконном объединителе нескольких рамановских усилителей с поляризованным излучением.
  

  Блок-схема лидара. 1 - задающий лазер со сканированием по длине волны, 2- контроллер поляризации, 3 – оптический деполяризатор 4 – двухкаскадный рамановский усилитель, 5 –фотоприемник, 6 – осциллограф, 8 - оптический анализатор спектра, 7 - оптический измеритель мощности, 9 - кювета с метаном.

  Фото макета квазинепрерывного лидара

  Наряду с активным газоанализатором создан и исследован пассивный газоанализатор – лидар с использованием солнечного излучения в качестве источника широкополосного излучения, позволяющий определять концентрацию метана как вблизи поверхности Земли, так и во всем столбе атмосферного воздуха. Ведутся работы по уточнению концентраций таких парниковых газов как углекислый газ и водяной пар.
  С помощью созданных макетов велись наблюдения в течение последних трех лет на северо-востоке Московской области. Показано, что концентрация метана непрерывно увеличивалась с 1.87 ppm (частей на миллион) до ~2.11 ppm, причем, в районах с урбанизированной инфраструктурой наблюдается устойчивое превышение концентрации метана на ~0.2 ppm по сравнению с более экологически чистыми районами.
  Предложена и отработана технология зондирования парниковых газов с помощью созданных квазинепрерывных лидаров с борта космического аппарата с высотой орбиты ~ 400-500 км. Предложен и исследован метод уточнения вертикального профиля концентрации метана атмосферы у поверхности Земли при отсутствии прямой видимости на трассе космический аппарат – Земля при лидарных измерениях. Результаты измерений сопоставлены с результатами других работ. Выявлено в среднем совпадение результатов измерений концентрации метана для Европейского региона с учетом постепенного увеличения фоновой концентрации газа за последние 10-15 лет. Методика и результаты измерений возможно использовать для экологического мониторинга объектов с повышенным выделением метана, утечек из газопроводов, а также для предотвращения взрывоопасных ситуаций.
  Создан макет трехмерного лазерного сканера, позволяющий с точностью ~ 1 см позиционировать объекты и определять форму различных поверхностей, в частности, высоту снежного покрова в лавиноопасных районах, а также на крышах крупногабаритных строений таких как, например, аквапарки, торговые центры и т.д.

  Публикации:

  • Grigor’evskii, V.I., Tezadov, Y.A. Lidar Method for Refinement of the Vertical Profile of the Background Methane Concentration in Turbid Atmosphere. // J. Commun. Technol. Electron. – 2021. - V.66. – N 7. P. 826–833.
  • Grigor’evskii, V.I., Tezadov, Y.A. Simulation of methane concentration measurements by lidar in a cloudy atmosphere. // MPRSRWPD. – 2021. Journal of Physics: Conference Series – V. 1991. P. 2011-2014.
  • Grigorievsky, V.I., Sadovnikov, V.P. & Elbakidze, A.V. Remote Monitoring of Methane in the Earth’s Atmosphere Based on a Lidar with a Powerful Optical Amplifier. Meas Tech 65, 192–196 (2022).
  • Grigorievsky V. I., Tezadov Y. A. Increase in the output power of radiation with a wavelength of about 1650 nm using dual-polarised Raman amplification // Quantum Electronics. – 2021.- V.51.- N11. P.- 983 – 986.
  • Grigor’evskii, V.I., Tezadov, Y.A. Modeling and Experimental Study of Lidar Resolution to Determine Methane Concentration in the Earth’s Atmosphere. Cosmic Research, 2020, Vol. 58, No. 5, pp. 330–337
  • Григорьевский В.И., Марчук В.Н., Тезадов Я.А. Мделирование и измерение толщины снежного покрова с помощью лазерного дальномера. Радиотехника и электроника, 2023, T. 68, № 1, стр. 55-59
  • Григорьевский В.И., Тезадов Я.А. Компенсация систематической погрешности спектральных измерений фоновой концентрации метана в атмосфере Земли. Измерительная техника» № 4, 2023 г

• Мониторинг ионосферных вариаций

  Руководитель направления Гаврик Анатолий Леонидович вед. науч. сотр., к.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Данные, полученные в период интенсивного исследования Венеры, позволили сформировать новые подходы к обработке сигналов и интерпретации результатов радиозатменных экспериментов в проекте Венера-Д. Показана возможность использования инварианта радиозатменного эксперимента для анализа данных радиопросвечивания ионосферы и атмосферы Венеры. Представленная методика анализа данных позволяет выявлять многослойные неоднородности и в атмосфере, и в ионосфере, формирование которых может указывать на процессы динамических изменений в системе атмосфера-ионосфера

  Публикации:

  • Гаврик А.Л. Использование инварианта радиозатменного эксперимента для анализа данных радиопросвечивания ионосферы Венеры // Двадцатая международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА“, ИКИ РАН, Москва, 15.11.2022 г., XX.P.403

• Зондирование ионосферы Земли

  Руководитель направления Смирнов Владимир Михайлович директор ФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН, д.ф.-м.н. эл. почта: [email protected]

  
  

  Рассмотрена возможность расширения зоны действия ионозонда за счет применения навигационных спутниковых систем для обеспечения надежной коротковолновой радиосвязи на протяженных, в том числе многоскачковых, радиотрассах. На основе обработки экспериментальных данных показано, что увеличение функциональности ионозонда вертикального зондирования может быть обеспечено при помощи аппаратно-программного комплекса ионосферного зондирования, использующего данные навигационных спутников. Применение такого комплекса в месте расположения ионозонда вертикального зондирования позволит получить детальную картину распределения электронной концентрации не только вдали от него, но и внутри самой области зондирования, вдоль траекторий всех подионосферных точек, пересекающих зону ответственности станции вертикального зондирования. Показана возможность создания плотной сети ионосферного контроля на основе территориально распределенных станций вертикального зондирования и аппаратно-программных комплексов.

  Публикации:

  • Смирнов В.М., Смирнова Е.В. Расширение зоны действия ионозондов вертикального зондирования ионосферы за счет применения спутниковых навигационных систем. //Радиотехника и электроника. 2023. Т.68. №1.

Информация о лаборатории доступна также на сайте Фрязинского филиала ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН