Способ определения концентрации электронов в ионосферной плазме
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕОТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ. В ИОНОСФЕРНОЙ ГШАЗШ:, основанный на облучении исследуемого участка ионосферы радиолокационным сигналом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации электронов на различных высотах, запускают в ионосферу на заданную высоту пробное металлическое тело в виде сферы с известным радиусом, размеры которой соизмеримы с длинами облучаюпщх волн, и измеряют отраженный от нее сигнал, по которому определяют эффективные площади обратного рассеяния пробного металлического тела с плазменным сгущением не менее, чем на двух длинах облучающих волн, и по известной зависимости, связывающей эффективную площадь обратного рассеяния металлической сферы, концентрацию электронов в плазменном сгущении и длину облучающей волны, определяют концентрацию электронов в плазменном сгущении, а затем опреW деляют концентрацию электронов в ионосферной плазме по известной зависимзсти , связыванщей концентрацию электронов в плазменном сгущении с концентрацией электронов в ионосферной плазме. 4 :о :о
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) 00
4(51) G 01 Н 22 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCHOMV СВИДЯП=ЛЬСТВУ
1ге
Фиг.1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3668151/24-09. (22) 25.11.83 (46) 23..02.85. Бюл. )"- 7 (72) Ю.С. Тарасенко и В.В. Турчин (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (53) 621.317.39(088.8) (56) 1. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера.
M., "Наука", 1972, с. 9.
2. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М., "Советское радио"., 1972, с. 315-321 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ В ИОНОСФЕРНОЙ ПЛАЗМЕ, основанный на облучении исследуемого участка ионосферы радиолокационным сигналом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения концентрации электронов на различных высотах, запускают в, ионосферу на заданную высоту пробное металлическое тело в виде сферы с известным радиусом, размеры которой соизмеримы с длинами облучающих волн, и измеряют отраженный от нее сигнал, по которому определяют эффективные площади обратного рассеяния пробного металлического тела с плазменным сгущением не менее, чем на двух длинах облучающих волн, и по известной зависимости, связывающей эффективную площадь обратного рассеяния металлической сферы, концентрацию электронов в плазменном сгущении и длину облучающей волны, определяют концентрацию электронов в плазменном сгущении, а затем определяют концентрацию электронов в ионосферной плазме по известной зависимости, связывающей концентрацию электронов в плазменном сгущении с концентрацией электронов в ионосфер- ной плазме.
1141319
Изобретение относится к радиочастотным дистанционным способам исследования ионосферной плазмы и может использоваться для определения концентрации электронов в ионосферной плазме на различных высотах.
Известен .способ определения концентрации электронов в ионосферной плазме, основанный на облучении ионосферы радиолокационным сигналом (1), Недостатком способа является то, что .он дает представление только об интегральном распределении концентрации электронов в ионосфере.
Наиболее близким техническим ре>шением к изобретению является способ определения концентрации электронов в ионосферной плазме, основанный на облучении исследуемого участка ионосферы радиолокационным сигна- 2б лом $ 2).
1
Однако известный способ имеет низкую точность определения концентрации электронов на различных высотах.
Цель изобретения — повышение точности определения концентрации злект роков на различных высотах.
ЗО
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, основанному на облучении исследуемого участка ионосферы радиолокационным сигналом, запускают в ионосферу на задан- 35 ную высоту пробное металлическое тело в виде сферы с известным радиусом, размеры которой соизмерИмы с длинами облучающих волн, и измеряют отраженный от нее сигнал, по которо- 40 му определяют эффективные площади обратного рассеяния пробного металлического тела с плазменным сгущением не менее, чем на двух фиксированных длинах облучающих волн, и 45 по известной зависимости, связывающей эффективную площадь обратного рассеяния металлической сферы, концентрацию электронов в плазменном сгущении и длину облучающей волны, 50 определяют концентрацию электронов в плазменном сгущении, а затем определяют концентрацию электронов B ноно. сферной плазме по известной зависимости, связывающей концентрацию 55 электронов в плазменном сгущении с концентрацией электронов в ионосферной плазме.
На фиг.1 представлено изменение отношения концентрации электронов в плазменном сгущении р впереди калиброванного металлического тела в виде сферы летательного аппарата, движущегося со скоростью Ч = 8 км/с, к концентрации электронов е в окружающем пространстве в зависимости от расстояния до центра сферы, т.е. относительное изменение концентрации электронов в плазменном сгущении; (Ro — радиус эталонного калиброванного металлического тела; r — текущая координата, вдоль -которой происходит перемещение калиброванного металлического тела); на фиг.2 — абсолютные значения изменения концентрации электронов в плазменном сгущении в зависимости от расстояния до центра сферы для различных значений концентрации электронов и в невозмущенной о плазме; на фиг.3 — кривые семейства эффективных площадей обратного рассеяния сферы радиуса R 1 м с неоднородным плазменным сгущением для значений концентраций электронов в невозмущенной плазме, которые могут меняться в пределах от 10 до 3 10 см в плазменном слое F>, в зависимости от высоты и времени суток (по оси ординат отложены значения эффективных площадей обратного рассеяния сферы радиуса о = 1 м с неоднородными плазменными сгущениями, нормированные к эффективной площади обратного рассеяния сферы без оболочки, т.е. S а по оси абсцисс — значения зондирующих волн А ).
