Учебно-научная лаборатория Распространения радиоволн «Сигнал» физического факультета ЮФУ

Учебно-научная лаборатория Распространения радиоволн «Сигнал» физического факультета ЮФУ

Научно-исследовательская лаборатория Распространения радиоволн «Сигнал» была организована на кафедре радиофизики физического факультета РГУ в середине 80-х годов профессором Барабашовым Б. Г., который возглавлял ее на общественных началах до 2002 г. С 2002 г. заведующим лаборатории на общественных началах является д. ф.-м. н. Вертоградов  финансирования УНЛ «Сигнал» – госбюджет и хоз. договорные НИР. В проведении научно исследовательских и хоз. договорных работ, выполняемых лабораторией «Сигнал» участвуют доктора и кандидаты наук физического факультета ЮФУ, инженеры, аспиранты ЮФУ и студенты старших курсов, обучающиеся на кафедре радиофизики.

В область научных интересов лаборатории «Сигнал» входят: цифровые методы временной, частотной и пространственной обработки сигналов; процессоры реального времени для формирования и обработки сигналов первичных преобразователей (датчиков, сенсоров, и т. д.) сложных технологических и экспериментальных установок, аналитических приборов, испытательных и диагностических центров; распространение радиоволн КВ и УКВ диапазонов, исследование тонкой неоднородной и нестационарной структуры ионосферы, как среды распространения волн ВЧ диапазона; компьютерное имитационное моделирование и прогнозирование радиоканалов диапазонов ВЧ, ОВЧ, УВЧ.

В распоряжении УНЛ «Сигнал» имеется радиофизический полигон, территориально расположенный в Ботаническом саду ЮФУ и занимающий площадь 100 м х 100 м. На полигоне размещен лабораторный корпус и антенные поля КВ и УКВ диапазонов. В лабораторном корпусе размещены несколько полностью автоматизированных измерительных стендов, предназначенных для получения характеристик распространения радиоволн КВ и УКВ диапазонов. Среди измерительных стендов имеются: многоканальный стенд для одночастотных измерений характеристик распространения КВ волн, многоканальный стенд приема сигналов ЛЧМ-передатчиков и получения ионограмм наклонного зондирования одновременно на нескольких радиотрассах; широкоапертурный моноимпульсный многоканальный интерферометр для измерения угловых характеристик пространственных волн КВ диапазона. Все стенды работают полностью в автоматическом режиме под управлением ПЭВМ.

Лаборатория в достаточном количестве оснащена современной приемной, цифровой и вычислительной техникой.

Помощь в создании и поддержании лабораторной базы УНЛ «Сигнал» оказывают предприятия », г. Ростов-на-Дону и », г. Нижний Новгород. Лаборатория поддерживает тесные научные связи с ведущими радиофизическими институтами: Радиофизический Научно Исследовательский Институт, г. Нижний Новгород (НИРФИ), Институт Солнечно-Земной Физики СО РАН, , г. Харьков.

Лаборатория проводит совместные работы с Ростовским предприятием » по созданию современных автоматических компьютерных комплексов пеленгования и однопозиционного местоопределения в диапазоне декаметровых радиоволн. Основу комплексов составляют: широкоаппертурная антенная решетка, развернутая на полигоне лаборатории, расположенном в ботаническом саду РГУ; многоканальный широкополосный приемник, разработанный на предприятии »; многоканальное скоростное 14-разрядное АЦП; современные методы цифровой обработки и обнаружения сигналов в широкой полосе частот; методы прогнозирования состояния ионосферного радиоканала; методы решения обратной задачи однопозиционного местоопределения. Работы выполняются как на основании договора о творческом сотрудничестве, так и с мая 2002 г. на основе хоздоговорных работ. Разрабатываемые программно-аппаратные комплексы проходят экспериментальное тестирование на полигоне лаборатории и одновременно используются для решения научно-исследовательских задач изучения особенностей распространения декаметровых радиоволн на коротких и длинных радиотрассах. Современная аппаратура и программно-аппаратный комплекс используется студентами, магистрантами и аспирантами, специализирующимися в области распространения радиоволн декаметрового диапазона для выполнения НИР, подготовки курсовых дипломных работ, магистерских и кандидатских диссертаций. Совместно сотрудниками ГКБ «Связь» и лаборатории «Сигнал ЮФУ» за период  гг получены 14 патентов и 1 свидетельство на государственную регистрацию программного обеспечения, опубликовано 18 совместных научных работ.

