Лаборатория ионосферного распространения высокочастотных полей. Руководитель  лаборатории - профессор Н.Н. Зернов.

Лаборатория ионосферного распространения высокочастотных полей является наследницей существовавшей в рамках радиофизической школы ЛГУ/СПбГУ со второй половины 70-х годов прошлого века лаборатории распространения радиоволн коротковолнового (КВ) - диапазона. В этой лаборатории в течение долгих лет проводились экспериментальные исследования в области распространения радиоволн КВ–диапазона доплеровским методом. Исследовались естественные доплеровские вариации несущей частоты коротковолновых радиовещательных станций, обусловленные сезонными, суточными вариациями ионосферы, квазипериодические вариациями волновых возмущений ионосферы. Проводились также исследования доплеровских вариаций, обусловленных антропогенными воздействиями на ионосферу. Лаборатория  выполняла большой объем договорных работ по заказу различных министерств и ведомств в области распространения радиоволн КВ-диапазона. 

Ионосфера Земли является многомасштабной средой с характерными фоновыми масштабами в сотни километров по вертикали и тысячи километров по горизонтали, в которой присутствуют также среднемасштабные неоднородности (с характерными масштабами в сотни километров) и мелкомасштабные (масштабов в сотни метров и километры) неоднородности электронной плотности ионосферой плазмы. Мелкомасштабные неоднородности носят стохастический характер и, как правило, являются неоднородностями типа турбулентности электронной плотности. Если эффекты влияния фоновой крупномасштабной ионосферы и среднемасштабных неоднородностей на распространение высокочастотных полей достаточно хорошо описываются в рамках приближения геометрической оптики (ГО) в детерминистской постановке, то эффекты ионосферной турбулентности существенно носят стохастический характер. Их описание требует как применения известных, так и развития новых методов статистической теории распространения волн.

В конце 70-х годов прошлого века Н.Н. Зерновым было инициировано новое для кафедры радиофизики СПбГУ направление исследований – исследования в области распространения волн в случайных средах. Несмотря на традиционный характер этих исследований в мире, в области распространения радиоволн в околоземном пространстве продолжала возрастать потребность в методах, позволяющих учитывать стохастический характер среды распространения – ионосферы, обусловленный присутствием флуктуаций электронной плотности ионосферы. Они оказывают особенно значимое влияние на распространение высокочастотных полей, условно, начиная с частот в 10 МГц и выше вплоть до частот в гигагерцы. Благодаря флуктуациям электронной плотности ионосферы электромагнитные поля, распространяющиеся сквозь ионосферу (трансионосферное распространение) и с отражением от  ионосферы (распространение в волноводном канале Земля - ионосфера), имеют существенно стохастический характер. Существенными также являются флуктуации диэлектрической проницаемости нейтральной атмосферы и тропосферы при тропосферном и приземном распространении.

Потребность в развитии современных цифровых широкополосных систем, работающих в КВ - диапазоне, дальнейшее развитие и совершенствование спутниковых систем связи и навигации, работающих на частотах в сотни тысячи мегагерц, - все это предъявляет новые требования к методам описания и моделирования стохастических каналов распространения, которые должны обеспечить описание как динамических, так и статистических (стохастических) свойств таких каналов в условиях реальной неоднородной и флуктуирующей ионосферы.

В связи со сказанным, прежняя лаборатория распространения радиоволн КВ-диапазона расширяет сферу своей деятельности под новым названием «Лаборатория ионосферного распространения высокочастотных полей». Теперь в круг задач ее исследования, наряду с традиционными задачами распространения полей КВ-диапазона, включаются задачи исследования воздействия флуктуаций электронной плотности ионосферы на ионосферное и трансионосферное распространение высокочастотных полей в диапазоне частот от 10 МГц до сотен и тысяч МГц. 

I.                   Эффекты среднемасштабных неоднородностей ионосферы

В области распространения КВ-полей в настоящее время в лаборатории ведутся исследования распространения в высокоширотной ионосфере и на среднеширотных трассах. Несмотря на развитие спутниковых средств связи и навигации, коротковолновые (КВ) системы по прежнему играют важную роль. Однако надежность КВ систем сильно зависит от условий распространения сигнала в ионосфере земли. Наиболее важными особенностями распространения КВ радиоволн в ионосфере, которые существенным образом влияют на работоспособность широкополосных систем КВ связи являются многомодовость распространения, эффекты поглощения радиоволн и нестационарность параметров радиоканала. Эти особенности существенным образом усугубляются при распространении КВ радиоволн в высоких широтах Земли. Развитие современных цифровых методов радиосвязи предъявляет дополнительные требования к определению параметров радиоканала.

 

 Высокоширотная ионосфера характеризуется присутствием большого количества среднемасштабных квазирегулярных неоднородностей (таких как области повышенной концентрации – patches, полярные арки, главный ионосферный провал и др.), которые обуславливают весьма сложную картину распространения, включая эффекты распространения с отклонением от окружности большого круга. Эти неоднородности создают также весьма значительные вариации полного электронного содержания ионосферы ПЭС (или TEC Total Electron Content), что оказывает существенное влияние на работу спутниковых навигационных систем. В лаборатории развивается эффективная модель высокоширотной ионосферы, позволяющая моделировать и прогнозировать распространение КВ на высокоширотных трассах, а также строить ионограммы вертикального и наклонного зондирования  с учетом поглощения в ионосфере.

 

Модель высокоширотной ионосферы, включающая пятна повышенной электронной плотности, авроральный овал и главный ионосферный провал. Плазменные частоты ионосферы на высоте 200км показаны цветом

Распределение мощности принимаемого сигнала, рассчитанное на базе модели ионосферы. Четыре панели соответствуют четырём передатчикам, расположенным в 4 различных точках. Степень почернения отражает интенсивность сигнала.

 

 

Экспериментальная ионограмма

Модельная ионограмма

 

 

Динамика вариаций TEC, обусловленных среднемасштабными неоднородностями высокоширотной ионосферы.

