Способ измерения концентрацииэлектронов b ионосфере

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1)809019

К АВТОУСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 190678. (21) 2631489/18-09 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет—

Опубликовано 280?81. Бюллетень Ио 8

Дата опубликования описания 280281 (51)М. Кл.

G 01 5 13/95

Государственнмй комнтет

СССР по делам нзо6ретеннй н открнтнй (53) УДК 621. 396. 96 (088.8) (72) Авторы изобретения

A. Н. Плеухов и В. В. Сидоров

Казанский ордена Трудового Красного Зн (71) Заявитель университет им. В. И. Ульянова (Ленина), 54 ) СПОСОБ ИЗ РЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОНОВ

В ИОНОСФЕРЕ

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться при радиофизических методах исследования. нижней ионосферы Земли.

Известен способ измерения концент- 5 рации электронов в ионосфере, заключающ йся в том, что одновременно излучают два радиосигнала с различными частотами, принимают отраженные сигналы и измеряют интервал времени между мо- 10 ментами прихода отраженных сигналов (11.

Однако данный способ измерения весьма сложен.

Цель изобретения — упрощение способа измерения путем использования 15 метеорных следов в качестве отражателей радиосигналов.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения концентрации электронов в ионосфере, заключающемся 20 в том, что одновременно излучают два радиосигнала с различными частотами, принимают отраженные сигналы и измеряют интервал времени между моментами прихода отраженных сигналов, облуча- 25 ют метеорные следы на высотах 80

100 км, по скорости нарастания амплитуды принятых сигналов определяют скорость метеорной частицы, а также местоположение и ориентацию метеорно- 30 го следа в пространстве с помощью разнесенного приема и по скорости метеорной частицы и интервалу времени между моментами прихода отраженных сигналов вычисляют расстояние между отражающими точками на метеор- ном следе, по которому судят о концентрации электронов в ионосфере.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит передатчик 1, приемник 2, блок 3 измерения величины относительного запаздывания сигналов, блок 4 измерения скорости .метеорной частицы, блок 5 измерения геометрических параметров траектории метеорной частицы, блок 6 вычисления расстояния по метеорному следу между отражающими точками и блок 7 вычисления интегральной электронной концентрации.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Передатчиком 1 излучают радиоволны одновременно на двух частотах f< и f в диапазоне частот 30-100 МГц именно в этом диапазоне частот получают радиоотражения оТ метеорных сле-дов). Зависимость коэффициента пре809019

zS = V at.

Формула и э об ре те ни я ломления от частоты и электронн и концентрации ионосферы приводит к тому, что обд радиоволны распространяются по своим траекториям. Вследствие этого области отражения для разных частот разнесены в пространстве. П этому, когда в атмосферу Земли влетает метеорная частица, способная образовать след с плотностью электронов, достаточной для получения радиолокационного отражения, и с определенной ориентацией траектории полета, она последовательно пролетает отражающие области для разных частот.

Отраженные сигналы разных частот поступают в приемник 2 с временным запаздыванием друг относительно дру- 15 га. Величина запаздывания зависит от скорости и геометрических параметров траектории метеорной частицы. После приемника 2 сигналы поступают одновременно на блок 3, измеряющий величи20 ну относительного запаздывания сигналов (л t), и на блоки 4 и 5, которые по известным методам определяют соответственно скорость метеорной частицы (V) и геометрические параметры ее траектории (ориентацию и местоположение в пространстве). По измеренным величинам Ч и t блок б вычисляет расстояние по метеорному следу между отражающими точками по формуле:

По величине zS и измеренным геометрическим параметрам метеорного сЛеда блок 7 вычисляет интегральную электронную концентрацию по формуле:

2 2 2

2Лееее (а+а(-а sþ 9

Ье = е(еЕ х

h х l_#_;j ) ) Я в(Ъ)Л М >

О где и> — средняя круговая частота излучения; — разнос между частотами; 45

8 — зенитный угол излучения радиоволн; а — Радиус Земли; — высота метеорного следа над поверхностью земли; 50

Г

Rp) — векторное произведение, учитывающее ориентацию метеорного следа;

R — расстояние от передатчика до метеорного следа; 55

 — направляющий вектор метек орного следа;

Qb)jh — интегральная концентрация электронов.

Эта формула выражает связь между интегральной электронной концентрацией и расстоянием по метеорному следу между отражающими точками и геометрическими параметрами следа. Поскольку метеорные следы появляются достаточно часто (в час до 400 следов) и на разных высотах, то за короткое время можно получить большую статистику по интегральной концентрации во всем диапазоне высот.

Профиль электронной концентрации получают из этих данных следующим образом. Разбивают всю исследуемую зону (80-100 км) на высоте на слои, в пределах которых электронная концентрация предполагается постоянной.

Плотность электронной концентрации в

i-слое, ограниченном высотами h „ и

1+1

h„, выражается уравнением:

А, — А е, (а,(h Ь1

t1 где А„= I И,, Ь,.)ah, Вследствие нечрерывности высотного распределения появления метеорных следов для любых h соответствует изме1 рение интегральной электронной плотности

Полученное значение N (h ) приписывается средней высоте слоя, Ь„ +

+ h„)/2. Аналогичная операция прово- . дится со всеми слоями. Затем, строя зависимость i! (h) по полученным точкам, получают высотный профиль электронной концентрации.

Способ измерения концентрации электронов в ионосфере, заключающийся в том, что одновременно излучают два радиоси1"нала с различными частотами, принимают отраженные сигналы и измеряют интервал времени между моментами прихода отраженных сигналов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа измерения путем использования метеорных следов в качестве отражателей радиосигналов, облучают метеорные следы на высотах

80-100 км, по скорости нарастания амплитуды принятых сигналов определяют скорость метеорной частицы, а также местоположение и ориентацию метеорного следа в пространстве с помощью разнесенного приема и по скорости метеорной частицы H интервалу времени между моментами прихода отраженных сигналов вычисляют расстояние между отражающими точками на метеорном следе, по которому судят о концентрации электронов в ионосфере.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Геомагнитиэм и аэрономия, т. 15, 1975, Р 5, с. 832-836 (прототип).

809019.

f 0

Тираж 743 Подпионое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

113035, Москва, Ж-35, Раутаская наб., д. 4/5

Заказ 409/51

Филиал ПП! "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Маврин

Редактор М. Митровка Техред Н.Майорощ: корректор М. Демчик