سنجش از دور
سحر برزگر؛ مسعود خوش سیما
چکیده
پیشینه و اهداف: تکنیکهای سنجش (sounding) رادیویی و توموگرافی، برای مطالعه ساختار و دینامیک یونسپهر به کار میروند. توموگرافی یکی از روشهای پیشرفته برای مطالعه و مدلسازی سهبعدی چگالی الکترونی در لایه یونسپهر است. این روش از دادههای مشاهداتی مانند GNNS برای تولید نقشههای دقیق از توزیع الکترونها در این لایه استفاده میکند. ...
بیشتر
پیشینه و اهداف: تکنیکهای سنجش (sounding) رادیویی و توموگرافی، برای مطالعه ساختار و دینامیک یونسپهر به کار میروند. توموگرافی یکی از روشهای پیشرفته برای مطالعه و مدلسازی سهبعدی چگالی الکترونی در لایه یونسپهر است. این روش از دادههای مشاهداتی مانند GNNS برای تولید نقشههای دقیق از توزیع الکترونها در این لایه استفاده میکند. توموگرافی یونسپهر به ما امکان تشخیص تغییرات زمانی و مکانی چگالی الکترونی را با دقت بالا میدهد. که این امر برای برنامههای کاربردی مانند ناوبری ماهوارهای، ارتباطات رادیویی و پیشبینیهای متئورولوژیکی حیاتی است. توسعه اندازهگیری و توموگرافی یونسپهر، که به مطالعه و تحلیل لایههای بالایی جو زمین میپردازد، از اهمیت ویژهای برخوردار است. این فرآیند، که از اوایل قرن بیستم آغاز شده، شامل تکنیکهای مختلفی برای بررسی توزیع الکترونها در یونسپهر است. اندازهگیری یونسپهر، که با استفاده از رادارهای مخصوصی به نام ایونوسوندها انجام میشود، به دانشمندان این امکان را میدهد تا اطلاعات دقیقی در مورد تراکم الکترونی و ساختار لایههای یونیزه شده به دست آورند. توموگرافی یک روش تصویربرداری است، که از انتشار امواج رادیویی در یونسپهر برای تولید تصاویر دو یا سه بعدی از توزیع الکترونها در این لایه استفاده میکند. این تکنیک، که به طور گستردهای در پیشبینی شرایط جوی، مخابرات رادیویی و مطالعات فضایی به کار میروند، نقش مهمی در پیشرفت علم جوسپهری داشتهاند. با پیشرفت تکنولوژی، ابزارهای اندازهگیری پیشرفتهتر و دقیقتر شدهاند، که این امر به درک بهتری از پدیدههای مختلف یونسپهر منجر شده است. امروزه، با استفاده از ماهوارهها و سایر فناوریهای پیشرفته، دانشمندان قادر به انجام اندازهگیریهای دقیقتر و تحلیلهای عمیقتری از این لایه هستند، که این امر در نهایت به بهبود ارتباطات جهانی و افزایش ایمنی پروازهای هوایی کمک میکند. در این مقاله، روش موجود برای چگونگی بدست آوردن تغییر چگالی الکترونی لایه یونسفر مبتنی بر پارامتر محتوای کلی الکترون (TEC) با استفاده از تحلیل تفاضل فازی ایجاد شده در سیگنال مخابراتی سامانه ماهوارهای راهبری جهانی GNSS در هنگام عبور از لایههای مختلف یونسفر مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. به این منظور سیگنالها مخابراتی از ماهوارههای مدار پایین و مدارهای بالا مطالعه شدهاند و روش بدست آوردن TEC از تفاضل فازی برا هریک توضیح داده شد. سپس به مطالعه روشها و الگوریتمهای موجود برای تبدیل اطلاعات TEC به تصاویر توموگرافیک پرداختیم. در انتهای این مقاله به عنوان یک مثال روش توموگرافی رادیویی را برای مصورسازی حبابهای پلاسمایی در منطقه استوایی پیادهسازی کرده و نتایج آن را با تصاویر گرفته شده از ادوات اپتیکی مقایسه کردیم. نشان داده شد که توموگرافی رادیویی میتواند به عنوان روشی دقیق برای مصورسازی ساختار حبابهای پلاسما بهکارگرفته شود. در انتهای این مقاله به مقایسه روش مطالعه شده در اینجا با روشهایی نظیر تصویربرداری تمام آسمان، رادارهای پراکندگی غیر همدوس و غیره، پرداخته شد و مزایا و معایب این روشها نسبت به یکدیگر بیان شد.