 

В интересах решения проблемы прогнозирования распространения КВ радиоволн несомненный интерес представляет задача оценки статистических свойств радиоканала, то есть установление корреляции параметров радиоканала с гео-гелио физической обстановкой.  Методами зондирования ионосферы спутниковыми навигационными сигналами в двухчастотном режиме наблюдаются и исследуются также вариации TEC, обусловленные среднемасштабными неоднородностями высокоширотной ионосферы. Исследуются также частотные спектры спутниковых навигационных сигналов. 

 

II.                Эффекты флуктуаций электронной плотности ионосферы

Актуальной потребностью времени явилось создание моделей стохастических ионосферного отражательного и трансионосферного каналов распространения высокочастотных полей, которые способны адекватно описывать каналы как в терминах статистических моментов поля, так и генерировать случайные реализации полей для всевозможных реальных геофизических условий распространения и геометрии трасс распространения. При этом методы для построения соответствующих моделей должны описывать эффекты флуктуаций электронной плотности ионосферы с учетом трехмерно неоднородного распределения электронов в фоновой ионосфере. Учет неоднородной фоновой среды в статистических задачах теории распространения является весьма сложной задачей.

В лаборатории развиваются методы решения упомянутых выше задач. С их помощью были решены многие задачи распространения высокочастотных полей в ионосфере со случайными неоднородностями электронной плотности в режимах слабых, умеренных и сильных флуктуаций. Среди них можно отметить задачи о флуктуациях амплитуды и фазы КВ-полей  на наклонных трассах, о распространении  импульсных сигналов КВ-диапазона в ионосфере с флуктуациями электронной плотности, а также задачи трансионосферного распространения высокочастотных полей частотой  в 100 МГц и выше.

На базе метода комплексной фазы для режима слабых и умеренных флуктуаций были созданы модели трансионосферного стохастического канала (HSPM Hybrid Scintillation Propagation Model) и ионосферного отражательного радиоканала КВ-диапазона. Ниже приводятся две иллюстрации, демонстрирующие распространение импульсного сигнала КВ диапазона, возмущённого флуктуациями электронной плотности ионосферы. Стохастические импульсы представлены на левой панели, а на правой панели показана функция рассеяния импульсного сигнала в стохастическом КВ радиоканале, являющаяся статистическим моментом сигнала

Моделирование распространения импульсных сигналов при наклонном распространении во флуктуирующей ионосфере.

Последовательность реализаций принимаемого сигнала вида периодически повторяющегося одиночного импульса. Первым приходит отражение от Е-слоя, затем нижний и верхний F-лучи. Время отсчитывается от момента запуска импульса.

Функция рассеяния наклонного ионосферного КВ-канала распространения, восстановленная по результатам численного моделирования. На верхнем пятне, соответствующем верхнему F-лучу виден эффект магнитоионного расщепления.

 

Была также создана модель трансионосферного канала распространения сигналов в режиме сильных флуктуаций амплитуды поля на поверхности Земли. С ее помощью были исследованы многие тонкие эффекты распространения спутниковых навигационных сигналов. В самых последних исследованиях развиты методы описания трансионосферного канала в условиях, когда режим сильных флуктуаций амплитуды поля формируется уже внутри неоднородного ионосферного слоя.

Ниже приведён пример двумерного распределения амплитуды случайного поля трансионосферного сигнала на поверхности Земли.

 

Описание: C:\B6829345\EE186DB0-59A5-4369-A032-0AE96E19FCC9.files\image002.png

Величина амплитуды кодируется цветом.

 

Наконец, на следующих двух рисунках приведён пример моделирования сигнальных эффектов в низкоширотной ионосфере, обусловленных присутствием в ионосфере среднемасштабных квазирегулярных областей пониженной концентрации (экваториальных пузырей - bubbles

 

Прохождение последовательности двух ионосферных пузырей через трассу распространения трансионосферного сигнала. Зависимость индекса сцинтилляций от времени. Слева - эксперимент, справа - результаты моделирования. Разные цвета соответствуют двум разным спутникам GPS.

Суммируя сказанное выше, в настоящее время исследования в лаборатории ведутся по следующим направлениям:

- учет поглощения КВ-полей при распространении в сильно возмущенной ионосфере, включая высокоширотную и экваториальную ионосферу); моделирование ионограмм вертикального и наклонного зондирования в условиях сильно возмущенной ионосферы;

-  исследование вариаций полного электронного содержания электронов в ионосфере (ПЭС – ТЕС) методом зондирования ионосферы спутниковыми навигационными сигналами в двухчастотном режиме излучения;

- развитие методов описания ионосферных эффектов в работе спутниковых систем, в том числе, навигационных;

- исследование статистических характеристик спутниковых навигационных сигналов, в том числе, с целью решения обратной задачи восстановления свойств случайных неоднородностей ионосферы;

- развитие методов моделирования ионосферного отражательного и трансионосферного стохастических каналов распространения высокочастотных полей в условиях сильных флуктуаций амплитуды поля.

 

Лаборатория оснащена современным оборудованием, позволяющими проводить экспериментальные исследования сигналов в диапазоне частот от 10 МГц до сотен и тысяч МГц. В её составе – несколько приемников сигналов КВ – диапазона и несколько современных мониторов GPS/ГЛОНАС сигналов. Дополнительно следует также отметить, что лаборатория располагает уникальным приемником  низкочастотных сигналов (СДВ диапазона с частотами порядка 15 КГц), хотя последний, очевидно, не относится к высокочастотным диапазонам. Наконец лаборатория имеет возможность использовать для научных исследований современное оборудование Ресурсного центра СПбГУ «Геомодель»: станцию зондирования ионосферы (Digisonde DPS-4), ультрасовременный 8-ми канальный цифровой приемник КВ-диапазона и монитор GPS/ГЛОНАС сигналов.

 

Результаты исследований по перечисленным направлениям, выполненных сотрудниками лаборатории, начиная с 90-х годов прошлого века и по настоящее время, опубликованы в приведенном ниже списке избранных журнальных статей и представлены в докладах на различных представительных международных и отечественных научных конференциях.

