Способ определения высотного профиля электронной концентрации в ионосфере

 

Изобретение относится к радиолокации и связи, может быть использовано для прогнозирования условий распространения радиоволн. Цель изобретения - увеличение высоты зондирования. При определении профиля электронной концентрации на высотах ниже высоты Z<SB POS="POST">0</SB>, соответствующей максимуму электронной концентрации F-слоя ионосферы, дополнительно принимают две взаимно ортогональные горизонтальные компоненты вектора магнитного поля регулярного грозового электромагнитного шума в диапазоне частот ниже второго шумановского резонанса. Затем осуществляют спектральный анализ этих компонент, усреднение спектральных реализаций и для компоненты, имеющей резонансную структуру, определяют набор частот, соответствующих максимумам резонансной структуры усредненной реализации. Вычисляют наборы собственных частот ионовсферных альвеновских резонаторов, соответствующих набору профилей электронной концентрации, составленных из измеренного профиля на высотах ниже высоты Z<SB POS="POST">0</SB> и набора заданных профилей на высотах выше высоты Z<SB POS="POST">0</SB>. По наилучшему совпадению одного из вычисленных и измеренного наборов частот определяют соответствующий последнему профиль электронной концентрации ионосферы на высотах выше высоты Z<SB POS="POST">0</SB>. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s G 01 S 13/95

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4495585/09 (22) 17.10.88 (46) 15.07.91. Бюл. N 26 (71) Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт (72) П.П.Беляев, С.B.Ïîëÿêîâ, В.О.Рапопорт и В.Ю.Трахтенгерц (53) 621.396.96(088.8) (56) Поляков С.В., Рапопорт В.О. Ионосферный альвеновский резонатор, — Геомагнетизм и аэрономия, 1981, т,21, N. 5, с.

816 — 822.

Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.:

Мир, 1973, с. 65 — 72. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТНОГО

ПРОФИЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ B ИОНОСФЕРЕ (57) Изобретение относится к радиолокации и связи, может быть использовано для прогнозирования условий распространения радиоволн. Цель изобретения — увеличение высоты зондирования. При определении профиля электронной концентрации на высотах ниже высоты 2,, соответствующей

Изобретение относится к радиолокации и связи, в частности к дистанционным способам измерения параметров ионосферы, и может быть использовано при диагностике и исследовании процессов. протекающих в ионосфере и магнитосфере Земли, а также при прогнозировании распространения радиоволн в ионосфере, Целью изобретения является увеличение высоты зондирования.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для предлагаемого способа.

„„. Ж „„1663592 А1 максимуму электронной концентрации Fслоя ионосферы, дополнительно принимают две взаимно ортогональные горизонтальные компоненты вектора магнитного поля регулярного грозового электромагнитного шума в диапазоне частот ниже второго шумановского резонанса. 3атем осуществляют спектральный анализ этих компонент, усреднение спектральных реализаций и для компоненты, имеющей резонансную структуру, определяют набор частот. соответствующих максимумам резонансной структуры усредненной реализации. Вычисляют наборы собственных частот ионосферных альвеновских резонаторов; соответствующих набору профилей электронной концентрации, составленных из измеренного профиля на высотах ниже высоты Zo и набора заданных профилей на высотах выше высоты Z<. По наилучшему совпадению одного из вычисленных и измеренного наборов частот определяют: соответствующий последнему профиль электронной концентрации ионосферы на высотах выше высоты 2 . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. устройство содержит измерительные каналы 1 и 2, каждый из которых включает датчик 3, усилитель 4, спектроанализатор 5 и блок 6 усреднения, регистратор 7, ионосферную станцию 8 и индикатор 9.

