Способ определения пространственно-временного распределения критических частот слоя F2 ионосферы Советский патент 1991 года по МПК G01S13/95 

4: 4 СО Ф

СО

t

- V

Ка.1

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для прот нозирования условий радиосвязи, исследования околоземного космическо- го пространства, пеленгации локальных и планетарных возмущенйостей приземной плазмы естественного и искусственного прохождения.

Цель изобретения - повышение точ- ности определения пространственно- временного распределения крит ческих частот слоя F2 ионосферы на больших исследуемых территориях.

На фигс1 приведена структурная электрическая схема приемопередающей системы на фиг.2 - структурная электрическая схема бортового передающего модуля на фиг.З - структурная электрическая схема наземного прием- ного пункта.

Приемопередающая система (см. фиг.1) содержит бортовой передающий модуль 1 и i наземных приемных пунктов 2.

Бортовой передающий .модуль 1 (см, |фиг,2) содержит синхронизатор 3, возбудитель 4, радиопередатчик 5, ультракоротковолновую радиостанцкю 6 и первую 7 и вторую 8 передающие антенны.

Наземный приемный пункт 2 (см. фиг.З) содержит первую 9 и вторую tO приемные антенны, ультракоротковолновую радиостанцию 11, синхронизатор 12, радиоприемник 13 регистратор 14 и вычислитель 15.

Способ определения пространственно-временного распределения критических частот слоя F2 ионосферы осуществляется следующим образом.

Искусственный спутник Земли (ИСЗ) выводят на геостационарную орбиту, при которой положение его относительно координат земной поверхности не меняется, а площадь просвечивания в конусе углов возвышения .Нт/ЗО составляет от 60°N до по широте и 120 по долготе. Излучение импульсов переменной частоты f - в диапазоне зондирования 2-25 МГц производят се- ансами, каждые 200 с с борта ИСЗ Прием синхронизаторов и зондирунвдих импульсов с частотами f {.(f:eF2),cosec р осуществляют на сети из i наземных пунктов приема НПП, причём .регистрируют не время задержки импульсовр а юс наличие или отсутствие. При Э гом часть информации теряется, одиако

появляется возможность полностью автоматизировать процедуру нахождения fp- . Таким образом, обработка данных наблюдений может производиться в темпе частоты следования сеансов зондирования, т.е. каждые 200 с. Так как плотность пространственного распределения сети НПП может быть почти неограниченной, разрешающая способность ее лимитируется только условиями распространения электромагнитнь х сигналов в ионосфере, т.е. может составлять 20-50 км.

Таким образом, синхронная регистрация локальных значений fj.,- на сети НПП позволяет строго привязьгеать по времени и пространству все изменения ft естественного и искусственного . происхождения, время жизни которых превышают 200 с а размеры 20-50 км.

Особенность реализации предлагаемого способа состоит в необходимости обеспечения уверенного приема на земной поверхности сигналов, излуча-- емых с ИСЗ, высота орбиты которого составляет .- 36000 км Энергетические параметры бортового радиопередатчика и наземного радиоприемного устройства определяются уравнением

P-n«A+M-fL+W-fPu,-G+Pnp ,

где Р„ - импульсная мощность бортового радиопередатчика 5( .А потери на распространение в свободном п|ространстве, A(дБ)32,4-t201gf-.- -201gh

f - частота излучаемого с ИСЗ ., сигнала (в МГц)

ti высота орбиты ИСЗ (в км) j

МЧ-Ю дБ - энергетический запас, обеспечивающий отношение сигнала к шуму т- 3;

L - поглощение в ионосфере, I. 14 дБ в конусе углов возвьщтения / 7/30° ,

W - суммарные потери в фидерах и фильтрах за счет расщепления волны на обыкновенную и необыкновенную сое-. тавляющие, а также поляризационные потери, W- -/11 дБ-,

РШ уровень помех, Р ц, 5:30 дБ;

G - коэффициент направленного действия первой 7,9 и второй 8, 10 передающих и приемных антезш, дВ

3

(при простейших дипольньгх

антеннах)J РПР уровень собстпенных шумов приемников, Р„р KTBN, где фяктор шума при избирательном входе , К - постоянная Больцмана Т -ЗОО. К, ширина полосы пропускания В по уровню 0,7 определяется шириной спектра F.импульсной огибающей, ра- диосигнала f j.

