Способ определения концентрации электронов в ионосферной плазме Советский патент 1985 года по МПК G01N22/00 

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 интегр.альном распределении концентрации электронов в ионосфере. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения концентрации электронов в ионосферной плазме, основан ный на облучении исследуемого участ ка ионосферы радиолокационным сигна лом 21. Однако известный способ имеет ни кую точность определения концентрации электронов на различных высотах Цель изобретения - повышение точ ности определения концентрации элек ронов на различных высотах. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, основанному на облучении исследуемого учас ка ионосферы радиолокационным сигна лом, запускают в ионосферу на задан ную высоту пробное металлическое те ло в виде сферы с известным радиусом, размеры которой соизмеримы с длинами облучающих волн, и измеряют отраженный от нее сигнал, по которо му определяют эффективные площади обратного рассеяния пробного металлического тела с плазменным сгущением не менее, чем на двух фиксированных длинах облучающих волн, и по известной зависимости, связывающей эффективнуй площадь обратного рассеяния металлической сферы, концентраирию электронов в плазменном сгущении и длину облучающей волны, определяют концентрацию электронов в плазменном сгущении, а затем опре деляют концентрацию электронов в ио сферной плазме по известной зависимости, связывающей концентрацию электронов в плазменном сгущении с концентрацией электронов в ионосфер ной плазме. На фиг.1 представлено изменение отношения концентрации электронов в плазменном сгущении Hg впереди калиброванного металлического тела в виде сферы летательного аппарата, движущегося со скоростью V 8 км/с, к концентрации электронов Hg 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; г - 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 Hj в невозмущенной плазме; на фиг.З. - кривые семейства эффективных площадей обратного рассеяния сферы радиуса RQ 1 м с неоднородным плазменным сгущением для значений концентраций электронов в невозмущенной плазме, которые могут меняться в пределах от 10° до 3 в плазменном слое F , в зависимости от высоты и времени суток (по оси ординат отложены значения эффективных площадей обратного рассеяния сферы радиуса fto 1 м с неоднородными плазменными сгущениями, нормированные к эффективной площади обратного рассеяния сферы без оболочки, т.е.„ , а по оси абсцисс - значения зондирующих волн Л). 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 зависимость имеет вид: Z. (-i)()(Qm-bm)| m;iI 9и.-10Ц 00 ,m, . О В 0. 2 (-- ()(am-fe) где SH - нормированная эффективная площадь обратного рассеяния калиброванного металлического тела в виде сферы с плазg менным сгущением; а и Ь - коэффициенты отражения для ; калиброванного металлического тела соответственно электрического и магнитного типов, которые имеют вид г, ) о (КоМ . Uf«ПТz(KoRo5 tKoRo) где - постоянная распространения в окружающей среде; Л - длина зондирующей волны;. . )ЗГ/гКоКо) .oRo - сферическая функция Бесселя; 3ity,j./t,() - цилиндрическая функ4 ция Бесселя; j/e ..«) Cf cRo t%-«оМ ХН +«/1 (oRob сферическая функция Ханкеля;

.4

,,1г:(ч.,г.ЙЧи.) .).г-(к,....л.;

: ,M«m( . RoU где Ws Vft4/ s , RO - радиус калиброванного металлического тела; К .9Гб -10-20 - постояннаяраспространения в S-ом однородном слое, на которое разбито неоднородное плазменное сгущение, а е концентрация электронов в «еь м однород- 55 ном плазменном сгущении. . Конкретно проиллюстрировать пред- . ложенный способ можно с помощью Hm ( ван a для тела стве ТИПО где опре 3Q ДЛЯ 50 + t/H oRo) цилиндрическая функция Ханкеля второго рода; a VoRol--CKoRoiJl()JAoft t tkoRobCKoRo (KoRo) их указывает на дифференцирое по полному аргументу); m - коэффициенты отражения калиброванного металлического с плазменным сгущением соответнно электрического и магнитного В, имеющие вид т Е .we f ; ms« «tis lSm П М Ь - msuZ-S 01 Т Т mS« MSt« т результирзтощая матрица передачи еляется как ст:,р гт::1 1г.(.: ГГт41(Д..СС|1м},1. элементов матрицы передачи имеем расчетных графиков (фиг.З), построенных с учетом предложенного выше алгоритма и зависимостей, представленных на фиг.1 и 2. Действие способа сйодится к измерению не менее чем на двух длинах волн эффективной площади обратного рассеяния металлического калиброванного тела с тгпазменным сгущением в диапазоне длин волн 1,5-3 м. К примеру, возьмем конкретные результаты дпя двух значений измеренных эффективных площадей обратного рассеяния S и 5 нт зондируницих длинах волн А и / , полученных из функциональной зависимости

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