لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

پیشینه و اهداف: تکنیک­های سنجش (sounding) رادیویی و توموگرافی، برای مطالعه ساختار و دینامیک یون­سپهر به کار می روند. توموگرافی یکی از روش های پیشرفته برای مطالعه و مدل سازی سه بعدی چگالی الکترونی در لایه یون­سپهر است. این روش از داده های مشاهداتی مانند GNNS برای تولید نقشه های دقیق از توزیع الکترون ها در این لایه استفاده می کند. توموگرافی یون­سپهر به ما امکان تشخیص تغییرات زمانی و مکانی چگالی الکترونی را با دقت بالا می­دهد. که این امر برای برنامه های کاربردی مانند ناوبری ماهواره ای، ارتباطات رادیویی و پیش بینی های متئورولوژیکی حیاتی است. توسعه اندازه گیری و توموگرافی یون­سپهر، که به مطالعه و تحلیل لایه های بالایی جو زمین می پردازد، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این فرآیند، که از اوایل قرن بیستم آغاز شده، شامل تکنیک های مختلفی برای بررسی توزیع الکترون ها در یون­سپهر است. اندازه گیری یون­سپهر، که با استفاده از رادارهای مخصوصی به نام ایونوسوندها انجام می شود، به دانشمندان این امکان را می دهد تا اطلاعات دقیقی در مورد تراکم الکترونی و ساختار لایه های 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 الکترون ها در این لایه استفاده می کند. این تکنیک ، که به طور گسترده ای در پیش بینی شرایط جوی، مخابرات رادیویی و مطالعات فضایی به کار می روند، نقش مهمی در پیشرفت علم جوسپهری داشته اند. با پیشرفت تکنولوژی، ابزارهای اندازه گیری پیشرفته تر و دقیق تر شده اند، که این امر به درک بهتری از پدیده های مختلف یون­سپهر منجر شده است. امروزه، با استفاده از ماهواره ها و سایر فناوری های پیشرفته، دانشمندان قادر به انجام اندازه گیری های دقیق تر و تحلیل های عمیق تری از این لایه  هستند، که این امر در نهایت به بهبود ارتباطات جهانی و افزایش ایمنی پروازهای هوایی کمک می کند. 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 لایه های مختلف یونسفر مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. به این منظور سیگنال ها مخابراتی از ماهواره های مدار پایین و مدارهای بالا مطالعه شده اند و روش بدست آوردن TEC از تفاضل فازی برا هریک توضیح داده شد. سپس به مطالعه روش ها و الگوریتم های موجود برای تبدیل اطلاعات TEC به تصاویر توموگرافیک پرداختیم. در انتهای این مقاله به عنوان یک مثال روش توموگرافی رادیویی را برای مصورسازی حباب های پلاسمایی در منطقه استوایی پیاده سازی کرده و نتایج آن را با تصاویر گرفته شده از ادوات اپتیکی مقایسه کردیم. نشان داده شد که توموگرافی رادیویی می تواند به عنوان روشی دقیق برای مصورسازی ساختار حباب های پلاسما به کارگرفته شود. در انتهای این مقاله به مقایسه روش مطالعه شده در اینجا با روش هایی نظیر تصویربرداری تمام آسمان، رادارهای پراکندگی غیر همدوس و غیره، پرداخته شد و مزایا و معایب این روش ها نسبت به یکدیگر بیان شد.روش ­ها: در تحقیقات کنونی در زمینه صدازدایی و توموگرافی یون­سپهر با استفاده از GNSS، پیشرفت های قابل توجهی صورت گرفته است. مطالعات اخیر نشان می دهند که با استفاده از GNSS، می توان ساختار یون­سپهر را به صورت سه بعدی و با دقت بالا مدل سازی کرد. توزیع الکترونی یون­سپهر با استفاده از داده های رادیویی که از ماهواره های در ارتفاع کم (LO) و ارتفاع  بالا (HO) به دست می آیند، تجزیه و تحلیل می­شود. جمع آوری اطلاعات یونسپهر با استفاده از GNSS یک فرآیند پیچیده و دقیق است که از تکنولوژی پیشرفته برای اندازه گیری و تحلیل پارامترهای مختلف یون­سپهری بهره می برد. این سیستم ها، که شامل ماهواره هایی در مدار زمین هستند، سیگنال هایی را به ایستگاه های گیرنده روی زمین مخابره می کنند. این سیگنال ها حاوی اطلاعات زمانی و مکانی دقیق ماهواره ها هستند که با استفاده از آن ها می توان موقعیت دقیق گیرنده ها 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 ماهواره ای، ارتباطات دقیق ناوبری و ارتباطات دوربرد می گذارد. در حقیقت، GNSS از این قابلیت برای اندازه گیری محتوای کلی الکترون (TEC) یون­سپهر استفاده می کند، که یک شاخص کلیدی برای درک وضعیت یونسپهر است. این فرآیند با استفاده از سیگنال هایی که از ماهواره ها به ایستگاه های زمینی فرستاده می شوند، صورت می گیرد. این سیگنال ها هنگام عبور از یون سپهر تحت تأثیر تغییرات الکترونی قرار می گیرند و این تغییرات می توانند با دقت بالایی اندازه گیری 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 صحت سنجی 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. توزیع های افقی گرفته شده از کاهش پلاسمای VTEC با تصاویر گرفته شده از ادوات اپتیکی مقایسه گردید و نشان داده شد که نتایج مشابهی حاصل می شود. همچنین نتایج بیان می کنند 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 پیش بینی های جوی دارد. با تحقیق و توسعه بیشتر، می توان انتظار داشت که روش ها و فناوری های جدیدی در این زمینه معرفی شوند که می توانند به حل چالش های موجود و بهبود کیفیت و دقت مدل های توموگرافی کمک کنند. این پیشرفت ها می توانند تأثیر قابل توجهی بر کاربردهای متنوع توموگرافی GNSS، از جمله در زمینه های هواشناسی، تغییرات اقلیمی و مدیریت بلایا داشته باشند.

