Способ определения параметров неоднородностей электронной концентрации ионосферы
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОСФЕРЫ , заключающийся в том, что в направлении исследуемой области из первого наземного пункта излучают зондирующие высокочастотные импульсы, рассеянные сигналы принимают в первом и втором наземных пунктах, удаленных один от другого на расстояние ,, где X - длина волны высокочастотных импульсов в вакууме, в обоих пунктах регистрируют временные зависимости флуктуации амплитуд принятых сигналов с выбранной задержкой по отношению к излученному импульсу (которая соответствует выбранной высоте рассеяния), измеряют, коэффициент пространственной корреляции флуктуации амлитуд принятых сигналов в двух наземных пунктах, вычисляют радиус пространственной корреляции флуктуации наземной дифракционной картины и горизонтальный размер неоднородностей электронной концентрации ионосферы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения вертикального размера неоднородностей электронной концентрации ионосферы и, повышения точности определения, зондирующие высокочастотные импульсы излучают на нескольких частотах для каждой из них находят среднюю по времени энергию рассеянной составляющей принятого сигнала с выбранной-задержкой по формуле
СОЮЗ СОВКТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
О, (со!
/(,»»2
0 (01!
1 0 э! где Оэ/=г -
M={ — lп (— рг+ ю/=2л1/, с — скорость света в вакууме;
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ .КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3531187/24-09 (22) 03.01.83 (46) 15.11.85. Бюл. № 42 (71) Харьковский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов государственный университет им. А. M. Горького (72) Ю. П. Федоренко (53) 621.317.32 (088.8) (56) R. А. Vincent. The interpretation of some
observations of radio waves scattered from
the lower ionesphere. Austra1 lien Journal
of physics, 1973, 26, 815 — 827.
Е. А. Бенедиктов и др. Исследования дифракционной картины, возникающей на поверхности Земли при обратном рассеянии радиоволн неоднородностями нижней ионосферы. Известия высших учебных заведений.— Радиофизика, 1974, 17, № 6, 798 — 807. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОСФЕРЫ, заключающийся в том, что в направлении исследуемой области из первого наземного пункта излучают зондирующие высокочастотные импульсы, рассеянные сигналы принимают в первом и втором наземных пунктах, удаленных один от другого на расстояние -2k„где Х вЂ” длина волны высокочастотных импульсов в вакууме, в обоих пунктах регистрируют временные зависимости флуктуации амплитуд принятых сигналов с выбранной задержкой по отношению к излученному импульсу (которая соответствует выбранной высоте рассеяния), измеряют, коэффициент пространственной корреляции флуктуации амлитуд принятых сигналов в двух наземных пунктах, вычисляют радиус пространственной корреляции флуктуаций наземной дифракционной картины и горизонтальный размер неоднородностей электронной концентрации ионосферы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения
„„SU„„1191793 A л) 4 G 01 N 22 00 вертикального размера неоднородностей электронной концентрации ионосферы и, повышения точности определения, зондирующие высокочастотные импульсы излучают на нескольких частотах для каждой из них находят среднюю по времени энергию (Е, - рассеянной составляющей принятого сигнала с выбранной задержкой по формуле
Щ =А / (1+ ), где величина P определяется из уравнения
А 11 () (A) "((1+1 ) "(т)+1 (д
А, А — среднее значение и средний квадрат сигнала флуктуаций амплитуды принятого сигнала; Я
1/!,! — модифицированные функции Бессея И первого ряда нулевого и первого порядков, определяют частоту, соответствующую ее максимуму, на этой частоте измеряют коэффициент пространственной корреляции флуктуаций амплитуд сигналов, принятых в первом и втором наземных пунктах, вычисляют горизонтальный размер L неоднородностей электронной концентрации ионосферы и отношение их горизонтального и вертикального L, размеров по формулам и
1191793
4 — частота, при котором наблюдается дается максимум на частотной зависимости средней энергии рассеянной составляющей принятого сигнала;
0,(ю ) — полуширина эффективной диаграммы направленности антенн (произвеР=.оi О, iexp (-ф
А2 )А(sr, (5) 4 0 (f) =const 0 или 0 о — о у о уе.
При,помощи уравнения (6) определяются величины l, и I,.
Изобретение относится к радиофизике и может быть использовано в радиолокации, радионавигации, при организации наземных каналов связи, исследовании неоднородностей электронной концентрации ионосферы.
Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет измерения вертикального размера неоднородностей электронной концентрации ионосферы и повышение точности определения.
Способ основан на следующих положениях.
Зондирующие высокочастотные импульсы в ионосфере рассеиваются на случайных мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации и когерентно отражаются от стационарных крупномасштабных неоднородностей. Поэтому среднюю энергию сигналов, принятых в первом или втором пункте, можно представить в виде где 11.,(, .. — энергии рассеянной и отраженной составляющих; черта знак усреднения; — ИМ, из выражения (1) определяется (Е,/ .
Величина р вычисляется из уравнения где А, А —, среднее значение и средний квадрат флуктуаций амплитуд принятого сигнала;
Io, 1ь — модифицированные функции
Бесселя первого рода нулевого и первого порядков.
Величина Щ сязана с параметрами ионосферной плазмы и параметрами аппаратуры следующим соотношением: (Е,(= (AN) л 1,1 Кфф 0 ехр (=- п 1 ).
