RU2251713C1 - Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere - Google Patents
Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251713C1 RU2251713C1 RU2003125207/09A RU2003125207A RU2251713C1 RU 2251713 C1 RU2251713 C1 RU 2251713C1 RU 2003125207/09 A RU2003125207/09 A RU 2003125207/09A RU 2003125207 A RU2003125207 A RU 2003125207A RU 2251713 C1 RU2251713 C1 RU 2251713C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- multiplier
- phase
- voltage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемые способ и устройство относятся к радиолокации, в частности к радиотехническим измерениям параметров ионосферы методом некогерентного рассеяния с использованием эффекта Фарадея, и могут быть использованы для определения концентрации электронов в заданном слое ионосферной плазмы, которая зависит от наличия и концентрации радиоактивных примесей в наблюдаемой зоне атмосферы, например, над атомной электростанцией.The proposed method and device relate to radiolocation, in particular to radio engineering measurements of ionosphere parameters by incoherent scattering using the Faraday effect, and can be used to determine the concentration of electrons in a given layer of ionospheric plasma, which depends on the presence and concentration of radioactive impurities in the observed zone of the atmosphere, for example, above a nuclear power plant.
Известны способы и устройства дистанционного определения состояния наблюдаемой зоны атмосферы [1-15].Known methods and devices for remote determination of the state of the observed zone of the atmosphere [1-15].
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу и устройству является патент РФ [15].The closest analogue to the proposed method and device is a patent of the Russian Federation [15].
Электронную концентрацию в заданной области ионосферы по известному способу определяют путем формирования направленного импульсного излучения плоскополяризованной электромагнитной волны с несущей частотой fC. Когда плоскополяризованная электромагнитная волна отражается от ионизированной зоны, на которую воздействует внешнее магнитное поле Земли, то она разделяется на две независимые составляющие, которые в общем случае имеют эллиптическую поляризацию с противоположными направлениями вращения. На частотах дециметрового диапазона обе составляющие, которые носят название обыкновенной и необыкновенной волны, имеющей круговую поляризацию. Другими словами, обыкновенная волна с круговым вращением вектора поляризации по часовой стрелке является волной с правой круговой поляризацией, а необыкновенная волна с круговым вращением вектора поляризации против часовой стрелки является волной с левой круговой поляризацией. Обе волны распространяются в ионизированной среде с различными скоростями, вследствие чего фазовые соотношения между этими волнами непрерывно изменяются. Это явление обычно называется эффектом Фарадея, из-за которого отраженный сигнал испытывает вращение плоскости поляризации. Угол поворота плоскости поляризации, который определяется разной скоростью распространения волн с правой и левой круговой поляризацией, находится из соотношенияThe electron concentration in a given region of the ionosphere by a known method is determined by the formation of directional pulsed radiation of a plane-polarized electromagnetic wave with a carrier frequency f C. When a plane-polarized electromagnetic wave is reflected from the ionized zone, which is affected by the external magnetic field of the Earth, it is divided into two independent components, which in the general case have elliptical polarization with opposite directions of rotation. At frequencies of the decimeter range, both components, which are called the ordinary and extraordinary waves, which have circular polarization. In other words, an ordinary wave with a circular rotation of the polarization vector clockwise is a wave with a right circular polarization, and an unusual wave with a circular rotation of the polarization vector clockwise is a wave with a left circular polarization. Both waves propagate in an ionized medium at different speeds, as a result of which the phase relations between these waves are continuously changing. This phenomenon is usually called the Faraday effect, due to which the reflected signal experiences the rotation of the plane of polarization. The angle of rotation of the plane of polarization, which is determined by different speeds of propagation of waves with right and left circular polarization, is found from the relation
где φ 1, φ 2 - фазовые запаздывания волн с правой и левой круговой поляризацией соответственно.where φ 1 , φ 2 are the phase delays of waves with right and left circular polarization, respectively.