Для того чтобы требуемая импульсная мощность радиопередатчика 5 не превышала нескольких сотен ватт, необходимо существенно понизить уровен РПР, что достигается сужением В до - 100 Гц.. Тогда дБ « Р„ «26 дБ или 400 Вт. Кроме того, для снижения средней мощности радиопередатчика 5 до единиц ватт, скважность S должна быть не меньше 100. Поскольку BciF -100 Гц, а длительность модулирующего импульса Cs,F , то t-10 d и так как S 7/100, частота повторения импульсов составляет --

--1 имп-.С . В соответствии с рекомендациями URSI точность измерения fgF2 должна быть не хуже 0,1 МГц. С учетом того, что в конусе углов /17-30 fj. -, (1-2)foF2, оптимальный диапазон зондирования f лежит в пределах 2-25 МГц. Особенности траектории трансионосферного распространения сигналов позволяют в ряде случае регистрировать их и при , од- нако при р /ЗО прием сигналов производится значительно увереннее. Следовательно, в требуемом диапазоне частот достаточно излучать на 200 фиксированных частот f j, откуда дли- тельность одного сеанса зондирования Tj. D-S- -f i 200 с.

Применение предпагаемого способа позволяет:

,

а)строго разделять пространственные и временные характеристики изменчивости критических частот слоя F2;

б)осуществлять непрерывный круг- лосуточный мониторинг широкого спектра волновых, периодических и апериодических процессов в области главного максимума ионосферы, имеющих периоды и/кли время жизни от 200 с и более

в реальном (текущем) времени и в планетарном масштабе, что превосходит соответствующих показатель известного способа в л-100 раз

КА3619

в)исследовать особенности широт- но-долготной структуры распределения fo F2 при различных гелиогеофизически или искусственно создаваеьлгх условия с пространственным разрешением до

2020 Чкм, что превосходит аналогичную характеристику известного способ в 10-100 pa3i

г)использовать в качестве НПП не только специально оборудованные и стационарные пункты, но и подвижные платформы, например суда среднего и большого тоннажа любого класса и назначения, осуществляя тем самьш глобальный охват наблюдениями земной поверхности в диапазоне бО Н-бО Б при наличии системы из трех геостационарных ИСЗ.

Формула изобретения

Способ определения пространственно-временного распределения критических частот слоя F2 ионосферы, состоящий в том, что одновременно излучают с искусственного спутника Земли зондирующие импульсные радиосигналы переменной в диапазоне 2 до 25 МГц несущей частоты и синхросигналы с фиксированной превьшзающей 100 МГц несущей частотой, синхронно с излучением принимают на Земле синхросигналы и прошедшие сквозь ионосферу зондирующие импульсные радиосигналы, отличающийся тем,что,с целью повышения точности определения пространственно-временного распределения критических частот слоя F2 ионосферы на больших исследуемых территориях, синхросигналы и зондирующие импульсные радиосигналы излучают с геостационарного искусственного спутника Земли сеансами каждые 200 с, по принятым синхросигналам и зондирующим импульсным радиосигналам измеряют и регистрируют мгновенные значения наинизщих частот fci ) прошедших сквозь ионосферу зондирукяцих импульсньк радиосигналов в i йаземньк приемных пунктах одновременно по всей исследуемой территории, а по зарегистрированным значениям частот f ci определяют пространствен-. но-временное распределение критических частот (foF2) ; слоя F2 с учетом Формулы

(foF2),

со sec |Э,51443619

где yrort возвышения искусс вен- ного спутника Зекпи над

i M наэ ёмным приемным пунктом.

Изобретение относится к радиолокации. Цель изобретения - повышение точности определения-пространственно- временного распределения критических частот слоя F2 ионосферы на больших исследуемых территориях. Данный способ реализуется присмнопередающей системой, содержащей бортовой передающий модуль t и наземные приемные пункты 2. Особенность реализации способа состоит в необходимости обеспечения уверенного приема на земной поверхности сигналов, излучаемых с искусственного спутника.Земли, высота орбиты которого составляетл/ЗбООО км. 3 ип. 1Г- О)

Фиг, г

11

11

Фиг.з