Хexp()XdZ) где (AN) — средняя «интенсивность» неоднородностей;
h — высота их расположения;
n,ж — действительная и мнимая части коэффициента преломления; дение диаграмм направленности по мощности передающей и приемной антенн) при со, r> — радиус корреляциии флуктуаций амплитуд наземной дифракционной картины при аь т„— длительность высокочастотных импульсов;
l ь 1, — горизонтальный и вертикальный радиусы корреляции флук5 туаций неоднородностей электронной концентрации ионосферы, горизонтальный I вертикальный L, размеры неоднородностей электронной концентрации определяются по формулам L=21, L,=21„
0 ф о. -е,, 0,,= ((ф,— I ) I, ô -, (4) !
R — сомножитель, зависящий только от частоты зондирующих высокочастотных импульсов и частоты столкновений электронов с тяжелыми частицами.
20о, 0 — ширина эффективной диаграм20 мы направленности антенн и индикатриссы рассеяния мелкомасштабных неоднородностей.
При изменении частоты высокочастотных импульсов при постоянной мощности излучения изменение величины Д по формуле (2) в основном определяется частотной зависимостью произведения
Другие сомножители в уравнении (2) значительно меньше изменяются с частотой, и их влияние при необходимости можно учесть, используя высотные распределения электронной концентрации и частоты столкновений электронов с тяжелыми частицами.
Также легко учитывается возможная зависимость мощности излученных высокочастотных импульсов от частоты.
Максимум зависимости Р (а), а следовательно, и Д (св) наблюдается при
4 О, (i)++i(i) 4 ® при выводе этой формулы учтено, что в реальных условиях
1 191793 о ЮооО
Ф О вЂ” 0 о (7) Составитель В. Васильев
Редактор Н. Шыдкая Техред И. Верес Корректор Л. Патай
Заказ 7150/40 Тираж 896 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Значение 0 21(co ) определяют по радиусу пространственйой корреляции г (оз ) с использованием формулы (3). В отличие от прототипа 0 2i определяем с учетом когерентной составляющей ринятого сигнала Из 5 уравнения (3) получим где О,= ;
to тГ 63
= — ° — I* Ооо Т о о О"
Таким образом, для выбранной задержки (высоты) принятого сигнала по частоте fn соответствующей максимуму зависимости
Pg(f) при помощи уравнения (6) возможно вычислить вертикальный радиус корреляции неоднородностей электронной концентрации ионосферы.
Выражение для горизонтального радиуса корреляции неоднородностей определяется из уравнения (4) в виде = f",+ôô) " (8)
Из уравнений (6) и (8) после простых преобразований получаем выражения для 25
1/1, и 1 по формулам — Ы|=й,| .о
+ 2 2
1 .
1, Оо (оз ) ®o(+i) Оэ (оз )
2 о и — О,i оо Jft
2 О, (ooi) рс Q, 62 газа Osi o)i) 02 оз — Оэг (о() „40
6() о,,(.,) 0,() 1
2 4Мг
oÄ= +;
М={ — 1п(— 82+- 8 +e- (ii2P ) )) 7, оз | =2л(ь где с — скорость света в вакууме;
fi — частота, при которой наблюдается максимум на частотной зависимости средней энергии рассеянной составляющей принятого сигнала; е2о(оз|) — полуширина эффективной диафраг- 40 мы, направленности антенны (произведение диаграммы направленности по мощности передающей и приемной антенны) при озП г» (co i) — радиус корреляции флуктуаций амплитуд наземной дифракционной 45 картины при озь
Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения параметров неоднородностей электронной концентрации ионосферы.
Это достигается за счет того, что в нем учитывается когерентная составляющая принятого сигнала. При этом погрешность определения 1/1, уменьшается на 13Я, а на ЗЯ. Кроме того, в отличие от прототипа, данный способ позволяет определить горизонтальный масштаб неоднородностей электронной концентрации при любом отношении
L/L„L/L-., близких к единице, =1,2,...,5 уменьшает погрешность определения 1 íà q=83 — 66Я, при больших значениях L/L, 5 — 10 величина q20—
i 0oiio
Способ осуществляется следующим образом.
Излучают из первого наземного пункта зондирующие высокочастотные импульсы на нескольких частотах, принимают рассеянные и отраженные на неоднородностях электронной концентрации ионосферы сигналы в первом и втором наземных пунктах, удаленных друг от друга на расстояние до двух длин волн зондирующих высокочастотных импульсов в вакууме. Регистрируют для выбранной задержки временные зависимости флуктуаций сигналов, принятых в первом и втором наземных пунктах, определяют для выбранной задержки среднюю по времени энергию рассеянной составляющей принятого сигнала. Определяют ее зависимость от частоты зондирующих высокочастотных импульсов. Далее находят частоту, соответствующую ее максимуму, измеряют для этой частоты коэффициент пространственной корреляции амплитуд сигналов, принятых в первом и втором наземных пунктах.
Затем определяют для этой частоты радиус пространственной корреляции флуктуаций амплитуд наземной дифракционной картины и вычисляют для выбранной задержки (высоты) отношение горизонтального и вертикального размеров неоднородностей электронной концентрации ионосферы, горизонтальный размер этих неоднородностей.
