У наближенні геометричної оптики наведено теоретичні викладки визначення похилих профілів показника заломлення нижніх шарів тропосфери над поверхнею моря за радіосигналами штучних супутників Землі.

Розроблено та реалізовано нові методи наднизькочастотного - дуже низькочастотного (ННЧ - ДНЧ) радіозондування нижньої іоносфери та моніторингу світової грозової активності, створені на підставі результатів вимірювання природних електромагнітних ННЧ - ДНЧ полів у резонансній порожнині Земля - іоносфера. Детально досліджено вплив такого явища космічної погоди, як сонячні протонні події на параметри глобального (шуманівського) резонансу. Розв'язано зворотні радіофізичні задачі, які є основою методів пасивної локації розподілених у просторі джерел ННЧ - ДНЧ полів. Дані методи створені на однопозиційних вимірюваннях середніх спектрів природного ННЧ фону та реконструкції дистанційних профілів світової грозової активності, а також на багатопозиційних вимірюваннях для проведення ННЧ - ДНЧ радіотомографії просторового розподілу гроз. Розглянуто нові однопозиційні методи локації блискавок і визначення характерних параметрів нижньої іоносфери з використанням широкосмугових природних сигналів - ДНЧ атмосфериків, на базі яких проведено моніторинг регулярних варіацій (добових і сезонних) параметрів нічної нижньої іоносфери. Визначено особливості флуктуації сигналів ДНЧ радіопередавачів, що поширюються поздовж сейсмоактивних трас. Виявлено збурення у ДНЧ сигналах з періодами внутрішніх гравітаційних і планетарних хвиль, які передують потужнім землетрусам, що проходили поблизу трас поширення.

Створено основи теорії зондувальних сигналів радіоакустичних та акустичних систем. Запропоновано адекватні конструктивні моделі радіоакустичного й акустичного локаційних каналів. Розроблено методи дослідження - аналізу і синтезу зондувальних сигналів, що грунтуються на введеній двовимірній просторово-частотній взаємокореляційній функції звукового та електромагнітного коливань - функції розсіяння. Вивчено характеристики каналів і прийманих сигналів, що дозволило синтезувати оптимальні алгоритми функціонування расдарів, алгоритми адаптації содарів до існуючої завадової обстановки, запропонувати нові методи вимірювання параметрів атмосфери.

Изложены общие сведения по основам статистической теории радиотехнических систем, теории дистанционного радиозондирования и технических средств радиозондирования околоземной и космической сред. Описаны сигналы и помехи в каналах радиозондирования, рассмотрены основы теории обнаружения, различения и разрешения сигналов на фоне помех. Освещены методы измерения (оценки) параметров случайных процессов и сигналов, предельная (потенциальная) точность оценки параметров радиосигнала, влияние среды на точность радиотехнических измерений. Раскрыты физические основы взаимодействия радиоволн с целями, методы измерения параметров целей, методы дистанционного радиозондирования, радиозондирования атмосферы и космоса. Дана общая характеристика радиотехнических средств, детально описаны антенные, радиопередающие устройства и системы, регистрирующие, обрабатывающие и запоминающие устройства. Приведены перспективы развития средств радиозондирования, обработки и хранения информации.

За даними радіозондування на 5-х станціях тихоокеанської екваторіальної зони визначено величини сухої та вологої складової зенітної тропосферної затримки числовим інтегруванням, а також за аналітичними моделями Саастамойнена та Хопфілда. Проаналізовано одержані результати та надано рекомендації з метою подальшого удосконалення наведених досліджень.

Проаналізовано методи, схеми та засоби абсолютизації вимірювань енергетичних характеристик і калібрування оптико-електронних приладів дистанційного зондування Землі. Запропоновано нові схеми та методи калібрування вітчизняних космічних систем високого амплітудного і просторового розділення, які гарантують високий метрологічний рівень вимірювань під час використання доступної в Україні еталонної, елементної та приладової бази.

Сформулированы особенности обработки сигналов систем радиоакустического зондирования атмосферы и их основные недостатки, которые ведут к погрешностям в определении температуры. Рассмотрен порядок устранения систематической погрешности и оптимизации радиоакустической аппаратуры.

