Наукові результати

Основні результати відділу за весь час

Дослідження Землі з космосу

З початку 1980-х рр. у відділі починається розробка космічного радіолокатора бічного огляду і скануючого радіометра для вивчення океану і льодів.

Одночасно у відділі створюється літаковий комплекс апаратури, що складається з радіолокатора бічного огляду сантиметрового діапазону (РБО-3) і скануючого восьмиміліметрового радіометра (РМ-08) з оперативною обробкою інформації на борту, аналог космічної системи. У перших же експериментах підтверджена ефективність запропонованої в ІРЕ АН УРСР системи для вивчення океану і льодів [1].

Спільне використання інформації РБО-3 і РМ-08 принципово мало б забезпечити отримання даних про стан морської поверхні і льодів, глибших, ніж дані кожного окремо взятого датчика. У ряді ситуацій ці можливості були проілюстровані, проте інформативність радіометричних систем виявилася набагато меншою, ніж очікувалося. У цей період отримано переконливі дані про можливості радіолокаційних спостережень льодів. Результати цих досліджень переконали співробітників відділу в перспективах радіолокаційних спостережень льодів з космосу. Вжиті численні спроби теоретично інтерпретувати дані зондування льодів, на жаль, не привели до створення адекватної моделі і методів розрахунку. Явище розсіювання льодами виявилося багато складнішим, ніж розсіяння морем. Разом з тим виконані дослідження показали перспективи вирішення широкого кола завдань по вивченню океану і льодів з космосу.

У 1983 р. запущений ШСЗ Космос-1500 (рис.1) з першим вітчизняним оперативним РБО зі смугою огляду близько 500 км і просторовою роздільністю 1-2 км [2].

Параметри РБО Космос-1500 (див. табл.1) обрано оптимальними для вивчення мезомасштабних процесів в океані і льодах, що забезпечувало можливість контролю основних взаємодій в системі океан-атмосфера, основних процесів льодоутворення і динаміки льодових покривів.

Рис 1. Космічний апарат «Космос – 1500» з радіофізичної апаратурою дистанційного зондування Землі на борту (ВДНГ СРСР)

Таблиця 1

Параметри	РБО-3
Довжина хвилі, см	3,1
Поляризація	ВВ
Діапазон кутів спостереження	20°-46°
Ширина ДС антени: в азимутальній площині в угломестной площині	0,2° 42°
Просторова роздільна здатність, км: при передачі по М- лінії при передачі по ДМ-лінії	2 х 2,5 0,8 х 2,5
Чутливість приймача, дБ / Вт	-140
Потужність передавача	100 КВт
Тривалість імпульсу, мкс	3
Частота повторення імпульсів, Гц	100
Висота орбіти ШСЗ, км	650
Нахил орбіти	82,6°
Смуга огляду, км	450

Висока оперативність системи досягалася як вибором параметрів, так і обробкою інформації на борту і передачею її в міжнародному стандарті АРТ на широку мережу споживачів (у тому числі і на автономний пункт прийому та обробки космічної інформації в ІРЕ).

Розробка РБО і скануючого радіометра була передана НДІ радіовимірюваннь для промислового виготовлення. НДІРВ виготовив системи ШСЗ Космос-1766, 1899, Океан, перших українських національних систем ДЗЗ Січ-1, Січ-1м.

Починаючи з середини 1980-х рр. відділ приступив до розробки концепції побудови багатоцільових аерокосмічних оперативних радіолокаційних систем (БРЛК), що забезпечували спостереження океану, льодів і суші. Ця система планувалася до установки на ДОС “Мир” [3].

Пізніше запропоновано вирішення і виконано оцінку інформативності різних ра-діолокаційних систем дистанційного зондування. Було показано, що максимальну інформативність має комплекс, що складається з РБО, РСА і скатерометра. Відповідно до запропонованої концепції в період 1987-1990 рр. відділом спільно з ЦСКБ (Самара) і КБ “Південне” були виконані розробки перспективного варіанта багатоцільового радіолокаційного комплексу. Цю комплектацію було запропоновано до установки на національний супутник дистанційного зондування.

Багатоцільовий авіаційний радіолокаційний комплекс.

Паралельно з розробкою космічного варіанту створювався літаковий багатоцільової авіаційний радіолокаційний комплекс (МРЛК – «МАРС») [4]. Він був призначений як для забезпечення наукових досліджень, так і для виконання експлуатаційних робіт. Склад і параметри комплексу вибиралися також на основі запропонованої концепції (рис.2, табл. 2).

Реалізація активної фазованої ґратки (АФАҐ) дозволила вирішити комплекс проблем: компенсація еволюції носія; високий енергетичний потенціал РСА; оперативна обробка інформації на борту. Запропоноване рішення виключило необхідність управління супутником для компенсації траєкторних спотворень. Необхідно зазначити, що застосовані рішення дозволили досягти смуг огляду, перевищуючих смуги більшості космічних РСА, існуючих на тій момент.

Рис.2 Літак – лабораторія МРЛК ІЛ-18Д

Таблиця 2

Параметри	РБО-0.8	РБО-3	РСА-23	РСА-180
Довжина хвилі, см	0.8	3	23	180
Тривалість імпульсу, мкс стисненого ЛЧМ імпульсу розтягнутого ЛЧМ імпульсу	0.15	0.15	0.15 7	0.25 28
Потужність випромінювання імпульсу, кВт	50	100	1.5	0.3
Ширина спектра, МГц	6.5	6.5	12	6.5
Частота повторення імп., Гц	1000	1000	1000	1000
Чутливість приймача, Вт	10^-12	10^-13	10^-14	5х10^-14
Коефіцієнт посилення антени, дБ	33	30	19,4	11
Ширина ДС антени, град: в азимутальній площині в кутомісцевій площині	0.3 50	0.6 42	3.6 63	35 70
Тип антени	АДИ	ХЩ	АФАГ	ФАГ
Поляризація	ВВ, ГГ, ВГ	ВВ	ВВ, ГГ, ВГ, ГВ	ВВ, ГГ, ВГ, ГВ
Смуга огляду, км	15	2 х 45	15, 30	30, 60
Початковий кут огляду, град	20	20	20	20
Дозвіл, м	30…50*	20…50*	25…50* 2.5…25**	50…100* 10…50**

* Цифрова бортова обробка

** Цифрова наземна обробка

Застосування оригінальних систем калібрування потенціалу РБО і РСА з використанням ліній затримок на НВЧ дозволило досягти точності вимірювань до 2 дБ, що забезпечувало потреби більшості вимірювань параметрів об’єктів природного середовища [5].

Створення конформних антен для всіх систем, включаючи РСА 1,8 м, дозволило зберегти льотні якості літака, що має принципове значення для вивчення важкодоступних районів.

На борту був літака встановлено пункт прийому космічної інформації і створено радіоканал для оперативної передачі одержуваної інформації на Землю споживачам.

Багатоцільовий літаковий радіолокаційний комплекс розроблено А.І. Калмиковим, В.М. Цимбалом, О.С. Курекіним, О.Я. Матвєєвим, В.В. Іголкіним, М.В. Васильєвим, Г.І. Клочко, В.І. Зельдісом, А.С. Левдою, С.А., Шило, В.Ю. Левантовським, А.І. Логвіненко, В.Б. Єфімовим, О.С. Гавриленко, Л.В. Єленським, С.Є. Яцевичем та ін.

Практичне використання аерокосмічної інформації.

За своїми технічними характеристиками космічний РБО-3 не мав аналогів при практичному вивченні океану і льодів. Хоча системи Seasat, Shattle, згодом ЕRS-1, Radarsat та ін. мали високі потенційні характеристики, практичне використання їхньої інформації виявилося ефективним лише для суші. Ефективність РБО «Космос-1500» ґрунтувалася, насамперед, на використанні результатів фундаментальних досліджень і підтверджена на практиці.

Так, в 1983 р. за даними РБО Космос-1500 врятовано з кризового становища в важких льодах караван суден в Арктиці (протока Лонга) – рис.3.

У 1984 р. виявлено ураган Diana на узбережжі США, проведено синхронні літакові (США) і космічні (СРСР) експерименти, визначено точністні можливості вимірювання параметрів вітру (рис.4).

У 1985 р. проведено операцію з порятунку судна “Михайло Сомов”, затертого в льодах Антарктики – рис.5.

У 1986 р. патрулювали відкол шельфового льодовика в Антарктиді зі станцією “Дружна-1”.

У 1988 р. за даними РБО Космос-1766 спостерігався процес танення снігів у Дніпровському каскаді. Велика кількість снігів загрожувала катастрофічною повінню і, побоюючись її, адміністративні органи збиралися спустити водосховища на Східній Україні. Було б завдано величезної матеріальної та екологічний шкоди. Небезпека повені погіршувалася Чорнобильською катастрофою. Інформація РБО оперативно використовувалася в штабі паводкової ситуації і дозволила уникнути подібних втрат у Дніпровському каскаді водосховищ (рис.6).

У процесі досліджень з космічними РБО отримано ряд фундаментальних результатів. Спільні синхронні спостереження хмарних структур за допомогою оптичного сканера і поверхні океану за допомогою інформації РБО дозволили встановити, що всі основні процеси в системі океан – атмосфера проявляються на поверхні океану в зміні структури поля хвилювання (вітру). Саме цим методом ідентифіковано серпоподібні структури в радіолокаційних зображеннях океану, які проявилися у вигляді конвективних осередків. Одним з яскравих результатів стала розробка методики вимірювання енергетичних параметрів вихороподібних структур в системі океан – атмосфера, зокрема, вимірювання потужності тропічних циклонів (ураганів, тайфунів). Це дозволяє задовго до виходу ураганів на сушу виміряти їх потужність і оцінити їх небезпеку, прийняти необхідні заходи. На підставі проведених досліджень з’явилася принципова можливість виявлення зародження ураганів та їх розвитку.

Згодом спільно з фахівцями НАСА (США) запропоновано комплексувати інформацію РБО ШСЗ типу Космос-1500 / Океан, яка дозволяє оцінювати параметри ураганів в океані, з даними супутника ТRММ, що вимірює інтенсивність зливових дощів після виходу урагану на сушу. Спільні оптичні та радіолокаційні спостереження дозволили виявити вельми цікаві кільцеві підповерхневі структури в льодовиках Антарктиди і в Сахарі.

Радіолокаційні зображення РБО ШСЗ Космос-1500 використано для складання першої радіолокаційної карти Антарктиди, на якій виявляються відколи льодовиків, айсберги, розломи, підповерхневі геологічні структури. Цей напрямок являє собою інтерес у зв’язку з участю України в освоєнні Антарктиди.

а)

б)

Рис. 3. Порятунок каравану суден у протоці Лонга (1983р.) Радіолокаційне (а) зображення і тематична карта (б), на якій зазначено місце розташування судів і шлях їх виходу з льодового полону

Рис. 5 Порятунок судна «Михайло Сомов» (1985р.), Затертого в льодах Антарктики. Радіолокаційне (а) зображення і тематична карта (б) на якій зазначено місце розташування судна і шлях криголама «Владивосток» при виведенні його по тріщинах в льоду на чисту воду

а)

б)

а)

б)

Рис.4 Радіолокаційне (а) зображення тропічного циклону і тематична карта (б) із зображенням «ока тайфуну» і умовними позначеннями швидкостей вітру

Рис. 6 Розподіл снігового покриву на території України за даними ШСЗ Січ – 1 (а – радіолокаційне зображення, б – тематична карта)

З метою широкомасштабного використання інформації радіолокаторів типу Космос-1500 / Океан було підготовлено методичні матеріали з дешифрування інформації по морю і кригам, а також методичний посібник для країн – учасниць програми «Інтеркосмос», а всі матеріали, що стосуються як створення радіолокатора, так і його експлуатації та обробки даних було узагальнено в монографії [6].

Використання радіолокаторів різних діапазонів дозволяло вирішувати широке коло наукових і практичних завдань. У вивченні моря це дозволило одночасно аналізувати стан капілярних, гравітаційно-капілярних і гравітаційних хвиль, на підставі чого в сантиметровому діапазоні вимірювалося поле приводного вітру, а в дециметровому – просторовий спектр хвилювання. Багаточастотне зондування дозволило по-новому вирішувати екологічні завдання. Наприклад, у запропонованій технології інформація РБО трисантиметрового діапазону використовується для виявлення факту розливу нафти, а дециметровий РСА дозволяє виділяти найбільш небезпечні ділянки товстих плівок (рис.7).

Завдання діагностики льодів також ефективно вирішувалися БРЛК. За допомогою дециметрового і метрового РСА виявляються айсберги, визначається стан льодів в літній період, що в сантиметровому діапазоні виявляється скрутним. При вивченні льодовиків багаточастотне зондування дозволяє провести пошарову діагностику їх структури до глибин в кілька кілометрів. Це дозволяє виявляти тріщини, розломи, геологічні структури.

