Sergei Cherniakov - Academia.edu (original) (raw)

Papers by Sergei Cherniakov

Advances in Space Research, 2008

With the advent of modern global networks of dual-frequency Global Positioning System (GPS), tota... more With the advent of modern global networks of dual-frequency Global Positioning System (GPS), total electron content (TEC) measurements along slant paths connecting GPS receivers and satellites at 22,000 km have become the largest data set available to ionospheric scientists. The TEC can be calculated from the time and phase delay in the GPS signal using the GPS Toolkit, but an unknown bias will remain. In addition, UHF/VHF radio beacons on board low-Earth-orbiting satellites can also be used to measure the electron content. However, the TEC measurements are obtained by integrating TEC differences between slant paths, but also contain biases. It is often necessary to use data assimilative algorithms like the Ionospheric Data Assimilation Three-Dimensional (IDA3D), and to treat both GPS-and LEO-beacon TEC measurements as relative data in order to conduct ionospheric studies.

Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2021

Abstract A radiophysical technique is proposed for calculating mesospheric temperatures using exp... more Abstract A radiophysical technique is proposed for calculating mesospheric temperatures using experimental measurements of the frequencies of resonant atmospheric oscillations (the acoustic cutoff frequency and the Brunt–Väisälä frequency). The partial reflection method is used to measure temperatures at sunset and an altitude of 75 km for days when the planetary index of geomagnetic storms was K p ≤ 1. These temperatures are in good agreement with data from other researchers.

For quiet geomagnetic conditions during solar terminator passages results of observations of ampl... more For quiet geomagnetic conditions during solar terminator passages results of observations of amplitude variations of the partial reflection radar signals (the observatory Tumanny of the Polar Geophysical Institute, 69.0N, 35.7E) at the heights of the D-region of the ionosphere are given. Temporary variations of signal amplitudes which were reflected at the height of 75 km and their spectra were analyzed. It was found that the components of the time spectrum of the variations which correspond to resonant frequencies of the atmosphere (the acoustic cut-off and the Brunt-Väisälä ones) in certain cases were intensified. On the basis of the theory of acoustic-gravity waves and the empirical model of neutral structure and temperature of the atmosphere NRLMSISE-00identification of the experimental periods corresponding to the atmospheric resonances has been done and calculation of neutral temperature at the heights of the mesosphere have been carried out. The values of the calculated tempe...

Proceedings of the 43rdAnnual Seminar, 2020

The behavior of the ordinary radio wave amplitude at the frequency of 2.66 MHz of the partial ref... more The behavior of the ordinary radio wave amplitude at the frequency of 2.66 MHz of the partial reflection radar of the Polar Geophysical Institute (Tumanny observatory, Murmansk region, 69.0N, 35.7E) during the appearance of the polar mesospheric summer echoes on August 15, 2015 was considered. Using of radio physical method from the spectra of the amplitude at different heights the mesospheric temperature profile was calculated for the considered data. Significant reductionof temperature values near the heights of the mesopause corresponded to sharp changes in the amplitude spectra of the ordinary wave.

2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP), 2019

The results of a comparative analysis of the electron density in the ionospheric D-region obtaine... more The results of a comparative analysis of the electron density in the ionospheric D-region obtained from experimental measurements using the partial reflection facility at the observatory Tumanny of Polar Geophysical Institute (69.0°N, 35.7°E) with IRI-2016 model electron density for this region were considered. To determine the adequacy of the IRI-2016 model, days with quiet geomagnetic conditions of March 2017 were chosen. Inconsistency between the model and experimental data for the regions with high electron density gradients were revealed. Based on the obtained results, new ways of improving the IRI-2016 model were proposed.