Наличие радиоактивных примесей и их концентрация в заданной зоне атмосферы оцениваются по разности фаз Δ φ между составляющими отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией, которая измеряется с высокой точностью. Это достигается тем, что указанная разность фаз измеряется на стабильной частоте fг гетеродина 10. Поэтому процесс измерения инвариантен к нестабильности амплитуды и частоты отраженного сигнала, возникающих при некогерентном рассеянии зондирующего сигнала линейной поляризации ионизированной областью атмосферы.The presence of radioactive impurities and their concentration in a given zone of the atmosphere are estimated by the phase difference Δ φ between the components of the reflected signal with right and left circular polarization, which is measured with high accuracy. This is achieved by the fact that the indicated phase difference is measured at a stable frequency f g of the local oscillator 10. Therefore, the measurement process is invariant to the instability of the amplitude and frequency of the reflected signal arising from incoherent scattering of the probe signal by linear polarization of the ionized region of the atmosphere.
Недостатком ближайшего аналога является низкая чувствительность при измерении малых фазовых сдвигов.The disadvantage of the closest analogue is the low sensitivity when measuring small phase shifts.
Технической задачей изобретения является повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малым концентрациям радиоактивных примесей в заданной области ионосферы.An object of the invention is to increase the sensitivity when measuring small phase shifts corresponding to low concentrations of radioactive impurities in a given region of the ionosphere.
Поставленная задача решается тем, что по способу определения электронной концентрации в заданной области ионосферы, включающему направленное импульсное излучение плоскополяризованной электромагнитной волны с несущей частотой fC, причем компонент сигнала с правой и левой круговой поляризацией некогерентного рассеяния ионосферы, преобразование компоненты отраженного сигнала с левой круговой поляризацией по частоте, выделение напряжения промежуточной частоты, перемножение ее с компонентой отраженного сигнала с круговой поляризацией, выделение гармонического напряжения на частоте fг гетеродина, ограничение его по амплитуде, измерение разности фаз Δ φ на стабильной частоте fг гетеродина, вычисление электронной концентрации по формулеThe problem is solved in that by the method of determining the electron concentration in a given region of the ionosphere, including directional pulsed radiation of a plane-polarized electromagnetic wave with a carrier frequency f C , the signal component with right and left circular polarization of incoherent ionospheric scattering, the conversion of the reflected signal component with left circular polarization in frequency, isolation of the intermediate frequency voltage, its multiplication with the component of the reflected signal with circular polarization th, the selection of the harmonic voltage at a frequency f LO g, limit its amplitude, the measurement of the phase difference Δ φ at stable oscillator frequency f r, the calculation of the electron density by the formula
где M(r) - известная продольная составляющая геомагнитного поля;where M (r) is the known longitudinal component of the geomagnetic field;
r - дальность;r is the range;
с - скорость света;c is the speed of light;
Δ φ =φ 2-φ 1 - разность фаз между компонентами отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией;Δ φ = φ 2 -φ 1 is the phase difference between the components of the reflected signal with right and left circular polarization;
t1, t2 - моменты времени, соответствующие задержкам сигнала, отраженного от передней и дальней границ ионизированной зоны, сравнение вычисленного значения электронной концентрации NC(r) с эталонным значением электронной концентрации Nэ(r),t 1 , t 2 - time points corresponding to delays of the signal reflected from the front and far boundaries of the ionized zone, comparing the calculated value of the electron concentration N C (r) with the reference value of the electron concentration N e (r),
