Способ определения координат всплесков радиоизлучения Солнца Советский патент 1983 года по МПК G01S3/56 

Изобретение относится к геофизике и может использоваться для контроля состояния ионосферы и магнитосферы. Известен способ определения координат всплесков радиоизлучения Солнца на радиотелескопах с шириной радиограммы нарравленности больше диаметра Солнца, заключающийся в приеме сигналов на одной несущей частоте при круговом сканировании дигржммы направ ленности вокруг Солнца, измерении, |амплитуд нулевой и двух ортогонал ных составлякяцих первой гармоники час тоты сканирования без.всплеска и во время всплеска С ЗОднако известный способ имеет низ кую точность определения координат всплесков в том .случае, .когда равносигнальнов направление не совпадает с центром радиоизлучения Солнца, например, при наличии подвижного основания радиотелескопа. Цель изобретения - повышение точности определения координат всплесков на Солнце. Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения коор динат всплесков, радиоизлучения Солнца на радиотелескопах с шириной диаграммы н- правленности больше диаметра Солца, заключающемуся в приеме сигна лов на первой несущей частоте сигналд радиог1злучения Солнца при круговом сканировании диаграммы направленност вокруг Солнца, измерении амплитуд ну левой и двух opтoгoнaльныx;CJOCтaвляющих первой гармоники частоты сканиро вания без всплеска и во время всплес ка, принимают сигналы на второй несу щей частоте сигнала радиоизлучения Солнца и измеряют нулевую и две орто гональные составляющие первой гармоНИКИ частоты сканирования на второй несущей частоте сигнала радиоизлучения Солнца одновременно с измере-. ниями на первой несущей частоте сигнала радиоизлучения Солнца, а коорди наты всплеска определяют по формулам 02 (N-2)ecn-( (V2)8Cn4V 2)l А А 02 есп 01 6СП где А„: и А„..-..- измеряемые амплитуды нулевой гармоники без всплеска и во время всплеска на, i-ой частоте дх илу - смещение центра .ради излучения Солнца на первой несущей астоте без всплеска, при этом х, и определяют из системы уравнений i.) lL ii i) 0 ,) деАо и A 04 eon-измеренные ортого- альныё составляющие амплитуды первой армфники; (Xi; lf{i)%( изестные функции, определяквдие форму иаграммы направленности по нулевой первой гармоникам частоты сканиования. Способ осуществляется следующим образом. Для определения координат всплесков радиоизлучения Солнца на малых полноворотных радиотелескопах, имеющих ширину диаграммы направленности более диаметра Солнца (а именно только на таких радиотелескопах можно строить службу диагностики протонов, генерируемых во вспышках), необходимо сканирование диаграммы направленности и определение амплитуд нулевой (т.е. постоянной составлящей) и двух ортогональных составляющих первой гармоники сканирования на двух удаленных друг от друга .Длина.хволн. Таковыми могут быть л 243 см и Л2 10 см. Волны короче - 2 см непрозрачны для земной атмосферы, а волны длинее 2 Ю см не подходят, потому что тогда будет трудно совместить электрически два диапазона и диаметр антенн потребуется увеличить в(Д2/о раз, что неоправденна по тех ническим соображениям. Совмещение волн Л 2-3 см и Д2. 10 см выполнено, а совмещение A.i« 3 см и 2 ° сано подробно в литературе. Сделать нельзя из-за Д2 близкой к Д того, что разность- - ВСП 01 eon стремиться к нулю и будет соответственно возрастать ошибка измерений, Выберем систему координат с центром в равносигнальном направлении сканирую1дей диaгpa /Jмы направленности. Коо1Ьдинаты центра радиоизлучения Солнца (ЦРС) на i-волне в зтой сид, Д -теме обозначим х и у ; Ад4 амплитуда нулевой и.двух ортогональных составляющих первой гармоники при единичном потоке от Солнца. Те же самые величины для 5еальных,потоков от Солнца обозначим , А. Последние величины непосредственно измеряются в процессе наблюдений, а функции АЛ- Af, А:-: - известны. На каждый момент времени и составляем отношение, сигналов нулевой и первой гармоник ) -ii.j liJliZii. ut «r ) i(i) 1Из этой системы определяемвеличины X, и у. . Это система двух уравнений 1C двумя неизвестными. Конкретное ее решение определяется видом входящих туда функций Ад4 А, А , которые м гут быть различны для разного типа антенн. В общем виде требуется ее численное решение. Для дааграмквл направленности, зависящей только от + I уравнения (1) упроща.ются и принимают вил .(4в.) и -.,..(,Q.} где fi(u0i) - известные функции тол .ко от 4 в , определяют из функции А, А, а вех, угол сканирования. Запишем выражение для координаты центра тяжести радиоизлучения Солнц .)-v..fe-. где первых два слагаемых представляют известное выражение для коорди наты центра радиоизлучения Солнца (ЦРС) относительно его геометрического центра, а х - координата геоме рического центра. Здесь F.; и F ,-gcn поток радиоизлучения без всплеска и от всплеска, лx. - координата ЦРС вне всплеска на i-волне, а Дх.