Geomagnetism and Aeronomy

ABSTRACT

Radiophysics and Quantum Electronics

ABSTRACT

Нами сделана попытка сравнить наблюдаемые при спутниковом зондировании ионосферы "негладкост... more Нами сделана попытка сравнить наблюдаемые при спутниковом зондировании ионосферы "негладкость" поведения фазы сигнала ИСЗ с распространением в ионосфере колебаний электронной плотности. Для решения поставленной задачи в ноябре 1990 г. был проведен комплексный эксперимент. Одновременно со спутниковым зондированием, осуществляемом в пос.Верхнетуломский, проводилось вертикальное зондирование ионосферы в 1-минутном режиме с помощью установки "Базис-3-04" в обс.Лопарская. Расстояние по прямой между пос.Верхнетуломским и обс.Лопарская не превышает 60 км, в связи с этим можно полагать, что обе установки анализируют одну и ту же ионосферу. При спутниковом зондировании регистрировался ход фазы спутникового сигнала на частоте 150 МГц и изменение амплитуды этого сигнала во времени. На установке "Базис-3-04" были получены в цифровом виде ионограммы через 1 минуту за периоды, перекрывающие каждый пролет спутника над пос.Верхнетуломский. По полученным ионограммам рас...

Прием когерентных частот 150 и 400 МГц навигационных ИСЗ одновременно в трех геофизически различн... more Прием когерентных частот 150 и 400 МГц навигационных ИСЗ одновременно в трех геофизически различных зонах: среднеширотной (Москва, 55°29' с.ш., 37°20' в.д.), субавроральной (Лехта, 64°26' с.ш., 33°58' в.д.) и авроральной (Верхнетуломский, 68°36' с.ш., 31°46' в.д.) дал возможность построить профили вертикального электронного содержания (ВЭС) для большого интервала широт, а последовательные наблюдения во времени показали картину их изменения. Профили ВЭС рассчитывались по методике /1/, примененной для высоких широт /2,3/. На рис. а показаны некоторые типичные профили ВЭС в авроральной зоне во время суббурь 17-21 марта 1991: 1 - главный ионосферный провал с резкой полярной стенкой, область повышенной ионосферной ионизации и более пологая экваториальная стенка провала; 2 - структура типа "плато" с падением ионизации на южном краю и подъёмом на северном; 3 - северный край "плато" сильно опустился, образовав "авроральный провал". На ри...

Одна из перспективных возможностей тестирования эмпирических моделей ионосферы и их коррекции осн... more Одна из перспективных возможностей тестирования эмпирических моделей ионосферы и их коррекции основана на измерениях полного содержания электронов (ПЭС). Именно такой подход был успешно использован для тестирования международной справочной модели IRI на низких и средних широтах. Сложная неоднородная структура полярной ионосферы "контролируется" инвариантными геомагнитными координатами. С ростом магнитной возмущенности происходит не только изменение электронной концентрации по величине, но и смещение на более южные широты основных крупномасштабных неоднородностей: главного ионосферного провала (ГИП) и экваториальной границы авроральной зоны. Следовательно, модель полярной ионосферы для обеспечения адекватности реальным условиям должна учитывать динамику среды. Нами сделана попытка аналогичной проверки по данным о полном содержании электронов адекватности эмпирической модели СМИ-88 ионосфере высоких широт (Ф' > 45°), где она представлена моделью ААНИИ в области F и мо...

Geomagnetism and Aeronomy

The possibility of deriving the latitude dependence of the total electron content in a vertical c... more The possibility of deriving the latitude dependence of the total electron content in a vertical column from observations of the differential Doppler shift is investigated experimentally. Results of two diurnal measurement series obtained at the Verkhnetulomskaya station are presented, and the diurnal variation of the latitudinal profile is described. Results of calculations of the electron content in the ionosphere based on observations at one and two stations are compared.

Для исследования параметров ионосферных неоднородностей методом полного корреляционного анализа, ... more Для исследования параметров ионосферных неоднородностей методом полного корреляционного анализа, как правило, используют систему из трех разнесенных антенн, не лежащих на одной прямой. С появлением многоантенных приемных систем была обнаружена зависимость получаемых параметров ионосферных неоднородностей от размеров и ориентации треугольной системы антенн. Широкое применение радиопросвечивания ионосферы со спутника для исследования неоднородностей методом полного корреляционного анализа ставит задачу определения влияния размеров приемного треугольника на получаемые параметры ионосферных неоднородностей. Для обработки сигнала использован метод полного корреляционного анализа, описанный в работе. Достоинство этой методики в отличие от традиционной в том, что в ней нет необходимости задавать явный вид квадратичной формы корреляционной функции. Она находится из эксперимента в виде обобщенной временной автокорреляционной функции. Такой способ удобен для расчета параметров ионосферных нео...