در این مقاله مقدار محتوای الکترون کلی (TEC) لایه یون سپهر با استفاده از سامانه استنتاج فازی (FIS) مدل سازی شده است. نوآوری اصلی این پژوهش، مدل سازی سری زمانی تغییرات TEC در ایران با استفاده از FIS است. برای آموزش شبکه فازی، از الگوریتم آموزش بهینه سازی انبوه ذرات هیبرید (BP-PSO) استفاده شده است. این الگوریتم آموزش، در مراحل اولیه جستجوی جواب از الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات (PSO) و در نزدیکی جواب بهینه از الگوریتم پس انتشار خطا (BP) بهره می برد. از مشاهدات سال 2015 ایستگاه GPS تهران، که یکی از ایستگاه های شبکه جهانی IGS است، جهت ارزیابی مدل پیشنهادی استفاده شده و نتایج کار با نتایج خروجی های شبکه جهانی IGS (GIM-TEC) و مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN) با ساختار 2-18-1 مقایسه شده است. جهت ارزیابی دقت و صحت مدل شبکه فازی ارائه شده در این مقاله، از هر فصل، پنج روز برای داده آزمون انتخاب شده و اعتبارسنجی مدل در این بیست روز صورت گرفته است. براساس نتایج، میانگین خطای نسبی محاسبه شده در بیست روز مورد آزمون برای مدل FIS، ANN و GIM در مقایسه با GPS به ترتیب برابر با 25/11%، 68/19% و 03/16% است. همچنین میانگین خطای مطلق محاسبه شده برای مدل FIS، ANN و GIM در مقایسه با GPS در بیست روز مورد آزمون به ترتیب برابر با TECU 32/1، TECU 33/3 و TECU98/1 است. ضریب همبستگی محاسبه شده در بیست روز مورد آزمون برای FIS، ANN و GIM در مقایسه با GPS به ترتیب برابر با 9474/0، 6960/0 و 831/0 به دست آمده است. موقعیت ایستگاه GPS تهران براساس TEC حاصل از سه مدل FIS، ANN و GIM و با استفاده از تعیین موقعیت نقطه ای دقیق (PPP) محاسبه شده است؛ . طبق این محاسبه، مدل شبکه فازی نسبت به دو مدل دیگر، خطای کمتری در تعیین موقعیت ایستگاه تهران دارد. نتایج تحلیل ها حاکی از برتری مدل FIS در مقایسه با مدل ANN و GIM است. با استفاده از مدل پیشنهادی این پژوهش می توان سری زمانی محتوای الکترونی کلی یون سپهر را با دقت و صحت زیاد مدل سازی و بررسی کرد. این مدل می تواند جایگزینی مناسب برای خروجی های شبکه جهانی IGS در منطقه ایران باشد.

مقاله حاضر به بررسی و استفاده از تغییرات انحراف بسامد بحرانی لایه F2 در حکم یک پیش نشانگر زمانی برای زمین لرزه 28 خرداد 1386 که در بخش کهک واقع در جنوب شهر قم رخ داد، می پردازد. تفاوت بین بی هنجاری های مشاهده شده در انحراف بسامد بحرانی ناشی از زلزله با روزهای آرام و روزهای همراه با توفان ژئومغناطیسی تشریح می شود. نتایج نشان می دهند که در روزهای آرام فاز منفی ودر روزهای همراه با توفان ژئومغناطیسی فاز مثبت غالب است. در صورتی که در دو روز قبل از زلزله و روز وقوع آن بی هنجاری ها از الگوی متفاوتی پیروی کرده و در آنها هم فاز منفی و هم فاز مثبت مشاهده می شود. نتایج به دست آمده امکان استفاده از داده های سونداژ قائم یون سپهری را در حکم یک پیش نشانگر زمانی زلزله نشان می دهند.

سیگنال های سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS) اطلاعات باارزشی را از ساختار فیزیکی یونوسفر در اختیار می گذارند. با کمک این مشاهدات می توان مقدار محتوای الکترونی کلی (TEC) را برای هر مسیر دید مابین گیرنده و ماهواره بدست آورد. در این مقاله اندازه گیری های بدست آمده از 22 ایستگاه موجود در شمال غرب ایران (l>44, 40>j>36<48) جهت تعیین مقدار محتوای الکترونی کلی در راستای قائم (VTEC) استفاده شده است. بدلیل کمبود مشاهدات و توزیع مکانی نامناسب ایستگاه ها، جهت برآورد زمانی- مکانی مقدار VTEC در سایر نقاط، دو مدل شبکه عصبی مصنوعی 3 لایه (MLP-ANN) و شبکه عصبی با توابع پایه شعاعی (RBFNN) بر اساس الگوریتم پس انتشار خطا (BPA) بکار گرفته شده است. 3 ایستگاه آزمون با توزیع مناسب جهت ارزیابی صحت نتایج انتخاب شده است. کمینه خطای نسبی در نقاط آزمون برای شبکه عصبی مصنوعی 3 لایه 1.40% و برای شبکه عصبی با توابع پایه شعاعی 1.88 % محاسبه شده است. محاسبه خطاهای نسبی کم و همچنین آنالیز انجام گرفته، بیانگر قابلیت بالای روشهای GPS+MLP-ANN و GPS+RBFNN در مقایسه با روش های متعارف درون یابی در نشان دادن تغییرات زمانی- مکانی یونوسفر می باشد.