Способ исследования ионосферы Советский патент 1937 года по МПК G01W1/00 G01S13/95 

Известные методы, применяемые для наблюдений над ионосферой вообще и, в частности, для определения критических частот, дают довольно ограниченные возможности, так как только после длительного прохождения диапазона волн, а иногда только после кропотливой обработки, позволяют судить о некоторых изменениях, происходяпшх в ионосфере.

Супцествующие до сих пор методы наблюдений пе дают полной и точной картины всех изменений к ионосфере, структура которой часто изменяется очень быстро. Изменения, длительность которых порядка нескольких секунд, даже минут, не поддаются наблюдениям этими методами.

Наиболее совершенным методом можно считать метод, применяющийся Национальным бюро стандартов п Вашингтоне и заключающийся в следуюпгем. Радиопередатчик, даюпи й кратковременный импульс, плавно нроходит за 20-30 мин. наблюдаемый диапазон частот.

Синхронно с ним следует и п.риемник, подстраивающийся в резонанс с приходящей волной. Сигналы этого

нриемпика производят отклотшние светового пучка, падающего на зеркало; последнее, вращаясь синхронно с частотой импульсов передатчика, дает неподвижную картину земного сигнала а.

В случае отражений, кроме неподвижного оснопного сигнала а, появляются отраженные сигналы Ь. с и т. д.

Лепта, движущаяся перед экраном катодного осциллоскопа, дает снимок (фиг. 1), соответствующий времени ирохо -;дения всего дианазона, т. е. 20-30 минутам.

Более быстрое прохождение передатчиком всего диапазона не дает воз ожности тщательно з:.фиксировать поведение отражений на всех частотах.

Предлагаемый снособ, хотя и требует довольно сложной и точно отрегулированной аппаратуры, но должен дать возможность непрерывно следить за ионосферой по той картине, которая получается на экране катодного осциллоскопа.

Сущность предлагаемого снособа уясняется с помопцяо диаграмм, изображенных на фиг. 2-10 чертежа.

предлагаемый способ заключается в следующем. Катодный пучок катодного осциллоскопа отклоняется двумя магнитными полями катушек, питаемых соответственно двумя токами релаксационных генераторов (на тиратронах).

Горизонтальная пара катушек дает /V вертикальных отклонений в 1 сек. пучка, двигающегося с равномерной скоростью

/I/V

1

где li-длина строки, TI-пе)иод первого релаксационного генератора. Вертикальная пара (фиг. 2, 3) дает п горизонтальных отклонений в 1 сек. также с равномерной скоростью

t/2 /, п.

На экране катодного ос и 1лоскопа, нри одновременном отклонении пучка полями обеих катушек, получается обычный телевизионный растр, но с малым числом строк /V и кадров п в 1 сек. (фиг. 4).

Если, кроме того, на фокусирую1цую систему катодного осциллоскопа подавать с радиоприемника сигналы, принятые от радиопередатчика, дающего кратковременные импульсы длительностью сек., число которых равно числу строк ;V, то на каждой строке будет получаться пропуск, так как фокусировка в момент действия сигнала будет расстраиваться (фиг. 5).

В случае, если приемник будет принимать отрансеппые слоями ионосферы эхо-сигналы, то будут появляться пропуски в других местах растра (фиг. 6).

Высоту слоя, от которого произошло отражение, не трудно о пределить следующим образом.

Длина строки li соответствует времени TI; поэтому длине л, будет

AI. Т,

соответствовать время -: за

которое сигнал уснел дойти до отражающего слоя и возвратиться обратно. Следовательно, высота этого слоя

/у -- -1 - -i V

/ / 1 - -j,v.

9 Г /97

1 Ч - 1

где f -скорость распространения электромагнитной волны, равная скорости света.

Высота другого отражающего слоя определится соответственным образом. Картина будет иметь вид фиг. б в том случае, если частота радиопередатчика постоянна и высота слоев неизменна.

Если передатчик и находящийся в любой момент в резонансе с ним ириемник будут изменять свою частоту п раз в секунду, причем частота будет изменяться пропорционально току второго релаксационного генератора (. 7), то на экране катодного осциллоскопа будет обнаружена картина, рисующая поведение частот всего диапазона, который перекрывает передатчик (фиг. 8).

Эта картина дает возможность непосредственно видеть, какие частоты и на какой высоте испытывают отражение, какая частота и для какого слоя является критической.

Если частоту и амплитуду релаксационных токов сделать достаточно стабильными, то экран может быть отградуирован (по оси ОХ-частоты, а по оси ОУ-высоты слоев) и, помимо непрерывного фотографировании картины, критические частоты могут быть определены непосредCTBeinibiM отсчетом визуально.

Болег удобная для наблюдения картина может быть получепа помощью „темного растра. Этого можно достигнуть, если на фокусируюпшй цилипдр катодного осциллоскопа подать такое дополнительное смещающее напряжение, чтобы пучок был закрыт и на экране осциллоскопа растр не был виден.

Приходящие с приемника импульсы „эхо-импульсы должны открывать пучок, давая на экране свечения только в момент импульса. При этом яркость катодного сигнала будет пропорциональна его амплитуде. Картина будет иметь вид, изображенный на фиг. 9.

О технической особенности аппаратуры необходимо заметить следующее.

Передатчик должен быть только на самовозбуждений и достаточной мощности порядка 0,7-1, 5 kW.

Специальная форма пластин конденсаторов (передатчика-приемника) должна обеспечивать линейную зависимость между углом поворота оси настройки и генерируемой частотой. Приемник должен находиться в одном помещении с передатчиком.

Настройка приемника (приемник желателен по супергетеродинной схеме) механически сцеплена с осью настройки передатчика.

Несмотря на близость к передатчику, приемник не должен „забиваться сигналами, непосредственно идущими от передатчика. Это достигается тщательной экранировкой и выбором малых постоянных времени цепей приемника.

Что касается катодного осциллоскопа и релаксационных генераторов, то описывать их не имеет смысла вследствие их общеизвестности в технике дальновидения.

Синхронизирующее устройство для точного совпадения числа кадров с числом оборотов приемно-передающего вала осуществляется путем подачи через диск на оси вала одного светового импульса на фотоэлемент, усиленный сигнал которого синхронизирует релаксационный генератор кадров.

Первый релаксатор своими сигналами, кроме вертикальной развертки.

производит в моменты обратного хода (фиг. 10) подачу импульсов передатчика. Таким образом, основной прямой сигнал будет лежать внизу экрана или смещен по фазе в любое место растра. Частота первого релаксатора не обязательно должна быть кратной частоте второго релаксатора, но должна, для более равномерного покрытия растра, быть не менее, чем в 10-30 раз больще частоты второго релаксатора.

Принципиальное содержание предлагаемого способа раскрывает, повидимому, широкие возможности в смысле наглядного и непрерывного наблюдения за всеми изменениями в ионосфере, за которыми удается следить пока помощью единственного „зонда -электромагнитной волны.

Предмет изобретения.

Способ исследования ионосферы путем приема прямых волн непосредственно от передатчика и волн, отраженных ионосферой, отличающийся тем, что прямые и отраженные сиг налы подают в фокусирующую цепь катодного осциллоскопа, электронный луч которого при отсутствии сигнала вычерчивает обычный телевизионный растр под воздействием двух систем развертки, частота одной из которых совпадает с частотой подачи прямых сигналов, и по расстояниям между пропусками в растре, образующимися вследствие дефокусировки, получающейся при приеме сигнала, судят о времени прохождения волны.

фиг.5

фиг.В

Ьиг7

lijiliitiii: liliiit i

фиг. 8

фиг.10

фиг.З