Reflection of the Ultra-Wideband Signals from Plasma Layers

This paper is concerned with the temporal distortion caused by the dispersion of ultra-wideband signals reflecting from linear and parabolic plasma layers. The magnitudes of the expected effects have been estimated for the various parameters of the plasma layers and sounding ultra-wideband signals. The ultra-wideband signal distortions are calculated for reflection from the ionospheric plasma layers and their features are described.Рассмотрены дисперсионные искажения, которые возникают при отражении сверхширокополосных сигналов от линейного и параболического плазменных слоев. Оценены величины наблюдаемых эффектов при различных соотношениях параметров плазменного слоя и зондирующего сверхширокополосного сигнала. Рассчитаны величины и описан характер дисперсионных отражений сверхширокополосных сигналов при отражении от ионосферных плазменных слоев.Розглянуто дисперсійні спотворення, що виникають при відбитті надширокосмугових сигналів від лінійного та параболічного плазмових шарів. Оцінено величини ефектів, що спостерігаються, при різних співвідношеннях параметрів плазмового шару та зондуючого надширокосмугового сигналу. Розраховано величини та описано характер дисперсійних спотворень надширокосмугових сигналів при відбитті від іоносферних плазмових шарів

Earth – Atmosphere – Geospace as an Open Nonlinear Dynamical System

The concept of the Earth-atmosphere-ionosphere-magnetosphere (EAIM) system as a complex open dissipative nonlinear dynamical system whose most important property is trigger mechanisms for energy releases has been validated, the basic aspects of the system paradigm being stated. Highly energetic phenomena in the system have been shown to give rise to a complex cluster of processes and to the reconstruction in the subsystem coupling. The active experiments in the EAIM system have established the limitation of the linear description of the subsystem response to large energy inputs, determined the possibility of the onset of large-scale and global-scale perturbation from local and localized energy releases, as well as revealed and identified the types of waves transferring these disturbances. The majority of highly variable processes in the EAIM system have been determined to be accompanied by energetic particle precipitations from the magnetosphere at middle latitudes.Обоснована концепция о том, что система Земля – атмосфера – ионосфера – магнитосфера (ЗАИМ) является сложной открытой диссипативной нелинейной динамической системой, наиболее важным свойством которой являются тригерные механизмы высвобождения энергии. Сформулированы основные положения системной парадигмы. Показано, что высокоэнергичные явления в этой системе вызывают сложную совокупность процессов и перестройку взаимодействий подсистем. Активные эксперименты в системе ЗАИМ позволили установить предел линейного описания отклика подсистем на значительные энерговыделения, определить возможность возникновения крупномасштабных и глобальных возмущений от локальных и локализованных выделений энергии, а также выявить и идентифицировать типы волн, переносящих эти возмущения. Установлено, что бóльшая часть нестационарных процессов в системе ЗАИМ сопровождается среднеширотными высыпаниямОбгрунтовано концепцію про те, що система Земля – атмосфера – іоносфера – магнітосфера (ЗАІМ) є складною відкритою дисипативною нелінійною динамічною системою, найважливішою властивістю якої є тригерні механізми вивільнення енергії. Сформульовано основні положення системної парадигми. Показано, що високоенергійні явища у цій системі викликають складну сукупність процесів і перебудову взаємодій підсистем. Активні експерименти в системі ЗАІМ дозволили встановити межу лінійного опису відгуку підсистем на значні енерговиділення, визначити можливість виникнення великомасштабних і глобальних збурень від локальних та локалізованих виділень енергії, а також виявити та ідентифікувати типи хвиль, що переносять ці збурення. Встановлено, що більшість нестаціонарних процесів у системі ЗАІМ супроводжується середньоширотними висипаннями енергійних частинок з магнітосфери

