Анализ данных измерений искусственного оптического свечения ионосферы
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
°ла использовалась длительность квазинепрерывной посылки 2 мин. (до 20:31 LT), затем 3 мин. (до 21:07 LT), а после этого снова 2 мин. Время начала эксперимента определялось уменьшением (после захода Солнца) сигнала с фотометров при открытых крышках ниже уровня насыщения (это происходит приблизительно через 1.5 часа после захода Солнца, Солнце при этом находится на ? 9 ниже горизонта).
Для регистрации оптического свечения использовалась следующая аппаратура: (а) цифровая телевизионная ФЗПС камера S1C/079- FP(FU) для регистрации черно-белых изображений с низким уровнем освещённости, оснащенными светофильтром на длину волны 630.0 нм и светосильным объективом NC-2 ; (б) 2 фотометра с полем зрения ~ 7 со светофильтрами на длины волн 630.0 нм и 557.7 нм с постоянной времени интегрирования 1 мс. Выходные сигналы с камеры S1C/079- FP(FU) подавались через специализированный PCI-адаптер на компьютер Pentium-4, где и записывались. Выходные сигналы в фотоэлектронном умножителе фотометров регистрировались с помощью АЦП с частотой оцифровки 1 кГц.
Камера S1C/079- FP(FU) представляет собой фотоприемное устройство с числом эффективных пикселей 578х576, с размером пикселя 22х22 мкм. Спектральная чувствительность составляет 58% на длине волны ?=630 нм.
Во время наблюдений на камеру был установлен светосильный объектив NC-2 с диаметром входной линзы 34 мм и фокусным расстоянием 35 мм, снабженный интерференционным светофильтром на длину волны 630 нм (линия O1D атомарного кислорода) с шириной полосы пропускания 10 нм и коэффициентом пропускания 77%. Луч передающей антенны стенда Сура был ориентирован 15 марта и 16 марта вертикально в зенит, 17 марта был наклонен на юг на 12 к вертикали в плоскости магнитного меридиана. Поляризация излучаемой волны - обыкновенная. Следует отметить, что в соответствии с рельефом местности, диаграмма направленности стенда Сура имеет регулярный сдвиг наклона диаграммы на 2 к югу, что учитывалось нами при анализе данных. Одновременно с измерением оптического свечения производилось снятие ионограмм каждые 10 мин для определения ионосферной обстановки. Однако некоторые ионограммы, полученные в ходе работы на установке Сура, было невозможно проанализировать вследствие сильного аномального поглощения сигнала ионозонда во время воздействия волны накачки. В соответствии с анализом ионограмм отражение волны накачки и, следовательно, взаимодействие волны накачки с плазмой происходило на высотах порядка 250-270 км. В задачу дипломной работы входила обработка и предварительный анализ предоставленных мне данных эксперимента по регистрации искусственного оптического свечения с помощью ФПЗС камеры, а также сопоставление полученных результатов с результатами работы 2007 г., где были обнаружены некоторые закономерности поведения пятна искусственного свечения в красной линии.
Глава 3. Обработка данных эксперимента
Всего за время эксперимента было зарегистрировано около 1500 снимков ночного неба, из них проанализировано около тысячи снимков. Остальные, в том числе все данные, полученным 18 марта, оказались непригодными к обработке вследствие влияния облачной дымки. Обработка полученных изображений была произведена в среде Matlab. Все файлы-снимки представлялись в виде цифровых матриц, где каждое значение матрицы было равно измеренному значению тока с пикселя ФПЗС-матрицы в единицах ADC. Единица ADC соответствует 15 фотоэлектронам на пиксель и соответствуют количеству фотонов, пришедших за время экспозиции. Время экспозиции во время эксперимента составляло 15 с.
Обработка файлов заключалась в следующем:
Бралась матрица данных снимка, зарегистрированного в момент перед включением мощного передатчика. Этот файл считался темновым, т.е. предполагалось, что искусственное оптическое свечение отсутствует (Рис.5.).
Рис.5 Темновой файл, зарегистрированный с помощью камеры 16 марта 2010 г. в 20:06 LT. По осям абсцисс и ординат отложены номера пикселов ПЗС-матрицы.
Темновой файл выбирался для каждого сеанса свой, по причине влияния заходного тренда. ПЗС-матрица состоит из 578*576 пикселов. Во время регистрации снимка использовалось бинирование (объединение соседних пикселей) по четырем соседним ячейкам матрицы, 2 по горизонтали и 2 по вертикали. Результирующая матрица представляла собой матрицу 288*288 пикселов.
. Затем бралась матрица данных снимка, зарегистрированного во время воздействия стенда Сура или через некоторое время после его выключения - светлый файл (Рис.6.). На первый взгляд большой разницы между из рисунками 5 и 6 не наблюдается.
Рис.6. Светлый файл, зарегистрированный в 20:08 LT после длительного непрерывного воздействия на ионосферу на частоте 4.3 МГц.
. Вычитание темнового файла из светлого, и строилось изображение разностной матрицы, которое несло информацию об искусственном свечении (Рис.7.). Предварительно, до вычитания, из снимка убирались наиболее яркие звезды - звезды с яркостью, превышающей медианное значение по полю снимка более чем на два средних квадратичных отклонения, и их яркость заменялась медианным значением.
На рисунке 7 хорошо видно пятно искусственного свечения в красной линии атомарного кислорода. Темное пятно по краям камеры соответствует искажениям объектива и не несет объективной