Представлены результаты радиолокационного зондирования взволнованной водной поверхности в СВЧ и КВЧ диапазонах частот в лабораторных и натурных условиях. Рассмотрено влияние растворимых и нерастворимых поверхностно-активных веществ на частотные и пространственные свойства рассеянных водой сигналов в условиях преобладания резонансного механизма рассеивания электромагнитного поля. Отмечено снижение центральных частот, сужение доплеровских спектров и рост анизотропии спектров сигналов миллиметрового диапазона, реакция спектров сантиметровых сигналов менее выражена или отсутствует. Предположено, что бимодальный характер спектров сигналов связан с совместным влиянием разных механизмов рассеивания ЭМВ на начальных этапах развития волнения. Обсуждены условия и границы применимости спектральных признаков для улучшения наблюдаемости загрязнений.

Увагу приділено вирішенню наукової проблеми підвищення рівня радіометричного калібрування оптико-електронних зондуючих систем (ОЕЗС) космічного базування. Розроблено теоретичні основи проектування систем радіометричного калібрування прецизійних ОЕЗС, в основі яких покладено запропоновані моделі дифузних випромінювачів, випромінювачів змінної яскравості, широкодіапазонних спектрокомпараторів, зразкових випромінювачів, методи та засоби абсолютизації радіометричних вимірювань на основі вітчизняної метрологічної бази. Досліджено систему радіометричного калібрування на основі оригінального дифузного випромінювача змінної яскравості, одержано аналітичні вирази для розрахунку його метрологічних характеристик. Запропоновано нові методи переносу одиниці радіометричної величини до калібруючої системи з використанням оригінальної елементної бази.

Узагальнено динамічний підхід до розв’язання задачі радіофізичної діагностики неоднорідностей за допомогою радіопросвічування іоносфери сигналами глобальної навігаційної супутникової системи (ГНСС) на випадок збурення повного електронного вмісту довільної форми з плоским амплітудним фронтом. Вперше за даними багатопозиційних радіофізичних вимірювань повного електронного вмісту в регіоні Антарктичного півострова встановлено та проаналізовано сезонно-добові залежності частоти появи, швидкості та напрямку руху середньомасштабних рухомих іоносферних збурень. Одержано нові експериментальні свідоцтва впливу тропічних циклонів і позатропічних ураганів на стан іоносферної плазми. За даними мережі іонозондів і наземних станцій ГНСС на прикладі ураганів “Рита”, “Вілма”, “Катріна” і “Кирило” встановлено зростання інтенсивності іоносферних неоднорідностей над областю атмосферних збурень і появу спорадичних шарів на висотах Е-області. За даними синхронних вимірювань варіацій потоку мюонів та атмосферного тиску вперше запропоновано та реалізовано спосіб оцінки геометричних параметрів атмосферного фронту. На прикладі надпотужного урагану “Кирило” відновлені кут нахилу, горизонтальна протяжність і швидкість переміщення фронтальної зони.

Увагу приділено питанням розробки інтегрованих інформаційних систем із застосуванням онтологічних інформаційних моделей та існуючих методів моніторингу температурних процесів для території України. Розроблено алгоритм аналізу якості існуючих методів визначення температурних аномалій за даними дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) та доведено необхідність їх вдосконалення. Проведено інформаційне моделювання процесів обробки даних в межах вирішення задач моніторингу температурних явищ, за результатами якого побудовано онтологічні моделі просторово розподілених даних відображення температурних показників. Розроблено та реалізовано додаткові необхідні алгоритми та програми для якісного визначення температурних показників за даними ДЗЗ шляхом інтеграції онтологічних моделей. Створено об'єктні моделі задач на мовах IDEF, DFD та UML у вигляді діаграми класів, за якими побудовано алгоритми та реалізовано програми моделей на C#. На основі побудованого операційного середовища створено та впроваджено інформаційну систему комп'ютерної підтримки рішень з ефективними інформаційними моделями та методами для вирішення задач в межах температурного моніторингу підстильної поверхні на території України.

