Author: FuckYouBill
Company: Melkosoft

Специализация: 010700/19/16 Радиофизика
Программа: Волновые процессы и методы их исследования
Руководитель программы: академик РАЕН, д.ф.-м.н., проф. Г.И. Макаров
Кафедра радиофизики
Научный руководитель: к.ф.-м.н., доц. В.Э. Герм
Рецензент: д.ф.-м.н., проф. Г.Ф. Ременец

Исследование отклика ионосферы на солнечные вспышки с помощью трансионосферных сигналов
Бубликов Григорий Сергеевич

Работа посвящена исследованию изменения полного электронного содержания ионосферы (ПЭС, или TEC – Total Electron Content), связанного с дополнительной ионизацией в результате солнечных вспышек. Известно, что ионосфера Земли образуется в результате ионизации нейтрального атмосферного газа космическим излучением, идущим, в первую очередь, от Солнца. Один из основных параметров который характеризует ионосферу – ПЭС, может резко изменяться при изменении уровня солнечной активности. При возникновении вспышки на Солнце, мощный поток частиц и излучения в широком спектральном диапазоне, в частности, в рентгеновском, достигает ионосферы и вызывает дополнительную ионизацию. Измерение ПЭС в зависимости от времени можно осуществить при помощи приема и соответствующей обработки трансионосферных сигналов, использующихся в спутниковых навигационных системах GPS и ГЛОНАСС, т.к. известно, что дополнительная ионосферная задержка сигнала пропорциональна ПЭС вдоль траектории распространения.
Для выполнения работы создан автоматизированный приемно-регистрационный комплекс, позволяющий осуществлять непрерывный прием сигналов навигационных спутников GPS и ГЛОНАСС на двух частотах, их обработку и запись на жесткий диск компьютера. Прием ведется на антенну приемника, установленную на крыше НИИФ СПБГУ. В качестве приемника используется двухсистемный двухчастотный приемник производства фирмы «Novatel», который обеспечивает передачу в управляющий компьютер оцифрованных с частотой 20 Гц необходимых данных (в том числе фазу несущей частоты сигналов, используемую впоследствии для получения ПЭС). Данные записываются в log-файл, который в дальнейшем обрабатывается с помощью системы Matlab. Непрерывная автоматическая регистрация ведется с 2011г.
Величина полного электронного содержания ионосферы получается из одновременных измерений фазы на двух частотах по известной формуле, в которой фазы измерены в циклах, длины волн в метрах, а TEC – в единицах TEC (1 единица TEC = 10^16 m^-2) 
.                                                       (1)
В ходе обработки данных от спутников GPS с номерами 11, 15, 18, 26, 27, 28 было замечено, что 9 августа 2011г. около 12ч. ПЭС резко увеличилось и затем, в течение последующих двух часов, стало уменьшаться, постепенно приходя в норму. 
Для того чтобы выделить характерные особенности временной зависимости ПЭС, позволяющие идентифицировать вспышку на Солнце, при обработке была вычислена разность двух ПЭС, одно из которых измерялось 9-го августа (в день, когда была вспышка), а другое 7-го августа (до солнечной активности)
                                          (2)
В этой формуле время  используется в секундах, а число 86160 соответствует временному сдвигу на одни сутки с учетом запаздывания при движении спутника (4мин за сутки).
Также была посчитана первая и вторая временные разности от исходной временной разности, согласно алгоритму [A.Garcıa-Rigo, M.Hernįndez-Pajares, J.M. Juan, J. Sanz Solar flare detection system based on global positioning system data: First results. – Advances in Space Research №39 p.889-895, 2007.], следуя которому можно автоматически детектировать изменения солнечной активности (судя по характеру изменения кривых  на графике)
   	  	           		 (3)
 	  	            (4)
Из графического представления временного хода величин   и , хорошо видно, что в момент времени около 12:05 (московского времени, GMT+4, что соответствует 8:05 UTC) происходит резкое увеличение ПЭС на величину порядка нескольких единиц TEC. Это явление является глобальным, в том смысле, что оно имеет место независимо от того, в каком месте луч, направленный на спутник, проходит через ионосферу, что подтверждается измерениями на других спутниках и в других обсерваториях.
По итогам работы можно сделать следующие выводы:
1.	C помощью нашей установки была зарегистрирована вспышка на Солнце, информацию о которой также подтверждают другие источники, и относят ее к классу X6.9. (согласно интернет порталу http://tesis.lebedev.ru).
2.	Получена зависимость максимального увеличения ПЭС при солнечной вспышке (9 августа 2011г.) в зависимости от зенитного угла Солнца, который определяется  для каждой станции из сети IGS по часовому поясу, широте и долготе расположения станции (приемника), изменениями метео-условий (давлением и температурой ) пренебрегаем.
3.	Исходя из наших данных, можно судить о том, что в момент солнечной вспышки отношение сигнал/шум  уменьшается примерно на 2 дБ. Этот факт может быть интерпретирован как увеличение уровня радиошума, сопровождающего вспышку, что подтверждается прямыми измерениями уровня радиошума.

Список публикаций
1.	Г.С. Бубликов. Исследование отклика ионосферы на солнечные вспышки с помощью трансионосферных сигналов. // XV Всероссийская научная конференция студентов-радиофизиков, Тезисы докладов, 6-7 декабря 2011 года, Санкт-Петербург, Издательство «Соло», С.14-16.