Що стосується спостережень суші, то багаточастотне зондування дозволяє розділити внесок у зворотнє розсіяння рослинністі і ґрунта. Так, відбиття на 8 мм формуються верхньою межею рослинності. На 3 см (рис.8) – шаром рослинності і іноді навіть верхнім шаром грунту. На 23 см – шаром грунту товщиною до декількох метрів На 1,8 м – шаром глибиною від декількох метрів до сотні метрів. Таке пошарове спостерігання дозволяє розділити поверхневі і підповерхневі відбиття, що забезпечує можливость вирішення задач підповерхневого зондування. При цьому глибина спостерігання становить від кількох метрів до сотні метрів залежно від вологості ґрунту (рис.9).

Літак Іл-18Д, обладнаний БРЛК, неодноразово забезпечував навігацію в Арктиці, за його допомогою контролювалися родовища нафти і газу на шельфі, виявлені газоносні соляні куполи в Харківській області, виконувалося екологічне патрулювання морської економічної зони та ін. Коло завдань, що вирішуються БРЛК, досить широке, що робить раціональним його використання в інтересах України і міжнародної співпраці.

Об’єктами зйомки були різні поверхні що підстелюють в лісостеповій та степовій зонах України, тайгові зони Забайкалля, деякі райони Далекого Сходу, піски Кара-Кумів, гори Кавказу, Паміру і передгір’я Капет-Дага, заплави великих і малих річок, внутрішні водойми, зрошувальні канали, заболочена місцевість, засніжені райони Заполяр’я, тундра, геологічні об’єкти. Отримано матеріали по районах екологічних катастроф в районі Чорнобильської АЕС, Аральського моря, затоки Кара-Богазгол. Проводилися зйомки забруднень нафтопродуктами в районі Баку («Нафтові камені») з різноманітними товщинами нафтових плівок. На морях Тихого і Північного Льодовитого океанів (Японське, Охотське моря з островами, Баренцове, Карське, Лаптєвих та ін.) Проводились вимірювання параметрів морського хвилювання і льодової обстановки (рис.10). Отримано матеріали по льодовиках на Новій Землі і Землі Франца Йосипа і ряду інших (рис. 11).

Крім цього для ряду тестових полігонів було отримано гідрометеорологічну інформацію і наземні дані, отримані синхронно зі зйомкою з літака. Відбиралися проби ґрунту і рослинності з метою отримати дані про фізикохімічні і геометричні параметри поверхні, що підстелює. Ці додаткові дані дозволили по-новому підійти до створення емпіричних і теоретичних моделей відбиття від різноманітних типів поверхонь, що підстелюють.

а)

б)

в)

Рис.7. Контроль забруднень морської поверхні нафтопродуктами на Каспійському морі в районі «Нафтові камені». РБО СМ – (а), РСА ДМ – (б), тематична карта – (в)

а)

б)

г)

Рис. 8 Сезонні радіозображення с/г територій в Харківській області, отримані РБО СМ в серпні (а) і жовтні

Рис.9 Багаточастотні зображення (а – РБО СМ, б – РСА ДМ, в-РСА – М) і тематична карта (г) алмазоносного району в Архан-гельській області

а) б) в) г)

а) б) в)

Рис. 10 Багаточастотні зображення морських льодів різного віку (а -РБО 3, б – РСА 23, в – РСА 180), тематична карта віку льоду виконана за міжнародними гляціологічними стандартами – г

Рис.11 Багаточастотні зображення льодовиків на землі Франца – Йосипа (а -РБО 3, б – РСА 23, в – РСА 180)

Літакові дослідження, забезпечуючи наукові потреби, послужили і для відпрацювання методик обробки і дешифрування інформації для споживачей, дозволили розв’язувати різні народно-господарські завдання.

Дослідження з борту літака-лабораторії тривали до 1995 р. і були завершені з причин припинення фінансування.

Основні наукові результати, отримані співробітниками Інституту в процесі роботи над апаратурними комплексами, в області теоретичних досліджень, обробки результатів, впровадження отриманих даних споживачеві представлено в працях [7-46].

Таким чином, розпочате більше 40 років тому вивчення фізичної природи розсіювання НВЧ радіохвиль морською поверхнею, послужило основою нового наукового напрямку в Академії наук України – радіофізичних досліджень природного середовища Землі з аеро-космічних носіїв. Відмінною особливістю робіт у цьому напрямку стало поєднання фундаментальних досліджень з розробкою на основі їх результатів нової апаратури дистанційного зондування.

Широке коло наукових і практичних завдань вирішено з використанням розробленого першого вітчизняного космічного радіолокатора бічного огляду ШСЗ Космос-1500, який впроваджено згодом до Державної космічної оперативної експлуатаційної системи Океан, першого національного Українського супутника дистанційного зондування «Січ-1». Пізніше цю систему запропоновано використовувати для виявлення критичних ситуацій та природних катастроф в інтересах світової спільноти.

У цей же період у відділі відкривається новий напрям, який очолив доктор фізико-математичних наук, професор О.П. Ніколаєнко – дистанційне зондування навколишнього середовища пасивними методами. Об’єктами досліджень є світова грозова активність, космічна погода і поширення ННЧ-ДНЧ радіовипромінювання в хвильоводі Земля – іоносфера. До складу групи увійшли старші наукові співробітники, кандидати фізико-математичних наук Л.М. Рабинович, В.А. Рафальський і О.В. Швець, пізніше до досліджень була залучена молодий співробітник О.І. Яцевич.

В рамках роботи гранту ІНТАС проводилися дослідження шуманівськго резонансу спільно з колегами з Росії, Ізраїлю та Швеції. У 1998 р був організований пункт спостережень в Карелії, робота якого продовжується і в даний час, що забезпечує отримання довготривалих рядів експериментальних даних по шуманівському резонансу. У співпраці з японськими і російськими колегами проводяться пошукові роботи з дистанційного виявлення електромагнітних провісників землетрусів.

Серед фундаментальних наукових результатів, отриманих в той період слід відмітити наступні:

було показано, що розщеплення власних частот електромагнітного резонанса під впливом геомагнітного поля дійсно спостерігається експериментально;
виявленіо і досліджено зміни в сигналах глобального резонансу, які пов’язані зі змінами «космічної погоди»;
вирішено зворотні задачі з відновлення просторового розподілу мірової грозової активності, що використовують як дані шумановского резонансу, так і розподіл кутів приходу ННЧ-НДВ атмосфериків.

У 1999 році в колектив влилася група співробітників 32 відділу на чолі з доктором фізико-математичних наук В.К. Івановим, який очолює відділ дистанційного зондування Землі і по теперішній час.

Основна тематика відділу не зазнала істотних змін – це в першу чергу дистанційні методи і засоби дослідження природного середовища Землі і ряд нових напрямків, пов’язаних з дистанційними методами діагностики та вивчення дії електромагнітного випромінювання на живі організми і людину.

СУЧАСНИЙ ПЕРІОД

У 2005-2014 рр. під керівництвом завідувача відділом В.К. Іванова виконувалися роботи за основними, традиційним для відділу, науковими напрямками:

дистанційне зондування поверхні Землі з аерокосмічних носіїв радіофізичними методами (Цимбал В.Н., Яцевич С.Є, Матвєєв О.Я.);
низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища (О.П. Ніколаєнко, О.В. Швець);
дослідження розповсюдження УКХ в неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткою поверхнею (В.М. Шаляпін, Ю.В. Левадний);
дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами (О.М. Стадник , О.О. Сілін).

У цей період були розпочаті нові наукові напрямки: вивчення проявів надзвичайних ситуацій на морській поверхні і суші методами ДЗЗ (Матвєєв О.Я). Фокусування електромагнітного випромінювання в середовищах з штучними матеріалами (О.М. Стадник, О.О. Сілін). Вивчення впливу дощів на поширення зондуючих радіосигналів міліметрового і субміліметрового діапазонів і розробка досконалих дождемірних метеоприладів (Ю.І. Малишенко).

За результатами робіт виконаних з борту літака лабораторії сформовано банк радіолокаційних відбитків та даних контактних вимірювань, на основі якого встановлено взаємозв’язок багаточастотних радіолокаційних зображень з широким спектром ґрунтових характеристик. Розглядаються питання впливу рослинного покриву і лісів при наявності складного рельєфу місцевості, наявності об’ємних розсіювачів, широкого спектра шорсткостей поверхні на розсіяний сигнал при дистанційних методах зондування Землі.

Триває робота з вивчення можливості застосування природних сверхнизькочастотних ЕМ випромінювань, що порушуються розрядами блискавок в порожнині Земля-іоносфера для діагностики навколишнього середовища.

При вивченні проблеми діелектричних властивостей різних матеріалів природного походження, в тому числі біологічних тканин, розроблено та апробовано нові технічні рішення, проведено натурні експерименти, накопичено банк нових експериментальних даних про величини діелектричної проникності тканин і органів с/г тварин, експериментально апробовано сучасний більш гуманний і більш оперативний спосіб стерилізації репродуктивних органів с/г тварин.

За останні 10 років колективом відділу було отримано ряд фундаментальних ре-зультатів в області створення методів дистанційного моніторингу катастрофічних явищ на суші і морі. Так, результати відпрацювання (за допомогою авіаційного комплексу дистанційного зондування АКДЗ-30) методики комбінованої (в умовах сухого осіннього сезону) добової і сезонної радіолокаційно-радіотеплової (термальної ІК) авіаційної зйомки покритих травостієм меліорованих ґрунтів показали, що з її допомогою може бути вирішена задача виявлення низки небезпечних катастрофічних процесів – поверхневого та підповерхневого перезволоження (в результаті неробочого стану дренажних каналів) ґрунту (раніше осушених заболочених ділянок), а також підземних осередків низькотемпературного окислення і самонагріву органічних речовин (у тому числі торфу), який їх самозайманням на ділянках, що переосушені[47]. (Цимбал В.М., Матвеєв О.Я., Яцевич С.Є. і Бичков Д.М.)

Експериментальні результати дозволили створити метод виявлення та картографування в районах підтоплення і заболочення шляхів міграції ґрунтових вод по прихованим зонам алювіальних відкладень, пов’язаним з руслами древніх річок, що дозволяє (при поєднанні з підповерхневим георадарним зондуванням) визначати перепіз таких зон міграції та оцінювати їх фільтруючу здатність [48]. (Іванов В.К, Цимбал В.М., Яцевич С.Є., Бичков Д.М.)

Отримано результати перших експериментів з відпрацювання методики програмної ідентифікації катастрофічних підповерхневих процесів – перезволоження грунту, низькотемпературного саморозігріву і загоряння органічних речовин (торфу, сіна, соломи тощо) на раніше осушених заболочених ґрунтах на основі даних термальної ІК і радіолокаційної зйомки. Результати комп’ютерної процедури тривимірної кластеризації даних комбінованої добової радіолокаційно-радіотеплової авіаційної зйомки свідчать про надійний поділ кластерів і впевнене співвіднесення (для обраниої ділянки) отриманих кластерів з результатами експертних оцінок. (Іванов В.К., Цимбал В.М., Яцевич С.Є., і Бичков Д.М.)

Співробітниками відділу також запропоновано і обґрунтовано нові супутникові радіолокаційний методи діагностики катастрофічних явищ, пов’язаних з аварійними розливами нафти на морській поверхні і хвилями сейсмічного походження.

При цьому, розроблено методику реалізації та перевірки радіолокаційного багатокутового методу дистанційного зондування, як за даними одночастотного методу, так і з залученням нової моделі розтікання нафти по морській поверхні, що підтверджує можливість використання методу для оперативного вимірювання товщини нафтової плівки на морській поверхні. Для збільшення достовірності верифікації необхідно додавати дані радіометричних і контактних вимірювань [49]. (А. Г. Боєв, О. Я. Матвєєв, В.М. Цимбал)

Для створення методу дистанційного радіолокаційного виявлення морських сейсмічних хвиль було розв’язано задачу впливу таких хвиль на спектр короткохвильового ветрового хвилювання (вітрової брижі), що розсіює зондуючі радіохвилі. При цьому вираз для радіоконтрасту вітрової брижі, що розвивається на довгій сейсмічної хвилі, було розроблено на основі лінійної, але більш загальної гідродинамічної задачі про взаємодії коротких хвиль з довгою хвилею, з урахуванням тиску вітру, в’язкості, повного поля швидкостей рідини в довгій хвилі. Запропонована гідродинамічна модель впливу сейсмічної хвилі на вітрове хвилювання є найменш інерційною. Дана модель дозволяє пояснити вплив вітрової брижі на сейсмічні хвилі типу цунамі, що швидко розповсюджуються. Отримані експериментальні результати підтверджують можливість радіолокаційної діагностики проявів небезпечних сейсмічних хвиль.

Проведений аналіз показав, що морські хвилі сейсмічного походження при зондуванні в сантиметровому діапазоні довжин радіохвиль характеризуються позитивними величинами радіоконтрастів на задньому схилі хвилі і негативними – на передньому. Їх величини, і це підтверджено радіолокаційними даними РБО ШСЗ “Січ-1”, достатні для впевненого виявлення навіть відносно слабких проявів сейсмічних хвиль з аерокосмічних носіїв. (А. Г. Боєв, О. Я. Матвєєв, В.М. Цимбал)

Для вирішення завдань дистанційного зондування Землі у відділі з участю Іванова В.К., Пащенко Р.Е., Cтадніка О.М., Яцевича С.Є. використано методи фрактальної обробки інформації. На основі побудови поля фрактальних розмірностей радіолокаційнихних зображень показано можливість відокремлення різних типів природних об’єктів. Для аналізу використано багаточастотну інформацію, отриману літаковими і супутниковими радіолокаторами в міліметровому, сантиметровому, дециметровому і метровому діапазонах довжин хвиль.