Увагу приділено вдосконаленню методу радіометрії міліметрового діапазону хвиль за рахунок спільного (комплексного) розвитку апаратурного та методичного забезпечення процедури дистанційного зондування, а також за рахунок розвитку його інформаційної основи й алгоритмів, що використовують нову апріорну інформацію про особливості радіофізичних властивостей об'єктів навколишнього середовища. Розроблено та досліджено засновані на нових концепціях і технічних вирішеннях експериментальні зразки лабораторних, наземних, літних і радіоастрономічних вимірювальних систем та їх ключових вузлів. З'ясовано нові особливості й ефекти радіотеплового випромінювання розповсюджених типів земного покриву й атмосфери у міліметровому діапазоні хвиль. Запропоновано й обгрунтовано з залученням модельних вистав гіпотези, що пояснюють взаємозв'язок геофізичних процесів та їх радіофізичних проявів. Набули подальшого розвитку методи й алгоритми обробки й інтерпретації результатів дистанційного зондування навколишнього середовища. Забезпечено впровадження одержаних результатів апаратурного, алгоритмічного та загальнофізичного характеру в зацікавлених організаціях НАНУ, МОНмсУ і МНСУ.

Розв'язано науково-прикладну задачу підвищення інформативністі методів дистанційного зондування атмосферного граничного шару (АГШ), які основані на використанні акустичних хвиль. На підставі ретельного аналізу фізичних факторів сформульовано ряд нових задач методу акустичного зондування (АЗ) й обгрунтовано їх необхідність. Зокрема, для адекватної оцінки загального рівня розсіяння звукових хвиль у разі AЗ АГШ доведено необхідність урахування стискання середовища. Проведено аналіз руху зондуючого пакета акустичних хвиль у ламінарному потоці за стійкої стратифікації АГШ, розроблено основи методики вимірювань швидкості ламінарних потоків та обгрунтовано необхідність включення фазометрів у схеми приймальних пристроїв содарів. В ході аналізу дифракційної задачі розсіяння електромагнітних хвиль на неоднорідностях діелектричної проникливості повітря, що утворилися під час проходження акустичних хвиль у нижній частині траси бістатичних систем радіоакустичного зондування, обгрунтовано можливість використання наближення Френеля, одержано аналітичні вирази для прийнятого сигналу з цієї частини траси. Показано, що ці вирази дозволяють одержати розрахункові дані, на підставі яких можна проводити корекцію результатів вимірювань і виключити методичну похибку вимірювання метеопараметрів у нижній частині траси зондування.

По данным радиозондирования на шести станциях экваториальной зоны определены величины сухой и влажной составляющих зенитной тропосферной задержки сигналов численным интегрированием, а также по аналитическим моделям Саастамойнена и Холфилд. Проанализированы полученные результаты, даны рекомендации по дальнейшему усовершенствованию методики исследований.

Проведен анализ существующей системы радиозондирования атмосферы Украины, определены ее недостатки, предъявлены требования, отвечающие международным стандартам. Предложена структура системы радиозондирования атмосферы с использованием радионавигационных систем GPS и "Глонасс". Предложены конкретные технические решения наиболее важных элементов системы на базе современных информационных технологий.

