Способ измерения критической частоты слоя ионосферной плазмы Советский патент 1989 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к дистанционной диагностике неоднородной ионо сферной плазмы и предназначено для измерения критической частоты слоя Ионосферной плазмы.

Целью изобретения является повы- гаение точности измерения.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для реализации способа измерения критической частоты слоя ионосферной плазмы.

Устройство содержит синтезатор 1 частот, автоматическую ионосферную станцию (ионозонд) 2, приемопередающую антенну 3 ионозонда, радиоприемное устройство 4, анализатор 5 спектра.

Способ реализуется следующим об- разо м.

Синтезатор 1 частот вырабатывает электрические колебания постоянной амплитуды с частотой f, подаваемые на вход широкополосного усилителя передатчика ионозонда 2, амплитудный модулятор которого формирует радиоимпульс с несущей частотой f. С приемопередающей антенны 3 ионозонда излучаются радиоволны кратковременными посылками, т.е. в виде радиоимпульсов, которые облучают слой ионосферной плазмы. Несущая частота меняется переключением частоты синтезатора 1 частот, чем осуществляется облучение слоя ионосферной плазмы радиоволнами в требуемом для определения критической частоты диапазоне частот. Синхронно перестраивается и приемник. Отраженный слоем ионосферной плазмы радиоимпульс принимается приемопередающей антенной 3 и после предварительного усиления в автоматической ионосферной станции 2 подается на радиоприемное устройство 4, в котором осуществляется усиление и отфильтрование высокочастотной части спектра радиоимпульса. Сигнал с выхода радиоприемного устройства 4 сохраняет доплеровское смещение несущей частоты, находящееся в области низких частот, приобретенное радиоволной в результате отражения слоем ионосферной плазмы. Сигнал с выхода радиоприемного устройства 4 поступает на вход анализатора 5 спектра,где измеряется доплеровское смещение /uf несущей частоты f. Значение несущей частот. f, которому соответствует

экстремальное значение доплеровско- го смещения, принимается за значение критической частоты f|.

Доплеровский сдвиг частоты радиоволны, провзаимодействовавшей со слоем ионосферной плазмы, критическая частота которого меняется со временем t, есть

ZJf 1

2ТГ

d(f dt

(О

где

(/- фазовый путь радиоволны в

слое моносферной плазмы. Реальный профиль электронной концентрации в слое F2 ионосферной плазмы - это плавная гладкая функция высоты,адекватно аппроксимируемая в максимуме электронной концентрации.(где и формируется область экстремума допле- ровского сдвига частоты) симметричным профилем Эшптейна, Показатель преломления п как функция расстояния 2 от центра слоя ионосферной плазмы с эшптейновским профилем электронной концентрации есть

е: -,/«

(1 + ) J

1 - 4F

где F fK/fi

f j - критическая частота слоя

ионосферной плазмы,- f - частота облучающей радиоволны,

1/га - линейный масштаб слой ионосферной плазмы.

Используя выражение для коэффициента отражения электромагнитной волны от слоя ионосферной плазмы с профилем (3),. представим фазовый путь радиоволны, отраженной слоем ионосферной

плазмы 1.

ОТр

в следующем виде:

45

ГоГр

+ 2SOOS в InCScos 0 ) +

+S (F-COS 0 ) -S (F + cos (9 ) (cos в + F) +

+S(F-cos e) t+()+ Z (

5(-созв)

Т72Тк

50

S(F-cos0). -arctp, --7---.-),

(3)

где S (0,23 c) - относительная

толщина СЛОЯ} с - скорость света/ 1 - Толщина слоя ионосферной

плазмы; V - логарифмическая производная

Г-функции.

Фазовый путь радиоволны, прошедший сквозь слой ионосферной плазмы Ч пр найденный аналогично выражению для /orp отличается от величины лишь на константу |Г/2:

лр f,

тр

}Г/2 . (А)

fK

6

f COS в

(6)

а при нормальном падении ролны на слой ионосферной плазмы (т.е. при cos ) при равенстве

f ., f.

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - повышение точности. Способ реализуется устройством, содержащим синтезатор 1 частот, автоматическую ионосферную станцию (ионозонд) 2, приемнопередающую антенну 3 ионозонда, радиоприемное устройство 4 и анализатор 5 спектра. В способе измерения, состоящем в зондировании слоя ионосферной плазмы радиоволнами синтезатора 1 с различной частотой и измерении этой частоты, дополнительно измеряют анализатором 5 доплеровское смещение частоты у провзаимодействовавших со слоем ионосферной плазмы радиоволн. Затем определяют экстремальное значение доплеровского смещения частоты. За критическую частоту слоя ионосферной плазмы принимают частоту облучающих радиоволн, соответствующую этому экстремальному значению. 1 ил.

Поэтому доплеровский сдвиг частоты Q радиоволны, отраженной слоем ионосферной плазмы, и радиоволны, прошедшей сквозь него, как результат дифференцирования величин tf f отличающихся лишь константой, одинаков.Выпол-|5 няя в (4) дифференцирование по времени, получим выражение для доплеровского сдвига частоты:

df j (|)(F+cose)-H-t-21n2j, 20

Ъ)

где v l+i2S(F-cose )-Revf1 - +LS(F-cos в) ,

dfK/dt - скорость изменения критической частоты слоя ионосферной плазмы.

25

Функция Н при изменении переменной F прорисовывает область экстремума доплеровского сдвига частоты, который достигается при равенстве нулю мнимой части аргумента функции ij/ , т.е. при S(F-cos в)0, или учитывая,что ./f, при

Результат, отраженный равенствами (6) или (7), и явился основанием для фиксации частоты облучающей радиоволны, на которой доплеровский сдвиг частоты принимает экстремальное значение.

Формула изобретения

Способ измерения критической частоты слоя ионосферной плазмы, состоя щий в зондировании слоя ионосферной плазмы радиоволнами с различной частотой и измерении зтой частоты,о т- ичающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют доплеровское смещение частоты у провзаимодейство- вавших со слоем ионосферной плазмы радиоволн, определяют экстремальное значение доплеровского смещения частоты, а за критическую частоту слоя оносферной плазмы принимают частоту облучающих радиоволн, соответствующую экстремальному значению доплеровского смещения частоты.