В работе, используя прием сигналов от ИСЗ на систему разнесенных в пространстве антенн, проанализ... more В работе, используя прием сигналов от ИСЗ на систему разнесенных в пространстве антенн, проанализирована статистическая надежность результатов, получаемых на основе метода полного корреляционного анализа.

В работе рассмотрена радиотомография крупномасштабных неоднородностей и глобальных структур разме... more В работе рассмотрена радиотомография крупномасштабных неоднородностей и глобальных структур размерами в сотни, тысячи километров электронной плотности в ионосфере. Предложен метод фазоразностной томографии, основанный на использовании данных по ионосферной составляющей доплеровской частоты радиоволны с движущегося источника. Доказана непригодность фазовых методов для определения сложных геофизических структур. Описан эксперимент по радиотомографии глобальных структур, использующий прием сигналов движущегося передатчика на ИСЗ в нескольких приемных точках на Земле, расположенных в плоскости пролета ИСЗ. Приведены первые результаты томографической реконструкции экспериментальных данных, относящихся к авроральной и субавроральной областям ионосферы.

For investigations of the northern part of the auroral zone and the polar cap it was implemented ... more For investigations of the northern part of the auroral zone and the polar cap it was implemented simultaneous observations of the polar ionosphere using two facilities. The first facilities was the ionospheric complex "Basis-3-04" operated in oblique backscattering regime (Loparskaya, 68.37 N, 31.46 E). The second one was a receiving set of coherent signals which were transmitted by navigational satellites (Verkhnetulomsky, 68.36 N, 31.46 E).

На основе наблюдений мерцаний сигналов навигационных спутников показана существенная зависимость ... more На основе наблюдений мерцаний сигналов навигационных спутников показана существенная зависимость функции когерентности второго порядка от геофизических условий. Установлено соответствие между результатами эксперимента и аналитическими расчетами, базирующимися на степенной модели спектра флуктуаций плотности, во всем интервале изменений расстояний для слабых мерцаний и в начальной области в случае сильных мерцаний. Предложено использовать функцию когерентности при решении задач определения характеристик ионосферных неоднородностей.

В обсерватории Лопарская на основе имеющихся данных общего содержания озона (ОСО), полученных на ... more В обсерватории Лопарская на основе имеющихся данных общего содержания озона (ОСО), полученных на станции Мурманск (68.97N, 33.05Е) за весь период наблюдений с 1971-1997 гг., создана электронная база озонометрических данных, которая содержит разовые, среднесуточные, среднемесячные и средние многолетние значения ОСО, а также создан справочник по ОСО для Мурманска и арктического региона. Это позволяет оперативно анализировать озонную обстановку как над Кольским полуостровом, так и в Арктике в целом в зависимости от синоптической ситуации, используя ежедневные аэрологические карты. Данные об ОСО получены путем измерения прямой и рассеянной солнечной радиации в ультрафиолетовом диапазоне стандартными озонометрами с широкополосными светофильтрами по стандартной интегральной методике и представлены в миллиатмосферо-сантиметрах (матм-см) или единицах Добсона (Д.e.).

Geomagnetism and Aeronomy

Abstract. We analyze results of simultaneous observations of the latitudinal profles of the verti... more Abstract. We analyze results of simultaneous observations of the latitudinal profles of the vertical electron content, obtained by radio beaconing of the ionosphere by the navigation satellite signals; of vertical sounding ionograms; and of magnetograms at high latitudes during the 1991 spring equinox. We show that the behavior of the latitude profles, obtained by using the separated receiver method, agrees with the ground,based observation data and allows development of the ionospheric processes to be observed. We discussed the behavior of the profles in quiet geophysical conditions and during substorms, particularly the formation of the main ionospheric trough, the narrow ionization trough, the polar cavity, and anomalous sporadic ionization in the F region.