Поява та становлення багатоканальних глобальних навігаційних супутникових систем (Global Navigation Satellite System, GNSS), а саме Глобальної системи позиціонування США (Global Positioning System, GPS), російської Глобальної навігаційної супутникової системи (ГЛОНАСС), європейської Galileo та китайської BeiDou систем зумовили можливість широкого їх застосування не тільки для завдань позиціонування, а також і для проведення атмосферних досліджень. Мета роботи - дослідження точності визначення тропосферних затримок із мульти-GNSS спостережень із використанням пакета програмного забезпечення GipsyX. Проаналізовано дані мульти-GNSS, отримані зі спостережень на GNSS-станції GANP впродовж липня 2018 р. Опрацювання даних виконано у пакеті програмного забезпечення GipsyX, в основу якого покладено абсолютний метод точного позиціонування (Precise Point Positioning, РРР). Стратегія опрацювання мульти-GNSS спостережень передбачала 5 розв'язків: 4 окремих - "тільки GPS", "тільки ГЛОНАСС", "тільки Galileo" та "тільки BDS" і один комбінований, що містив дані спостережень "GPS + HTlOHACC + Galileo+BDS". Отримані значення зенітної тропосферної затримки (Zenith Tropospheric Delay, ZTD) порівняно з відповідними значеннями за даними радіозондування атмосфери розташованої неподалік аерологічної станції 11952 Poprad - Ganovce. Отримані за даними мульти-GNSS спостережень значення ZTD демонструють високу узгодженість із даними радіозондування атмосфери впродовж 30 днів. Результати цього експерименту підтверджують, що використання усіх можливих повноцінних супутникових навігаційних систем забезпечує вищу точність опрацювання порівняно з "тільки GPS", "тільки ГЛОНАСС", 25 %. Встановлено, що точність визначення тропосферних затримок на основі мульти-GNSS спостережень перевищує точність тропосферних продуктів, отриманих у результаті опрацювання даних GNSS-спостережень від однієї супутникової навігаційної системи. Отримані результати є новинним продуктом для спільноти GNSS.

Глобальні навігаційні супутникові системи (GNSS) на даний час все частіше використовуються в задачах моніторингу атмосфери. Для визначення тропосферних затримок найчастіше застосовують два підходи: обчислення даних радіозондування атмосфери та опрацювання даних GNSS-спостережень. GNSS-опрацювання, зазвичай, виконуються двома методами: абсолютним методом точного позиціонування (Precise Point Positioning, PPP) і методом подвійних різниць (Double Differences, DD). PPP - це потужний інструмент для аналізу даних, який є чутливим до різних параметрів. Показано, що PPP метод можна використовувати не тільки для позиціонування та навігації, але й для інших завдань, а саме моніторингу атмосфери. Мета роботи - проведення порівняльного аналізу різних підходів визначення тропосферних затримок за результатами опрацювання GNSS-спостережень PPP і DD методами, та за даними радіозондування атмосфери. В роботі використано дані спостережень з таких GNSS-станцій: BUCU (Бухарест, Румунія), GANP (Гановце, Словаччина) і GLSV (Київ, Україна), а також дані радіозондування, розташованих неподалік, аерологічних станцій 15420 (Бухарест, Румунія), 11952 (Попрад-Гановце, Словаччина), 33345 (Київ, Україна). Визначення зенітної тропосферної затримки (Zenith Tropospheric Delay) проводилося за даними GNSS-спостережень абсолютним PPP методом за допомогою програмного пакету GIPSY-OASIS і відносним методом DD із програмними пакетами Bernese GNSS Software і GAMIT-GLOBK. Отримані результати порівнювалися з відповідними даними радіозондування. Значення, отримані з використанням різних підходів, відповідають субсантиметровому рівню точності відносно даних радіозондувань, при цьому найкращі результати були отримані методом PPP на словацьких станціях (міліметровий рівень), де відстань між розташуванням аерологічної і GNSS-станції є менше 1 км, тобто вони знаходяться в однакових атмосферних умовах. Це надає можливість стверджувати, що PPP метод забезпечує кращий рівень точності і може використовуватися саме для визначення тропосферних затримок. Наукова новизна, практична значущість. Технологія проведення неперервного моніторингу атмосфери з використанням GNSS станцій і методика опрацювання даних спостережень з цих станцій на основі абсолютного позиціонування PPP. Отримані результати, за їх доповнення, можна використовувати для вирішення багатьох задач моніторингу атмосфери та замінити у перспективі дороговартісне радіозондування.

