Radary SuperDARN : narzędzie do badania i monitorowania atmosfery Ziemi i przestrzeni wokółziemskiej

Radary SuperDARN powstały jako narzędzie do badań górnych warstw atmosfery i ich związków z magnetosferą i wiatrem słonecznym (Greenwald i in. 1995; Chisham i in. 2007; Lester 2008, 2013). Pracują w zakresie częstotliwości HF, pomiędzy 8 a 20 MHz. Ich zasada działania opiera się na wykorzystaniu rozpraszania Bragga na periodycznych strukturach przestrzennych o skalach odległości porównywalnych z długością fali sondującej. Radary te umożliwiają obserwacje formacji jonosferycznych zorientowanych wzdłuż linii pola geomagnetycznego. W artykule opisano podstawowe bloki funkcjonalne przykładowego radaru SuperDARN: tor nadawczy, odbiorczy oraz system antenowy. Omówiony został sposób modelowania wiązki sondującej. Jedną z kluczowych kwestii przy wyborze lokalizacji dla nowopowstającej stacji SuperDARN jest określenie jej potencjalnych możliwości obserwacyjnych. Można wykorzystać do tego oprogramowanie dokonujące śledzenia dróg propagacji impulsu emitowanego przez radar i określania punktów, w których wektor fali jest prostopadły do lokalnego pola magnetycznego Ziemi. Warunek taki pozwoli na uzyskanie rozproszenia wyemitowanej przez antenę radaru fali z powrotem, w kierunku nadawania. W artykule przedstawiono wyniki symulacji dla hipotetycznej stacji SuperDARN, zlokalizowanej w południowo-zachodniej Polsce. W obliczeniach użyto programu do ray tracingu, bazującego na algorytmie Jones i Stephenson (1975) oraz modelu jonosfery IRI-2012.

SuperDARN radars were developed as a tool for testing the upper atmosphere regions and their coupling with the magnetosphere and solar wind (Greenwald et al. 1995; Chisham et al. 2007; Lester 2008, 2013). They work in the HF frequency range, between 8 and 20MHz. Their principle of operation is based on the use of Bragg scattering on periodic spatial structures with scales of distance comparable to the length of the sounding wave. These radars allow observation of ionospheric formations oriented along the geomagnetic field lines. The article describes basic functional SuperDARN radar blocks: transmitting path, receiving path, and the antenna system as well. The method of modeling the sounding beam is also presented. One of the key issues when choosing a location for a new SuperDARN station is to determine its potential for observation. You can use a special software to track the propagation paths of the pulse emitted by the radar and determining points in which the wave vector is perpendicular to the local geomagnetic field. Such a condition will allow to obtain the scatter of the wave emitted by the radar antenna back into the direc¬tion of transmission. The article presents simulation results for a hypothetical SuperDARN station, located in south-western Poland. The calculation were based on a ray tracing program based on the Jones and Stephenson algorithm (Jones, Stephenson 1975) and the IRI-2012 ionosphere model.