bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2025-23-4-54-62bsuir-4182Research ArticleСтатьиСнижение погрешности радиолокационных измерений за счет использования данных мониторинга ионосферы и магнитосферыReducing Radar Measurement Errors Using Ionosphere and Magnetosphere Monitoring DataАртемьевВ. М.ArtemyevV. M.

чл.-корр. НАН Беларуси, д-р техн. наук, проф, гл. науч. сотр. 

Минск 

Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Tech.), Professor, Chief Researcher 

Minsk 

ХмарскийП. А.KhmarskiyP. A.

Хмарский Петр Александрович, канд. техн. наук, доц., вед. науч. сотр. 

220072, Минск, ул. Академическая, 16 

Тел.: +375 17 300-73-98 

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Leading Researcher 

220072, Minsk, Akademicheskaya St., 16 

pierre2009@mail.ruНаумовА. О.NaumovA. O.

канд. физ.-мат. наук, зав. лаб. радиотомографии

Минск  

Cand. Sci. (Phys. and Math.), Head of the Laboratory of Radiotomography 

Minsk 

Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (ИПФ НАН Беларуси)Institute of Applied Phy­sics of the National Academy of Sciences of Belarus (IAP NAS of Belarus)2025030920252345462Copyright © Артемьев В.М., Хмарский П.А., Наумов А.О., 20252025Артемьев В.М., Хмарский П.А., Наумов А.О.Artemyev V.M., Khmarskiy P.A., Naumov A.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4182

Разработана методика, основанная на использовании данных системы мониторинга ионо­сферы и магнитосферы для снижения систематических ошибок радиолокационных измерений. Проведено сравнение экспериментальных данных мониторинга и расчетов по международной справочной модели ионосферы IRI-2020 для двух сценариев – периода возмущенной (12 сентября 2024 г.) и спокойной (14 сентября 2024 г.) ионосферы. Установлено, что в периоды ионосферных возмущений расчеты IRI-2020 могут занижать систематические погрешности дальности в 1,5–2 раза, особенно для диапазонов VHF и UHF, где погрешности могут достигать 7,0–10,0 и 1,0–1,2 км соответственно при малых углах места. Показано, что погрешности радиальной скорости и угла места также существенно зависят от состояния ионосферы. Продемонстрировано, что использование оперативных данных мониторинга состояния ионосферы обеспечивает существенное повышение точности радиолокационных измерений, особенно для низкочастотных диапазонов и в периоды геофизических возмущений.

A methodology based on the use of ionospheric and magnetospheric monitoring system data to reduce systematic errors in radar measurements was developed. A comparison between experimental monitoring data and calculations was made using the international reference ionospheric model IRI-2020 for two scenarios: disturbed (September 12, 2024) and quiet (September 14, 2024) ionosphere. It was found that during pe­ riods of ionospheric disturbances, model IRI-2020 can understate systematic range errors by 1.5–2 times, espe­ cially for VHF and UHF bands, where errors may reach 7.0–10.0 and 1.0–1.2 km respectively at low elevations. It was shown that radial velocity and elevation errors also significantly depend on the ionospheric state. The use of real-time ionospheric monitoring data provides a substantial improvement in the accuracy of radar measurements, particularly for low-frequency bands and during periods of geophysical disturbances.