и по результатам сравнения принятие решения о наличии и концентрации радиоактивных примесей в заданной области ионосферы, перед вычислением электронной концентрации низкочастотное напряжение, пропорциональное измеряемому фазовому сдвигу Δ φ , сдвигают по фазе на 90° низкочастотные напряжения последовательно дважды перемножают сами на себя, исходное и сдвинутое по фазе низкочастотные напряжения второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента Км=6, вычитают полученное напряжение из исходного низкочастотного напряжения четвертой степени и суммируют полученное напряжение со сдвинутым по фазе на 90° низкочастотным напряжением четвертой степени.and according to the results of the comparison, the decision on the presence and concentration of radioactive impurities in a given region of the ionosphere, before calculating the electron concentration, a low-frequency voltage proportional to the measured phase shift Δφ is phase-shifted by 90 °; the low-frequency voltages are successively multiplied twice by themselves twice, the original and shifted by low-frequency phase voltage of the second degree are multiplied together using a scaling factor K m = 6 is subtracted from the source voltage obtained bottom ochastotnogo fourth power voltage and the resulting voltage is summed with the phase-shifted by 90 ° low frequency voltage fourth power.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения электронной концентрации в заданной области ионосферы, включающее последовательно соединенные синхронизатор, передатчик и передающую антенну полоскополяризованной волны, последовательно соединенные первую приемную антенну и приемник волны правой круговой поляризации, первый ключ, второй вход которого через блок временной задержки соединен с вторым выходом синхронизатора, первый перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель и фазометр, второй вход которого соединен со вторым выходом гетеродина, последовательно соединенные вторую приемную антенну, приемник волны левой круговой поляризации, смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, и усилитель промежуточной частоты, выход которого подключен к второму входу первого перемножителя, последовательно соединенные вычислительный блок, блок сравнения, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом вычислительного блока, и индикатор, снабжено фазовращателем на 90° , вторым, третьим, четвертым и пятым перемножителями, масштабирующим перемножителем, вычитателем и сумматором, причем к выходу фазометра последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазометра, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, вычитатель и сумматор, выход которого подключен к входу вычислительного блока, к выходу фазометра последовательно подключены фазовращатель на 90° , четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазоваращателя на 90° , и пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, а выход подключен к второму входу сумматора, второй вход вычитателя через масштабирующий перемножитель соединен с выходами второго и четвертого перемножителей.The problem is solved in that the device for determining the electron concentration in a given region of the ionosphere, including a serially connected synchronizer, a transmitter and a transmitting antenna of a polarized wave, sequentially connected the first receiving antenna and the receiver of the right circular polarization wave, the first key, the second input of which through the time delay block connected to the second output of the synchronizer, the first multiplier, a narrow-band filter, an amplitude limiter and a phase meter, the second input of the cat it is connected to the second output of the local oscillator, a second receiving antenna is connected in series, the receiver of the left circular polarization wave, a mixer, the second input of which is connected to the first output of the local oscillator, and an intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the second input of the first multiplier, the computing unit is connected in series, the unit comparison, the second key, the second input of which is connected to the output of the computing unit, and the indicator is equipped with a 90 ° phase shifter, multiply the second, third, fourth and fifth with fins, a scaling multiplier, a subtractor and an adder, moreover, a second multiplier is connected to the output of the phase meter, the second input of which is connected to the output of the phase meter, a third multiplier, the second input of which is connected to the output of the second multiplier, the subtractor and adder, the output of which is connected to the input of the computing unit, a 90 ° phase shifter, a fourth multiplier, the second input of which is connected to a 90 ° phase shifter output, and a fifth multiplier, a second whose input is connected to the output of the fourth multiplier, and an output connected to a second input of the adder, the second input of the subtractor via a scaling multiplier is connected to the outputs of the second and fourth multipliers.
Сущность технического решения заключается в "усилении" фазового сдвига Δ φ в четыре раза в соответствии с выражениемThe essence of the technical solution is to "enhance" the phase shift Δ φ four times in accordance with the expression
cos4Δ φ =cos4Δ φ -6cos2Δ φ · sin2Δ φ +sin4Δ φ cos4Δ φ = cos 4 Δ φ -6cos 2 Δ φ sin 2 Δ φ + sin 4 Δ φ
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на чертеже.The structural diagram of a device that implements the proposed method is presented in the drawing.