Избранные журнальные публикации сотрудников лаборатории:

1. Н.Н. Зернов. (1990). Обобщение метода плавных возмущений на случай поля сосредоточенного излучателя в неоднородной среде. Радиотехника и электроника, 35, 8, 1590-1595.

2. В.Э. Герм, Н.Ю.  Заалов, Н.Н. Зернов, A.В. Никитин. (1990). Статистические характеристики КВ поля при вертикальном зондировании ионосферы. Радиотехника и электроника, 35, 12, 2495-2501.

3. N.N. Zernov, V.E. Gherm, N.Yu. Zaalov, A.V. Nikitin, (1992), The generalization of Rytov's method to the case of inhomogeneous media and HF propagation and scattering in the ionosphere. Radio Science, 27, 2, 235-244.

4. N.N. Zernov, (1993), Higher-order mode theory of three-dimensional irregular waveguides. Radio Science, 28, 3, 339-350.

5.  Н.Н. Зернов. (1994). Метод комплексной фазы для поля точечного источника в неоднородной ионосфере с флуктуациями диэлектрической проницаемости. Радиотехника и электроника, 39, 2, 241-252.

6. N.N.Zernov, B.Lundborg. The influence of the ionospheric electron density fluctuations on HF pulse propagation. Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, 57, 1, 65-73, 1995.

7. V.E. Gherm, N.N. Zernov, (1995), Fresnel filtering in HF ionospheric reflection channel. Radio Science, 30, 1, 127-134.