Сущность способа заключается в следующем, Осуществляют излучение в зенит радио- . импульсов на частоте ниже критической Fслоя ионосферы при изменении частоты заполнения от импульса к импульсу и прием отраженного от ионосферы сигнала с последующим измерением зависимости времени

1663592 задержки отраженных импульсов от частоты заполнения, по которой определяют профиль электронной концентрации в Е- и

F-слоях ионосферы до высоты Zo, соответствующей максимуму электронной концентрации F-слоя ионосферы. дополнительно принимают две взаимно ортогональные горизонтальные компоненты вектора магнитного поля регулярного грозового электромагнитного шума в диапазоне частот ниже второго шумановского резонанса, осуществляют спектральный анализ этих компонент, усреднение спектральных реализаций M для компоненты, имеющей резонансную структуру спектра, определяют набор частот, соответствующих максимумам резонансной структуры усредненной реализации, затем вычисляют наборы собственных частот ионосферных альвеновских резонаторов, соответствующих набору профилей электронной концентрации, составленных из измеренного профиля на высотах ниже высоты Zo и набора заданных профилей на высотах выше высоты Zo, и по наилучшему совпадению одного из вычисленных и измеренного наборов частот определяют соответствующий последнему профиль электронной концентрации ионосферы на высотах выше высоты 2 .о, Структура спектра определяется существованием ионосферного альвеновского резонатора, обусловленного наличием в ионосфере двух областей (по высоте) нарушения геометрической оптики для вышеуказанного диапазона частот: в нижней ионосфере на высотах 60-150 км над Землей (рост электронной концентрации) и в верхней ионосфере на высотах 500-1000 км над Землей (спад электронной концентрации). При этом собственные частоты ионосферного альвеновского резонатора соответствуют частотам максимумов резонансной структуры спектра горизонтальной компоненты магнитного поля регулярного грозового электромагнитного шума на поверхности Земли. Зто позволяет по наилучшему совпадению одного из вычисленных и измеренного наборов частот определить соответствующий последнему профиль электронной концентрации на высотах выше высоты Z<, соответствующей максимуму электронной концентрации

F-слоя ионосферы.

Собственные частоты F èîíîñôåðíîãî альвеновского резонатора (ИАР) для экспоненциальной модели профиля электронной концентрации на высотах выше Ео (о — высота, соответствующая максимуму электронной концентрации) определяются эыр жением с(п+ <(g)

Н )

4и,(г,1 +2 J n„dz

z, где п — номер собственной частоты ИАР;

5 nA — текущее значение альвеновского показателя преломления ионосферной плазмы на высотах ниже высоты Z . г ГгГм,N

10 Н где С вЂ” скорость света:

M — масса ионов;

N — текущее значение электронной концентрации на высотах ниже высоты 2 ;

15 Но — напряженность магнитного поля

Земли;

nA(Z,) — значение альвеновского показателя преломления ионосферной плазмы на высоте Z, 20 Z> — высота нижней границы ионосферы;

Zo — высота, соответствующая максиму- му электронной концентрации;

L — характерный масштаб спада элект25 ронной концентрации на высотах выше Z<.

Для экспоненциальной модели профиля электронной концентрации расстояния Л F между собственными частотами ИАР эквидистантны; С

30 . н= о пя(Ео) «-я f ИAdp

Z $

Поскольку собственные частоты ИАР соответствуют измеренным частотам мак35 симумов резонансной структуры спектра горизонтальной компоненты магнитного поля регулярного грозового электромагнитного шума на поверхности Земли, для экспоненциальной модели профиль электронной кон40 центрации N(Z) на высотах выше высоты Zo определяется выражением

7-2о

N(7) И(2,) е где N(Z<) — значение электоонной концент45 рации на высоте Ц:

z с -2 F п„ г

L"""a(Zо1ЬГ

Л F — расстояние между измеренными

50 частотами максимумов резонансной структуры усредненной реализации, Устройство работает следующим образом.