координата всплеска {обе измеряются от геометрического центра Солнца). Если учесть,. что т ) Fi+ F,-ecn oiecn то получим координату лх.. Следу подчеркнуть, что только измерения н двух волнах позволяет исключить величину X. Из формулы для tween сле дует, что для определения координат всплеска нужно определить разность (х - Хг) до всплеска, для чего необходимо провести до всплеска измерения амплитуд нулевой Ад и двух ортогональных составляющих первой гармоники S. и и запомнить их Далее определяются указанные величины во время всплеска .и определяют ся координаты всплеска. , Дпя определения величин трр- при .- . вся флюктуациях слежения по амплитуле, близкой к полуширине диаграммы направленности, необходимо производить коррекцию нулевой гармоники. Зная из (1) х и у , это делают соответствующим учетом вида функции А( ). Точность определения координат зависит как от чувствительности радио|Метров, так и от близости к нулю вы|ражения. Первое не существенно, так как современная аппаратура позволяет измерять смещение ЭЦРС с точностью несколько секунд. Что касается второго условия, то, поскол;ьку поток от спокойного Солнца обратно пропорционален квадрату длины волны, а средний спектр всплесков в сантиметровом диапазоне характеризуется слабой зависимостью интенсивности от длины волны, выражение в скобках не будет стремиться к нулю. Если все же в какой-то момент всплеска оно равно нулю, то необходимо определить эту разность на другой фазе развития всплеска.. Предлагаемый способ обладает тем, -преиглуществом по отноаюнию к известным способам определения координат всплесков на Солнце (например, по .наблюдению на полноповоротном радиотелескопе с высоким угловым разрешением), что наблюдения могут производиться непрерывно, тем самым можно регистрировать короткоживущие всплески, следить за ними в процессе развития, что не требует сложной системы точного сопровождения при определении координат ЭЦРС, т.е. не требует того, чтобы величина х О. В прототипе при неточном слежении за центром Солнца или при несовпадении равносигнальиого напряжения с направлением на ЦРС возникает погрешность в определении координат всплеска, которая имеет величину X. - ° 1 овсп о В предлагаемом способе эта погрешность исключается. При наблюдении на-кораблях величина х может достигать 20СК , что может на порядок превышать саму координату всплеска. Таким образом, технико-экономическая эффективность от внедрения предлагаемого способа заключается также и в расширении интервала времени слежен11я за радиоизлучением Солнца, поскольку он может быть применен при наблюдениях ид подвижных основаниях - кораблях, без установки систем стабилизации радиотелескопа. Известно, что с территории СССР Солнце можно наблюдать в среднем за год только 70% всего времени. Остальное время может быть выполнено только путем наблюдений на кораблях. При наблюдении на кораблях предлагаемый способ определения координат является единственно возможным. Требования, предъявляемые к службе .обеспечения радиационной безопасности таковы, что в ней недопустимы какие-либо перерывы (иначе мсзокно пропустить опасное событие). Предложенный способ существенно удешевляет стоимость наземных установок,так как не требует точного слежения, необходимого в известном способе. В

связи с этим он может быть использован эффективно геофизическими службами для целей контроля и прогноза радиационной обстановки, в околоземной космическом пространстве, состояния ионосферы и магнитосферы, прохождения радиоволн, поскольку можно получать непрерывную и более точную и полную картину радиоизлучения Солнца.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ВСПЛЕСКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ.СОЛНЦА на радиотелескопах с шириной диаграм1-1Ы направленности больше диаметра Солнца,, заключающемуся в приеме сигналов на первой несущей частоте сиг- : нала радиоизлучения Солнца при круfовсм сканировании диаграммы направленности вокруг Солнца, измерении амплитуд нулевой и двух ортогональных составляющих первой .гармоники частоты сканирования без всплеска и во время всплеска, отличают ий с я тем, что, с целью повышения точности определения координат,принимают сигналы на второй несущей частоте сигнала радиоизлучения Солнца и измеряют нулевую и две ортогональные составляющие первой гармоники частоты сканирования на второй несущей частоте сигнала радиоизлучения Солнца одновременно с измерениями на первой несущей частоте сигнала радиоизлучения Солнца, а координаты всплеска определяют по формулам « %сп 02 (- Wecn-()7 гт 02 всп , 02 01 02 всп всп .где -Afli и AOJ ДСП- измеряемые амплиту ды нулевой гармоники без всплеска и g :во время всплеска на i-й частоте ff Ах И д у,-С1иещение центра ра- j доизлучения СолнУ а на первой несущей f .частоте без всплеска,при этом х- и .у определяют из системы уравнений 2 . V. оч «llL. Л«. Л,(х.у.) ( ) сл 01 01 01 00 : -« -у где и Ari- измеренные ортого нальные составлятцйе амплитуды первой гармо31ики, ).)Ло1() известные функции,определяющие форму диаграм1й 1 направленности по нулевой ;и первой гармоникам частоты сканирования.