8. N.N. Zernov, B. Lundborg, (1996), An integral representation of the wave field in inhomogeneous media in terms of diffracting component waves, Radio Science, 31, 1, 67-80.
9. V.E. Gherm, N.N. Zernov, B. Lundborg, A. Vastberg, (1997), The two-frequency coherence function for the fluctuating ionosphere; narrowband pulse propagation. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 59, 14, 1831-1841.
10. V.E. Gherm, N.N. Zernov, B. Lundborg, (1997), The two-frequency, two-time coherence function for the fluctuating ionosphere; wideband pulse propagation. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 59, 14, 1843-1854.
11. V.E. Gherm, N.N. Zernov, (1998), Scattering function of the fluctuating ionosphere in the HF band. Radio Science, 33, 1019-1033.
12. V.E. Gherm, N.N. Zernov, S.M. Radicella, H.J. Strangeways, (2000), Propagation model for signal fluctuations on transionospheric radiolinks. Radio Science, 35, 5, 1221-1232.
13. V. Gherm, N. Zernov, B. Lundborg, M. Darnell, H. Strangeways, (2001), Wideband scаttering functions for HF ionospheric propagation channels. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 63, 1489-1497.
14. A.A. Bitjukov, V.E. Gherm, N.N. Zernov, (2002), On the solution of Markov’s parabolic equation for the second order spaced frequency and position coherence function. Radio Science, 37(4), RS1066, doi: 10.1029/2001RS002491.
15. A.A. Bitjukov, V.E. Gherm, N.N. Zernov, (2003), Quasi-classic approximation in Markov’s parabolic equation for spaced position and frequency coherency. Radio Science, 38(2), 10.1029/2002RS002714, 28 March.
16. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker, (2003), The simulation of off-great circle HF propagation effects due to the presence of patches and arcs of enhanced electron density within the polar cap ionosphere. Radio Science, 38, (3), 1052-1058 doi:10.1029/2002RS002798.
17. D.R. Siddle, N.Y. Zaalov, A.J. Stocker and E.M. Warrington, (2004), The time-of-flight and direction of arrival of HF radio signals received over a path along the mid-latitude trough: theoretical considerations. Radio Science, 39, RS4009, doi: 10.1029/2004RS003052.
18.  E.M. Warrington, A.J. Stocker, N.Y. Zaalov, D.R. Siddle and I.A. Nasyrov, (2004), Propagation of HF radiowaves over northerly paths: measurements, simulation and systems aspects. Annals of Geophysics, 47, (2/3) supplement.
19. V.E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways, (2004), Investigation into the problem of characterization of the HF ionospheric fluctuating channel of propagation: construction of a physically based HF channel simulator. Annals of Geophysics, supplement to 47, #2/3, COST271 Action, “Effects of the upper Atmosphere on Terrestrial and Earth-space Communications”, Final report, 1121-1130.
20. Y. Beniguel, B. Forte, S.M. Radicella, H.J. Strangeways, V.E. Gherm, N.N. Zernov, (2004), Scintillations effects on satellite to earth links for telecommunication and navigation purposes. Annals of Geophysics, supplement to 47, #2/3, COST271 Action, “Effects of the upper Atmosphere on Terrestrial and Earth-space Communications”, Final report, 1179-1199.
21. A.A.Битюков, В.Э.герм, Н.Н.Зернов, (2005). Двухчастотная двухпозиционная функция когерентности случайного поля: разделение переменных в параболическом уравнении. Радиотехника и электроника, 50, 7, 821-827. (Simultaneous English Translation from Russian: A. A. Bityukov, V. E. Gherm, and N. N. Zernov, (2005). Two-Frequency Two-Position Coherence Function of a Random Field: Separation of Variables in a Parabolic Equation. Journal of Communications Technology and Electronics, ISSN 1064-2269, V. 50, No. 7, 750-756.)
22. A.A.Битюков, В.Э.Герм, Н.Н.Зернов, (2005). Двухчастотная двухпозиционная функция когерентности случайного поля: модельные задачи. Радиотехника и электроника, 50, 7, 828-833. (Simultaneous English Translation from Russian: A. A. Bityukov, V. E. Gherm, and N. N. Zernov, (2005). Two-Frequency Two-Position Coherence Function of a Random Field: Model problems. Journal of Communications Technology and Electronics, ISSN 1064-2269, V. 50, No. 7, 757-762.)
23. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker, (2005), A ray-tracing model to account for off-great circle HF propagation over northerly paths. Radio Science, 40, RS4006, doi: 10.1029/2004RS003183.
24. V.E. Gherm, N.N. Zernov, and H. J. Strangeways (2005), HF Propagation in a Wideband Ionospheric Fluctuating Reflection Channel: Physically Based Software Simulator of the Channel. Radio Science, 40(1), RS1001, doi:10.1029/2004RS003093.
25. V.E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways (2005), Propagation Model for Transionospheric Fluctuational Paths of Propagation: Simulator of the Transionospheric Channel. Radio Science, 40(1), RS1003, doi: 10.1029/2004RS003097.
26. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker, (2005), A ray-tracing model to account for off-great circle HF propagation over northerly paths. Radio Science, 40, RS4006, doi: 10.1029/2004RS003183.
27. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker, (2007), The effect of geomagnetic activity on the channel scattering functions of HF signals propagating in the region of the mid-latitude trough and auroral zone. Radio Science, 42, RS4005, doi:10.1029/2006RS003611.
28. Maurits, S. A., V. E. Gherm, N. N. Zernov, and H. J. Strangeways (2008), Modeling of scintillation effects on high-latitude transionospheric paths using ionospheric model (UAF EPPIM) for background electron density specifications, Radio Science, 43, RS4001, doi:10.1029/2006RS003539.
29. Zernov, N. N., V. E. Gherm, and H. J. Strangeways (2009), On the effects of scintillation of low-latitude bubbles on transionospheric paths of propagation, Radio Science, 44, RS0A14, doi:10.1029/2008RS004074.
30. Sandro M. Radicella, Petra Sauli, Norbert Jakowski, Daniel Kouba, Anna Portillo, Miguel Herraiz, Hal J. Strangeways, Nikolay Zernov and Vadim Gherm, (2009), Space Plasma Effects, Annals of Geophysics, Special Issue: Final Report of the COST296 Action “Mitigation of Ionospheric Effects on Radio Systems”, 52, No. 3-4, 359-372.