Устройство содержит последовательно включенные синхронизатор 1, передатчик 2 и передающую антенну 3 плоскополяризованной волны, последовательно включенные первую приемную антенну 5, приемник 7 волны правой круговой поляризации, первый ключ 9, второй вход которого через блок 4 временной задержки соединен со вторым выходом синхронизатора 1, первый перемножитель 13, узкополосный фильтр 14, амплитудный ограничитель 15, фазометр 16, второй перемножитель 22, второй вход которого соединен с выходом фазометра 16, третий перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя 22, вычитатель 27, сумматор 28, вычислительный блок 17, блок 18 сравнения, второй ключ 19, второй вход которого соединен с выходом вычислительного блока 17, и индикатор 20, последовательно подключенные к выходу фазометра 16 фазовращатель 21 на 90° , четвертый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя 21, и пятый перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя 24, а выход подключен к второму входу сумматора 28, второй вход вычитателя 27 через масштабирующий перемножитель 26 соединен с выходами второго 22 и четвертого 24 перемножителей.The device comprises serially connected synchronizer 1, transmitter 2 and transmitting antenna 3 of plane-polarized wave, sequentially connected first receiving antenna 5, receiver 7 of the right circular polarization wave, first key 9, the second input of which is connected through the block 4 of the time delay to the second output of synchronizer 1, the first a multiplier 13, a narrow-band filter 14, an amplitude limiter 15, a phase meter 16, a second multiplier 22, the second input of which is connected to the output of the phase meter 16, the third multiplier 23, the second input of which the second is connected to the output of the second multiplier 22, the subtractor 27, the adder 28, the computing unit 17, the comparing unit 18, the second key 19, the second input of which is connected to the output of the computing unit 17, and the indicator 20 connected in series to the output of the phase meter 16 phase shifter 21 90 °, the fourth multiplier 24, the second input of which is connected to the output of the phase shifter 21, and the fifth multiplier 25, the second input of which is connected to the output of the fourth multiplier 24, and the output is connected to the second input of the adder 28, the second input of the subtractor 27 through the scale ruyuschy multiplier 26 is connected to the outputs of the second 22 and fourth 24 multipliers.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Синхронизатор 1 формирует стабильные прямоугольные видеоимпульсы с известным периодом следования ТC и длительностью τ И, которые периодически запускают передатчик 2. Последний формирует высокочакстотный зондирующий сигнал с плоской поляризациейThe synchronizer 1 generates stable rectangular video pulses with a known repetition period T C and a duration of τ And , which periodically trigger the transmitter 2. The latter generates a high-frequency probe signal with flat polarization
uc(t)=Uccos(2π fct+φ c), 0≤ t≤ τ И u c (t) = U c cos (2π f c t + φ c ), 0≤ t≤ τ AND
где Uc, fc, φ c, τ И - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность зондирующего сигнала, который через передающую антенну 3 излучается в направлении заданной зоны атмосферы.where U c , f c , φ c , τ И is the amplitude, carrier frequency, initial phase, and duration of the probe signal, which is transmitted through the transmitting antenna 3 in the direction of a given atmospheric zone.
Отраженный сигнал принимается приемными антеннами 5 и 6. При этом приемная антенна 5 восприимчива только к сигналу с правой круговой поляризацией (обыкновенная компонента), а антенна 6 - только к сигналу с левой круговой поляризацией (необыкновенная компонента). На выходе приемников 7 и 8 образуются сигналы:The reflected signal is received by the receiving antennas 5 and 6. In this case, the receiving antenna 5 is susceptible only to the signal with the right circular polarization (ordinary component), and the antenna 6 - only to the signal with the left circular polarization (unusual component). The output of the receivers 7 and 8 produces signals:
uo(t)=Uo(t)cos[2π (fc±Δ f)t+φ 1],u o (t) = U o (t) cos [2π (f c ± Δ f) t + φ 1 ],
uН(t)=UН(t)cos[2π (fc±Δ f)t+φ 2], 0≤ t≤ τ И,u Н (t) = U Н (t) cos [2π (f c ± Δ f) t + φ 2 ], 0≤ t≤ τ AND ,
где индексы “О” и “Н” относятся соответственно к обыкновенной и необыкновенной волнам:where the indices “O” and “H” refer respectively to ordinary and extraordinary waves:
Uо(t), UH(t) - огибающие обыкновенной и необыкновенной волны;U о (t), U H (t) - envelopes of an ordinary and extraordinary wave;
±Δ f - нестабильность несущей частоты, обусловленная некогерентным рассеянием ионизированной среды.± Δ f is the instability of the carrier frequency due to incoherent scattering of the ionized medium.