С 2002 г лаборатория «Сигнал» начала активное сотрудничество с НИРФИ (научно-исследовательский радиофизический институт), г. Н. Новгород и Институтом солнечно-земной физики СО РАН, г. Иркутск. Проводятся работы в рамках программ «Прогнозирование космической погоды» и «Исследование влияния искусственных ионосферных неоднородностей на дальнее распространение коротких радиоволн». В создании на базе лаб. «Сигнал» приемного пункта наклонного ЛЧМ-зондирования большую помощь оказали НИРФИ и НПП «Полет», г. Н. Новгород. С октября 2002 г. на территории полигона лаборатории развернут приемный пункт наклонного ЛЧМ-зондирования ионосферы. Совместно с НИРФИ и Институтом солнечно-земной физики СО РАН регулярно не менее 4 раз в год в рамках программы «Прогнозирование космической погоды» проводятся круглосуточные измерения на сети станций ЛЧМ-зондирования ионосферы России на трассах Хабаровск-Ростов-на-Дону, Иркутск-Ростов-на-Дону, Норильск-Ростов-на-Дону, Магадан-Ростов-на-Дону. С 2003 г. проводятся экспериментальные исследования с использованием нагревного стенда «Сура» (НИРФИ Н. Новгород) в рамках программы «Исследование влияния искусственных ионосферных неоднородностей на дальнее распространение коротких радиоволн». Сотрудники и аспиранты, работающие в лаборатории, участвуют в грантах РФФИ, выполняемых НИРФИ. Успехи, достигнутые в совершенствовании техники приема и цифровой обработки разностного ЛЧМ-сигнала, послужили основанием к выполнению совместно с НИРФИ и НПП «Полет» работ по созданию методов и программного обеспечения обработки разностного ЛЧМ-сигнала наклонного зондирования, методов обнаружения и выделения полезного ЛЧМ-сигнала, методов очистки ионограмм наклонного зондирования ионосферы. Стенд наклонного ЛЧМ-зондирования в настоящее время работает полностью в автоматическом режиме круглосуточно. Результаты зондирования используются студентами, магистрами и аспирантами в ходе выполнения НИР. В дальнейшем на основе стенда планируется органировать несколько экспериментальных лабораторных работ в рамках специализированного практикума по цифровой обработке сигналов. Совместно с НИРФИ впервые теоретически обоснован и создан программно аппаратный комплекс ЛЧМ-пеленгования, позволяющий на трассах наклонного зондирования дополнительно к традиционным проводить измерения угловых-частотных характеристик отдельных лучей и мод распространения.

Здание учебно-научной лаборатории Распространения радиоволн «Сигнал» физического факультета ЮФУ на территории экспериментального полигона

Создан полностью автоматизированный стенд измерения спектральных, частотных и энергетических одночастотных характеристик ДКМВ. Стенд работает в круглосуточном режиме. Получаемые экспериментальные результаты лежат в основе методов тестирования разрабатываемых в рамках лаборатории структурно-физической модели ионосферного радиоканала и компьютерного имитатора ионосферного радиоканала.

Все основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные сотрудниками лаборатории, опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях, в том числе в журналах “Успехи физических наук”, “Геомагнетизм и аэрономия”, “Математическое моделирование”, “Радиотехника”, ”Изв. вузов. Радиофизика”, “Радиотехника и электроника”, “Изв. вузов. Радиоэлектроника”, “Электромагнитные волны и электронные системы”, “Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки”, “Радиофизика и Радиоастрономия”, “Труды НИИР”, “International Journal of Geomagnetism and Aeronomy”, “Annales Geophysicae”.

Часть результатов получена в рамках НИР, выполняемых при поддержке РФФИ (гранты № , №, №, №, № ), гранта CRDF–RPO–1334–NO-92 и гранта INTAS №. Ряд результатов передан в рамках выполняемых хоздоговорных исследований в соответствующие организации: разработанная модель широкополосного ионосферного радиоканала – в ФГУП “НПП“Полет” (г. Нижний Новгород) и в ФГУП “ГКБ”Связь” (г. Ростов-на-Дону); методы обработки результатов ЛЧМ-зондирования ионосферы с получением дистанционно-частотных и амплитудно-частотных характеристик, идентификации мод и вторичной обработки ионограмм – в ФГУП “НПП“Полет” (г. Нижний Новгород) и в ФГНУ “НИРФИ” (г. Нижний Новгород); методы спектральной обработки сигналов на основе модифицированного многооконного метода спектрального анализа – в ФГНУ “НИРФИ” (г. Нижний Новгород); результаты теоретических и экспериментальных исследований угловых характеристик ДКМВ, способы построения цифровых программно-аппаратных средств для их измерения и методы однопозиционного местоопределения координат источников излучения на основе разработанной адаптивной модели ионосферного канала – в ФГУП “ГКБ”Связь” (г. Ростов-на-Дону).