31. Rene Warnant, Ulrich Foelsche, Marcio Aquino, Benoit Bidaine, Vadim Gherm, Mohammed Mainul Hoque, Ivan Kutiev, Sandrine Lejeune, Juha-Pekka Luntama, Justine Spits, Hal J. Strangeways, Gilles Wautelet, Nikolay Zernov and N.Jakowski, (2009), Mitigation of ionospheric effects on GNSS, Annals of Geophysics, Special Issue: Final Report of the COST296 Action “Mitigation of Ionospheric Effects on Radio Systems”, 52, No. 3-4, 373-390.
32. Yannick Beniguel, Vincenzo Romano, Lucilla Alfonsi, Marcio Aquino, Alain Bourdillon A, Paul Cannon, Giorgianna De Franceschi, Smita Dubey, Biagio Forte, Vadim Gherm, Norbert Jakowski, Massimo Materassi, Thoralf Noack, Mariusz Pozoga, Niel Roger, Paolo Spala, Hal J. Strangeways, E. Michael Warrington, Andrzey Wernik, Volkner Wilken and Nikolay Zernov, (2009), Ionospheric scintillation monitoring and modeling, Annals of Geophysics, Special Issue: Final Report of the COST296 Action “Mitigation of Ionospheric Effects on Radio Systems”, 52, 3-4, 391-416.
33. Hal J. Strangeways, Ivan Kutiev , Ljiliana R. Cander, Stamatis Couris, Vadim Gherm, Diego Marin, Benit De La Morena, S. Eleri Pryse, Loredana Perrone, Marco Pietrella, Stanimir Stankov, Lukasz Tomasik, Ersin Tulunay, Yurdanur Tulunay, Nikolay Zernov and Bruno Zolesi, (2009), Near-Earth space plasma modelling and forecasting. Annals of Geophysics, Special Issue: Final Report of the COST296 Action “Mitigation of Ionospheric Effects on Radio Systems”, 52, No. 3-4, 255-271.
34. В.Э.Герм, Н.Н.Зернов, (2009), Исследования эффектов флуктуаций электронной плотности ионосферы при распространении электромагнитных полей высоких частот, Вестник Санкт-Петербургского Университета (специальный выпуск, посвященный академику В.А.Фоку), Сер.4, Вып. 4, сс. 250-271.
35. A.J. Stocker, N.Y. Zaalov, E.M. Warrington, and D.R. Siddle, (2009), Observations of HF propagation on a path aligned along the mid-latitude trough. Advances in Space Research 44, (6), doi: 10.1016/j.asr.2008.09.038.
36. Gherm, V. E., N. N. Zernov, and H. J. Strangeways, (2011), Effects of diffraction by ionospheric electron density irregularities on the range error in GNSS dual-frequency positioning and phase decorrelation, Radio Science, 46, RS3002, doi:10.1029/2010RS004624.
37. C. А. Киб, Н. Н. Зернов, (2011) Поле точечного источника в горизонтально неоднородном коротковолновом радиоканале с неточно заданными параметрами. Часть 1. Общие соотношения.  Радиотехника и электроника, 2011, том 56, № 11, с. 1348–1353. 2011. (Simultaneous English Translation from Russian: S. A. Kib, N. N. Zernov, (2011). The Field of a Point Source in a Horizontally Inhomogeneous Short_Wave Radio Channel with Inaccurate Parameters. Part I. General Relationships. Journal of Communications Technology and Electronics, ISSN 1064-2269, V. 56, No. 11, 1329-1334. © Pleiades Publishing, Inc., 2011).
38. C. А. Киб, Н. Н. Зернов, (2011) Поле точечного источника в горизонтально неоднородном коротковолновом радиоканале с неточно заданными параметрами. Часть 2. Аналитические и численные результаты. Радиотехника и электроника, 2011, 56, 11, 1354–1364. 2011. (Simultaneous English Translation from Russian: S. A. Kib, N. N. Zernov, (2011). The Field of a Point Source in a Horizontally Inhomogeneous Short_Wave Radio Channel with Inaccurate Parameters. Part II. Analytical and Numerical Results, Journal of Communications Technology and Electronics, ISSN 1064-2269, V. 56, No. 11, 1335-1344. © Pleiades Publishing, Inc., 2011).
39. N. N. Zernov, N.N., V.E. Gherm, and H. J. Strangeways, (2012), Further determinations of strong scintillation effects on GNSS signals using the Hybrid Scintillation Propagation Model, Radio Science, 47, 2011RS004935R.
40. E.M. Warrington, N.Y. Zaalov, J.S. Naylor, and A.J. Stocker, (2012), HF propagation modeling within the polar ionosphere, Radio Science, 47, RS0L13, doi:10.1029/2011RS004909.
41. Zaalov N.Y., H. Rothkaehl, A.J. Stocker, and E.M. Warrington, (2013), Comparison between HF propagation and DEMETER satellite measurements within the mid-latitude trough, Advances in Space Research, 52(5), 781-790, doi:10.1016/j.asr.2013.05.023.
42. Siddle D.R., A.J. Stocker, E.M. Warrington, N.Y. Zaalov and M.J. Homam, (2013), Simultaneous observations of trans-ionospheric and HF ionospheric propagation within the polar cap, Radio Science, doi: 10.1002/rds.20062.
43. E. V. Moskaleva, N. Y. Zaalov, (2013), Signature of polar cap inhomogeneities in vertical sounding data, Radio Science, 48(5), 547-563, doi: 10.1002/rds.20060.
44. И.А. Крайнюков, Н.Н. Зернов, (2013), Об отражении электромагнитных волн от случайно-неоднородной среды с флуктуациями комплексной диэлектрической проницаемости. Радиотехника и электроника, 58, 6, 578-582.
45. Strangeways, H. J., N. N. Zernov, and V. E. Gherm, (2014), Comparison of four methods for transionospheric scintillation evaluation, Radio Science, 49, 899–909, doi:10.1002/2014RS005408.
46. Moskaleva E. V. and N. Y. Zaalov, (2014), Multi-beam sounding ionograms in the polar cap region: Absorption induced by proton precipitations. Advances in Space Research. 54, 9, pp.1743-1750, 2014, doi:10.1016/j.asr.2014.07.006.
47. Rogov D.D, E.V. Moskaleva, N.Y. Zaalov, (2015), Modeling of high frequency radio wave absorption on oblique soundings during a solar X-ray flare, Advances in Space Research, 55, 2, pp.597- 604, 2015, doi:10.1016/j.asr.2014.11.001.
48. Zernov, N.N., and V.E. Gherm, (2015), Strong Scintillation of GNSS Signals in the Inhomogeneous Ionosphere. 1: Theoretical Background, Radio Science, 50, 2, pp. 153 – 167. 2015. DOI: 10.1002/2014RS005603.
49. Gherm, V.E., and N.N. Zernov, (2015), Strong Scintillation of GNSS Signals in the Inhomogeneous Ionosphere. 2: Simulator of Transionospheric Channel, Radio Science, 50, 2, 168 – 176, 2015. DOI: 10.1002/2014RS005604.
50. Zaalov, N,Yu., E.V. Moskaleva, D. Rogov, and N.N. Zernov, (2015), Influence of X-ray and polar cap absorptions on vertical and oblique sounding ionograms on different latitudes, Advances in Space Research, 56, 2527-2541. DOI: 10.1016/j.asr.2015.09.008. Article reference: JASR12425
 