Проведений аналіз дозволив виділити характерні типи лісових масивів, сіль-скогосподарчих угідь, дороги, ерозійні особливості місцевості, межі снігового покриву і його області з різним вмістом вологи, визначити кордон лід-море і області течій з різною фрактальної структурою, а також здійснити сегментацію меж областей забруднення морської поверхні і виділити зони циклону, що мають різні енергетичні характеристики [50].

У відділі розроблено систему управління розподіленими базами даних дистанційно-ного зондування землі, яка: дозволяє на відміну від існуючих в даний час систем, зберігати й обробляти в підтримуваних системою базах даних радіолокаційну інформацію дистанційного зондування землі великих обсягів; забезпечує доступ до радіолокаційних зображень в реальному масштабі часу для забезпечення користувачів інформаціїєю дистанційного зондування Землі.

При дослідженні фрактального трафіку в телекоммунікацііонних системах передачі даних ДЗЗ виконано: моделювання фрактального шуму і броунівського руху, що спостерігається в мережевих буферах і при передачі великих файлів; досліджено характер побудови черг при мережевому проектуванні; побудовано модель мережевого процесу з урахуванням компенсації втрати пакетів інформації. Розроблено нові методи управління інформаційними потоками в телекомунікаційних мережах обміну та обробки даних ДЗЗ [51]. (Кучук Г.А.)

У результаті порівняння даних вимірювань і обчислень доведено розщеплення ліній глобальних електромагнітних (шуманівських) резонансів [52]. Зняття резонансного виродження, як правило, не видно в звичайному спектрі потужності електричного або магнітного поля, так як розщеплення мало в порівнянні з природною шириною резонансних ліній. Розділення може бути виявлено шляхом використання просторової структури полів і/або еліптичної поляризації магнітного поля. Просторові властивості було використано в синхронних і послідовних вимірах вертикального електричного поля в двох обсерваторіях. Зняття виродження також проявляється в якості частотно-залежної еліптичної поляризації горизонтальній компоненти вектора магнітного поля, яка була виявлена експериментально.

Вперше глобальний розподіл блискавок було отримано в результаті рішення зворотної задачі для природного електромагнітного фонового поля наднизької частоти (ННЧ), виміряного одночасно на трьох станціях: Лехта (Карелія, Росія), Моширі (Хоккайдо, Японія) і Вест Гринвіч (Род-Айленд , США) [53]. Ми використовували двоетапний метод, що складається з: (1) інверсії спектрів ННЧ поля в розподіл джерел по дальності для кожної станції мережі і (2) обробки отриманих розподілів в якості проекцій в методі томографічної реконструкції. Структура вихідних розподілів по дальності, отриманих з експериментальних спектрів поля, змінюється протягом дня характерним чином для кожної станції, що може бути пояснено перерозподілом активності джерел в тропічних континентальних районах, так званих світових грозових центрах. Порівняння отриманих розподілів джерел і супутникових даних показало задовільну згоду, яка підтверджує працездатність методики інверсії для картування глобального розподілу блискавок по поверхні Землі.

Для аналізу даних, отриманих в трьох обсерваторіях, було також застосовано роба-стну методику, яка відокремлює варіації інтенсивності поля в універсальному та місцевому часі [54]. Середньодобові варіації було отримано для кожного місяця за період з серпня 1999 по грудень 2001 для кожної обсерваторії. Добові варіації для окремих місяців повторюються з року в рік, що свідчить про те, що просторово-часовий розподіл глобальних гроз щорічно відтворюється з незначними відхиленнями. Інший метод, заснований на геометричному усередненні записів, було використано для отримання альтернативних оцінок глобальної інтенсивності гроз. Результати, отримані в обох методах, показують виняткову подібність.

За спостереженнями глобального електромагнітного (шуманівського) резонансу виявлено модифікацію іоносфери в результаті гамма спалаху від SGR 1806-20 (27 грудня 2004) [55]. Гамма-промені знизили іоносферу на денній стороні земної кулі і модифікували спектри шуманівською резонансу. Гамма-спалах модифікував ток глобального електричного кола і, таким чином, став причиною “параметричного” ННЧ перехідного процесу. Результати моделювання порівнювалися зі спостереженнями і дозволили оцінити зміни в глобальному електричному колі. (Ніколаєнко О.П., Швець О.В., Яцевич О.І.)

У 2014-му році у видавництві Springer опубліковано монографію [56] в якій подано як теоретичні основи, так і результати новітніх досліджень шуманівського резонансу. Розглянуто такі проблеми: методи експериментальних спостережень шуманівських резонансів; виявлення іоносферних збурень, пов’язаних з сонячними протонними подіями, надпотужним гамма-спалахом, а також викликаних сейсмічною активністю; розв’язок зворотних задач з використанням результатів однопозиційних і багатопозіційних вимірювань для визначення характеристик світових гроз і властивостей нижньої іоносфери; зв’язок варіацій природного ННЧ поля з глобальною температурою.

Під керівництвом В.К. Іванова в цей період у відділі отримав подальший розвиток науковий напрямок, пов’язаний з діелектрометрією біологічних тканин і об’єктів. У співавторстві з О.О. Силіним і О.М. Стадником було проведено теоретичні дослідження, чисельне моделювання та експериментальне відпрацювання питань, пов’язаних з застосуванням методу відкритого кінця коаксіальної лінії.

В роботі [57] досліджено похибки визначення комплексної діелектричної проникності диссипативного середовища методом відкритого кінця коаксіальної лінії. Показано, що додаткові похибки у визначенні діелектричної проникності 2-міліметровим коаксіальним зондом в діапазоні частот від 2 до 18 ГГц, що виникають в результаті того, що застосовувані моделі не враховують особливостей реальної геометрії задачі (відсутності фланця у зонда і близькості апертури до поверхні середовища), менші за похибки через неврахування вищих мод на апертурі зонда.

Досліджено чутливість зондів і розраховано помилки визначення діелектрічних параметрів різних біологічних тканин, зумовлені похибками вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття в НВЧ діапазоні [58]. Визначено критерії вибору оптимального діаметра зонда в залежності від частоти і типу біологічної тканини (з високим або низьким вмістом води).

Було розроблено модель адмітанса ізольованого коаксіального зонда і на її базі адаптовано методику вимірювання комплексної діелектричної проникності відкритим кінцем коаксіальної лінії [59]. Отримані оцінки чутливості показали можливість використання ізольованого зонда для вимірювання діелектричних характеристик рідких середовищ і біологічних тканин в НВЧ діапазоні. Незважаючи на деяку втрату чутливості в порівнянні з традиційним методом, ізольований зонд має забезпечити більш високу відтворюваність результатів вимірювань. Розглянута в роботі задача примикає до проблеми зондування шарів кінцевої товщини, що має самі різні практичні застосування: від визначення товщини емульсійних шарів і пакувальних матеріалів до діагностики раку шкіри в медицині.

Вперше показано, що тонка підкладка з метаматериала з одночасно негативною діелектричною та магнітною проникностями може призводити до появи резонансних мінімумів на частотної залежності коефіцієнта відбиття коаксіального зонда від шару середовища, що зондується [60]. Фізично це пояснювалося ефективним збудженням поперечно-магнітної поверхневої хвилі на межі середовища, що зондується, та метаматеріалу. На основі цього явища запропоновано модифікацію методу вимірювання комплексної діелектричної проникності рідин коаксіальним зондом, яка вимагає тільки амплітудних вимірювань коефіцієнта відбиття і можливості регулювати і вимірювати товщину шару рідини, що зондується з точністю 0,01 мм. При цьому вимірювання в смузі частот порядку 10% можуть забезпечити визначення діелектричної проникності одним і тим самим зондом в діапазоні її значень не менше декади з похибкою менше 5%. Такий метод також зручний для безперервного моніторингу малих відносних змін діелектричних параметрів досліджуваної рідини в технологічних процесах або наукових експериментах.

Практична реалізація наукових результатів групи здійснювалася за участю О.С. Фатєєва. Спільно зі співробітниками Інституту загальної та невідкладної хірургії АМН України були проведені дослідження можливості застосування електромагнітного випромінювання вкрай високої частоти (ЕМВ КВЧ) в лікуванні різних захворювань. На їх основі була розроблена конструкція компактного пристрою для опромінення ЕМВ КВЧ оперативно відкритих внутрішніх органів, ефективність якого досягається безпосереднім контактом опромінювача з органом [61]. За допомогою комп’ютерного моделювання було оптимізовано конструкцію опромінювача і підібрані режими опромінення, виготовлено макет пристрою і проведено його лабораторні випробування.

У відділі досліджено умови поширення радіохвиль сантиметрового і міліметрового діапазонів в приводному шарі атмосфери над морем, включаючи прибережні райони; вплив флуктуацій коефіцієнта заломлення і морського хвилювання на усереднені та флуктуаційнї характеристики радіосигналів; найбільш використовувані математичні моделі приводного шару атмосфери.

Труднощі, що виникають при побудові адекватної моделі приводного шару атмо-сфери, пов’язані з уточненнями емпіричних залежностей і подальшою перевіркою моделі на експериментальному матеріалі. Для перевірки обрані найбільш відомі моделі LKB (США), РДГМУ (РФ), ECMWF (ЄС), COARE (США). Розроблено алгоритми і програми оцінки радіометеорологічних параметрів за даними СГМВ, проведено зіставлення розрахованих параметрів з синхронно обмірюваними рефрактометром параметрами приводного хвилеводу випаровування. Показано, що точність вимірювання висоти хвилеводу вища для нестійкої атмосфери і складає близько 2,5 м. Всі моделі занижують величину висоти хвилеводу випаровування в області великих значень (10 – 20 м). Проведено оцінки чутливості моделей до точності СГМВ. Показано, що модель РДГМУ більш чутлива до точності СГМВ, ніж LKB.

Проведено дослідження структури поля см і мм радіохвиль в прибережних районах над морем чисельним методом розв’язку параболічного рівняння з покроковим розбиттям і перетворенням Фур’є. Проведено дослідження впливу аномально високих градієнтів поблизу поверхні моря. Показано, що при стандартній атмосфері в міліметровому діапазоні радіохвиль спостерігається спотворення пелюсткової структури (звуження і притиснення до поверхні моря першої пелюстки, а також зсув наступних пелюсток вгору), в сантиметровому діапазоні спотворення відсутні. При збільшенні рівня рефракції спостерігається збільшення кількості притиснутих пелюсток. Подальше збільшення висоти хвилеводу і її зміна з відстанню призводить до руйнування пелюсткової структури з близької відстані. Цей ефект проявляється сильніше для випадку низько розташованих антен. Для сантиметрових радіохвиль перехід від звичайної інтерференційної структури до неправильної відбувається безперервно. При повільних змінах розподілу коефіцієнта заломлення структура поля на хвилі 3 см залишається більш стійкою.

Виконано дослідження впливу дощів на роботу РЛС в діапазоні (1- 100 ГГц), обчислені коефіцієнти ослаблення і питомої відбиваності з використанням метеорологічної статистики випадання дощів і їх інтенсивності в одному з регіонів України для оцінки збою роботи РЛС.

Удосконалено метод чисельного розв’язку параболічного рівняння для оцінки рівня поля НВЧ радіохвиль, декремента затухання за рахунок регулярної рефракції і до-додаткового декремента загасання, обумовленого розсіюванням на неоднорідностях ко-коефіцієнта заломлення і висвічуванням енергії з хвилеводу для різних профілів. Проведено моделювання структури поля для хвилеводів з різними параметрами. Отримано гарний збіг з експериментальними даними, відзначено неодноріднийність висвічування енергії з хвилеводу випаровування уздовж дистанції поширення.

В результаті зіставлення ефективної висоти хвилеводу випаровування, оціненої за виміряними дистанційними залежностями множника ослаблення і відновленої по СГМВ, показано, що вплив флуктуацій коефіцієнта заломлення, що обумовлює додаткове зменшення множника ослаблення, можна врахувати за допомогою зниження реальної висоти хвилеводу в середньому на 2 м без шкоди для практичного застосування. Результати опубліковано в роботах [62-66]. (Ю. В. Левадний, В. К. Іванов, В. М. Шаляпін, Ю.І. Малишенко).