Advances in Space Research, 2008

With the advent of modern global networks of dual-frequency Global Positioning System (GPS), tota... more With the advent of modern global networks of dual-frequency Global Positioning System (GPS), total electron content (TEC) measurements along slant paths connecting GPS receivers and satellites at 22,000 km have become the largest data set available to ionospheric scientists. The TEC can be calculated from the time and phase delay in the GPS signal using the GPS Toolkit, but an unknown bias will remain. In addition, UHF/VHF radio beacons on board low-Earth-orbiting satellites can also be used to measure the electron content. However, the TEC measurements are obtained by integrating TEC differences between slant paths, but also contain biases. It is often necessary to use data assimilative algorithms like the Ionospheric Data Assimilation Three-Dimensional (IDA3D), and to treat both GPS-and LEO-beacon TEC measurements as relative data in order to conduct ionospheric studies.

Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2021

Abstract A radiophysical technique is proposed for calculating mesospheric temperatures using exp... more Abstract A radiophysical technique is proposed for calculating mesospheric temperatures using experimental measurements of the frequencies of resonant atmospheric oscillations (the acoustic cutoff frequency and the Brunt–Väisälä frequency). The partial reflection method is used to measure temperatures at sunset and an altitude of 75 km for days when the planetary index of geomagnetic storms was K p ≤ 1. These temperatures are in good agreement with data from other researchers.

For quiet geomagnetic conditions during solar terminator passages results of observations of ampl... more For quiet geomagnetic conditions during solar terminator passages results of observations of amplitude variations of the partial reflection radar signals (the observatory Tumanny of the Polar Geophysical Institute, 69.0N, 35.7E) at the heights of the D-region of the ionosphere are given. Temporary variations of signal amplitudes which were reflected at the height of 75 km and their spectra were analyzed. It was found that the components of the time spectrum of the variations which correspond to resonant frequencies of the atmosphere (the acoustic cut-off and the Brunt-Väisälä ones) in certain cases were intensified. On the basis of the theory of acoustic-gravity waves and the empirical model of neutral structure and temperature of the atmosphere NRLMSISE-00identification of the experimental periods corresponding to the atmospheric resonances has been done and calculation of neutral temperature at the heights of the mesosphere have been carried out. The values of the calculated tempe...

Proceedings of the 43rdAnnual Seminar, 2020

The behavior of the ordinary radio wave amplitude at the frequency of 2.66 MHz of the partial ref... more The behavior of the ordinary radio wave amplitude at the frequency of 2.66 MHz of the partial reflection radar of the Polar Geophysical Institute (Tumanny observatory, Murmansk region, 69.0N, 35.7E) during the appearance of the polar mesospheric summer echoes on August 15, 2015 was considered. Using of radio physical method from the spectra of the amplitude at different heights the mesospheric temperature profile was calculated for the considered data. Significant reductionof temperature values near the heights of the mesopause corresponded to sharp changes in the amplitude spectra of the ordinary wave.

2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP), 2019

The results of a comparative analysis of the electron density in the ionospheric D-region obtaine... more The results of a comparative analysis of the electron density in the ionospheric D-region obtained from experimental measurements using the partial reflection facility at the observatory Tumanny of Polar Geophysical Institute (69.0°N, 35.7°E) with IRI-2016 model electron density for this region were considered. To determine the adequacy of the IRI-2016 model, days with quiet geomagnetic conditions of March 2017 were chosen. Inconsistency between the model and experimental data for the regions with high electron density gradients were revealed. Based on the obtained results, new ways of improving the IRI-2016 model were proposed.

