Способ определения параметров неоднородностей электронной концентрации ионосферы Советский патент 1985 года по МПК G01N22/00 

fi- частота, при котором наблюдается дается максимум на частотной зависимости средней энергии рассеянной составляющей принятого сигнала; 65(0)1) - полуширина эффективной диаграммы направленности антенн (произведение диаграмм направленности по мощности передающей и приемной антенн) при сог,

радиус корреляциии флуктуации амплитуд наземной дифракционной картины при (1)|.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОСФЕРЫ, заключающийся в том, что в направлении исследуемой области из первого наземного пункта излучают зондирующие высокочастотные импульсы, рассеянные сигналы принимают в первом и втором наземных пунктах, удаленных один от другого на расстояние ,, где X - длина волны высокочастотных импульсов в вакууме, в обоих пунктах регистрируют временные зависимости флуктуации амплитуд принятых сигналов с выбранной задержкой по отношению к излученному импульсу (которая соответствует выбранной высоте рассеяния), измеряют, коэффициент пространственной корреляции флуктуации амлитуд принятых сигналов в двух наземных пунктах, вычисляют радиус пространственной корреляции флуктуации наземной дифракционной картины и горизонтальный размер неоднородностей электронной концентрации ионосферы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения вертикального размера неоднородностей электронной концентрации ионосферы и, повышения точности определения, зондирующие высокочастотные импульсы излучают на нескольких частотах для каждой из них находят среднюю по времени энергию рассеянной составляющей принятого сигнала с выбранной-задержкой по формуле

Изобретение относится к радиофизике и может быть использовано в радиолокации, радионавигации, при организации наземных каналов связи, исследовании неоднородностей электронной концентрации ионосферы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения вертикального размера неоднородностей электронной концентрации ионосферы и повышение точности определения. Способ основан на следующих положениях. Зондирующие высокочастотные импульсы в ионосфере рассеиваются на случайных мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации и когерентно отражаются от стационарных крупномасщтабных неоднородностей. Поэтому среднюю энергию сигналов, принятых в первом или втором пункте, можно представить в виде A2 E|+|E,(l+P) где psf, |Eitf - энергии р-ассеянной и отраженной составляющих; черта - знак усреднения; p2-|E,f/IE|, из выражения (1) определяется jEs/ . Величина p вычисляется из уравнения А - 4()ехр(В W To+t W+PbPfFF где AI, А2 -7 среднее значение и средний квадрат флуктуации амплитуд принятого сигнала; 1о, Ii. - модифицированные функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков. Величина psf сязана с параметрами ионосферной плазмы и параметрами аппаратуры следующим соотношением: p:f (Щ. в|,-ехр -- -п212. где (AN)-средняя «интенсивность неоднородностей;h -высота их расположения; п,ае - действительная и мнимая части коэффициента преломления; т„ -длительность высокочастотных импульсов; Ь, 1г -горизонтальный и вертикальный радиусы корреляции флуктуаций неоднородностей электронной концентрации ионосферы, горизонтальный L вертикальный L размеры неоднородностей электронной концентрации определяются по формулам , , Q во вр|. в|, (-1). R - сомножитель, зависящий только от частоты зондирующих высокочастотных импульсов и частоты столкновений электронов с тяжелыми частицами. 2во, вр| - ширина эффективной диаграммы направленности антенн и индикатриссы рассеяния мелкомасщтабных неоднородностей. При изменении частоты высокочастотных импульсов при постоянной мощности излучения изменение величины Esf по формуле (2) в основном определяется частотной зависимостью произведения )в,. Другие сомножители в уравнении (2) значительно меньще изменяются с частотой, и их влияние при необходимости можно учесть, используя высотные распределения электронной концентрации и частоты столкновений электронов с тяжелыми частицами. Также легко учитывается возможная зависимость мощности излученных высокочастотных импульсов от частоты. Максимум зависимости Р (о), а следовательно, и psf (ш) наблюдается при ,1/а t f В2( -j(6) г - e(u)l)+e(u)i) при выводе этой формулы учтено, что в реальных условиях eo(f)const, или . При .помощи уравнения (6) определяются величины 1г и Lj. Значение &р(ы) определяют по радиусу пространственной корреляции rft(wi) с использованием формулы (3). В отличие от прототипа определяем с учетом когерентной составляющей принятого сигнала. Из уравнения (3) получим pg - el. е ,,. , гдев|,-,; -р +л/рЧе-(1 + 2р ТГ} Таким образом, для выбранной задержки (высоты) принятого сигнала по частоте fi, соответствующей максимуму зависимости psf(f) при помощи уравнения (6) возможно вычислить вертикальный радиус корреляции неоднородностей электронной концентрации ионосферы. Выражение для горизонтального радиуса корреляции неоднородностей определяется из уравнения (4) в виде (i+Hi Из уравнений (6) и (8) после простых преобразований получаем выражения для Ь/Ьг и L по формулам L/ -и е| (0)1) -бэ 1 (со1), 6(0)1) -eii (о)1 Щг li e coij 0,(0),)02з|((0|) (oi)-ei,(( L 2 во(со,) -i L- ГА -6l(cui)-eii(a)i) ,eo((o,)-eii(cuiU Й e,(co,)e,((0i) e(coi) J . -p4VP+e- (., , (, где с - скорость света в вакууме; fi - частота, при которой наблюдается максимум на частотной зависимости средней энергии рассеянной составляющей принятого сигнала; 0о((0|) - полущирина эффективной диафрагмы, направленности антенны (произведение диаграммы направленности по мощности передающей и приемной антенны) при ал; r((i)i) -радиус корреляции флуктуации амплитуд наземной дифракционной картины при со|. Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения параметров неоднородностей электронной концентрации ионосферы. Это достигается за счет того, что в нем учитывается когерентная составляющая принятого сигнала. При этом погрешность определения L/L, уменьшается на 13%, а L - на 3%. Кроме того, в отличие от прототипа, данный способ позволяет определить горизонтальный масштаб неоднородностей электронной концентрации при любом отношении L/L,, что при значениях L/L,, близких к единице, - к 1,2,...,5 уменьн1ает погрешность определения L на , при больши) значениях величина ri t:20- 10%. Способ осуществляется следующим образом. Излучают из первого наземного пункта зондирующие высокочастотные импульсы на нескольких частотах, принимают рассеянные и отраженные на неоднородностях электронной концентрации ионосферы сигналы в первом и втором наземных пунктах, удаленных друг от друга на расстояние до двух длин волн зондирующих высокочастотных импульсов в вакууме. Регистрируют для выбранной задержки временные зависимости флуктуации сигналов, принятых в первом и втором наземных пунктах, определяют для выбранной задержки среднюю по времени энергию рассеянной составляющей принятого сигнала. Определяют ее зависимость от частоты зондирующих высокочастотных импульсов. Далее находят частоту, соответствующую ее максимуму, измеряют для этой частоты коэффициент пространственной корреляции амплитуд сигналов, принятых в первом и втором наземных пунктах. Затем определяют для этой частоты радиус пространственной корреляции флуктуации амплитуд наземной дифракционной картины и вычисляют для выбранной задержки (высоты) отношение горизонтального и вертикального размеров неоднородностей электронной концентрации ионосферы, горизонтальный размер этих неоднородностей.