Мета роботи - розробка процедури ідентифікації параметрів беззіштовхувальної плазми за вольтамперною характеристикою (ВАХ) циліндричного зонда, що обтікається поперечно, при довільному відношенні площі поверхні зонда до площі поверхні опорного електрода, які збирають струм. З використанням відомих теоретичних і експериментальних залежностей іонного та електронного струмів на циліндр побудовано математичну модель ВАХ (збирання струму) для зондової системи з циліндричними електродами. Модель включає розрахунок рівноважного потенціалу опорного електрода при зміні напруги зсуву зонда. На основі побудованої теоретичної моделі ВАХ циліндричного зонда в надзвуковому потоці низькотемпературної неізотермічної беззіштовхувальної плазми розроблено процедуру ідентифікації кінетичних параметрів плазми з використанням апріорної інформації про властивості плазми і умови експерименту. Процедура заснована на визначенні температури і концентрації заряджених частинок, швидкості потоку і маси іонів плазми, за яких теоретична ВАХ найкращим чином описує ВАХ, що отримано експериментально. Апріорна інформація про властивості плазми і умови експерименту задається у вигляді обмежень на параметри теоретичної ВАХ. Досліджено чутливість ВАХ циліндричного зонда при малих варіаціях параметрів незбуреної плазми в залежності від відношення поверхонь зонда і циліндричного опорного електрода, які збирають струм. Отримано кількісні характеристики впливу відношення площ на ВАХ циліндричного зонда. Виконано числове моделювання зондових вимірювань в умовах іоносфери. Показано працездатність процедури ідентифікації кінетичних параметрів плазми. Проведено числові дослідження впливу похибок зондових вимірювань на відновлення параметрів плазми. В рамках прийнятих припущень отримані оцінки достовірності відновлення параметрів незбуреної плазми в залежності від точності вимірювання ВАХ. Отримані результати можуть бути використані в діагностиці іоносферної плазми.

Запропоновано й апробовано на основі числового моделювання новий однопозиційний метод визначення відстані до блискавки та висотного профілю нижньої іоносфери на основі аналізу багатомодових записів твіків. Уперше накопичено великий масив цілодобових одночасних записів трьох компонент поля атмосфериків у діапазоні частот 300 Гц - 24 кГц і ДНЧ радіостанцій в діапазоні 12 - 23 кГц з використанням створеного вимірювального комплексу. Уперше за результатами аналізу твік-атмосфериків на основі розробленого алгоритму автоматичного виявлення й аналізу твік-атмосфериків показано зв'язок ефективної висоти нижньої іоносфери з величиною сонячного зенітного кута в нічний час, що демонструє домінуючу роль випромінювання геокорони в формуванні нічної іоносфери. Уперше за результатами аналізу твік-атмосфериків виявлено ефект збільшення висоти нижньої іоносфери під час магнітної бурі помірної потужності.

Присвячено аналізу сезонної та довготермінової мінливості основних аерологічних характеристик над територією України в усьому шарі тропосфери та нижньої стратосфери до рівня 30 гПа, а саме: висоти ізобаричного рівня, температури повітря, точки роси, відносної вологості, відношення суміші, швидкості та напряму вітру, меридіональної та зональної складових вітру. Створено систему управління базами даних аерологічної інформації з програмними засобами візуалізації та розроблено критерій критичного аналізу первинних даних, що базується на багаторазовому фільтруванні потенційно помилкових значень серед аномально відхилених показників. Побудовано сезонні моделі аерологічних характеристик, уточнено особливості сезонної мінливості та виявлено існування стрибкоподібних змін фаз температури та висоти ізобаричного рівня у вільній тропосфері, рівні зміни спектральних показників сезонних коливань, вертикальний розподіл амплітуд та коефіцієнтів детермінації сезонного ходу для усіх аерологічних характеристик. Установлено та описано рівні найбільш чітких сезонних коливань. Обчислено температурні градієнти у вільній тропосфері поза граничним шаром та виявлено залежність від місця розташування станції. Уперше оцінено тренди температурного градієнту вільної тропосфери, виявлено їх незначущість на більшості станціях. Обчислено довготермінову мінливість аерологічних характеристик. Показано неможливість об'єктивної оцінки трендів. Установлено, що найбільший внесок у довготермінову мінливість здійснюють низькочастотні припливні коливання. На основі значущих коливань проаналізовано довготермінові зміни аерологічних характеристик.