Wavelet Analysis and Ultra Wideband Signals

The wavelet analysis is offered to be used for the description of the ultra wideband signals. The expediency of such approach is justified. It is displayed, that wavelets are ultra wideband signals. The wideband indexes for most frequently used wavelets are evaluated. The advantages of the wavelet analysis before conventional methods are considered at research of ultra wideband signals. As an example the wavelet spectra of some model ultra wideband signals are considered.Вейвлет-анализ предлагается использовать для описания сверхширокополосных сигналов. Обосновывается целесообразность такого подхода. Показывается, что вейвлеты являются сверхширокополосными сигналами. Вычисляются показатели широкополосности наиболее часто используемых вейвлетов. Обсуждаются преимущества вейвлет-анализа перед традиционными методами при исследовании сверхширокополосных сигналов. В качестве примера рассматриваются вейвлет-спектры некоторых модельных сверхширокополосных сигналов.Вейвлет-аналіз пропонується застосовувати для описання надширокосмугових сигналів. Обґрунтовано доцільність такого підходу. Показано, що вейвлети є надширокосмуговими сигналами. Обчислюються показники широкосмуговості вейвлетів, що використаються найчастіше. Обговорено переваги вейвлет-аналізу над традиційними методами при дослідженні надширокосмугових сигналів. Як приклад розглянуто вейвлет-спектри деяких модельних надширокосмугових сигналів

Dispersive distortions of the fractal ultra-wideband signals in plasma media

The results of numerical modeling of dispersive distortions of the model high-frequency fractal ultra-wideband (UWB) signals propagating in linear and parabolic plasma layers are considered. The character of the dispersive distortions appeared is described and the corresponding numerical characteristics are estimated. Special attention is paid to the comparison of the results with similar ones obtained for non-fractal ultra-short UWB signals.Розглядаються результати числового моделювання дисперсійних викривлень модельних високочастотних фрактальних надширокосмугових (НШС) сигналів, що поширюються в лінійному та параболічному плазмових шарах. Описується характер дисперсійних спотворень, що виникають, оцінюються відповідні числові характеристики. Особлива увага приділяється порівнянню даних результатів з отриманими раніше аналогічними результатами для нефрактальних високочастотних ультракоротких НШС-сигналів.Рассматриваются результаты численного моделирования дисперсионных искажений модельных высокочастотных фрактальных сверхширокополосных (СШП) сигналов, распространяющихся в линейном и параболическом плазменных слоях. Описывается характер возникающих дисперсионных искажений и оцениваются соответствующие числовые характеристики. Особое внимание уделяется сравнению данных результатов с полученными ранее аналогичными результатами для нефрактальных высокочастотных ультракоротких СШП-сигналов

Multi-fractal analysis of the earth’s electromagnetic field time variations caused by the powerful geospace storm occurred on September 7-8, 2017

The results of multi-fractal analysis of time variations of the Earth’s electromagnetic field caused by the powerful geospace storm occurred on September 7-8, 2017 were considered. To obtain the most detailed results, the multifractal detrended fluctuation analysis, the Hurst exponent in sliding time domain window and the continuous wavelet transform were simultaneously applied. The set of numerical characteristics, which describe the peculiarities of the Earth’s electromagnetic field time variations, was estimated.Розглянуто результати мультифрактального аналізу часових варіацій електромагнітного поля Землі, викликаних потужною геомагнітною бурею, що відбулася 7-8 вересня 2017 р. Для отримання найбільш докладних результатів одночасно застосовано мультифрактальний аналіз флуктуацій без тренда, показник Херста, який обчислюється в ковзаючому вікні в часовій області, та безперервне вейвлет-перетворення. Оцінено безліч числових характеристик, які описують особливості часових варіацій магнітного поля Землі.Рассмотрены результаты мультифрактального анализа временных вариаций электромагнитного поля Земли, вызванных мощной геомагнитной бурей, произошедшей 7-8 сентября 2017 г. Для получения наиболее подробных результатов одновременно применены мультифрактальный анализ флуктуаций без тренда, показатель Херста, вычисляемый в скользящем окне во временной области, и непрерывное вейвлетпреобразование. Оценено множество числовых характеристик, которые описывают особенности временных вариаций магнитного поля Земли

Аspects of electromagnetic compatibility at remote sensing of ionosphere in radiophysical observatory of Кharkiv National University

