Способ измерения критической частоты слоя ионосферной плазмы

 

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности. Способ реализуется устройством, содержащим синтезатор 1 частот, автоматическую ионосферную станцию (ионозонд) 2, приемнопередающую антенну 3 ионозонда, радиоприемное устройство 4 и анализатор 5 спектра. В способе измерения, состоящем в зондировании слоя ионосферной плазмы радиоволнами синтезатора 1 с различной частотой и измерении этой частоты, дополнительно измеряют анализатором 5 доплеровское смещение частоты у провзаимодействовавших со слоем ионосферной плазмы радиоволн. Затем определяют экстремальное значение доплеровского смещения частоты. За критическую частоту слоя ионосферной плазмы принимают частоту облучающих радиоволн, соответствующую этому экстремальному значению. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 493938 A i (51)4 Г 01 М 22/00

g " ;. п в р 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4280131/24-09 (22) 07.07.87 (46) 15.07.89,Бюл, К- 26 (71) Сибирский физико-технический институт им.В.Д.Кузнецова при

Томском государственном университете им.В.В.Куйбышева (72) Л,С.Терехов, Б.Б,Борисов, С.Л.Сокольников и 10.Е.Таращук (53) 533.95(088.8) (56) Марков Г.Т и др, Электродинамика и распространение радиоволн. N.:

Сов.радио, 1981, с. 357-358, Авторское свидетельство СССР

782486, кл. G 01 22/00, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ

ЧАСТОТЫ СЛОЯ ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЫ (57) Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения — повы2 шение точности. Способ реализуется устр-вом, содержащим синтезатор 1 частот, автоматическую ионосферную станцию (ионозонд) 2, приемопередающую антенну 3 ионозонда, радиоприемное устр-во 4 и анализатор 5 спектра.

В способе измерения, состоящем в зондировании слоя ионосферной плазмы радиоволнами синтезатора 1 с различной частотой и измерении этой частоты, дополнительно измеряют анализатором 5 доплеровское смещение частоты у провзаимодействовавших со слоем ионосферной плазмы радиоволн. Затем определяют экстремальное значение доплеровского смещения частоты. За критическую частоту слоя.ионосферной плазмы принимают частоту облучающих радиоволн, соответствующую этому экстремальному значению. 1 ил.

14939

Изобретение относится к дистанционной диагностике неоднородной ноно сферной плазмы и предназначено для измерения критической частоты слоя

5 ионосферной плазмы.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для реализации способа измерения критической частоты слоя ионосферной плазмы.

Устройство содержит синтезатор 1 частот, автоматическую ионосферную станцию (ионоэонд) 2, приемопередающую антенну 3 ионоэонда, радиоприемное устройство 4, анализатор 5 спектра.

Способ реализуется следующим образом.

Синтезатор 1 частот вырабатывает электрические колебания постоянной амплитуды с частотой f подаваемые

25 на вход широкополосного усилителя передатчика ионозонда 2, амплитудный модулятор которого формирует радиоимпульс с несущей частотой f. С приемопередающей антенны 3 ионозонда излучаются радиоволны кратковременными посылками, т.е, в виде радиоимпульсов, которые облучают слой ионосферной плазмы. Несущая частота меняется переключением частоты синтезатора 1 частот, чем осуществляется облуче- 35 ние слоя ионосферной плазмы радиоволнами в требуемом для определения критической частоты диапазоне частот.

Синхронно перестраивается и приемник. Отраженный слоем ионосферной 40 плазмы радиоимпульс принимается приемопередающей антенной 3 и после предварительного усиления в автоматической ионосферной станции 2 подается на радиоприемное устройство 4, 45 в котором осуществляется усиление и отфильтрование высокочастотной части спектра радиоимпульса. Сигнал с выхода радиоприемного устройства 4 сохраняет доплеровское смещение несущей частоты, находящееся в области низких частот, приобретенное радиоволной в результате отражения слоем ионосферной плазмы, Сигнал с выхода радиопрнемного устройства 4 поступает на вход анализатора 5 спектра,где измеряется доплеровское смещение gf несущей частоты f. Значение несущей частоты f, которому соответствует