Geomagnetism and Aeronomy

ABSTRACT

Radiophysics and Quantum Electronics

ABSTRACT

Нами сделана попытка сравнить наблюдаемые при спутниковом зондировании ионосферы "негладкост... more Нами сделана попытка сравнить наблюдаемые при спутниковом зондировании ионосферы "негладкость" поведения фазы сигнала ИСЗ с распространением в ионосфере колебаний электронной плотности. Для решения поставленной задачи в ноябре 1990 г. был проведен комплексный эксперимент. Одновременно со спутниковым зондированием, осуществляемом в пос.Верхнетуломский, проводилось вертикальное зондирование ионосферы в 1-минутном режиме с помощью установки "Базис-3-04" в обс.Лопарская. Расстояние по прямой между пос.Верхнетуломским и обс.Лопарская не превышает 60 км, в связи с этим можно полагать, что обе установки анализируют одну и ту же ионосферу. При спутниковом зондировании регистрировался ход фазы спутникового сигнала на частоте 150 МГц и изменение амплитуды этого сигнала во времени. На установке "Базис-3-04" были получены в цифровом виде ионограммы через 1 минуту за периоды, перекрывающие каждый пролет спутника над пос.Верхнетуломский. По полученным ионограммам рас...

Прием когерентных частот 150 и 400 МГц навигационных ИСЗ одновременно в трех геофизически различн... more Прием когерентных частот 150 и 400 МГц навигационных ИСЗ одновременно в трех геофизически различных зонах: среднеширотной (Москва, 55°29' с.ш., 37°20' в.д.), субавроральной (Лехта, 64°26' с.ш., 33°58' в.д.) и авроральной (Верхнетуломский, 68°36' с.ш., 31°46' в.д.) дал возможность построить профили вертикального электронного содержания (ВЭС) для большого интервала широт, а последовательные наблюдения во времени показали картину их изменения. Профили ВЭС рассчитывались по методике /1/, примененной для высоких широт /2,3/. На рис. а показаны некоторые типичные профили ВЭС в авроральной зоне во время суббурь 17-21 марта 1991: 1 - главный ионосферный провал с резкой полярной стенкой, область повышенной ионосферной ионизации и более пологая экваториальная стенка провала; 2 - структура типа "плато" с падением ионизации на южном краю и подъёмом на северном; 3 - северный край "плато" сильно опустился, образовав "авроральный провал". На ри...

Одна из перспективных возможностей тестирования эмпирических моделей ионосферы и их коррекции осн... more Одна из перспективных возможностей тестирования эмпирических моделей ионосферы и их коррекции основана на измерениях полного содержания электронов (ПЭС). Именно такой подход был успешно использован для тестирования международной справочной модели IRI на низких и средних широтах. Сложная неоднородная структура полярной ионосферы "контролируется" инвариантными геомагнитными координатами. С ростом магнитной возмущенности происходит не только изменение электронной концентрации по величине, но и смещение на более южные широты основных крупномасштабных неоднородностей: главного ионосферного провала (ГИП) и экваториальной границы авроральной зоны. Следовательно, модель полярной ионосферы для обеспечения адекватности реальным условиям должна учитывать динамику среды. Нами сделана попытка аналогичной проверки по данным о полном содержании электронов адекватности эмпирической модели СМИ-88 ионосфере высоких широт (Ф' > 45°), где она представлена моделью ААНИИ в области F и мо...

Geomagnetism and Aeronomy

The possibility of deriving the latitude dependence of the total electron content in a vertical c... more The possibility of deriving the latitude dependence of the total electron content in a vertical column from observations of the differential Doppler shift is investigated experimentally. Results of two diurnal measurement series obtained at the Verkhnetulomskaya station are presented, and the diurnal variation of the latitudinal profile is described. Results of calculations of the electron content in the ionosphere based on observations at one and two stations are compared.

Для исследования параметров ионосферных неоднородностей методом полного корреляционного анализа, ... more Для исследования параметров ионосферных неоднородностей методом полного корреляционного анализа, как правило, используют систему из трех разнесенных антенн, не лежащих на одной прямой. С появлением многоантенных приемных систем была обнаружена зависимость получаемых параметров ионосферных неоднородностей от размеров и ориентации треугольной системы антенн. Широкое применение радиопросвечивания ионосферы со спутника для исследования неоднородностей методом полного корреляционного анализа ставит задачу определения влияния размеров приемного треугольника на получаемые параметры ионосферных неоднородностей. Для обработки сигнала использован метод полного корреляционного анализа, описанный в работе. Достоинство этой методики в отличие от традиционной в том, что в ней нет необходимости задавать явный вид квадратичной формы корреляционной функции. Она находится из эксперимента в виде обобщенной временной автокорреляционной функции. Такой способ удобен для расчета параметров ионосферных нео...