Излучают в зенит радиоимпульсы на ча55 стоте ниже критической для F-слоя ионосферы (1 — 10 МГц) при изменении частоты заполнения от импульса к импульсу с помощью ионосферной станции 8. Принимают отраженный от ионосферы сигнал с после1663592

10

20

45 с Гймя

Hî

55 дующим измерением зависимости времени задержки отраженных импульсов от частоты заполнения с помощью ионосферной станции 8 и индикатора 9. По этой зависимости по известнои методике определяют профиль электронной концентрации в Е- и

F-слоях ионосферы до высоты Zp, соответствующей максимуму электронной кочцентрации F-слоя ионосферы. Дополнительно принимают две взаимно ортогональные горизонтальные компоне11ты вектора магнитного поля регулярного грозового электромагнитного шума в диапазоне частот ниже второго шумановского резонанса (0,1 — 10 Гц) с помощью датчиков 3 каналов 1 и 2. После усиления с помощью усилителей

4 осуществляют спектральный анализ этих

KoMffoHeHToB с помощью спектроанализаторов 5 и усреднение спектральных реализаций с помощью блока 6 усреднения.

Регистрируют усредненные реализации с помощью регистратора 7 и для компоненты, имеющей резонансную структуру спектра, определяют набор частот, соответствующих максимумам резонансной структуры усредненной реализации, Затем вычисляют наборы собственных частот ионосферных альвеновских резонаторов, соответствующих набору профилей электронной концентрации, составленных из измеренного профиля на высотах ниже высоты Z и набора заданных профилей на высотах выше высоты Z . о

При различной ариентации электрических осей датчиков, измеряющих магнитное поле относительно источников электромагнитного шума (грозовые центры), меняется глубина модуляции спектра. Глубина модуляции максимальна для компоненты шума. измеряемой датчиком. ориентированным на наиболее интенсивный грозовой центр.

Целесообразно вращать ортогональные датчики магнитного поля в плоскости Земли вокруг оси Z и для измерений ориентировать датчики так, чтобы глубина модуляции резонансной структуры спектра была максимальной, Формула изобретения

1. Способ определения высотного профиля электронной концентрации в ионосфере, заключающийся в том, что излучают вертикально вверх радиоимпульсы на частоте ниже критической для Г-слоя ионосферы, увеличивают частоту радиоимпульсов от импульса к импульсу до критической частоты F-слоя ионосферы, принимают отраженные ионосферой радиоимпульсы, измеряют временную задержку отраженных ионосферой радиоимпульсов относительно излученных, по величине временной задержки определяют вертикальный профиль электронной концентр-ции N(Z) в Е- и F-слоях ионосферы до высоты Zp, соответствующей максимуму электронной концентрации ионосферы, отличающийс ятем,что, с целью увеличения высоты зондирования, одновременно дополнительно принимают две взаимно opTofoHBëüíûå горизонтальные компоненты вектора магнитного поля регулярного грозового шума в диапазоне частот, расположенного ниже частоты второго шумановского резонанса, осуществляют спектральный анализ этих компонентов с последующим усреднением спектральных реализаций и для компоненты, имеющей резонансную структуру спектра, определяют частоты, соответствующие максимумам резонансной структуры усредненной реализации, определение профиля электронной концентрации на высотах выше осуществляют по значениям частот максимумов резонансной структуры усредненной реализации.

2. Способ по п 1, отличающийся тем, что для частот, соответствующих максимумам резонансной структуры усредненной реализации, в котором максимумы резонансов находятся на эквидистантном расстоянии, профиль электронной концентрации

N(Z) на высотах выше высоты Zp определяют из выражения

<121= N (Z,1г где N(Zp) -значение электронной концентрации на высоте Zp, L — характерный масштаб спада электронной концентрации на высотах выше Z

2о

L=c-2ьГI n„dg/4 „(z 1ьг

ZI где с — скорость света:

Ь F — расстояние между измеренными частотами максимумов резонансной структуры усредненной реализации;

Zl — высота нижней границы ионосферы;

nA — текущее значение альвеновского показателя преломления ионосферной плазмы на высотах ниже высоты Zp. где M1 — масса ионов;

N — текущее значение электронной концентрации на высотах ниже высоты Zp, Hp — напряженность магнитного поля

Земли;п(7о) — значение альвеновского показателя преломления ионосферной плазмы на высоте Zp.

1663592

Составитель А. Кочин

Редактор А. Лежнина Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 2265 Тираж 376 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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