Сигнал uo(t) с выхода приемника 7 через ключ 9 поступает на первый вход перемножителя 13. Чтобы измеряемая разность фаз соответствовала заранее выбранной дальности г перемножитель 13 стробируется по времени с помощью ключа 9, на управляющий вход которого поступают короткие прямоугольные импульсы от синхронизатора 1 через блок 4 временной задержки. Временная задержка импульсов определяется заданной длительностью. При изменении дальности меняется и время задержки.The signal u o (t) from the output of the receiver 7 through the key 9 is fed to the first input of the multiplier 13. So that the measured phase difference corresponds to a pre-selected range, the multiplier 13 is time-gated using the key 9, to the control input of which short rectangular pulses from the synchronizer 1 through block 4 time delay. The time delay of the pulses is determined by the specified duration. When changing the range, the delay time also changes.
Сигнал uH(t) с выхода приемника 8 поступает на первый вход смесителя 11, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 10 со стабильной частотой fГ The signal u H (t) from the output of the receiver 8 is fed to the first input of the mixer 11, to the second input of which the voltage of the local oscillator 10 with a stable frequency f G
uГ(t)=UГcos(2π fГt+φ Г).u Г (t) = U Г cos (2π f Г t + φ Г ).
На выходе смесителя 11 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 12 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частотыAt the output of the mixer 11, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 12 is allocated voltage intermediate (differential) frequency
uПР(t)=UПРcos[2π (fпр±Δ f)t+φ ПР], 0≤ t≤ τ И,u PR (t) = U PR cos [2π (f pr ± Δ f) t + φ PR ], 0≤ t≤ τ AND ,
гдe 
K1 - коэффициент передачи смесителя;K 1 - gear ratio of the mixer;
fпр=fс-fг - промежуточная частота;f CR = f with -f g - intermediate frequency;
φ пр=φ с-φ г,φ CR = φ s -φ g ,
которое поступает на второй вход перемножителя 13. На выходе последнего образуется гармоничесокое напряжение:which is fed to the second input of the multiplier 13. At the output of the latter, a harmonic voltage is generated:
u1(t)=U1(t)cos[2π fгt+φ г+Δ φ ], 0≤ t≤ τ И,u 1 (t) = U 1 (t) cos [2π f g t + φ g + Δ φ], 0≤ t≤ τ AND ,
К2 - коэффициент передачи перемножителя;K 2 is the transmission coefficient of the multiplier;
Δ φ =φ Δ φ = φ 22 -φ -φ 11 ,,
которое выделяется узкополосным фильтром 14 и поступает на вход амплитудного ограничителя 15. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is allocated by a narrow-band filter 14 and fed to the input of the amplitude limiter 15. At the output of the latter, a voltage is generated
u2(t)=UОГРcos[2π fгt+φ г+Δ φ ], 0≤ t≤ τu 2 (t) = U OGR cos [2π f g t + φ g + Δ φ], 0≤ t≤ τ
где Uогр - порог ограничения,where U ogre is the limit threshold,
которое поступает на первый вход фазометра 16, на второй вход которого подается напряжение uг(t) гетеродина 10. В качестве фазометра 16 используется фазовый детектор.which is supplied to the first input of the phasemeter 16, the second input of which is supplied with the voltage u g (t) of the local oscillator 10. A phase detector is used as the phasemeter 16.
На выходе фазометра 16 образуется следующее напряжениеThe output of the phasemeter 16 produces the following voltage
u3(t)=U3· cоsΔ φ ,u 3 (t) = U 3
где 
КЗ - коэффициент передачи фазометра.To Z - the transmission coefficient of the phase meter.