ионосферамагнитосферасистематические погрешностиGPSэлектронная концент­рациямодель IRI-2020трехмерная реконструкциярадиолокационная станцияionospheremagnetospheresystematic errorsGPSelectron concentrationIRI-2020 modelthreedimensional reconstructionradarReferencesАнализ прикладных моделей ионосферы для расчета распространения радиоволн и возможность их использования в интересах радиолокационных систем. I. Классификация прикладных моделей и основные требования, предъявляемые к ним в интересах радиолокационных средств / В. В. Алпатов [и др.] // Солнечно-земная физика. 2020. Т. 6, № 1. С. 86–96. https://doi.org/10.12737/szf-61202008.Alpatov V. V., Bekker S. Z., Kozlov S. I., Lyakhov A. N., Yakim V. V., Yakubovskiy S. V. (2020) Analysis of Applied Ionospheric Models for Radio Wave Propagation Calculations and Possibilities of Their Use in the Interests of Radar Systems. I. Classification of Applied Models and Basic Requirements for Radar Systems. Solar-Terrestrial Physics. 6 (1), 86–96. https://doi.org/10.12737/szf-61202008 (in Russian).Козлов, С. И. Основные принципы построения вероятностно-статистических моделей ионосферы для задач распространения радиоволн / С. И. Козлов, А. Н. Ляхов, С. З. Беккер // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54, № 6. С. 817–828. https://doi.org/10.7868/S0016794014060127.Kozlov S. I., Lyakhov A. N., Bekker S. Z. (2014) Basic Principles of Probabilistic and Statistical Ionospheric Models for Radio Wave Propagation. Geomagnetism and Aeronomy. 54 (6), 817–828. https://doi.org/10.7868/S0016794014060127 (in Russian).Ляхов, А. Н. Оценка точности расчетов по международной справочной модели ионосферы IRI-2016. I. Концентрации электронов / А. Н. Ляхов, С. И. Козлов, С. З. Беккер // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59, № 1. С. 50–58. https://doi.org/10.1134/S0016794019010115.Lyakhov A. N., Kozlov S. I., Bekker S. Z. (2019) Accuracy Assessment of International Ionospheric Reference Model IRI-2016. I. Electron Concentrations. Geomagnetism and Aeronomy. 59 (1), 50–58. https://doi.org/10.1134/S0016794019010115 (in Russian).Фабрицио, Дж. А. Высокочастотный загоризонтный радар: основополагающие принципы, обработка сигналов и практическое применение / Дж. А. Фабрицио. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2018.Fabrizio G. A. (2018) High Frequency Over-the-Horizon Radar: Fundamental Principles, Signal Processing, and Practical Applications. Moscow, TEKHNOSFERA.International Reference Ionosphere 2020 – Your Standard Model of the Ionosphere / D. Bilitza [et al.] // Earth and Space Science. 2022. Vol. 9, No 2. https://doi.org/10.1029/2021EA002043.Bilitza D., Huang X., Reinisch B. W., Benson R. F., Hills H. K., Schar W. S. (2022) International Reference Ionosphere 2020 – Your Standard Model of the Ionosphere. Earth and Space Science. 9 (2). https://doi.org/10.1029/2021EA002043.Беккер, С. З. Современные модели ионосферы для расчета распространения радиоволн / С. З. Беккер. М.: Радиотехника, 2018.Bekker S. Z. (2018) Modern Ionospheric Models for Calculating Radio Wave Propagation. Moscow, Radiotekhnika (in Russian).MacDonald, M. Overview of High-Power and Wideband Radar Technology Development at MIT Lincoln Laboratory / M. MacDonald, M. Abouzahra, J. Stambaugh // Remote Sens. 2024. Vol. 16, No 9. https://doi.org/10.3390/rs16091530.MacDonald M., Abouzahra M., Stambaugh J. (2024) Overview of High-Power and Wideband Radar Techno­ logy Development at MIT Lincoln Laboratory. Remote Sens. 16 (9). https://doi.org/10.3390/rs16091530.Акимов, В. Ф. Введение в проектирование ионосферных загоризонтных радиолокаторов / В. Ф. Акимов, Ю. К. Калинин. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2017.Akimov V. F., Kalinin Yu. K. (2017) Introduction to the Design of Ionospheric Over-the-Horizon Radars. Moscow, TEKHNOSFERA (in Russian).Бова, Ю. И. Моделирование распространения частотно-модулированного излучения в анизотропной ионосферной плазме / Ю. И. Бова, А. С. Крюковский, Д. С. Лукин // Электромагнитные волны и элект­ронные системы. 2017. Т. 22, № 5. С. 4–11.Bova Yu. I., Kryukovskiy A. S., Lukin D. S. (2017) Modeling the Propagation of Frequency-Modulated Radiation in Anisotropic Ionospheric Plasma. Electromagnetic Waves and Electronic Systems. 22 (5), 4–11 (in Russian).Barton, D. K. Radar Equations for Modern Radar / D. K. Barton. Boston: Artech House, 2013.Barton D. K. (2013) Radar Equations for Modern Radar. Boston, Artech House.Ширман, Я. Д. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория / Я. Д. Ширман; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2007.Shirman Ya. D. (ed.) (2007) Radioelectronic Systems. Foundations and Theory. Moscow, Radiotekhnika (in Russian).Determination of Total Electron Content in the Ionosphere Over the Territory of the Republic of Belarus Based on Global Navigation Satellite Systems Data / A. O. Naumov [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series. 2024. Vol. 69, No 1. P. 53–64. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2024-69-1-53-64.Naumov A. O., Khmarsky P. A., Byshnev N. I., Piatrоuski M. A. (2024) Determination of Total Electron Content in the Ionosphere Over the Territory of the Republic of Belarus Based on Global Navigation Satellite Systems Data. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-Technical Series. 69 (1), 53–64. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2024-69-1-53-64.Артемьев, В. М. Алгоритм и методика оптимизации его параметров для трехмерной реконструкции ионосферы / В. М. Артемьев, П. А. Хмарский, А. О. Наумов // Неразрушающий контроль и диагнос­тика. 2024. № 1. С. 42–52.Artemyev V. M., Khmarsky P. A., Naumov A. O. (2024) Algorithm and Methodology for Optimization of Parameters for Three-Dimensional Ionosphere Reconstruction. Nondestructive Testing and Diagnostics. (1), 42–52 (in Russian).Results of Studies on Processes Occurring in the Ionosphere and Earth’s Magnetic Field Over the Territory of the Republic of Belarus for the Year 2023 / A. O. Naumov [et al.] // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2024. Vol. 27, No 3. P. 225–233. http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.13960570.Naumov A. O., Khmarskiy P. A., Aronov G. A., Kotov D. S. (2024) Results of Studies on Processes Occurring in the Ionosphere and Earth’s Magnetic Field Over the Territory of the Republic of Belarus for the Year 2023. Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 27 (3), 225–233. http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.13960570.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.