О.В. Митин1, И.В. Крашенинников2

1 Южно-Уральский Государственный Университет (г. Челябинск, Россия)
1,2 Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова (Москва, г. Троицк, Россия)
1 mitin@izmiran.ru, 2 krash@izmiran.ru

Постановка проблемы. Существующие подходы к разработке архитектуры средств радиочастотного зондирования ионосферы активно используют современные достижения отрасли цифровой обработки сигналов, опираясь, преимущественно, на решения, в которых оцифровка аналогового сигнала осуществляется на относительно невысоких промежуточных частотах, позволяя, тем самым, существенно ограничить стоимость конечного оборудования. При этом область программно-перестраиваемых решений, использующих прямой перенос высоких частот в область нулевых биений и быстродействующие аналого-цифровые преобразователи, освещается в специальной литературе недостаточно полно.

Цель. Представить теоретическое и практическое обоснование использования современных подходов к проектированию трактов цифровой обработки сигналов (DSP, Didgital Signal Processing) и Software Defined Radio, в частности, архитектуры Digital Down Conversion / Digital Up Conversion применительно к задаче конструирования архитектуры программно-аппаратных комплексов автоматизированного зондирования ионосферы (ионозонд, Ionosphere Sounding).

Результаты. В работе представлены результаты практической апробации обсуждаемых подходов на примере пассивного радиозондирования ионосферы применительно к анализу состояния ионосферы в период вспышечной активности Солнца на примере сильной ионосферной бури 5-6 Ноября 2023 г.

Практическая значимость. Предложенный подход к проектированию систем пассивного радиозондирования ионосферы может быть использован как в экспериментальной научной работе по изучению вариаций ионосферных параметров в периоды активного и спокойного Солнца, так и в процессе разработки систем ионосферного зондирования промышленного применения.

Митин О.В., Крашенинников И.В. Особенности DUC/DDC SDR в приемном тракте программно-аппаратного комплекса вертикального зондирования ионосферы в период ионосферных бурь // Электромагнитные волны и электронные системы. 2024. Т. 29. № 5. С. 29−38. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202405-05

1. Зыков Е.Ю., Шерстюков О.Н., Акчурин А.Д. Исследовательский ионозонд «Циклон» Казанского университета и программное обеспечение автоматической обработки ионограмм // Гелиогеофизические исследования. 2013. Вып. 4. С. 39–46.
2. Контрольно-измерительные решения для программно-определяемых радиосистем (SDR). Указания по применению. Rhode & Schwarz, 2012.
3. Корляков Д.С., Литвинов С.В. Антенная система ионозонда для совмещенного зондирования ионосферы // Антенны. 2023. № 1. С. 50–62. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202301-03.
4. Митин О.В., Сагадеева М.А., Загребина С.А. Исследование возможности уточнения результатов эмпирических моделей ионосферы локальными данными, получаемыми в режиме реального времени / В кн.: Управление в морских системах (УМС-2022). 15-я мультиконф. по проблемам управления. Матер. конф. СПб., 2022. С. 11–19.
5. Моисеев С.П., Шиндин А.В., Грехнева К.К., Павлова В.А., Тимукин Н.С. Результаты первого месяца непрерывной эксплуатации прототипа быстрого ионозонда вертикального зондирования ИОН-ФАСТ НИРФИ / Всерос. открытые Армандовские чтения: Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн. 2022. № 1. https://cyberleninka.ru/article/n/rezultaty-pervogo-mesyatsa-nepreryvnoy-ekspluatatsii-prototipa-bystrogo-ionozonda-vertikalnogo-zondirovaniya-ion-fast-nirfi
6. Мухин А.Е., Уланов П.Н. Применение FPGA для обработки сигналов в DDC SDR-приемнике II // Высокопроизводительные вычислительные системы и технологии. 2020. Т. 4. № 1. С. 46–50.
7. Koloskov Oleksandr & Kashcheyev Anton & Zalizovski A. & Bogomaz Oleksandr. (2022). Low-cost SDR-based ionosondes as a tool for geospace research. DOI: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.33428.17288
8. Koloskov O., Kashcheyev A., Bogomaz O., Sopin A., Gavrylyuk B., Zalizovski A. Performance Analysis of a Portable Low-Cost SDR-Based Ionosonde. Atmosphere 2023. 14. 159. DOI: https://doi.org/10.3390/atmos14010159
9. Nakata H., Nozaki K., Oki Y. et al. Software-defined radio-based HF doppler receiving system. Earth Planets Space 73, 209 (2021). DOI: https://doi.org/10.1186/s40623-021-01547-5
10. Mitin O.V. Analysis of the Empirical Median Ionosphere Model Constructed Using IRI Local Passive Radiosonding Data. Journal of Computational and Engineering Mathematics. 2023. V. 10. No 2. Р. 52–62. DOI: https://doi.org/10.14529/jcem230205
11. Sagadeeva M.A., Mitin O.V. Construction of observations based on data distorted by interference of various types. Journal of Computational and Engineering Mathematics. 2021.