Это напряжение поступает на два входа перемножителя 22, на выходе которого образуется напряжениеThis voltage is supplied to two inputs of the multiplier 22, at the output of which a voltage is generated
u4(t)=U4· cos2Δ φ ,u 4 (t) = U 4 cos 2 Δ φ,
где 
которое поступает на два входа перемножителя 23. На выходе последнего образуется напряжениеwhich is supplied to the two inputs of the multiplier 23. At the output of the latter, voltage is generated
u5(t)=U5cos4Δ φ ,u 5 (t) = U 5 cos 4 Δ φ,
где 
Одновременно напряжение u3(t) с выхода фазометра 16 поступает на вход фазовращателя 21, на выходе которого формируется напряжениеAt the same time, the voltage u 3 (t) from the output of the phase meter 16 is fed to the input of the phase shifter 21, the output of which is formed voltage
U6(t)=U3cos(Δ φ +90° )=-U3· sinΔ φ .U 6 (t) = U 3 cos (Δ φ + 90 °) = - U 3 · sinΔ φ.
Это напряжение подается на два входа перемножителя 24, на выходе которого образуется напряжениеThis voltage is supplied to the two inputs of the multiplier 24, the output of which is formed voltage
u7(t)=U7· sin2Δ φ ,u 7 (t) = U 7 sin 2 Δ φ,
где 
Это напряжение поступает на два входа пернемножителя 25, на выходе которого формируется напряжениеThis voltage is supplied to two inputs of the multiplier 25, at the output of which a voltage is formed
u8(t)=U8sin4Δ φ ,u 8 (t) = U 8 sin 4 Δ φ,
где 
Напряжения u4(t) и u7(t) поступают на два входа масштабирующего перемножителя 26, масштабирующий коэффициент которого выбирается равным 6 (КM=6). На выходе масштабирующего перемножителя 26 формируется напряжениеVoltages u 4 (t) and u 7 (t) are supplied to the two inputs of the scaling multiplier 26, the scaling factor of which is chosen equal to 6 (K M = 6). The output of the scaling multiplier 26 is formed voltage
u9(t)=6u4(t)· u7(t)=6U9· cos2Δ φ · sin2Δ φ ,u 9 (t) = 6u 4 (t) u 7 (t) = 6U 9 cos 2 Δ φ sin 2 Δ φ
где 
Напряжение u5(t) и u9(t) поступают на два входа вычитателя 27, на выходе которого формируется напряжениеThe voltage u 5 (t) and u 9 (t) are supplied to the two inputs of the subtractor 27, the output of which is formed voltage
U10(t)=U5· cos4Δ φ -6U9· cos2Δ φ · sin2Δ φ .U 10 (t) = U 5 · cos 4 Δ φ -6U 9 · cos 2 Δ φ · sin 2 Δ φ.
Напряжения u8(t) и u10(t) поступают на два входа сумматора 28, на выходе которого образуется напряжениеVoltages u 8 (t) and u 10 (t) are supplied to two inputs of the adder 28, at the output of which a voltage is generated
u11(t)=u8(t)+u10(t)=U5· соs4Δ φ -6U9· cos2Δ φ · sin2Δ φ +U8· sin4Δ φ .u 11 (t) = u 8 (t) + u 10 (t) = U 5 · cos 4 Δ φ -6U 9 · cos 2 Δ φ · sin 2 Δ φ + U 8 · sin 4 Δ φ.
Если выбрать U5=U9=U8=U, то получимIf we choose U 5 = U 9 = U 8 = U, then we get
u12(t)=U(cos4Δ φ -6cos2Δ φ · sin2Δ φ +sin4Δ φ )=U· cos4Δ φ . 12 u (t) = U (cos4Δ φ -6cos 2 Δ φ · sin 2 Δ φ + sin4Δ φ) = U · cos4Δ φ.
Измеренное значение разности фаз Δ φ 1=4Δ φ с выхода сумматора 28 поступает на вход вычислительного блока 17, где определяется электронная концентрация исследуемой зоны атмосферы по формулеThe measured value of the phase difference Δ φ 1 = 4Δ φ from the output of the adder 28 is fed to the input of the computing unit 17, where the electronic concentration of the studied zone of the atmosphere is determined by the formula
где M(r) - известная продольная составляющая геомагнитного поля Земли;where M (r) is the known longitudinal component of the Earth's geomagnetic field;
r - дальность до ионизированной зоны ионосферы;r is the distance to the ionized zone of the ionosphere;
с - скорость света;c is the speed of light;
Δ φ 1=4Δ φ =4(φ 2-φ 1) - разность фаз между компонентами с правой и левой круговой поляризацией отраженного сигнала;Δ φ 1 = 4Δ φ = 4 (φ 2 -φ 1 ) is the phase difference between the components with the right and left circular polarization of the reflected signal;
t1, t2 - моменты времени, соответствующие задержкам сигнала, отраженного от передней и дальней границ ионизированной зоны.t 1 , t 2 - time points corresponding to delays of the signal reflected from the front and far boundaries of the ionized zone.