Наиболее существенные публикации с участием сотрудников лаборатории

1.  , Вертоградов адаптивная структурно-физическая модель декаметрового канала связи // Математическое моделирование. 1996, №2. С.3-18.

2.  , Вертоградов статистических и корреляционных характеристик полей ДКМВ на основе структурно-физического моделирования // Труды НИИР: Сб. ст. –М.:Радио и связь, 1998. –114с. С.89-95.

3.  Вертоградов широкополосного ионосферного радиоканала// Радиотехника и электроника. Т.48, №С..

4.  Вертоградов декаметрового радиоканала // Изв. вузов. Радиоэлектроника. Т.48, №С..

5.  , Минеев узкополосного ионосферного радиоканала // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. Науки. 2003. №3. С.45-50.

6.  , , Пономарчук распространения КВ сигналов на средних широтах в условиях геомагнитных возмущений // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т.47, № 12. С..

7.  , , Фролов наблюдения искусственной ионосферной турбулентности во время магнитной бури // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т.47, №9. С.722-738.

8.  , , Розанов экспериментальное оценивание характеристик распространения КВ сигналов на среднеширотных трассах различной протяженности и ориентации // Изв. вузов. Радиофизика. 2004. Т.47, №1. С.15-31.

9.  , Кондаков решения обратной задачи одноточечного местоопределения, обусловленные погрешностями прогнозирования состояния ионосферы // Геомагн. и аэрономия. 2003. Т.43, №6, C.799-803.

10.  , Кондаков влияния многолучевости на точность определения углов прихода интерферометрическим методом // Радиотехника. 2003, №1. С.86-90.

11.  , Кондаков исследование ошибок однопозиционного местоопределения в ДКМВ диапазоне с использованием модели IRI// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естественные науки. 2004. №. 1. С.16-21.

12.  , Мятежников метод спектрального анализа сигналов, отраженных от ионосферы // Геомагн. и аэрономия. 2004. Т.44, №3. C.357-371.

13.  , , Вертоградов зондирование и моделирование ионосферного коротковолнового канала // Изв. вузов. Радиофизика. 2005. Т.48, № 6. С.455-471.

14.  , , Вертоградов энергетические потери высокочастотных волн в ионосфере вблизи максимально применимой частоты // Электромагнитные волны и электронные системы. 2005. Т.10, №5. С.67-70.

15.  Вертоградов энергетических характеристик сигналов, отраженных от ионосферы, на основе модели IRI-2001 // Электромагнитные волны и электронные системы. 2006. Т.11, №5. С.28-31.

16.  , , Кузнецов радиодиагностики ионосферы в задаче пеленгации источников декаметрового излучения // Электромагнитные волны и электронные системы. 2006. Т.11, №5. С.24-27.

17.  , , Валов В. А., Урядов максимально наблюдаемой частоты ионосферного КВ-канала методом искусственных нейронных сетей // Геомагн. и аэpономия. 2006. Т.46, №1. С.88-98.

18.  , , Мониторинг волновых возмущений методом наклонного зондирования ионосферы // Изв. вузов. Радиофизика. 2006. Т.49, №9. С..

19.  , М. Дж. Николлс, , , , , Е. Донован Оптическая и радиочастотная диагностика ионосферы над нагревным стендом Сура. Обзор результатов // Радиофизика и Радиоастрономия. 2006. Т.11, №3. С.221-241.

20.  , , Урядов ослабление коротких радиоволн на среднеширотных трассах во время рентгеновских вспышек в январе 2005 года // Изв. вузов. Радиофизика. 2007. Т.50, №1. С.1-8.

21.  , , Шевченко угловых-частотных характеристик КВ-волн при наклонном ЛЧМ-зондировании ионосферы// Электромагнитные волны и электронные системы. 2007. Т.12, №5. С.25-32.

22.  , , , , Худокон ионосферы Земли мощным коротковолновым радиоизлучением // Успехи физических наук. 2007. Т.177, №3. С.330-340.

23.  , , Вертоградова оптимальных рабочих частот связной радиолинии по данным наклонного зондирования ионосферы// Изв. вузов Радиофизика, 2008, т.51, №1. С.10-21.