Наукові результати за хронологією:

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

Попередні наукові результати

2016

2015

2014

Розробка і удосконалення радіофізичних методів зондування поверхні і атмосфери землі та біологічних об’єктів, (ШИФР «ІНДЕКС»)

Вивчення властивостей довкілля, в тому числі аграрних територій, а також проявів надзвичайних ситуацій на морській поверхні і суходолі дистанційними аерокосмічними методами

Створено та вперше отримано результати відпрацювання методики автоматичної ідентифікації небезпечних підповерхневих явищ на болотах, що були осушені – перезволоження ґрунтів, розігрівання та самозаймання органічних матеріалів (торфу, сіна, соломи тощо). Методика розбудована на комплексному використанні добових даних авіаційного дистанційного зондування термального інфрачервоного діапазону та радіолокаційних даних. Для відпрацювання методики було використано процедуру кластерізації дистанційних даних денної та нічної радіолокаційно-радіотеплової зйомки у трьохвимірному просторі інформаційних ознак. Отримані в режимі автоматичного розподілу результати підтверджують перспективність використання цієї методики для практичного аеро-космічного дистанційного моніторингу, що направлений на попередження великих збитків та екологічної шкоди від підповерхневих пожеж та підтоплень.

Отримано позитивні результати відпрацювання методу виявлення (за даними добового радіолокаційно-радіотеплового дистанційного зондування) та картографування у районах підтоплення та заболочування проявів шляхів міграції ґрунтових вод по прихованим зонам алювіальних відкладень, пов’язаним з руслами древніх річок. Це дозволяє при сполученні з георадарним зондуванням на практиці оцінювати їх фільтрувальну спроможність та відповідно обчислювати компоненти водного режиму зон підтоплення та заболочування. (Цимбал В.М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є.).

Виконано валідацію супутникового радіолокаційного багатокутового методу діагностики нафтових забруднень морської поверхні за допомогою запропонованої моделі розтікання нафти, що враховує найважливіші фізичні процеси впливу на параметри плям розлитої нафти. Поєднання радіофізичних та гідрофізичних методів дозволило отримати достовірну кількісну картину динаміки розвинення нафтових розливів та вказати на джерела і можливі явища, що їх спричинили. Для аналізу використовувалися супутникові радіолокаційні зображення забрудненої нафтою акваторії родовища Нафтові Камені у Каспійському морі, що надані Європейським космічним агентством, та супутникові альтиметричні і радіометричні дані. (Матвєєв О.Я)

Застосовано фрактальний аналіз для зображень з високою об’єктовою насиченістю, що дозволить удосконалити систему формування еталонних зображень кореляційно-екстремальних систем навігації літальних апаратів. (Пащенко Р.Е., Таршин В.А.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

З використанням сучасної двохкомпонентної моделі світового розподілу блискавок, що базується на даних спостережень штучного супутника ОTD, виконано порівняння з десятирічними записами шумановського резонансу, що отримані на українській антарктичній станції “Академік Вернадський”. Виявлено дрейф світових гроз на південь або на північ залежно від рівня сонячної активності. Досліджено вплив різних факторів на результати спостережень глобального резонансу. Введено в експлуатацію приймальний комплекс трьох компонент поля для безперервного запису ННЧ – ДНЧ атмосфериків та штучних випромінювань. (Швець О.В., Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І, Горишня Ю.В., Кривонос О.П.)

Фокусування електромагнітного випромінювання у середовищах зі штучними матеріалами

Аналітично розв’язано та чисельно промодельовано задачу про випромінювання елементарного електричного диполя, розташованого вертикально над плоским шаром метаматеріалу й досліджено особливості фокусування таким шаром поля диполя. Отримані результати можуть бути базою для розробки пристроїв фокусування електромагнітних полів на основі нових фізичних механізмів.(Сілін О.О, Стадник О.М.) Моделювалося розсіювання радіохвиль на шаруватих циліндричних структурах з мета-матеріалів.(Ніколаєнко О.П.)

Вивчення впливу дощів на поширення зондувальних радіосигналів міліметрового та субміліметрового діапазонів та розробка досконалих дощомірних метеоприладів

Проведено розрахунково-теоретичні роботи по обчисленню індикатрис розсіювання радіохвиль субміліметрового діапазону в дощах. Розроблені і виготовлені макети для вимірювання ослаблення міліметрових радіохвиль (λ = 3 мм, λ = 8 мм.) в дощах. Виготовлені макети дощомірів. (Іванов В.К, Малишенко Ю.І, Левадний Ю.В)

2013

Розробка і удосконалення радіофізичних методів зондування поверхні і атмосфери Землі та біологічних об’єктів. (Шифр «Індекс»)

Оброблено та проаналізовано результати радіолокаційно – радіотеплової зйомки тестового полігону попередньо дренованого болота, на якому спостерігаються прояви як підповерхневого перезволоження ґрунтів внаслідок неробочого стану меліоративної системи та процесів підтоплення територій, а також прояви саморозігріву шару торфу, що передує його займанню, авіаційним комплексом дистанційного зондування АКДЗ-30. Доведено, що використання сучасних методів обробки та аналізу сумісної денної, нічної зйомки сканером ІЧ діапазону та радіолокатором бокового огляду (для сухого осіннього періоду) дозволяє виявляти та картографувати ці небезпечні явища. Також виявляються попередні ознаки вірогідності розвитку процесів низькотемпературного саморозігрівання у товщі торф’яників.

Науково-практична значимість отриманих здобутків визначається тим, що значна частина території України вкрита забалотованими ґрунтами. Показано можливість дистанційного виявлення та ідентифікації проявів під поверхневих теплових аномалій (перезволоження або само-розігрівання) у залежність реальних коефіцієнтів випромінювання та поглинання компонентів системи грунт – рослинний покрив – атмосфера.

Створені методи активно-пасивного (радіолокаційно – термального ІЧ) послідовного денно-нічного зондування у сухий осінній період дозволяють надійно виявляти, ідентифікувати та картографувати зони ґрунтів, де розвиваються процеси як перезволоження раніш осушених забалотованих ґрунтів, так і самозаймання торф’яників. (Цимбал В.М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є.).

У роботі розглянуто питання фрактальної обробки даних дистанційного зондування сільськогосподарських полів. Оброблено та проаналізовано результати радіолокаційно – радіотеплової зйомки тестового полігону РБО-08 літаком-лабораторією ІЛ-18Д та ШСЗ SPOT. Отримано тематичні карти на яких виділені зони з різноманітним ґрунтовим покривом. Показано, що в результаті застосування аерокосмічної ІЧ і радіолокаційної зйомки сільськогосподарських полів та використання фрактального апарату для тематичної обробки отриманих зображень, виникає хороша перспектива моніторингу стану ґрунтів для проведення широкомасштабного обстеження гумусного стану чорноземів України. (Іванов В.К., Пащенко Р.Е., Яцевич С.Є., Єгорова Л.А.).

Виконано відбір радіолокаційних зображень ASAR Envisat-1, ERS-1, ERS-2 Каспійського моря, отриманих в межах проекту №11140 з ESA, для подальшого аналізу проявів нафтових забруднень та сейсмічних явищ на морській поверхні. Розроблено методику попередньої обробки РЛЗ з допомогою програми NEST 4B-1.0. Дані, що отримані за методикою, були використані для оцінки товщини нафтової плівки на акваторії родовища Нафтові Камені (Азербайджан) за допомогою багатокутового радіолокаційного методу. Для підвищення вірогідності інтерпретації даних багатокутової радіолокаційної зйомки нафтових забруднень апробовано нову модель розтікання нафти, розроблену колегами з МГІ (м. Севастополь). Розроблені пропозиції з удосконалення моделі. (Матвєєв О.Я. Цимбал В.М., Бичков Д.М., Шеліховський С.В.)

Розглянуто можливість застосування теорії нечітких множин для вирішення завдання визначення характеру паводкових повеней. Введений нечіткий опис чинників впливу на масштаби паводкової повені. На основі такого опису розроблено метод визначення масштабів паводкових повеней, який дозволить підвищити якість ухвалення рішень під час усунення наслідків повеней.

Визначено основні напрями модернізації PЛC 1РЛ133 “Кредо”, яка дозволить підвищити показники якості виявлення і розпізнавання різноманітних об’єктів у різних умовах. (Іванов В.К., Пащенко Р.Е., Фатєєв О.С., Цюпак Д.О.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Проведено розрахунки сплесків ННЧ випромінювань в частотній та часовій формах з метою порівняти дані, що були одержані для різних моделей нижньої іоносфери. Особливу увагу було приділено впливу на дані вимірювань типового ННЧ приймача з режекцією індустріальних сигналів частотою 50 Гц. Продемонстровано, як типовий приймач спотворює імпульсну форму сигналу, що реєструється. Така модифікація ускладнює ідентифікацію полярності джерела поля та визначення відстані до джерела імпульсного випромінювання. Було запропоновано та випробувано компенсацію впливу приймача, що підвищує точність вимірювань.

Подальший розвиток отримала методика одночасної оцінки висоти нижньої іоносфери та відстані до джерела із записів твік–атмосфериків. Ураховується та компенсується дисперсійна характеристика хвильоводу, що значно підвищує точність вимірювань як дистанції, так й ефективної висоти іоносфери. Продемонстровано, що ефективна висота хвильоводу зменшується, якщо номер гармоніки твік–сигналу зростає. Нова методика дозволила оцінити висотну шкалу нижньої іоносфери величинами між 0,4 та 2,5 км. (Яцевич О.І, Швець О.В., Ніколаєнко О.П., Горишня Ю.В.)

Фокусування електромагнітного випромінювання у середовищах зі штучними матеріалами

Розв’язано та чисельно промодельовано задачу про випромінювання елементарного електричного диполя, розташованого горизонтально над плоскою межею поділу пасивних звичайного та лівого середовищ. Показано, що електромагнітне поле диполя, що проникає в півпростір з метаматеріала, фокусується в ньому, тобто просторовий розподіл поля має явно виражений максимум зі складною інтерференційної структурою. Досліджено залежність фокусування від положення і орієнтації диполя, а також величини втрат у метаматеріалі. Показано, що здатність фокусувати має саме межа поділу звичайного та лівого середовищ, а не кожне з них окремо.

Отримані результати поглиблюють наші уявлення про фізичні механізми фокусування електромагнітних хвиль на межі звичайного та лівого середовищ та можуть бути базою для розробки пристроїв фокусування електромагнітних полів з використанням метаматеріалів (лівих середовищ). (Сілін О.О, Стадник О.М.)

Розглянуто задачу про розсіяння та дифракцію плоскої радіохвилі на циліндрах із металу та діелектриків із різноманітними покриттями, включаючи метаматеріали. Це дозволило з успіхом застосовувати одержані розв’язки при моделюванні розсіяння терагерцевих хвиль нано-трубками та нано-циліндрами із благородних металів за покриттям та без нього. (Ніколаєнко О.П.)

Виконано розрахунки кутових характеристик розсіювання ЕМ хвиль мм та субмм діапазонів (індикатрис розсіювання) у дощах в межах сферичної моделі крапель – для різних температур та інтенсивностей дощів. Такі дані були відсутні для субмм діапазону, у той час коли вони необхідні при вирішенні рівнянь переносу ЕМ випромінювань на терагерцних частотах в середовищах з полідисперсними розсіювачами, а також при оцінці перешкод в роботі РЛС та ліній зв’язку в дощових умовах.

Ведеться підготовка до вимірювань характерних для нашого регіону кумулятивних розподілів інтенсивності дощових опадів і відповідно – послаблення мм та субмм хвиль у них. На цей час зроблена апаратура для двох експериментальних установок, а саме, для частот 33ГГц та 93 ГГц. (Іванов В.К, Малишенко Ю.І, Левадний Ю.В)

2012

«Розробка і удосконалення радіофізичних методів зондування поверхні і атмосфери Землі та біологічних об’єктів». Шифр «ІНДЕКС»

Оброблено та проаналізовано результати радіолокаційно – радіотеплової зйомки тестового полігону, на якому спостерігаються прояви підповерхневого перезволоження ґрунтів внаслідок процесів підтоплення територій, авіаційним комплексом дистанційного зондування АКДЗ-30. Доведено, що на результати радіотеплового моніторингу проявів перезволоження ґрунту суттєвий вплив здійснює шар рослинності. Використання сучасних методів обробки та аналізу сумісно денної, нічної зйомки сканером ІЧ діапазону та радіолокатором бокового огляду у вигляді розбудови «багатовимірного простору ознак» дозволяє в значній мірі компенсувати вплив рослинності (для сухого осіннього періоду) та, на відміну від існуючих методів, суттєво підвищує достовірність даних моніторингу проявів перезволоження ґрунтів внаслідок підтоплення. (Цимбал В.М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є., Єгорова Л.А, Матвєєв О.Я.).

Проведено дослідження щодо виявлення і розпізнавання руху групи людей на обмежено відкритих ділянках місцевості та руху безпілотного літального апарату вертолітного типу з використанням створеної експериментальної радіолокаційної установки. Обробка отриманих сигналів з використанням методів нелінійної динаміки дозволила створити нову методику розпізнавання руху об’єктів, що покращує якість їх розпізнавання. (Іванов В.К., Пащенко Р.Є., Фатєєв О.С., Цюпак Д.О.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

В результаті обробки даних синхронного моніторингу шумановського резонансу (близько двох років записів) в обсерваторіях в Японії, Росії та США вдалося отримати добову – сезонну динаміку світової грозової активності. Користуючись тими ж даними вдалося розв’язати зворотну задачу в формально строгій постановці та побудувати карти глобального розподілу гроз для окремих годин доби.