В работе, используя прием сигналов от ИСЗ на систему разнесенных в пространстве антенн, проанализ... more В работе, используя прием сигналов от ИСЗ на систему разнесенных в пространстве антенн, проанализирована статистическая надежность результатов, получаемых на основе метода полного корреляционного анализа.

В работе рассмотрена радиотомография крупномасштабных неоднородностей и глобальных структур разме... more В работе рассмотрена радиотомография крупномасштабных неоднородностей и глобальных структур размерами в сотни, тысячи километров электронной плотности в ионосфере. Предложен метод фазоразностной томографии, основанный на использовании данных по ионосферной составляющей доплеровской частоты радиоволны с движущегося источника. Доказана непригодность фазовых методов для определения сложных геофизических структур. Описан эксперимент по радиотомографии глобальных структур, использующий прием сигналов движущегося передатчика на ИСЗ в нескольких приемных точках на Земле, расположенных в плоскости пролета ИСЗ. Приведены первые результаты томографической реконструкции экспериментальных данных, относящихся к авроральной и субавроральной областям ионосферы.

For investigations of the northern part of the auroral zone and the polar cap it was implemented ... more For investigations of the northern part of the auroral zone and the polar cap it was implemented simultaneous observations of the polar ionosphere using two facilities. The first facilities was the ionospheric complex "Basis-3-04" operated in oblique backscattering regime (Loparskaya, 68.37 N, 31.46 E). The second one was a receiving set of coherent signals which were transmitted by navigational satellites (Verkhnetulomsky, 68.36 N, 31.46 E).

На основе наблюдений мерцаний сигналов навигационных спутников показана существенная зависимость ... more На основе наблюдений мерцаний сигналов навигационных спутников показана существенная зависимость функции когерентности второго порядка от геофизических условий. Установлено соответствие между результатами эксперимента и аналитическими расчетами, базирующимися на степенной модели спектра флуктуаций плотности, во всем интервале изменений расстояний для слабых мерцаний и в начальной области в случае сильных мерцаний. Предложено использовать функцию когерентности при решении задач определения характеристик ионосферных неоднородностей.

В обсерватории Лопарская на основе имеющихся данных общего содержания озона (ОСО), полученных на ... more В обсерватории Лопарская на основе имеющихся данных общего содержания озона (ОСО), полученных на станции Мурманск (68.97N, 33.05Е) за весь период наблюдений с 1971-1997 гг., создана электронная база озонометрических данных, которая содержит разовые, среднесуточные, среднемесячные и средние многолетние значения ОСО, а также создан справочник по ОСО для Мурманска и арктического региона. Это позволяет оперативно анализировать озонную обстановку как над Кольским полуостровом, так и в Арктике в целом в зависимости от синоптической ситуации, используя ежедневные аэрологические карты. Данные об ОСО получены путем измерения прямой и рассеянной солнечной радиации в ультрафиолетовом диапазоне стандартными озонометрами с широкополосными светофильтрами по стандартной интегральной методике и представлены в миллиатмосферо-сантиметрах (матм-см) или единицах Добсона (Д.e.).

Geomagnetism and Aeronomy

Abstract. We analyze results of simultaneous observations of the latitudinal profles of the verti... more Abstract. We analyze results of simultaneous observations of the latitudinal profles of the vertical electron content, obtained by radio beaconing of the ionosphere by the navigation satellite signals; of vertical sounding ionograms; and of magnetograms at high latitudes during the 1991 spring equinox. We show that the behavior of the latitude profles, obtained by using the separated receiver method, agrees with the ground,based observation data and allows development of the ionospheric processes to be observed. We discussed the behavior of the profles in quiet geophysical conditions and during substorms, particularly the formation of the main ionospheric trough, the narrow ionization trough, the polar cavity, and anomalous sporadic ionization in the F region.