В блоке 18 сравнения осуществляется сравнение вычисленной электронной концентрации NC(r) с эталонной электронной концентрацией NЭ(r), превышение которой является признаком присутствия в заданной зоне атмосферы радиоактивных примесей. При NC(r)>NЭ(r) в блоке 18 сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 19, открывая его. А в исходном состоянии ключ 19 всегда закрыт. При этом вычисленная электронная концентрация NC(r) через открытый ключ 19 фиксируется в индикаторе 20.In comparison block 18, the calculated electron concentration N C (r) is compared with the reference electron concentration N E (r), the excess of which is a sign of the presence of radioactive impurities in a given zone of the atmosphere. When N C (r)> N E (r), a constant voltage is generated in the comparison unit 18, which is supplied to the control input of the key 19, opening it. And in the initial state, the key 19 is always closed. In this case, the calculated electron concentration N C (r) through the public key 19 is fixed in the indicator 20.
Следовательно, наличие радиоактивных примесей и их концентрация в заданной (исследуемой) зоне атмосферы оценивается по разности фаз Δ φ 1=4Δ φ =4(φ 2-φ 1) между обыкновенной и необыкновенной составляющими отраженного сигнала, которая измеряется с высокой точностью. Это достигается тем, что указанная разность фаз измеряется на стабильной частоте fU гетеродина 10. Поэтому процесс измерения инвариантен к нестабильности амплитуды и частоты отраженного сигнала, возникающих при некогерентном рассеянии зондирующего сигнала линейной поляризации ионизированной областью атмосферы.Therefore, the presence of radioactive impurities and their concentration in a given (studied) zone of the atmosphere is estimated by the phase difference Δ φ 1 = 4Δ φ = 4 (φ 2 -φ 1 ) between the ordinary and extraordinary components of the reflected signal, which is measured with high accuracy. This is achieved by the fact that the indicated phase difference is measured at a stable frequency f U of the local oscillator 10. Therefore, the measurement process is invariant to the instability of the amplitude and frequency of the reflected signal arising from incoherent scattering of the probe signal by linear polarization of the ionized region of the atmosphere.
Таким образом, измерительный фазовый сдвиг Δ φ 1=4Δ φ =(φ 2-φ 1) между обыкновенной и необыкновенной составляющими отраженного сигнала в четыре раза больше, чем у входных отраженных сигналов. Тем самым в предлагаемых способе и устройстве по сравнению с известными обеспечивается значительное повышение чувствительности при измерении малых фазовых сдвигов, соответствующих малым концентрациям радиоактивных примесей в заданной (исследуемой) зоне атмосферы.Thus, the measuring phase shift Δ φ 1 = 4Δ φ = (φ 2 -φ 1 ) between the ordinary and extraordinary components of the reflected signal is four times greater than that of the input reflected signals. Thus, in the proposed method and device, compared with the known ones, a significant increase in sensitivity is achieved when measuring small phase shifts corresponding to low concentrations of radioactive impurities in a given (studied) zone of the atmosphere.
Источники информацииSources of information
1. Авторское свидетельство SU № 809020.1. Copyright certificate SU No. 809020.
2. Авт. свид. SU № 836611.2. Auth. testimonial. SU No. 836611.
3. Авт. свид. SU № 1027661.3. Auth. testimonial. SU No. 1027661.
4. Авт. свид. SU № 1107079.4. Auth. testimonial. SU No. 1107079.
5. Авт. свид. SU № 1111582.5. Auth. testimonial. SU No. 1111582.
6. Авт. свид. SU № 1128211.6. Auth. testimonial. SU No. 1128211.