Завершено аналіз параметричного сплеску СНЧ радіовипромінювання, який був викликаний галактичним гамма спалахом від 27 грудня 2004.

Розроблено поліпшену методику обробки сигналів твік-атмосфериків, яка дозволяє не тільки локалізувати блискавки, що породили випромінювання, але й визначити часові зміни ефективної висоти нічної іоносфери із точністю до кількох сот метрів. (Швець О.В., Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І., Горишня Ю.В.)

Фокусування електромагнітного випромінювання у середовищах зі штучними матеріалами

Досліджено фізичні моделі та протестовано алгоритми чисельного моделювання процесів поширення та фокусування електромагнітних полів у шаруватих середовищах, що складаються зі звичайних та штучних матеріалів з поглинанням. (Сілін О.О, Стадник О.М.)

Промодельовано розсіювання та фокусування плоскої електромагнітної хвилі, що падає на металевий циліндр із діелектричним покриттям. У якості останнього розглядалося також і ліве середовище. Показано, що нанесення покриттів не може знизити відбивну здатність об’єкту у скільки-небудь широкому діапазоні НВЧ. (Ніколаєнко О.П.)

Розраховано індикатриси розсіювання радіохвиль субміліметрового діапазону в дощах різної інтенсивності і температури. Ці нові результати необхідні при теоретичному розгляді рівнянь переносу субміліметрового випромінювання в атмосфері Землі.

Завершено перший етап розробки і виготовлення вузлів установок для вимірювання коефіцієнтів ослаблення радіохвиль мм діапазону в дощах для накопичення даних кумулятивних розподілів з високим тимчасовим дозволом. Ці дані є фундаментальною основою для майбутньої розробки ліній передач широкосмугових радіосигналів мм діапазону.

Для опису характеристик дощів розроблено макети швидкісних дощомірів (з постійною часу менш 10 с). Вони можуть бути впроваджені в практику метеоспостережень для накопичення в різних регіонах України метеостатистичних відомостей про тривалість випадання дощів з високою часовою роздільністю. (Іванов В.К, Малишенко Ю.І, Левадний Ю.В)

У ЛАБОРАТОРІЇ №34/1

При виконанні НДР «Лотос-5» в 2012 р.: на основі аналізу можливостей сучасних супутникових радіолокаційних систем з моніторингу неоднорідності морської поверхні, що виникають при аварійних розливах нафти та сейсмічній активності на морській акваторії; сформульовано вимоги до умов спостереження та параметрам таких систем; виконано теоретичне моделювання процесів розсіювання на вищевказаних неоднорідностях; запропоновано новий метод оцінки кількості розлитої на морській поверхні нафти за даними багатокутового радіолокаційного зондування, що дозволяє реалізувати регулярний моніторинг районів видобування та транспортування нафти за допомогою існуючих супутникових систем ДЗЗ з метою своєчасного виявлення та визначення параметрів забруднення; виявлено особливості проявів морських хвиль сейсмічного походження, атмосферних гравітаційних хвиль та внутрішніх хвиль при радіолокаційному моніторингу поверхні моря. (ЦимбалВ. М, Матвєєв О.Я., Бичков Д.М., Єфімов В.Б)

2011

Радіофізичні методи та засоби в задачах моніторингу зовнішнього середовища і в біомедичних застосуваннях. НДР «Ірідій»

Дистанційне зондування землі багаточастотними радіофізичними методами і засобами

Створено теорію багатокутової (стерео) діагностики нафтових забруднень морської поверхні. Доведено, що при розрахунках теоретичних залежностей радіолокаційних контрастів морської поверхні, що вкрита нафтовою плівкою, необхідно враховувати час і умови розтікання нафтової плівки. Запропоновано радіолокаційний двохкутовий метод оцінки товщини нафтової плівки. За даними зондування під різними кутами акваторії родовища Нафтові Камені у Каспійському морі одночастотними космічними РСА (ERS-1/2, Envisat-1) отримано попередні оцінки товщін нафтової плівки, які співпадають з результатами оцінок іншими радіолокаційними методами.

За результатами теоретичного аналізу впливу сейсмічних явищ на хвилювання морської поверхні установлені характерні радіолокаційні ознаки проявів сейсмічних хвиль на морській поверхні, що підтверджуються на даними радіолокаційного зондування Чорного та Андоманського морів космічними радіолокаційними системами

На базі аналізу та узагальнення сучасних радіолокаційних даних обґрунтовано можливість моніторингу проявів циклонічної діяльності у вигляді опадів, що тільки що випали, на теренах України, розроблені методичні рекомендації з використання супутникової радіолокаційної інформації при спостереженні зон випадіння опадів у різних погодних умовах; розглянуто подальший розвиток моделі розсіювання радіохвиль земною поверхнею з урахуванням великомасштабного рельєфу місцевості в умовах радіолокаційного космічного моніторингу. (Матвєєв О.Я., Цимбал В. М, Боєв А.Г.)

Експериментально доведено реально високу ефективність методу радіолокаційно-радіотеплового моніторингу проявів зволоження грунту внаслідок підйому рівня грунтових вод (проявів процесів підтоплення) шляхом добового денного та нічного зондування в умовах мінімальної вегетації рослинності (осінь, весна); відпрацьовані методи суміщення радіолокаційних та радіо теплових зображень з топографічними мапами та розбудови тематичних карт проявів зволоження поверхневого грунту для інтегрування в сучасні геоінформаційні системи; сформульовані рекомендації з створення комплексних методів та систем моніторингу процесів підтоплення грунтів. (Цимбал В. М, Бичков Д.М., Єфімов В.Б., Яцевич С.Є., Єгорова Л. ).

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Протягом 2011 р. продовжено дослідження поширення радіохвиль в діапазоні частот шуманівського резонансу. Основну увагу було приділено інтерпретації успішних результатів спостереження «параметричного» ННЧ сплеску і розробці реалістичної моделі джерела, що узгоджується зі спостереженнями. Параметричний сплеск виник при раптовій модифікації проміжку Земля-іоносфера під час галактичного гамма спалаху 27 грудня 2004. Розроблено модель джерела, що пояснює появу імпульсного випромінювання за рахунок стрибка струму витоку іоносфери. Зміна останнього пов’язана з різким збільшенням провідності повітря під впливом космічного іонізуючого випромінювання. Сам параметричний ННЧ сплеск вдалося виявити в безперервних записах обсерваторій Огава і Моширі (Японія), Каримшино (Росія) і Есранге (Швеція). (Ніколаєнко О.П.)

Розв’язано задачу про моделювання впливу провідних об’єктів, розміщених у районі вертикальної електричної антени, на її діючу висоту. (Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І.)

Продовжено розвиток методів локації розподілених у просторі і точкових джерел наднизькочастотних випромінювань – грозових розрядів. Показано, що роздільне використання спектрів шуманівського резонансу, одержаних з горизонтальних ортогональних магнітних антен дозволяє істотно поліпшити результати томографічної реконструкції розподілу світової грозової активності в умовах обмеженої кількості пунктів спостереження. Вдосконалено методику визначення дальності до блискавки і середньої висоти іоносфери вздовж траси поширення твік-атмосферика від блискавки до спостерігача на основі аналізу дисперсійних характеристик сигналів. (Швець О.В.,Ніколаєнко О.П., Яцевич О.І., Горишня Ю.В.)

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею

Проведені розрахунки структури поля сантиметрових і міліметрових радіохвиль методом чисельного рішення параболічного рівняння в області прямої видимості і півтіні по реально виміряними профілям коефіцієнта заломлення показали гарний згоду з експериментальними даними. Показано, що на міліметрових хвилях, навіть при нормальній рефракції, спостерігається спотворення пелюстковій структури, що полягає у звуженні і притисненні до поверхні моря першої пелюстки і зміщення наступних пелюсток вгору. При сильній рефракції і зміні профілю вздовж траси розповсюдження відбувається руйнування пелюсткової структури починаючи з близької відстані. (Іванов В.К, Шаляпін В.М., Левадний Ю.А.).

Удосконалено методику прогнозування ймовірності безперебійної роботи РЛС на прикладі одного з регіонів України із залученням метеостатістичних відомостей про тривалість випадання дощів в ньому і узагальнені теоретичних даних за коефіцієнтами ослаблення і відбиття від дощів. Для терагерцового діапазону хвиль запропоновано і зіставлено з емпіричними даними новий розподіл дощових крапель за розмірами, який в області дрібних крапель спирається на опубліковані результати вимірювань японських авторів, а в області більших – на один з традиційно використовуваних в мікрохвильовому діапазоні розподілів, зберігаючи при цьому всі його достоїнства. (Малишенко Ю.І)

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами

На основі проведених експериментальних досліджень діелектричних властивостей біологічних тканин в міліметровому діапазоні довжин хвиль запропоновано та методом чисельного моделювання оптимізовано конструкцію випромінювача для низькоенергетичної внутрішньопорожнинної КВЧ терапії. Розроблено та надано Інституту загальної та невідкладної хірургії АМН України рекомендації що до його застосування. Ці результати можуть стати основою при розробці перспективних приладів і методик для лікування запальних процесів. (Іванов В.К, Стадник О.М., Сілін О.О.)

2010

Радіофізичні методи та засоби в задачах моніторингу зовнішнього середовища і в біомедичних застосуваннях» , НДР «ІРІДІЙ»

Дистанційне зондування землі багаточастотними радіофізичними методами і засобами

Проведено дослідження проявів поверхневої води і підтоплень ґрунту за допомогою даних авіаційного дистанційного зондування та наземних вимірювань, яке переконливо підтвердило ефективність використання для цього комбінованого повітряного радіолокаційно – інфрачервоного дистанційного зондування. При цьому радіолокаційні засоби дозволяють незалежно від умов освітленості, хмарності тощо виявляти і картографувати поширення води на поверхні суші (наприклад, в результаті повені), вирішуючи завдання оперативного моніторингу паводкових процесів. Інфрачервоні дані дистанційного зондування за умов проведення денної та нічної зйомки тих же територій дозволяють виявити і картографувати прояви як поверхневої води, так і підповерхневого зволоження (підтоплень) ґрунтів. Теплові контрасти зображень зон підтоплень на ІЧ зображеннях досягають 4 – 50⁰С щодо незволожених ділянок, що дозволяє з високою надійністю їх відрізняти від інших утворень. За допомогою радіолокаційної інформації РБО (8-мм діапазону радіохвиль, які досить чутливі до польової рослинності) можливо нормувати ІЧ зображення зон підтоплень зменшуючи при цьому маскуючий вплив поверхневої рослинності, яка значно підвищує вірогідність одержуваних даних.

Результати проведеного наземного тестування підтверджують інформацію про ділянки підтоплень, які були виявлені при дистанційному авіаційному зондуванні.

Таким чином, результати роботи переконливо показали ефективність методики сезонного комбінованого повітряного оптико – радіолокаційно – інфрачервоного дистанційного зондування паводкових явищ і підтоплень, а також необхідність проведення подальших досліджень спрямованих не тільки на відпрацювання методів якісного виявлення підтоплень але і на створення та відпрацювання методів кількісного аналізу, тобто оцінювання ступеня поверхневою і підповерхневого зволоженості грунтів на великих площах, що надзвичайно важливо для прогнозування стану озимих посівів і попередження критичних ситуацій і катастроф (що викликані повенями і підтопленнями). (Іванов В.К.,Яцевич С.Є., Єгорова Л. ).

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Промодельовано динаміку просторово-часового розподілу імпульсного електричного поля в мезосфері над позитивним пробоєм, канал якого зігнуто на зразок літери Г (Гава). Канал пробою містить вертикальну і горизонтальну секції, тому тік блискавки спочатку рухається вертикально вгору, а потім повертає в горизонтальному напрямі. Тому спочатку з’являється випромінювання вертикальної секції, а потім – горизонтальної. Останнє комбінується з хвилею, відбитою|відбивати| від землі, і в атмосфері спостерігається три послідовні імпульси від зігнутого одиночного розряду. Затримка між імпульсами залежить від величини швидкості руху хвилі току по каналу блискавки. Всі три імпульси багато разів відтворюються завдяки послідовним відбиттям від нижньої межі іоносфери і від межі земля – повітря. При цьому виникають структури, подібні М-компоненті, що часто спостережується в негативних пробоях. Взаємне накладення імпульсів створює нестаціонарну тонку структуру в просторовому розподілі електричного поля, яка існує не менше 2 мілісекунд, а амплітуда поля перевищує поріг утворення т.з. «тікаючих електронів». Оцінки вказують на спроможність фокусування електронів в мезосфері імпульсним полем блискавки. При реалістичних швидкостях часток і величинах полів бунчировка електронів відбувається на відстанях близько 10 км. від області взаємодії часток з імпульсним полем і запізнюється від моменту взаємодії на декілька мілісекунд. Таким чином, концепція зігнутого каналу пробою може виявитися продуктивною при інтерпретації формування об’єктів, що світяться, таких як «red – sprite».