Наиболее значимые доклады сотрудников лаборатории на отечественных и международных конференциях:


1. N.N. Zernov, V.E. Gherm, N.Yu. Zaalov, A.V. Nikitin. Rytov's method generalization for the case of inhomogeneous media and HF propagation and scattering in the ionosphere. Abstracts of the 23d General Assembly of URSI, v.1, p. 127, Prague, Chekhoslovakia, 1990.
2. V.E. Gherm, N.Yu. Zaalov, N.N. Zernov, A.V. Nikitin. Statistical characteristics of the amplitude and phase of the HF field on a one-hop path of propagation (in Russian). Synopses of Presentations at the 16th Soviet Conference on Radio Wave propagation, 1, 222, Kharkov, 1990.
3. N.Y. Zaalov and A.V. Nikitin. The experimental investigation of Fresnel filtering in the ionospheric HF channel. 24th General Assembly of URSI Abstracts, Kyoto, Japan, 314, 1993
4. V.E. Gherm, N.N. Zernov. Fresnel filtering in the HF ionospheric fluctuating reflection channel. Abstracts of the 24th General Assembly of URSI, p. 309, Kyoto, Japan, 1993.
5. N.N. Zernov. Complex phase method for HF point source field in the ionosphere with the electron density fluctuations. Abstracts of the 24th General Assembly of URSI, p. 310, Kyoto, Japan, 1993.
6. N.N. Zernov. Diffraction effects on local inhomogeneities in smoothly inhomogeneous background media. Proceedings of PIERS'95, p. 122, Seattle, USA, 1995.
7. N.N. Zernov. The influence of diffraction on random inhomogeneities of a medium on a field near caustic. Proceedings of PIERS'95, p. 123, Seattle, USA, 1995.
8. N.N. Zernov, V.E. Gherm, B. Lundborg. HF pulse propagation in smoothly inhomogeneous dispersive media with local random inhomogeneities. Abstracts of the 25th General Assembly of URSI, p. 80. Lille, France, 1996.
9. N.N. Zernov, General theory of higher-order modes in three-dimensional multimode irregular waveguides. Abstracts of the 25th General Assembly of URSI, p. 88. Lille, France, 1996.
10. V.E. Gherm, N.N. Zernov, B. Lundborg. Two-time, two-frequency coherence function of the HF field and the scattering function of the fluctuating ionosphere. Abstracts of the 25th General Assembly of URSI, p. 421. Lille, France, 1996.
11. N.N. Zernov, V.E. Gherm, S.M. Radicella. The effects of the electron density profile variabililty with time on the HF channel scattering function, presented at XXIII EGS General Assembly, Nice, France, 20-24 April, 1998. Annales Geophysicae, Suppl. to vol. 16, Part 3, 1998.
12. V.E. Gherm, N.N. Zernov, S.M. Radicella, H.J. Strangeways. Signal fluctuations on transionospheric radiolinks. 26th General Assembly of URSI, Abstracts, p.133. University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada, August 13-21, 1999.
13. E.M. Warrington, A.J. Stocker, N.Y. Zaalov, D.R. Siddle and T.B. Jones. High latitude ionospheric propagation effects and their influence on HF direction finding.  In: Proceedings of the Fourth Symposium on Radiolocation and Direction Finding. Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, 14-16 May 2002.
14. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker. The simulation of high latitude off-great circle propagation effects. Proceedings of the 27th General Assembly of URSI, Maastricht, the Netherlands, August 2002.
15. A.J. Stocker, D.R. Siddle, E.M. Warrington and N.Y. Zaalov. Observations of the time-of-flight and direction of arrival of HF radio signals on a path affected by the mid-latitude trough. Proceedings of the 27th General Assembly of URSI, Maastricht, the Netherlands, August 2002.
16. N.N. Zernov , V.E. Gherm, H.J. Strangeways. Modelling of wideband ionospheric HF channels. Proceedings of the 27th General Assembly of URSI, Maastricht, the Netherlands, August 2002, paper 0785. 4 pp. – Invited paper.
17. V.E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways, B. Forte, S.M. Radicella. Some fine effects in propagation problem for transionospheric satellite radiolinks. Proceedings 27th General Assembly of URSI, Maastricht, the Netherlands, 2002, paper 1496. 4pp.
18. N.N. Zernov, V.E. Gherm. On solution of parabolic Markov's equation for space frequency coherence function. Proceedings 27th General Assembly of URSI, Maastricht, the Netherlands, 2002, paper 1499. 4pp.
19. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker. The simulation of high latitude off-great circle propagation effects. Synopsis accepted for the IEE Twelfth International Conference on Antennas and Propagation, Exeter, 2003.
20. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker. The simulation of HF off-great circle propagation effects due to large scale electron density structures within the polar cap and due to the mid-latitude trough. IEE International Conference on HF Systems and Techniques, June 2003.
21. N.Y. Zaalov, E.M.Warrington, D.R. Siddle and A.J. Stocker. HF radio propagation along the mid-latitude trough and within the polar cap. Nordic HF-04.
22. E.M. Warrington, A.J. Stocker, N.Y. Zaalov and D.R. Siddle. Propagation of HF radiowaves over northerly paths: measurements, simulation and radiolocation system aspects. In: Proceedings of the Fifth Symposium on Radiolocation and Direction Finding, Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, 4-6 May 2004.
23. E.M. Warrington, A.J. Stocker, N.Y. Zaalov and D.R. Siddle. Measurements and simulation of HF off-great circle propagation effects over northerly paths. Ionospheric Effects Symposium, Alexandria, USA, May 2005.
24. K. Sasloglou, E.M. Warrington, D.R. Siddle, A.J. Stocker and N.Y. Zaalov. The development of a channel simulator for HF signals received over northerly paths (abstract). Proceedings of the 28th General Assembly of URSI, October 2005.
25. E.M. Warrington, N.Y. Zaalov, A.J. Stocker and D.R. Siddle. Measurements and simulation of HF off-great circle propagation effects over northerly paths (abstract). Proceedings of the 28th  General Assembly of URSI, October 2005.
26. E.M. Warrington, A.J. Stocker, D.R. Siddle and N.Y. Zaalov. Some aspects of HF propagation over northerly paths. Loughborough Antennas and Propagation Conference, 2006.
27. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker. The Effect of the Interplanetary Magnetic Field and Kp on the Channel Scattering Functions of HF Signals Propagating at Northerly Latitudes. IET International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques, July 2006.
28. N.N. Zernov, Wave propagation in random media, the Workshop on the Future of Ionospheric Research for Satellite Navigation and Positioning: its Relevance for Developing Countries, 4 – 15 December, 2006, Trieste, Italy. – Invited lecture.
29. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington, A.J. Stocker and D.R. Siddle. Experimental observations of HF propagation on two paths aligned along the mid-latitude trough. Nordic HF07.