24.  Патент № 000 Российской Федерации 7G01S 3/00, 3/14, 3/74 Способ пеленгации множества источников радиоизлучения, одновременно попадающих в полосу приема / , , Берсенев . 29.11.2001. Опубл. 27.06.2003. Бюл.№ с.

25.  Патент № 000 Российской Федерации 7G01S 3/14, 5/04 Способ определения двумерного пеленга и частоты источников радиоизлучения / , , Иванов . 06.04.1999 Опубл. 27.05.2000. Бюл.№15. -7 с.

26.  Патент № 000 Российской Федерации 7G01S 5/04 Способ обнаружения и определения двухмерного пеленга и частоты источников радиоизлучения / , , Вертоградов . 13.09.2000 Опубл. 27.09.2002. Бюл.№27. -8 с.

27.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 5/04. Способ однопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков / , , Шевченко . 15.06.2004. Опубл. 20.10.2006. Бюл.№29. -9 с.

28.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 13/02. Способ радиоконтроля / , , Шевченко . 15.06.2004. Опубл. 10.11.2006. Бюл.№ с.

29.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 5/04. Способ многопозиционного определения местоположения ДКМВ передатчиков / , , Шевченко . 15.06.2004. Опубл. 20.10.2006. Бюл.№ с.

30.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 5/04. Способ калибровки компьютерно-интерферометрических систем на подвижных платформах / , , Минеев . 23.03.2005. Опубл. 20.09.2006. Бюл.№ с.

31.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 5/04. Способ обнаружения источников радиоизлучения со скачкообразным изменением частоты / , , Шевченко . 15.06.2004. Опубл. 20.10.2006. Бюл.№ с.

32.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 5/04. Способ обнаружения и локализации сложных сигналов / , , Шевченко . 23.03.2005. Опубл. 27.10.2006. Бюл.№ с.

33.  Патент № 000 Российской Федерации МПК G01S 5/04. Способ компьютерно-интерферометрической локализации сложных сигналов / , , Заявл. 26.06.2006. Опубл. 27.01.2008. Бюл.№3. -13 с.

34.  Vertogradov G. G., Vertogradova E. G. The computer simulation of the HF-channel// Proceeding of ICAP‘11-P480, Manchester, UK, 17-20 April, 2001. IEE 2001. V.2. P.797-801.

35.  Barabashov, B., Vertogradov G., Burdukov M., Pelevin O., Evaluation of shot and medium-length ionospheric radiopaths// Proceeding of ICAP‘11-P480, Manchester, UK, 17-20 April, 2001. IEE 2001. V.1. P.160-164.

36.  Uryadov V. P., Vertogradov G. G., Vertogradov V. G., Ponyatov A. A., Frolov V. L. Ionospheric effects of the magnetic storm on 18-22 August 2003 according to the data of HF sounding of the artificial ionospheric turbulence // I. J.Geomagn. and Aeron. 2004. V.5 GI1007, doi:10.1029/2003GI000059.

37.  Danilkin N. P., Denisenko P. F., Barabashov B. G., Vertogradov G. G. Electron collision frequency and HF waves attenuation in the ionosphere// I. J.Geomagn. and Aeron.. V.5, GI3009, doi:10.1029/ 2004GI 20p.

38.  Uryadov V. P., Ponyatov A. A., Vertogradov G. G., Vertogradov V. G., Kurkin V. I., Ponomarchuk S. N. Dynamics of the aural oval during geomagnetic disturbances observed by oblique sounding of the ionosphere in the Eurasian longitudinal sector // I. J.Geomagn. and Aeron. 2005. V.6, GI1002, doi:10.1029/ 2004GI 2005. –13p.

39.  Blagoveshchenskaya N. F., Borisova T. D., Kornienko V. A., Moskvin I. V., Rietveld M. T., Frolov V. L., Uryadov V. P., Kagan L. M., Yampolski Yu. M., Galushko V. L., Koloskov A. V., Kasheev S. B., Zalizovski A. V., Vertogradov G. G., Vertogradov V. G., Kelley M. C. Probing of medium-scale traveling ionospheric disturbances using HF-induced scatter targets// Ann. Geophys. 2006. V.24. P.1-13.

40.  Vertogradov G. G., Vertogradov V. G., Uryadov V. P.Oblique chirp sounding and modeling of ionospheric HF channel at paths of different length and orientation// I. J.Geomagn. and Aeron. 2007. V.7, GI2002, doi:10.1029/ 2006GI000143.