МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. В.И.УЛЬЯНОВА-ЛЕНИНА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Специальность: 010801 – радиофизика

Кафедра радиоэлектроники

Специализация: радиофизические измерения

Дипломная работа

Исследование свечения ионосферы, стимулированной мощным радиоизлучением стенда «Сура». Обработка данных измерений.

Студентка 5 курса,

группы 656

« » июнь 2010 г.________________________________( Ершова С.А.)

Научный руководитель

« » июнь 2010 г.________________________________( Гумеров Р.И.)

Казань – 2010

Содержание

Содержание 2

Введение 3

1. Теоретический Обзор 5

1.1. Нелинейные явления в ионосфере 5

1.1.1. Нелинейные явления 7

1.1.2. Эффект детектирования 8

1.1.3. Явления в модифицированной ионосфере 9

1.1.4. Физическая природа модификации ионосферы 10

1.1.5. Нелинейные явления в верхнегибридном резонансе 12

1.1.6. Структуризация ионосферной плазмы 14

1.1.7. Аномальное и широкополосное поглощение 17

1.1.8. Перенос модуляции 18

1.2. Искусственное свечение ионосферы 19

2. Фотометрия 24

2.1. Фотометрия протяженных объектов 24

2.2. ПЗС-матрица 25

2.2.1. Устройство и принцип действия ПЗС 26

2.2.2. Преимущества и недостатки ПЗС 28

3. Практическая часть 32

3.1. Пошаговое описание методики 32

3.2. Результаты 41

45

3.3. Численная оценка потока излучения 45

Заключение 48

Приложение 1 49

Приложение 2 54

Список литературы 55

Введение

Ионосфера – естественная лаборатория для исследования физических явлений в плазме. В экспериментальных установках свойства плазмы во многом задаются процессами ее создания и взаимодействия со стенками камеры. В достаточной степени это относится к сильно разряженной плазме, подвижность и активное взаимодействие с электрическими и магнитными полями которой ведут к неустойчивости и турбулизации. Все это определяет исключительную сложность экспериментального исследования плазмы и теоретического истолкования результатов наблюдений.

Проведение физических экспериментов в свободной, созданной природой плазме, каковой является ионосфера, представляет особый научный интерес. Благодаря экспоненциально быстрому изменению концентрации нейтральных молекул с высотой в атмосфере и наличию магнитного поля Земли свойства свободной ионосферной плазмы необычайно разнообразны. Вследствие этого можно изучать линейные и нелинейные физические эффекты в плазме.

Активные эксперименты в ионосфере были начаты в нашей стране еще в 70 – 80-х годах прошлого столетия, а в последние годы исследования в этом направлении активизировались, поскольку интерес к ним и фундаментальной и прикладной науки стал возрастать, в том числе и за рубежом. На кафедре радиоэлектроники совместно с нижегородским НИРФИ проводятся исследования в этом направлении. В частности, выполняются эксперименты, связанные с оптическим излучением ионосферы под воздействием мощной радиоволны.

Целью данной работы является разработка методики и обработка экспериментальных данных, связанных с оптическими эффектами в ионосфере, модифицированной мощной радиоволной.

Были поставлены следующие задачи:

1. ознакомиться с основами и особенностями активных экспериментов в ионосфере;

2. проанализировать существующие методы фотометрирования протяженных объектов и определить алгоритм обработки наиболее подходящий для нашего эксперимента;

3. изучить программный пакет обработки астрономических объектов «MaxIm» для использования в обработке данных эксперимента;

4. освоить формат представления фотометрических данных принятый в астрономии и привести данные эксперимента к этому формату с целью дальнейшей обработки с помощью пакета «MaxIm»;

5. обработать данные экспериментов 2010 года и получить численную оценку стимулированного радиоволной потока излучения в красной линии кислорода (630 нм).