30. N.Y. Zaalov, E.M. Warrington and A.J. Stocker. Effect of geomagnetic activity on HF channel scattering functions for signals propagating in the northerly ionosphere. Nordic HF07.
31. N. N. Zernov, V. E. Gherm, and H.J. Strangeways, The scintillation propagation model for the effects of scintillation on transionospheric paths traversing mid-scale ionospheric inhomogeneities, Workshop Ionospheric scintillation: Scientific aspects, Space weather, Application and services, Nottingham, UK, 20-22 February, 2008. – Invited paper.
32. N. N. Zernov, V. E. Gherm, and H.J. Strangeways, On the effects of scintillation on the transionospheric paths of propagation , Proceedings of IES2008, Alexandria, Virginia, USA, 13-15 May, 2008, pp. 516-523.
33. E.M. Warrington, A.J. Stocker, N.Y. Zaalov and D.R. Siddle.  Off-great circle HF propagation over sub-auroral and polar paths: New measurements and coverage considerations. Proceedings of the 7th Symposium on Radiolocation and Direction Finding, Southwest Research Institute, San Antonio, Texas, 6-7 May 2008.
34. E. M. Warrington, F. Honary, D. H. Boteler, N. Y. Zaalov, A. J. Stocker, D. R. Siddle, J. L. Divine. Propagation modelling and prediction for trans-polar airline routes. XXIX URSI General Assembly, Chicago, August 2008.
35. Rothkaehl H., A.J. Stocker, E.M. Warrington, and N.Y. Zaalov, Satellite diagnostics of the Northern Ionosphere and measurements of the HF signal angles of arrival, The 11th IET International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques (IRST 2009), 2009.
36. V.E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways. Effects of the field diffraction on local random inhomogeneities of the ionosphere on the range error in dual-frequency measurements. Proceedings of the Beacon Satellite Symposium, Barcelona, Spain, 7 – 11, June, 2010.
37. V. E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways, Phase de-correlation due to the field diffraction on stochastic ionospheric irregularities in spaced- frequency transionospheric measurements (2011) Proceeding IES2011, 17-19 May, 2011, Alexandria, VA, USA.
38. N.N. Zernov, V.E. Gherm, H.J. Strangeways (2011), Effects of cycle slips on the range error in dual- frequency GNSS measurements (2011) Proceeding IES2011, 17-19 May, 2011, Alexandria, VA, USA.  
39. Зернов Н.Н., Герм В.Э., Заалов Н.Ю., Иванов В.А., Рябова Н.В. (2011), Ионосферный стохастический КВ-радиоканал: теория, моделирование, эксперимент. Распространение радиоволн: сборник докладов XXIII Всероссийской научной конференции. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011, т.1, с. 85-98. - Пленарный доклад.
40. Зернов Н.Н., Герм В.Э. (2011), Гибридная модель трансионосферного стохастического спутникового канала распространения. Распространение радиоволн: сборник докладов XXIII Всероссийской научной конференции. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011, т.1, с. 99-106. - Пленарный доклад.
41. R. Tiwari, V.E. Gherm, N.N. Zernov, S. Tiwari, S. Skone, (2011), Validation of a Transionospheric Propagation Scintillation Simulator for Strongly Scintillated GPS Signals Using Extensive High Latitude Data Sets, Proceedings of ION GNSS2011, September, 19-23, 2011, Portland, Oregon, USA 11 pp.
42. Zernov, N.N., Some Methods in the Theory of Radio Wave Propagation through Random Ionospheric Irregularities, Workshop on Science Applications of the GNSS in Developing Countries, 11-27 April, 2012, Abdus Salam ICTP, Trieste, Italy. – Invited lecture.
43. Gherm, V.E., Exercises on radio-wave propagation through ionospheric irregularities, Workshop on Science Applications of the GNSS in Developing Countries, 11-27 April, 2012, Abdus Salam ICTP, Trieste, Italy. – Invited lecture.
44. Zernov, N.N., E.A.Teterin, Two-time, two-frequency coherency of the stochastic field in characterization of the transionospheric UHF channel of propagation, the IET 12th International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques, 15-17 May 2012, York, UK.
45. J.S. Naylor, E.M. Warrington, N.Y. Zaalov and A.J. Stocker, HF propagation modeling within the polar ionosphere, IET Conference Publications 2012 (594CP), p.42
46. Warrington, E.M., A J Stocker, J S Naylor, N Y Zaalov, HF propagation modelling within the auroral and polar ionosphere, the IET 12th International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques, 15-17 May 2012, York, UK.
47. Strangeways H.J., Zernov N.N., Gherm V.E. (2013), Comparison of 4 methods for transionospheric scintillation evaluation.2013 7th European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP 2013, pp. 3917-3918.
48. V.E. Gherm, and N.N. Zernov, (2013), Simulation of strong scintillations of the field on transionospheric paths of propagation. BSS (Beacon Satellite Symposium), Bath, United Kingdom, 8-12 July, 2013.
49. Zernov, N.N., V.E. Gherm, (2014), Recent advances in investigation of propagation of GNSS signals through the ionosphere with local random time-dependent inhomogeneities. XXXI URSI GASS, Beijing, China, 16 – 23 August, 2014, IEEEХplore, doi:10.1109/URSIGASS.2014.6929721, 4pp. Inspec Accession Number:14693874. –Invited paper.
50. Danilogorskaya, E.A., V.E. Gherm, N.N. Zernov, H.J. Strangeways, (2014), On the contribution of horizontal gradients of the ionosphere into the errors of GNSS range-finding. XXXI URSI GASS, Beijing, China, 16 – 23 August, 2014, IEEEXplore, doi:10.1109/URSIGASS.2014.6929717, 4pp. Inspec Accession Number:14694265. –Invited paper.
51. Zernov, N.N., V.E. Gherm, 2015. On the thechniques for solving the problems of high-frequency on the techniques for solving the problems of high-frequency wave field propagation in the inhomogeneous ionosphere with local variations of electron density. Radio Science Conference (URSI AT-RASC), 2015 1st URSI Atlantic Year 2015 P.1-1 DOI: 10.1109/URSI-AT-RASC. 2015.7302902 IEEE Conference Publications. – Invited paper.
52. Gherm, V.E., N.N. Zernov, 2015. On the distributions of scintillating transionospheric signals. radio science conference (URSI AT-RASC), 2015 1st URSI Atlantic. Year 2015 P.1-1 DOI: 10.1109/ursi-at-rasc. 2015.7303126 IEEE Conference Publications
53. Zaalov, N.Yu., N.N. Zernov, E.V. Moskaleva, D. Rogov, 2015. Modeling of high frequency radio wave absorption during solar events, Radio Science Conference (URSI AT-RASC), 2015 1st URSI Atlantic. Year 2015 P.1-1 DOI: 10.1109/URSI-AT-RASC. 2015.7303104 IEEE Conference Publications
54. M. Warrington, A. Stocker, D. Siddle, J. Hallam, N. Zaalov, F. Honary, N. Rogers, D. Boteler, D. Danskin. Near real-time input to an hf propagation model for nowcasting of hf communications with aircraft on polar routes, Radio Science Conference (URSI AT-RASC), 2015 1st URSI Atlantic. Year 2015 P.1-1 DOI: 10.1109/URSI-AT-RASC. 2015.7303102 IEEE Conference Publications
 