Проведено зіставлення розрахункових і спостережуваних експериментально часових форм природних імпульсних наднизькочастотних (ННЧ) випромінювань, джерелами яких служать порівняно рідкісні надпотужні блискавки. Продемонстровано, що форма імпульсів, передбачена теоретично, спостерігається, якщо в досліді використовується широкосмуговий приймач без режекторних фільтрів, а обсерваторія розташована в місці з виключно низьким рівнем індустріальних перешкод. Особливу увагу приділено виділенню сплесків ННЧ випромінювань з-під могутніх індустріальних перешкод 50 Гц, для чого використовується сингулярний спектральний аналіз.

Проаналізовано результати спостережень сигналів передавача ННЧ (обсерваторія Моширі (Японія, Хоккайдо). Після спектральної обробки на добових і сезонних масштабах часу було досліджено наступні характеристики поширення ННЧ радіохвиль: амплітуда штучного сигналу, поляризація сигналу, пеленг джерела. Показано, що виміряна амплітуда радіосигналу близька до опублікованих даних. Радіохвиля, що приходить, виявилася поляризованою лінійно, що полегшило пеленгацію джерела. Виявилось, що не тільки поляризація хвилі на частоті 82 Гц лінійна, але і кут її приходу в точку спостереження збігається з геометричним. Таким чином, анізотропія іоносфери не робить помітного впливу на поширення радіохвиль на робочій частоті передавача. (Ніколаєнко О.П., Швець О.В., Яцевич О.І.)

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею

Проведено аналіз масиву експериментальних даних, отриманих в ході експедицій в тропічній і субтропічній областях Атлантичного океану в період з травня по липень 1979 р., з метою з’ясування взаємозв’язку між висотою хвилеводу випаровування, що визначається за стандартними гідрометеорологічними вимірюваннями, і ослабленням сантиметрових радіохвиль в області за обрієм. Підтверджено, що у вище вказаних районах Атлантичного океану для низько розташованих антен основним механізмом поширення трьохсантиметрових радіохвиль на відстані до 100 – 200 км. є хвилевід випаровування. Проведене зіставлення ефективної висоти хвилеводів випаровування, оціненої по виміряних значеннях множників ослаблення використовуючи метод покрокового розбиття для вирішення параболічного рівняння, і висоти, визначеної по стандартних гідрометеорологічних вимірах показало, що вплив додаткових чинників таких як флуктуації коефіцієнта заломлення і так далі, можна врахувати, якщо в середньому зменшувати висоту хвилеводу, що отримується по метеоданим, на 3 м для малих висот, на 2 м для середніх і на 1 м для великих. (Іванов В.К, Шаляпін В.М., Левадний Ю.А..)

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами

Показано, що при навантаженні відкритого кінця коаксіальної лінії на шар середовища, який міститься на тонкій підкладці з метаматеріалу, на частотній залежності коефіцієнта відбиття з’являються резонансні мінімуми, зумовлені ефективним збудженням магнітно-поперечної поверхневої хвилі на межі звичайного середовища і метаматеріалу.

На основі цього явища запропоновано модифікацію методу вимірювання комплексної діелектричної проникності рідин коаксіальним зондом, яка потребує лише амплітудних вимірювань коефіцієнта відбиття і регулювання товщини шару рідини, що зондується з точністю 0,01 мм. При цьому вимірювання в смузі частот близько 10% можуть забезпечити визначення діелектричної проникності одним і тим же зондом в діапазоні її значень не менше декади з погрішністю менше 5%.

Ці результати можуть сприяти розробці перспективних високоточних приладів для вимірювання комплексної діелектричної проникності рідин у медицині, та інших областях науки і промисловості.

У ході спільних робіт зі співробітниками Інституту загальної та невідкладної хірургії АМН України експериментально доведено ефекти впливу КВЧ електромагнітного випромінювання на мікроорганізми та антигрибкові препарати.

Для КВЧ діапазону виявлена залежність біологічного відгуку на частоти ЕМ опромінення. Встановлено, що опромінення в дискретних смугах частот може бути стимулюючим, нейтральним та пригнічуючим. Спостерігається залежність біологічного відгуку від терміну впливу сигналу. (Іванов В.К, Стадник О.М., Сілін О.О.)

2009

НДР «ІРІДІЙ»

Дистанційне зондування землі багаточастотними радіофізичними методами і засобами

На сучасному етапі розвитку засобів дистанційного зондування Землі великий практичний інтерес представляють оцінки поверхні що підстилає (оцінки переходу поверхні з одного стану в інший) і розпізнавання типу поверхні. Останніми роками перспективними напрямами в дослідженні різноманітних структур є використання математичних методів, заснованих на застосуванні нелінійних процедур (реконструкція аттракторів, фрактальний аналіз, вейвлет-аналіз).

Нами була розглянута можливість застосування теорії радіохвиль для розпізнавання типу поверхні при дистанційному зондуванні Землі. Основними елементами експериментальної установки були когерентно імпульсна РЛС (l=1.8 см, τ_и = 0.4 мкс), цифровий осцилограф і ПЕОМ.

Експериментальні дослідження проводилися на полях Харківського національного університету ім. В.В. Докучаєва.

Для забезпечення різних кутів зондування поверхонь в ході експерименту використовувалася автовежа, на якій розташовувався антенний блок РЛС. Висота підйому антени складала: h1 = 5.8м, h2 =10.2м.

Використовувалися наступні типи поверхонь: озимина, стерня + рілля, рілля, рілля + трава, стерня соняшнику.

Для вирішення завдання розпізнавання типу поверхні використано метод аналізу структури тимчасового ряду з розрахунком фрактальних розмірностей. На основі аналізу отриманих результатів було встановлено:

використання фрактальної розмірності при розпізнаванні типу поверхні що підстилає дозволяє виділити приховані закономірності форми сигналу з виходу ППЧ ;
за допомогою фрактальних сигнатур добре розділяється рілля і поверхні з рослинністю(озимина, стерня + рілля, стерня).

При проведенні подальших досліджень доцільно розглянути можливість застосування розробленого методу для розпізнавання різних поверхонь великої площі. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, д.т.н. Пащенко Р.Е,Фатєєв О.С).

Оброблено багаточастотні радіолокаційні експериментальні дані що отримані з борту літака-лабораторії «Марс» для різноманітних грунтів: пісків центральних Каракумів, чорноземів та інших ґрунтів Центральної та Східної України. Необхідність таких даних потрібна для рішення як прямої так і зворотної задачі підповерхневого зондування. Також ці дані було використано для визначення на радіозображеннях проявів геологічних структур на поверхні землі.

Експериментально показано можливість визначення проявів підповерхневих об’єктів, геологічних структур і родовищ корисних копалин, а також визначення їх параметрів з використанням даних багатоканального радіолокаційного зондування, зокрема, багаточастотних і поляризаційних методів. Проведено тематичну інтерпретацію багатоканальних радіозображень отриманих з борту літака лабораторії що дозволила надійно ідентифікувати підземні укриття, трубопроводи та ряд інших об’єктів техногенного та природного характеру. Підтверджено високу проникливість радіохвиль дециметрового та метрового діапазонів, що дозволяє проводити томографію поверхні разом з датчиками сантиметрового та міліметрового діапазонів, найбільш чутливими до шорсткості та вологості поверхні, що підстилає.

Проведено обробку радіолокаційних експериментальних даних отримані з борту літака–лабораторії, що дозволять в майбутньому створити методики аерокосмічного моніторингу підтоплень ґрунтів на великих площах та отримувати оцінку їх характеристик. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, Єгорова Л.О., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Проведено обробку даних, які були одержані у трьох пунктах спостережень Шуманівського резонансу (ШР): Лехта (Карелія, Росія), Мошири (Хоккайдо, Японія) , та Вест Гринвіч (Род Айленд, США). З цією метою О.В. Швеця було командировано до Університету електрозв’язку (Токіо, Японія), де у співробітництві із японськими та американськими колегами було створено базу даних усереднених спектрів ШР для трьох пунктів.

Одержано розв’язки зворотної задачі щодо реконструювання просторового розподілу світової грозової активності за результатами спостережень у трьох вище зазначених пунктах. Проведені дослідження показали перспективність запропонованого авторами методу реконструкції щодо створення карт світової грозової активності за даними аналізу записів ШР. За результатами цих досліджень опубліковано статтю та зроблено доклад на міжнародному симпозіумі у Японії.

Підготовлено кандидатську дисертацію присвячену обробці і аналізу експериментальних даних та розробці ефективних моделей світової грозової активності, що відповідають результатам довгострокових спостережень глобального електромагнітного резонансу в обсерваторії, розташованій у Карелії (Росія).

Вдосконалено методи дослідження нижньої іоносфери із використанням природних сигналів – атмосфериків, які відображають властивості поперечного резонансу порожнини Земля – іоносфера. За результатами роботи подано до друку статтю.

Розв’язки, що отримані безпосередньо у часі, були використані для зіставлення із результатами зарубіжних спостережень, що виконані із унікально високим часовим квантуванням в обсерваторії із надзвичайно низьким рівнем індустріальних завад. Це дозволило продемонструвати високу взаємну відповідність даних та водночас уточнити відстань до потужних блискавок, які служили джерелом імпульсних сигналів. Одержано оцінку точності глобальної локації потужних блискавок із одного пункту спостережень без застосування спектральної обробки сигналу. Результати опубліковано у статтях (вітчизняні та міжнародні видання) і доповідях на міжнародних конференціях в Чикаго (США) та Санкт-Петербурзі (Росія).

Було розроблено модель для обчислювання електромагнітного поля в середній атмосфері над блискавкою, що має загнутий канал (Г–канал). Було враховано послідовне випромінювання окремих частин каналу розряду та відбиття радіохвиль від поверхні землі та нижньої іоносфери. Показано, що наявні поля здатні створити структури аналогічні “червоним спрайтам”. Результати було опубліковано у вітчизняних та міжнародних наукових журналах та у доповідях на міжнародних конференціях в Чикаго (США) та Санкт-Петербурзі (Росія). (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., д.ф.-м.н. Швець О.В, Яцевич О.І.)

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею

Відомо, що ультракороткі хвилі поширються далеко за горизонт (дальнє тропосферне поширення – ДТП) за рахунок розсіяння випромінювання на флуктуаціях коефіцієнта заломлення, а також за рахунок відбиття від підведених інверсійних шарів.

Для проведення аналізу рівнів сигналів в області ДТП використано дані досліджень 28-ої Радянської Антарктичної експедиції, яка була найповніше забезпечена метеорологічними, радіометеорологічними і радіофізичними дослідженнями.

Радіофізичні дослідження проводилися на 4 частотах: F₁ =150 Мгц, F₂ =600 Мгц, F₃ = 3Ггц і F₄ = 10 Ггц. Вимірювання проводилися в основному в області ДТР. Метеорологічні умови були близькі до стандартних, висота приводного хвилеводу не перевищувала 6 м, градієнт коефіцієнта заломлення в нижньому кілометровому шарі мав значення 0,035 ± 0,003 N од./м.

Аналіз результатів показав, що радіометеорологічні умови в літній період над Південним океаном відповідають усередненим стандартним радіометеоумовам над сушею в середніх широтах в зимовий період. В той же час спостерігається відмінність в частотній залежності множника ослаблення, обумовлена повільнішим спадом рівня сигналів на вищих частотах. Це пов’язано з нижчою висотою приграничного шару і, як наслідок, з сильнішими анізотропними флуктуаціями на межі приграничного шару. Результати попереднього аналізу і оцінки впливу висоти і величини Cn на межі приграничного шару на величину ослаблення сигналу в зоні ДТР дають задовільну згоду. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.А.)

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами

Досліджено процеси локальної НВЧ гипертермії внутрішніх органів сільськогосподарських тварин, яка представляє істотний інтерес з погляду її впливу на процеси росту.

Для локального нагріву тканин органів електромагнітним полем НВЧ використовувалися компактні випромінювачі контактного типу (аплікатори), які підключалися до генератора НВЧ за допомогою коаксіального кабелю.

Для вибору оптимального режиму опромінювання (частоти, потужності, що підводиться до аплікатору, і тривалості сеансу) необхідно знати створюваний аплікатором розподіл за об’ємом конкретного органу величини питомої поглинаємої потужності і пов’язаний з нею розподіл і динаміку зміни поля температур протягом сеансу.

Безпосередньо контролювати ці величини не видається можливим. Тому була розроблена методика чисельного моделювання процесу НВЧ нагріву внутрішніх органів шляхом сумісного розв’язання методами кінцевого інтегрування електродинамічної і теплової (рівняння біотеплового переносу) задач. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., , к.ф.-м.н. Сілін О.О.)

2008

НДР «ІРІДІЙ»

Дистанційне зондування рослинних покривів багаточастотними радіофізичними методами і засобами

Дослідження, виконані в 2008 році, були направлені на побудову адекватної моделі розсіяння електромагнітного випромінювання від рослинних покривів. Головною особливістю розробленої моделі є можливість опису розсіяння в широкому діапазоні частот.