روش ها: در تحقیقات کنونی در زمینه صدازدایی و توموگرافی یونسپهر با استفاده از GNSS، پیشرفتهای قابل توجهی صورت گرفته است. مطالعات اخیر نشان میدهند که با استفاده از GNSS، میتوان ساختار یونسپهر را به صورت سهبعدی و با دقت بالا مدلسازی کرد. توزیع الکترونی یونسپهر با استفاده از دادههای رادیویی که از ماهوارههای در ارتفاع کم (LO) و ارتفاع بالا (HO) به دست میآیند، تجزیه و تحلیل میشود. جمعآوری اطلاعات یونسپهر با استفاده از GNSS یک فرآیند پیچیده و دقیق است که از تکنولوژی پیشرفته برای اندازهگیری و تحلیل پارامترهای مختلف یونسپهری بهره میبرد. این سیستمها، که شامل ماهوارههایی در مدار زمین هستند، سیگنالهایی را به ایستگاههای گیرنده روی زمین مخابره میکنند. این سیگنالها حاوی اطلاعات زمانی و مکانی دقیق ماهوارهها هستند که با استفاده از آنها میتوان موقعیت دقیق گیرندهها را روی زمین تعیین کرد. نحوه توزیع چگالی الکترونی در لایه یونسپهر برروی نحوه انتشار امواج رادیویی GNSS و تغییر مسیر، شکل و فاز این امواج به طور مستقیم تأثیرگذار است. هرگونه اختلال در لایه یونسپهر، تأثیر جدی در ارتباطات ماهوارهای، ارتباطات دقیق ناوبری و ارتباطات دوربرد میگذارد. در حقیقت، GNSS از این قابلیت برای اندازهگیری محتوای کلی الکترون (TEC) یونسپهر استفاده میکند، که یک شاخص کلیدی برای درک وضعیت یونسپهر است. این فرآیند با استفاده از سیگنالهایی که از ماهوارهها به ایستگاههای زمینی فرستاده میشوند، صورت میگیرد. این سیگنالها هنگام عبور از یونسپهر تحت تأثیر تغییرات الکترونی قرار میگیرند و این تغییرات میتوانند با دقت بالایی اندازهگیری شوند.یافته ها: در این پژوهش مطالعه جامعی بر روی تحقیقات کنونی در زمینه توموگرافی رادیویی یونسپهر با استفاده از اندازهگیری TEC یونسپهر توسط GNSS انجام شده است. مفهوم TEC و نحوه تأثیر آن بر روی فاز و شکل سیگنالهای دریافت شده از ماهوارههای مدار پایین و مدار بالا مورد بررسی قرار گرفته است. کاربرد و روش استفاده از دادههای ماهوارههای LO و HO برای بدست آوردنTEC به تفصیل توضیح داده شدهاند. به اعتبارسنجی و صحتسنجی دادههای ماهوارهای در توموگرافی رادیویی یونسپهر که ضامن درستی عملکرد محصول نهایی و فرآیند تولید آن است، پرداخته شده است. در انتها مروری بر یک تکنیک برای بازسازی تصاویر توموگرافی حباب های پلاسمایی با اندازهگیری TEC از طریق سیگنالهای GNSS انجام شد. نشان داده شد که این تکنیک بازسازی توموگرافی روی تصویربرداری از حبابهای پلاسمایی به خوبی عمل میکند. توزیعهای افقی گرفته شده از کاهش پلاسمای VTEC با تصاویر گرفته شده از ادوات اپتیکی مقایسه گردید و نشان داده شد که نتایج مشابهی حاصل میشود. همچنین نتایج بیان میکنند که در صورت بزرگ بودن ساختار حباب حتی در نواحی که سیگنال GNSS در آنهای ضعیف است، میتوان نتیجه درستی از این روش بدست آورد.نتیجه گیری: در مجموع، توموگرافی GNSS یک حوزه پویا و در حال توسعه است که پتانسیل زیادی برای بهبود دقت و کارایی در پیشبینیهای جوی دارد. با تحقیق و توسعه بیشتر، میتوان انتظار داشت که روشها و فناوریهای جدیدی در این زمینه معرفی شوند که میتوانند به حل چالشهای موجود و بهبود کیفیت و دقت مدلهای توموگرافی کمک کنند. این پیشرفتها میتوانند تأثیر قابل توجهی بر کاربردهای متنوع توموگرافی GNSS، از جمله در زمینههای هواشناسی، تغییرات اقلیمی و مدیریت بلایا داشته باشند.