 

Сотрудники лаборатории проводили научные исследования и читали лекции: в Институте космической физики ун-та г. Уппсала, Швеция, в Международном центре теоретической физики в Триесте, Италия; в университетах Великобритании в Лидсе, Лейстере и Ньюкасле; в университете г. Ренн, Франция. Они были участниками ряда отечественных и международных проектов.

Некоторые научные проекты, выполнявшиеся в лаборатории ионосферного распространения высокочастотных полей или при участии ее сотрудников:

1. Проект 2-81-2-16 Российского министерства образования, (1992-93 гг.) – (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
2. Research Grant JK2100 "Development of the complex phase method for the fields in inhomogeneous media with local inhomogeneities and its applications to the problems of HF propagation in the ionosphere" of the International Science (Soros) Foundation (1995) – (N.N. Zernov - Principal Investigator, V.E. Gherm and N.Yu. Zaalov – Research Fellows).
3. Joint Research Project on HF propagation in the disturbed ionosphere, performed by the Institute of Radio Physics, St.Petersburg University in cooperation with the Swedish Institute of Space Physics, Uppsala Division, Uppsala, Sweden (1991-95) - (N.N. Zernov - Principal Investigator on the Russian side, V.E. Gherm - Research Fellow).
4. Проект 96-02-17182 "Исследования вариаций электромагнитных полей КВ диапазона при распространении в возмущенной ионосфере» Российского Фонда Фундаментальных Исследований (РФФИ), (1996-98 гг.) - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
5. The EU Project COST251 "Improved Quality of Ionospheric Telecommunication System Planning and Operation", (1996-99) - (Principal Investigator on the Russian side – N.N. Zernov, Research Fellow- V.E. Gherm).
6. "Исследование эффектов локальных неоднородностей ионосферы на данные рассеяния радиоволн КВ диапазона на наклонных трассах распространения”. Проект 97-0-8.1-86 Российского министерства образования, (1998 – 2000 гг.) - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
7. The EPSRC (United Kingdom) Research Project "Ionospheric channel simulation for HF digital communications and satellite navigation", at Leeds University, UK, Grant GR/M46211, 1999 - (N.N. Zernov - Prоfessorial Research Fellow, V.E. Gherm - Research Fellow).
8. The EU Project COST271 “Effects of the Upper Atmosphere on Terrestrial and Earth-Space Communications”, 2000-2003 - (N.N. Zernov - Principal Investigator on the Russian side, V.E. Gherm - Research Fellow).
9. Проект Российского министерства образования E00-3.5-138, (2001-02 гг.) - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
10. The EPSRC (United Kingdom) Research Project “Development and Application of an Improved Understanding of HF Propagation Mechanisms over Northern Europe” at Leicester University, UK, GR/R35025/01, 2001 - 04 (N.Y. Zaalov - Research Fellow)
11. The EPSRC (United Kingdom) Research Project " Wideband HF and UHF simulators for ionospherically reflected/transionospheric channels”, at Leeds University, UK, Grant GR/M37257, (2001- 2002 гг.) - (N.N. Zernov - Prоfessorial Research Fellow, V.E. Gherm - Research Fellow).
12. Проект Российского Министерства E02-3.5-128, (2003-2004 гг.) - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
13. The joint project of the University of St.Petersburg with the University of Alaska, Fairbanks “Application of the UAF Eulerian Polar Ionospheric Model for Research tasks of the High-Latitude ionosphere irregularities investigation by means of the VHF and UHF Radio Signals Propagation” CRDF GAP Grant RG0-1370-ST-02, May 2003 – April 2004 - (N.N. Zernov - Principal Investigator on the Russian side, V.E. Gherm - Research Fellow).
14. The extended joint project of the University of St.Petersburg with the University of Alaska, Fairbanks “Application of the UAF Eulerian Polar Ionospheric Model for Research tasks of the High-Latitude ionosphere irregularities investigation by means of the VHF and UHF Radio Signals Propagation” CRDF GAP Grant RG0-1370-ST-02 (modification 01), May 2004 – August 2007 - (N.N. Zernov - Principal Investigator on the Russian side, V.E. Gherm - Research Fellow ).
15. The EU Project COST296 “Effects of the Upper Atmosphere on Terrestrial and Earth-Space Communications”, 2005-2009 - (N.N. Zernov - Principal Investigator on the Russian side, V.E. Gherm - Research Fellow).
16.  The EPSRC (United Kingdom) Research Project «Further investigations and simulation of ionospheric radiowave propagation effects occurring over northerly paths» at Leicester University, UK, EP/C014642/1, 2005 - 08 (N.Y. Zaalov - Research Fellow)
17. The EPSRC (United Kingdom) Research Project “UHF simulator for the transionospheric paths of propagation in the polar and equatorial ionosphere”, at Leeds University, UK, August 2006 – May, 2007 - (N.N. Zernov - Prоfessorial Research Fellow, V.E. Gherm - Research Fellow).  
18. “Сильные флуктуации волновых полей в неоднородной ионосфере со статистически неоднородными флуктуациями электронной плотности: теория и приложения в задачах глобальной спутниковой навигации (ГЛОНАСС) и спутниковых телекоммуникаций”, СПбГУ ЕЗН 2008 - 09 гг. - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
19. “Процессы излучения и распространения электромагнитных волн в естественных и искусственных средах при наличии неоднородности, дисперсии или случайной компоненты” Аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки "Развитие научного потенциала высшей школы”, 2009-10 гг. - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
20. «Университетский научно-образовательный центр "Моделирование и мониторинг геосфер"», Аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки "Развитие научного потенциала высшей школы”, 2009 - 10 гг. - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).
21. The EPSRC (United Kingdom) Research Project «GNSS scintillation: detection, forecasting and mitigation», 2010, 3 months at the University of Newcastle, UK (N.N. Zernov – Visiting Professor, V.E. Gherm - Research Fellow).
22. “Актуальные проблемы электродинамики и современной теории распространения радиоволн”, СПбГУ, Мероприятие 1, 2010-14 гг. - (Руководитель проекта – Н.Н. Зернов).

 

 

В настоящее время в состав лаборатории входят:

- Н.Н. Зернов, д. ф.-м. н., профессор, профессор кафедры радиофизики, заведующий кафедрой, руководитель лаборатории

-  В.Э. Герм, к. ф.-м. н., доцент, доцент кафедры радиофизики

- Н.Ю. Заалов, Ph.D. in Radio Science, University of Leicester, UK, Honorary Research Fellow (2009 – 11) of  Leicester University, UK, старший научный сотрудник кафедры радиофизики

-  А.А. Битюков, к. ф.-м. н., старший преподаватель кафедры радиофизики

-  Е.В. Москалева, к. ф.- м. н., научный сотрудник кафедры радиофизики

-  Е.А. Данилогорская, ведущий инженер отделения радиофизики ЦСОП и НИ

-  В.Б. Шуйский, техник ресурсного центра СПбГУ «Геомодель»

-  А.В. Варкулевич, лаборант ресурсного центра СПбГУ «Геомодель»

 

Аспиранты и студенты кафедры радиофизики