Проведений аналіз попередніх експериментальних і теоретичних результатів дозволив встановити, якими основними характеристиками повинна володіти теоретична модель. На основі цього аналізу була розроблена модель розсіяння з наступними параметрами середовища що розсіює: розглядався шар довільної товщини, в порівнянні з довжиною хвилі зондуючого випромінювання, з довільним поглинанням; верхня межа шару має шорсткості довільного розміру в порівнянні з довжиною хвилі; площа розсіяння обмежена.

Для побудови вищезгаданої моделі використовувався метод узагальнених дискретних функцій Гріна для обмежених середовищ, модифікований для випадку середовища з шорсткої напівпрозорої межі розділу, що знаходиться усередині неї.

Отримані вирази для розсіяного поля дозволяють: досліджувати широкосмугове розсіяння від верхньої межі рослинного покриву у разі сильного поглинання електромагнітного випромінювання, яке безпосередньо пов’язане з вологістю рослинного покриву, що дозволяє визначати стан цього рослинного покриву; проводити широкосмугові дослідження для рослинних покривів з різною глибиною проникнення електромагнітних хвиль в глиб шару, з метою отримання як характеристик рослинності, так і ґрунтів під нею; проводити адекватне порівняння даних, отриманих для різних площ опромінювання, для зіставлення супутникового/літакового зондування з наземними вимірюваннями.(к.ф.-м.н. А.І. Тімченко)

Оброблено нові багаточастотні радіолокаційні експериментальні дані отримані з борту літака – лабораторії «Марс» для різноманітних рослинних покривів та лісових масивів Центральної та Східної України, необхідних при рішенні як прямої так і зворотної задачі. Проведено вибір параметрів сільськогосподарських полів тестового полігона аерокосмічного зондування, отриманих в час проведення радіолокаційної зйомки, й оцінені їхні статистичні та біометричні характеристики.

Показано що найкращий зв’язок із біометричними характеристиками існує в міліметровому та сантиметровому діапазонах, а з вологістю ґрунтів у сантиметровому та дециметровому діапазонах радіохвиль при різноманітних поляризаційних характеристиках випромененого та прийнятого радіолокаційного сигналу.(д.ф.-м.н. Іванов В.К, Єгорова Л.О., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Згідно плану проведена серія експериментів, що до визначення можливостей 2-х сантиметрової когерентно – імпульсної РЛС у штатному режимі «СРЦ», а також можливостей, реалізуємих за допомогою аналізу форми (структури) сигналів на основі фазових портретів та фрактальної розмірності. В штатному режимі РЛС дозволяє впевнено розпізнавати людину, що рухається кроком, біжить, здійснює перебігання, а також транспорт, що рухається. Але розпізнавання характеру руху людини чи транспорту, за допомогою звукового сигналу, потребує довгострокового тренування оператора РЛС.

Основою автоматичного розпізнавання і селекції є обробка сигналів з використанням обчислювальних методів фрактального аналізу та фазових портретів. Застосування цих методів аналізу структури сигналів з виходу фазового детектора дозволяє якісно досліджувати властивості сигналів, що одержані в результаті проведення експерименту. Ці методи дозволили розпізнавати людину, що йде кроком, біжить, перебігає, переповзає, а також, що стоїть і розмахує руками. Обробка дозволяє впевнено виявити групу людей і розпізнавати похідній стрій, шеренгу, неорганізований натовп.

Крім того, дані методи дозволили виділити людей, що рухались у глибині лісу на 20-25 метрів від його краю. Застосування фазових портретів забезпечило впевнене розпізнавання важкої та легкої техніки, що рухалась. Обробка результатів обмірювань різних поверхонь місцевих нерухомих предметів та будівель дає можливість розпізнавати окремі будівлі та металеві вежі.

Вказані методи обробки сигналів були перевірені в травні 2008 р. під час проведення навчання війкових підрозділів внутрішніх військ на базі кримського ТРК ВВ МВС Україні.

Основні методи обробки та результати експериментальних досліджень приведені в Звіті про НДР(договір про співдружність) “Оцінка можливостей переносних РЛС розвідки наземних цілей з виявлення і розпізнавання нерухомих і рухомих об’єктів на фоні підстилаючої поверхні”, шифр “Кредо”, 2008р.(д.ф.-м.н. Іванов В.К, д.ф.-м.н. Пащенко Р.Е., к.ф.-м.н. Сілін О.О., Фатєєв О.С.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Проведено обробку даних моніторингу ШР з метою одержання добових та сезонних варіацій резонансної інтенсивності та пікових частот.

Дані зіставлено з розрахунками, що базуються на класичних та запропонованих нами моделях світової грозової активності. Знайдено параметри світових гроз.

Розрахункові імпульсні форми, які одержані з використанням побудованого нами розв’язку у часі, було зіставлено з унікальними записами ННЧ сплесків, що одержані у Японії з надзвичайно високою частотою квантування при дуже низькому рівні місцевих перешкод. Результати продемонстрували ідентичність експериментальних та розрахункових даних.

Результати роботи склали частину докторської дисертації с.н.с. Швеця О.В., яку було успішно захищено у 2008 р. Завершується робота над кандидатською дисертацією м.н.с. Яцевич О.І., що планується подати у 4-му кварталі поточного року. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В, Яцевич О.І.)

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадкових-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею

Отримано подальший розвиток методики розрахунку впливу стану морської поверхні на поширення сантиметрових радіохвиль в хвилеводі випаровування. У існуючих стандартних методиках розрахунку коефіцієнт відбиття радіохвиль від морської поверхні обчислюється в рамках наближення Кирхгофа, яке не враховує ефекти затінювань і негаусовості. Отримано чисельні розв’язки параболічного рівняння, які дозволяють врахувати обидва цих чинника. Показано, що затінювання мають істотно більший вплив на поширення сантиметрових радіохвиль в хвилеводі випаровування в порівнянні з урахуванням негаусовості. Отримані результати дозволяють істотно підвищити точність прогнозування поширення радіохвиль в нижній тропосфері і можуть бути використані в цілому ряду прикладних завдань навігації, радіозв’язку і радіолокації. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.В.).

Розвинено сучасні методи спектрального оцінювання, засновані на ряду лінійних і нелінійних інтегральних перетворень. Запропоновано системний спектральний аналіз. Проаналізовано його достоїнства і недоліки. Системний спектральний аналіз застосовано для аналіза реальних експериментальних даних.

Проаналізовано методи генерації, випромінювання, прийому і обробки надширокосмугових радіосигналів. Оцінено можливості, достоїнства і недоліки застосування надширокосмугових радіосигналів при вирішенні завдань радіолокації, дистанційного радіозондування і телекомунікацій.(д.ф.-м.н. Чорногор Л.Ф. )

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами

Розглянуто особливості методу відкритого кінця коаксіальної лінії для визначення електричних характеристик середовищ з негативною ефективною діелектричною і магнітною проникністю. Отримано приклади частотного ходу комплексного коефіцієнта відбиття і вивчено вплив втрат на чутливість методу. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., к.ф.-м.н. Сілін О.О.)

Одним з перспективних методів лікування після опікових стриктур стравоходу є надвисокочастотна терапія (НВЧ – терапія).

При виконанні роботи набуто середніх значень діелектричної проникності рубцевої тканини. Вибрано частоту випромінювання, розроблено випромінювач ЕМ поля НВЧ коливань, що поміщається у шлунковий зонд. Проведено моделювання розподілу ЕМ поля для різних випадків. Спільно з ІЗНХ АМН України проведено експериментальні дослідження на органах свині, визначено потужність випромінювання і температуру нагріву, вплив експозиції, а також вплив ЕМ поля на інші органи (серце, легені і т.д.). (д.ф.-м.н. Іванов В.К., к.ф.-м.н. Сілін О.О.)

2007

НДР “ІРІДІЙ”

Дистанційне зондування рослинних покривів багаточастотними радіофізичними методами і засобами

Дослідження спрямовані на виявлення особливостей розсіювання від рослинних покривів з метою побудови адекватної моделі розсіювання.

У процесі роботи був проведений аналіз впливу різних типів розсіювачів, що є присутні у рослинних покривах, на характеристики розсіяного випромінювання й оцінений їхній внесок в інтегральні значення потужності розсіювання. Розглянуто вплив поглинання на інтенсивність розсіювання при різних природних станах рослинних покривів. На підставі проведеного аналізу встановлено, що найбільш адекватною моделлю для ідентифікації типів рослинних покривів є модель, що враховує переважне розсіювання від верхнього шару рослинного покриву.

Для побудови вищевказаної моделі розвинута теорія розсіювання від шорсткуватої напівпрозорої границі розподілу: повітря – рослинний покрив у випадку сильної шорсткості поверхні, що викликає сильне розсіювання, і довільне поглинання. Розсіяне поле для довільного профілю шорсткості отримано з використанням методу узагальнених функцій Гріна для обмежених ділянок розсіювання, що відповідає експериментальним ситуаціям.

На основі розвитого підходу були отримані вираження для розсіяного поля у випадку довільного профілю верхньої границі рослинного покриву. Попередній аналіз дозволив зробити висновок про те, що верхній шар біля границі розподілу рослинний покрив – повітря є досить інформативним з погляду класифікації типів рослинності. (к.ф.-м.н. А.І. Тімченко)

У процесі роботи розглянуті актуальні для математичного моделювання процесів розсіювання радіохвиль від рослинних покривів питання поводження і зміни в часі і погодних умовах параметрів культурної рослинності, що виростає на території України, такий як пшениця, кукурудза, соняшник, цукровий буряк.

Оброблено експериментальні дані по біомасі рослинних покривів, вологості, архітектоніці і густоті посівів, необхідних при рішенні як прямої так і зворотної задачі. Оцінено параметри шорсткості поверхонь сільськогосподарських полів тестового полігона аерокосмічного зондування й оцінені їхні статистичні характеристики. Отримано оцінки впливу структурності і гранулометричного складу ґрунтів полів тестового полігона на радіолокаційні дані дистанційного зондування.

Показано що найкращий зв’язок із щільністю ґрунтів у сантиметровому діапазоні радіохвиль, а також із гранулометричним складом при комбінації сантиметрового і дециметрового діапазонів. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, Єгорова Л.О., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Для експериментальних досліджень рослинних покривів розроблено багаточастотний скатерометр. Проведено його калібрування за новою методикою. Створено систему введення інформації одержаної за допомогою скатерометра у комп’ютер.

Модернізовано ранцеву РЛС 1Р133 (“Кредо”) для проведення досліджень методів ідентифікації і визначення стану рослинних покривів. Розроблено і виготовлено систему цифрової реєстрації амплітуди, частоти і допплерівського зсуву частоти відбитих сигналів. Розроблено методику проведення досліджень. Проведено виміри різних покривів, що підстилають, (овес, жито, ячмінь, озима пшениця і т.д.). Здійснено попередню обробку отриманих експериментальних даних. Розроблено метод аналізу сигналів відбитих від рослинних покривів з використанням фазових портретів та фрактальної розмірності. Запропоновано багатомасштабну модель сигналу, відбитого від різних поверхонь. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Пащенко Р.Е., Сілін О.О., Фатєєв О.М.).

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Розв’язано проблему природного глобального електромагнітного резонансу порожнини Земля – іоносфера із гіротропною іоносферою. Доведено, що виродження коливань є повністю знятим завдяки анізотропії іоносферної плазми. Це спостерігається за допомогою вимірювань поляризації вектору горизонтального магнітного поля, яка виявляється круговою біля першої та другої резонансних частот.

За допомогою формального аналізу та чисельного моделювання оцінено внесок від глобальної полярної неоднорідності іоносфери, що посилюється під час сонячних протонних подій (СПП). Дані розрахунків порівняно з записами моніторингу глобального резонансу, що дозволило оцінити глибину модуляції полярної іоносфери: її провідність спадає вдвічі протягом СПП.

Розроблено просту модель світової грозової активності, що враховує існування “подіуму” у резонансному сигналі, який виникає завдяки рівномірно розподіленим вздовж екватору фоновим грозам. Ця фонова активність, що має тенденцію існувати завжди, комбінується із компактним світовим екваторіальним центром на 17 годинах за місцевим часом. Така двокомпонентна модель описує дані спостережень не гірш ніж комплексна модель, що базується на даних оптичних спостережень блискавок із космосу за допомогою супутника Optical Transient Detector – OTD. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В, Яцевич О.І.)

Дослідження поширення УКХ у неоднорідних випадково-шаруватих середовищах над шорсткуватою поверхнею

Проведено аналіз сучасного стану розробок синтезаторів частоти, генераторів та множників частоти вхідних прийомних пристроїв дециметрового діапазону хвиль. Розроблено принципову схему АПЧ датчика рефрактометра, високостабільного гетеродина і прийомного пристрою радіометеорологічного вимірювального комплексу.