38 экстремальное значение доплеровского смещения, принимается за значение критической частоты Е, Доплеровский сдвиг частоты радиоволны, провэаимодействовавшей со слоем ионосферной плазмы, критическая ° частота которого меняется со временем t есть

1 d4

Д Е=— (1) 21 dt где у- фазовый путь радиоволны в слое моносферной плазмы, Реальный профиль электронной концентрации в слое F2 ионосферной плаэмы— это плавная гладкая функция высоты, адекватно аппроксимируемая в максимуме электронной концентрации.(где и формируется область экстремума доплеровского сдвига частоты) симметричным профилем Эпштейна. Показатель преломления и как функция расстояния

z от центра слоя ионосферной плазмы с эпштейновским профилем электронной концентрации есть

2 и = (1 — 4F — — — — — — — " (2) (1 + е" ) где Р = Е /f, — критическая частота слоя

l( ионосферной плазмы; — частота облучающей радиоволны, 1/тп — линейный масштаб слоя ионосферной плазмы.

Используя выражение для коэффициента отражения электромагнитной волны от слоя ионосферной плазмы с профилем (3), представим фазовый путь радиоволны, отраженной слоем ионосферной плазмы 4о р, в следующем виде

S(F-cos 8 )

-are tð — у — -- — -)

1/2+ К (3) где S = (0,23 с) ef — относительная толщина слоя, с — скорость света,"

1 — толщина слоя ионосферной плазмы;

V — логарифмическая производная

Г-функции, о р= — 2 + 2S 00$8 1n(S cos 8 )

Г

+S (Р-со$ + )-S (F + созе ) 1п(8(cos 8 + F)) + (1 т- S(F-cos 8)

+S(F cos 6) V()+ Е (7

2 кд 1/2+ К

1493938

Фазовый путь радиоволны, прошедший сквозь слой ионосферной плазмы п найденный аналогично выражению для отличается от величины лишь на константу Т/2: (6) f cos8 а при нормальном падении волны на

5 слой ионосферной плазмы (т,е. при

cos =l) при равенстве

Ч„ + II/2 пр (4) к °

Формула изобретения

Составитель F.Адамова

Техред Л,Олийнык Корректор H.Âàcèëüåâà

Редактор М.Циткина

Заказ 4103/42 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр и ням при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Поэтому доплеровский сдвиг частоты радиоволны, отраженной слоем ионосферной плазмы, и радиоволны, прошедшей сквозь него, как результат дифференцирования величин(, и 9„, отличающихся лишь константой, одинаков ° Выпол-15 няя в (4) дифференцирование по времени, получим выражение для доплеровского сдвига частоты:

df= — (-) fln(S(F+cos 8 ) -Н+21п 3 20

1 S dfK

2% Е dt (5) где H=2Re gfl+i2S(F-cos 8 )J -Regal+

+iS(F-cos В)J

dfK/dt — скорость изменения критичес25 кой частоты слоя ионосферной плазмы.

Функция Н при изменении переменной F

ft прорисовывает область экстремума 30 доплеровского сдвига частоты, который, достигается при равенстве нулю мнимой части аргумента функции н, т,е. при S(F-cos & )=О, или учитывая,что

F= .„/Е, при

Результат, отраженный равенствами (6) или (7), и явился основанием для фиксации частоты облучающей радиоволны, на которой доплеровский сдвиг частоты принимает экстремальное значение.

Способ измерения критической частоты слоя ионосферной плазмы, состоя щий в зондировании слоя ионосферной плазмы радиоволнами с различной частотой и измерении этой частоты,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют доплеровское смещение частоты у провзаимодействовавших со слоем ионосферной плазмы радиоволн, определяют экстремальное значение доплеровского смещения частоты, а за критическую частоту слоя ионосферной плазмы принимают частоту облучающих радиоволн, соответствующую экстремальному значению доплеровского смещения частоты.