Способ определения концентрации электронов в ионосферной плазме осуществляют следующим образом.
Алгоритм определения концентрации электронов в неоднородном плазменном сгущении построен на использовании кусочно-постоянной аппроксимации плазменного сгущения и сводится к функциональной зависимости эффективной площади обратного рассеяния цепи с плазменным сгущением с учетом параметров последнего от длины облучающей волны, на которой осуществляется измерение эффективной площади обратного рассеяния. Эта функциональная
1141319
H „/ (к.R.) - цилиндрическая функция
Ханкеля второго рода;
И (о"о)-РоР Е„(К )) "/К
3 4 где $„ — нормированная эффективная площадь обратного рассеяния калиброванного металлического тела в виде сферы с плазменным сгущением; 5 о а и () — коэффициенты отражения для калиброванного металличес- Ч ("о)1о)= Ко "о, <Ко )) "/) Р кого тела соответственно электрического и магнитного штрих Указывает на дифференциротипов, которые имеют вид 10 ванне по полному аргументу); (11 (q) а (((и 1)((— коэффициенты отражения
: а„,=I . o к ( M П д i Ь и рованного металлического (коко) L (кок о) тела с плазменным сгущением соответ. ственно электрического и магнитного где К =21Г/Л вЂ” постоянная распростра- 1 типов, имеющие вид нения в окружающей E Е среде; TNx1) «Y Rta зм Л вЂ” длина зондирующей вол- е Тв м$ ны; Т 141 «Т (I $ g/ (($ ((((. Z2 о Ф к Тй,т М . 5МН сферическая функция: ФТИ ЮЕМ т Бесселя; где результирующая матрица передачи определяется как «q (1(о о) - цилиндрическая функ- .. Е(н Ем ($Р ция Бесселя;, - о(ф Й (к Й ) =17/2 iiaRo) ((Н if (i(o((o) i (gal ((Ю $,н (Т,„ „"((,),,(Тю„"(< l . - сферическая функция Ханкеля; З для элементов матрицы передачи имеем )к к (к- ч Е(Н) > Г% 4$-4($1 (11 (4) (1 (Л1 ) Т =- Я ()($($)K Ж$-i) s)- (<$"s>9, «s-(s) Ф1 Ws -1(5) ® („,. (((кк к)(,„(кк- аМ„,Фъкк)) и(ккрм sl) ws(s y) Ф) j Г(4$ „($1 iL) И) m) (%} T.,„- ((к, И.(к.. 1- (к."И.(-")1 7(ч$($- () (((q ((1 (е1 кн ф (к), Я„=-К".(„К,ИЮ СК,)),); З =- (Кмо)/Ч,(К. R — радиус калиброванного металлического тела; К$- . л -0,976 40-20 Л Нее И вЂ” постоянная расп- 50 ространения в $ -ом однородном слое, на которое разбито неоднородное плазменное сгущение, а п - концентрация sJIeKTpoHoB в иеь -м однорОд- 55 ном плазменном сгущении. Конкретно проиллюстрировать предложенный способ можно с помощью расчетных графиков (фиг.3), построенных с учетом предложенного выше алгоритма и зависимостей, представленных на фиг. 1 и 2. Дейстгие способа сводится к измерению не менее чем на двух длинах волн эффективной площади обратного рассеяния металлического калиброванного тела с плазменным сгущением в диапазоне длин волн 1,5 - 3 м. К примеру, возьмем конкретные результаты для двух значений измеренных эффективных площадей обратнОгО рассеяния н и Он н> зОнди Н1 Н1 рующих длинах волн Л, и Л, полученных из функциональной зависимости 5 1141319 (1). Для 2,64 и 1,65 м эффективная площадь обратного рассеяния имеет величину -соответственно1,75 и-2,1 дБ. Пересечения значений Х, и$„ Х и$„сдадут соответственно две точ- 5 %— ки А и В, которые попадают только на кривую 1 (фиг.З). Следовательно, концентрация электронов в локальном е,сщ- Фиг. 2 Зн,у Зйкаэ 488/32 Подписное ВНИИПК тир* i97 Филиал ППП Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4 участке ионосферной плазмы составит 10 см-3. Использование предлагаемого способа определения концентрации электронов в ионосферной плазме повышает точность ее определения на различных высотах до 10Х. 