Проведено чисельний аналіз поширення радіохвиль сантиметрового діапазону в приповерхньому хвилеводі з урахуванням розсіювання на корельованих турбулентних флуктуаціях коефіцієнта заломлення тропосфери. Показано, що висвітлення енергії з хвилеводу приводить до додаткового ослаблення середньої потужності радіохвиль. Амплітуда випадкових змін потужності над хвилеводом виявляється значно вищою в порівнянні зі змінами у середині хвилеводу. Збільшення вертикального радіуса кореляції неоднорідністей коефіцієнта заломлення приводить до зростання вертикального радіуса кореляції інтенсивності радіохвиль.

Здійснено збір, аналіз і відбракування метеоданих по Світовому океану для розрахунку радіометеорологичних параметрів за розробленими програмами. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.В.).

Дослідження взаємодії електромагнітних полів НВЧ діапазону з біологічними об’єктами

Розроблено методику досліджень діелектричних характеристик рідких речовин ізольованим коаксіальним зондом та проведено її експериментальне опрацювання. Отримано попередні результати чисельного моделювання розподілу електромагнітних полів НВЧ випромінювачів у фантомах біологічних середовищ. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., Сілін О.О.)

2006

НДР “РАДИКАЛ

Дистанційне зондування Землі

Розроблені на основі фрактальних методів алгоритми і програми дешифрування радіолокаційних зображень (РЛЗ) дозволили: виділяти на РЛЗ характерні типи лісових масивів з різними лісотаксаційними характеристиками, сільськогосподарські поля з різними біометричними характеристиками в різні періоди вегетації, дороги, вододіли, ерозійні особливості місцевості; по дистанційним даним вивчати динаміку зміни границі сніжного покриву і його областей з різним вмістом вологи; виділяти на РЛЗ границю лід-море, області морських течій з різною фрактальною структурою, проводити сегментацію границь забруднення морської поверхні, виділяти зони циклонів з різними енергетичними характеристиками (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М, к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Розроблено систему керування розподіленими базами даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), що дозволяє на відміну від існуючих на цей час систем зберігати й обробляти в підтримуваних системою базах даних радіолокаційну інформацію ДЗЗ великих обсягів; забезпечує оперативний доступ до РЛЗ для забезпечення потреб користувачів інформації.

При дослідженні фрактального трафіка в телекомунікаційних системах передачі даних ДЗЗ виконане моделювання фрактального шуму і броуновского руху, що спостерігається в мережних буферах і при передачі великих файлів; досліджений характер побудови черг при мережному проектуванні; побудована модель мережного процесу з урахуванням компенсації втрати пакетів інформації. Розроблено нові методи керування інформаційними потоками в телекомунікаційних мережах обміну й обробки даних ДЗЗ. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.т.н. Кучук Г.А., к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.)

Створено розрахункову модель для обчислення комплексної діелектричної проникності води, що забезпечує збіг розрахункових значень із усіма відомими на сьогодні експериментальними даними з погрішністю не більш, ніж 5% як у частотному, так і в температурному ході. Модель призначена для використання на робочих частотах дистанційного зондування від мікрохвильового до ІЧ діапазону, у тому числі заповнила багаторічну прогалину у так називаному “терагерцному” діапазоні. (к.ф.-м.н. Малишенко Ю.І.)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Виконано аналіз атмосфериків, що показав можливість моніторингу регулярних змін нижньої іоносфери, обумовлених залежністю від добових варіацій зенітного кута сонця, а також сезонних змін. Зокрема, показано, що зміни висоти нижньої границі іоносфери становлять 4-5 км протягом ночі.

Наведено експериментальні дані з шумановського резонансу: середні за місяці добові варіації пікових частот та інтенсивності електричної та магнітної компонент поля. Показано, що в рамках двокомпонентної моделі можна домогтися гарної згоди між експериментальними й модельними інтенсивностями ННЧ поля. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В, к.ф.-м.н. Рабинович Л.М., Яцевич О.І, Горишня Ю.В.)

НДР “ ІКАР”

Вивчення ЕМ полів у поглинаючих середовищах з частотною дисперсією

Проведено чисельне моделювання факторів, що впливають на погрішність визначення комплексної діелектричної проникності методом відкритого кінця коаксіальної лінії: збудження вищих мод в апертурі зонда, кінцевість розмірів фланця й зразка, що досліджується. Розглянуто питання чутливості методу стосовно до зондування біологічних тканин, вироблені рекомендації з оптимального вибору розмірів зонда. Запропоновано конструкцію ізольованого коаксіального зонда, для якої розроблена півноволнова модель адмитансу, адаптована методика вимірювання й отримані оцінки чутливості. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М., Сілін О.О.)

2005

НДР “РАДИКАЛ”

Дистанційне зондування Землі

Продовжені роботи з дистанційного зондування культурної рослинності та лісових масивів характерних для Східної частини України з досить великим різноманіттям біометричних характеристик та порід дерев різного віку та лісотаксаціонних характеристик. При аналізі використана багаточастотна інформація, отримана синхронно літаковими радіолокаторами бічного огляду в діапазоні довжин хвиль від міліметрів до метрів на різних поляризаціях випромінювання і прийому. Здійснено великий набір статистичних характеристик відбитих радіолокаційних сигналів в різних діапазонах радіохвиль від різноманітної культурної рослинності, хвойного та листяного лісу; проведено процедури розпізнавання, проведено моделювання впливу рельєфу місцевості в сумарний відбитий від поверхні сигнал та створено регресійні залежності. Проведено застосування фрактального аналізу для класифікації рослинного покриву та лісів. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Стадник О.М, к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.,Васильєв О.С., Єгорова Л.О )

При виконанні робот по створенню бази даних дистанційного зондування поверхні Землі з аерокосмічних носіїв були розроблені та отримали подальший розвиток ряд алгоритмів, що дозволяють скоротити час передачі даних ДЗЗ в розподілених обчислювальних мережах. Проведено аналітичну оцінку середньої затримки пакета даних для основних методів маршрутизації інформаційних потоків, а також оцінка параметрів, що впливають на її зміну. Сформульовано основне завдання адаптивної маршрутизації інформаційних потоків, що дозволяє мінімізувати середню затримку пакета даних у мережі. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.т.н. Кучук Г.А., Швець О.В, Сухаревський І.О.)

Проведені дослідження були спрямовані на виявлення особливостей розсіювання як від середовищ із просторовою неоднорідністю, так і від середовищ, неоднорідних по вертикалі.

Розвинена теорія розсіювання від шорсткуватої напівпрозорої границі розподілу: повітря – неоднорідне середовище у випадку сильної шорсткості поверхні, що викликає сильне розсіювання. Розсіяне поле для довільного профілю неоднорідності отримано з використанням методу функцій Гріна. Даний підхід є узагальненням наближення Кирхгофа (метод інтегральних рівнянь), отриманого Фангом для однорідного випадку.

Розглянуто розсіювання від структур, розташованих під поверхнею в неоднорідних середовищах в умовах сильного зворотного розсіювання від поверхні. Було показано, що використання кореляційної функції дозволяє розподілити сигнали від близько розташованих до повеpхні об’єктів і від самої поверхні, тому що забезпечується фазове усереднення випадкового розсіяного сигналу.

Побудовано теорію розсіювання від підповерхневих шарів. Застосований метод досить чутливий до змін діелектричної проникності й може бути використаний для виявлення вологих шарів, похованих під шаром піску.

Розвитий підхід був спрямований на те, щоб дати рекомендації щодо того, які параметри виявляються найбільш інформативними з погляду роздільної реєстрації характеристик середовища й шорсткостей поверхні. Зокрема, було показано, що можна істотно поліпшити методику виявлення підповерхових об’єктів, застосовуючи додаткові коригувальні функції, що дозволяє ефективно знизити вплив розсіювання від шорсткостей границі на сигнал від підповерхневих структур.

Розроблені теоретичні моделі дозволяють адекватно інтерпретувати радіолокаційні зображення підповерхневих шарів і неоднорідностей, розташованих під шорсткуватою поверхнею.

Було показано, що використання спеціальних вагових функцій дозволяє pозділити сигнали від близько розташованих до повеpхні об’єктів і від самої поверхні.

З погляду розробки теоретичних моделей навколишнього середовища значимість моделі визначається тим фактом, що модель дозволяє враховувати як регулярні процеси дифракції на обмежених структурах, так і стохастичне розсіювання на випадково-нерівній поверхні. Рішення цієї проблеми важливо для багатьох галузей науки. (к.ф.-м.н Тімченко А.І)

Низькочастотні хвилі і природні резонанси як засіб дистанційного зондування навколишнього середовища

Проведено аналіз записів сигналів навігаційних станцій у сейсмоактивних регіонах. Знайдено аномальні відхилення амплітуди сигналу, які супроводжували землетрус 8,3 балів за шкалою Ріхтера, що стався біля острова Хоккайдо у 2003 році. Запропоновано схему взаємодії сейсмічної активності із нижніми шарами іоносфери з врахуванням планетарних і акусто-гравітаційних хвиль, які розповсюджуються в атмосфері.

Запропоновано теоретичну інтерпретацію експериментальних спостережень аномального зростання сигналу Шумановського резонансу (ШР) перед землетрусом у Тайвані що стався у 2000 році. Показано, що модифікація спектрів сигналу могла бути пов’язана з широкомасштабною неоднорідністю нижньої іоносфери, яка сформувалась над місцем майбутнього землетрусу.

Продовжено теоретичні дослідження взаємозв’язку сонячної активності і параметрів сигналу ШР з метою розв’язання зворотної проблеми з’ясування параметрів збурень іоносфери, які викликані потоками сонячних протонів, і характеру сонячно-земних зв’язків.

Проведено детальний аналіз записів трьох компонентів твік-атмосфериків задля з’ясування поведінки нижніх шарів іоносфери у продовж нічних умов. Знайдено монотонне збільшення висоти нижньої іоносфери при збільшенні сонячного зенітного кута. Проаналізовано сезонні зміни висоти нічної іоносфери.

Продовжено розробку моделей варіацій світової грозової активності із використанням даних наземних спостережень ШР та космічних спостережень блискавок. (д.ф.-м.н. Ніколаєнко О.П., к.ф.-м.н. Швець О.В, к.ф.-м.н. Рабинович Л.М., Яцевич О.І, Горишня Ю.В.)

Дослідження аномальних механізмів поширення хвиль над поверхнею моря

На основі експериментальних даних, отриманих під час морської кругосвітньої антарктичної експедиції, досліджено закономірності загоризонтного поширення ультракоротких радіохвиль у південних полярних широтах.

Відзначено аномально високі рівні сигналів гігагерцового діапазону. Проведено порівняльний аналіз застосування декількох варіантів теорії приграничного атмосферного шару Моніна-Обухова для розрахунку вертикального профілю коефіцієнта заломлення атмосфери над поверхнею моря. Досягнуто точність оцінки висоти хвилеводу випаровування по стандартних метеорологічних вимірах, що дорівнює 2.5 метра. (д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Шаляпін В.М., Левадний Ю.В.)

НДР “ІКАР”

Вивчення ЕМ полів у поглинаючих середовищах з частотною дисперсією

Оцінено додаткові похибки у визначенні діелектричної проникності різних середовищ методом відкритого кінця коаксіальної лінії в діапазоні частот від 2 до 18 ГГц, що виникають в наслідок того, що застосовувані моделі не враховують особливостей реальної геометрії задачі (відсутності фланця у зонда й близькості апертури до поверхні середовища), або збудження вищих мод на апертурі зонда. Показано, що останній фактор є найбільш суттєвим при вимірюваннях діелектричних властивостей середовищ із високою діелектричною проникністю (вода, м’язова тканина).

Отримано оцінки чутливості методу відкритого кінця коаксіальної лінії при вимірюваннях діелектричних характеристик біологічних тканин у НВЧ діапазоні зондами з різними діаметрами апертури. Показано, що для тканин з високим змістом води прийнятна чутливість методу в діапазоні частот від 2,45 до 10 ГГц забезпечуються коаксіальними зондами з діаметрами апертури від 2 мм до 4 мм. Для тканин з низьким змістом води прийнятна точність на частотах від 5 ГГц до 10 ГГц може бути забезпечена при використанні зонда з діаметром апертури близько 4 мм, а на частотах нижче 5 ГГц – із ще більшим діаметром. (д.ф.-м.н. Іванов В.К., Сілін О.О., к.ф.-м.н. Стадник О.М.)

Виконання конкурсної тематики

“Моніторинг”

Договір №7/354-2001 от “01 ” 10.2001 “Використання радіолокаційних методів для картографування і моніторингу ґрунтів” в якому ІРЕ НАНУ є співвиконавцем по договору з Науковим Центром “Інститут ґрунтознавства та агрохімії” УААН та ДФФД № Ф7/354-2001 “Сучасна методологія кількісного картографування і моніторингу земель”.

Розглянуто теоретичні і емпіричні особливості розсіяння радіохвиль різноманітними ґрунтами (з різною шорсткістю, гранулометричним складом, вологістю, діелектричною сталою та ін.), рослинністю та лісами різноманітного складу. Проведено аналіз багаточастотної інформації, отриманої с борта літака-лабораторії та отриманої на тестових ділянках при проведені на них польових робіт. ( д.ф.-м.н. Іванов В.К, к.ф.-м.н. Яцевич С.Є.).

Інститут радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова

Національної академії наук України