Specific responses of radio receivers of various type and frequency range under conditions to receiving of both a sole intense ultrashort signals and combination of information and interference ultrashort signals are studied. A possible scenario of functional upset of radio receivers at the V.N. Karazin Kharkiv National University Radiophysical Observatory during remotely sensing the ionosphere with new radar transmitting a few hundred MW ~10 ns pulse has been analyzed. In the tests of receivers, the characteristics of interference signals well enough meet the conditions of planned experiments to probe the ionosphere. It is expected that the research results will contribute to the development of various preventive measures for the electromagnetic protection of the radio facilities at the Radiophysical Observatory.Досліджуються характерні види реакції радіоприймальних пристроїв різних типів і частотного діапазону в умовах прийому інтенсивних сигналів надкороткої тривалості, а також в умовах комбінованого прийому інформаційних сигналів і перешкоджаючих сигналів надкороткої тривалості. Проведено аналіз можливого сценарію збоїв радіоприймальних пристроїв радіофізичної обсерваторії ХНУ в умовах сеансу дистанційного радіозондування іоносфери, в якому використовується нове обладнання з імпульсною потужністю до декількох сотень мегават і тривалістю імпульсу близько 10 нс. У тестах приймальних пристроїв використані характеристики перешкоджаючих сигналів, які досить повно відображають можливі умови передбачуваних експериментів з радіозондування іоносфери. Передбачається, що результати досліджень будуть сприяти розробці різних превентивних заходів щодо електромагнітного захисту радіоелектронної апаратури обсерваторії.Исследуются характерные виды реакций радиоприемных устройств различных типов и частотного диапазона в условиях приема интенсивных сигналов сверхкороткой длительности, а также в условиях комбинированного приема информационных сигналов и помеховых сигналов сверхкороткой длительности. Проведен анализ возможного сценария сбоев радиоприемных устройств радиофизической обсерватории ХНУ в условиях сеанса дистанционного радиозондирования ионосферы, в котором используется новое оборудование с импульсной мощностью до нескольких сотен мегаватт и длительностью импульса около 10 нс. В тестах приемных устройств использованы характеристики помеховых сигналов, которые достаточно полно отражают возможные условия предполагаемых экспериментов по радиозондированию ионосферы. Предполагается, что результаты исследований будут способствовать разработке различных превентивных мероприятий по электромагнитной защите радиоэлектронной аппаратуры обсерватории

The physical effects associated with Chelyabinsk meteorite's passage

The main effects associated with the February 15, 2013 Chelyabinsk bolide (Chebarkul meteorite) have been estimated. The major amount of energy release (approximately 0.2 Megaton) occurred near 25 km altitude where the rate of mass loss attained 20 kiloton s⁻¹, and the optical emission energy of 375 TJ. The pressure behind the shock near the bolide explosion epicenter attained a few kilopascals. The surface area of partial destructions was equal to approximately 6,000 km². The bolide explosion gave rise to appreciable disturbances not only in the lower atmosphere, but also in the upper atmosphere at a range of not less than 1,000…2,000 km. The effects in the geomagnetic field reached 0.5…1 nT. The earthquake caused by the bolide explosion had a Richter magnitude of 3-4.Оцінено основні ефекти, що супроводжували падіння Челябінського боліда (Чебаркульського метеорита) 15 лютого 2013 р. Показано, що основне енерговиділення (близько 0.2 Мт) мало місце близько висоти 25 км, де швидкість втрати маси досягала 20 кт/с, енергія оптичного свічення – 375 ТДж. Близько епіцентру вибуху боліда тиск у фронті ударної хвилі становив одиниці кілопаскалей. Площа зони часткових руйнувань будівель була близька до 6 тис. км². Вибух боліда призвів до помітного збурення не лише нижньої, а й верхньої атмосфери на віддаленнях не менше 1…2 тис. км. Розмір геомагнітного ефекту склав 0.5…1 нТл. Магнітуда землетрусу, викликаного вибухом боліда, не перевищувала 3-4.Оценены основные эффекты, сопровождавшие падение Челябинского болида (Чебаркульского метеорита) 15 февраля 2013 г. Показано, что основное энерговыделение (около 0.2 Мт) имело место вблизи высоты 25 км, где скорость потерь массы достигала 20 кт/с, энергия оптического свечения – 375 ТДж. Вблизи эпицентра взрыва болида давление во фронте ударной волны составляло единицы килопаскалей. Площадь зоны частичных разрушений построек была близка к 6 тыс. км². Взрыв болида привел к заметному возмущению не только нижней, но и верхней атмосферы на удалениях не менее 1…2 тыс. км. Величина геомагнитного эффекта составила 0.5…1 нТл. Магнитуда землетрясения, вызванного взрывом болида, не превышала 3-4