7. Авт. свид. SU № 1146616.7. Auth. testimonial. SU No. 1146616.
8. Авт. свид. SU № 1608597.8. Auth. testimonial. SU No. 1608597.
9. Авт. свид. SU № 1661701.9. Auth. testimonial. SU No. 1661701.
10. Авт. свид. SU № 1679426.10. Auth. testimonial. SU No. 1679426.
11. Авт. свид. SU № 1679426.11. Auth. testimonial. SU No. 1679426.
12. Патент РФ № 2018872.12. RF patent No. 2018872.
13. Патент РФ № 2020512.13. RF patent No. 2020512.
14. Патент РФ № 2020513.14. RF patent No. 2020513.
15. Патент РФ № 2161808.15. RF patent No. 2161808.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003125207/09A RU2251713C1 (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003125207/09A RU2251713C1 (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003125207A RU2003125207A (en) | 2005-02-10 |
| RU2251713C1 true RU2251713C1 (en) | 2005-05-10 |
Family
ID=35208604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003125207/09A RU2251713C1 (en) | 2003-08-12 | 2003-08-12 | Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2251713C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2491574C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-08-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for radar measurement of cloud and precipitation particle charge |
| RU2510772C1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-04-10 | Николай Леонтьевич Бузинский | Device of determination of distance to ionosphere |
| RU2510882C1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-04-10 | Николай Леонидович Бузинский | Device for determining ionosphere altitude in scanned area |
| RU2529355C2 (en) * | 2013-01-09 | 2014-09-27 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities |
-
2003
- 2003-08-12 RU RU2003125207/09A patent/RU2251713C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2491574C1 (en) * | 2012-02-06 | 2013-08-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for radar measurement of cloud and precipitation particle charge |
| RU2510772C1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-04-10 | Николай Леонтьевич Бузинский | Device of determination of distance to ionosphere |
| RU2510882C1 (en) * | 2012-12-20 | 2014-04-10 | Николай Леонидович Бузинский | Device for determining ionosphere altitude in scanned area |
| RU2529355C2 (en) * | 2013-01-09 | 2014-09-27 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Method of determining spatial distribution of ionospheric inhomogeneities |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003125207A (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hankins et al. | Pulsar signal processing | |
| Vossiek et al. | Novel FMCW radar system concept with adaptive compensation of phase errors | |
| JP2008516213A (en) | Electro-optic distance measurement method by determining non-ideal chirp shape | |
| JP2009098097A (en) | Distance measuring device and distance measuring method | |
| Gerstmair et al. | Highly efficient environment for FMCW radar phase noise simulations in IF domain | |
| RU2251713C1 (en) | Method nd device for measuring electron concentration at specific region of ionosphere | |
| Pogorzelski et al. | On the validity of the thin wire approximation in analysis of wave propagation along a wire over a ground | |
| RU2189055C2 (en) | Transceiver of homodyne radar | |
| Chaudhari et al. | Frequency estimator to improve short range accuracy in FMCW radar | |
| RU2319162C9 (en) | Circular direction finder | |
| RU2435171C1 (en) | Phase direction finding method and phase direction finder for implementing said method | |
| RU2134429C1 (en) | Phase direction finding method | |
| RU2296432C1 (en) | Method for autocorrelation receipt of noise-like signals | |
| RU2161808C2 (en) | Method and device for determination of concentration of electrons within the preset area of ionosphere | |
| RU2208814C2 (en) | Procedure establishing electron concentration in specified region of ionosphere and device for its realization | |
| RU2351950C1 (en) | Method of remote detection of radioactive emissions in atmosphere | |
| RU186027U1 (en) | DEVICE FOR DOPPLER FREQUENCY DEFINITION DETERMINATION BY THE PHASOMANIPULATED SIGNAL INFORMATION BY THE WEIGHTED APPROXIMATION OF PHASE DEFLECTION | |
| RU2526533C2 (en) | Phase-based direction-finder | |
| Pasternak et al. | Continuous wave ground penetrating radars: state of the art | |
| RU95412U1 (en) | NONLINEAR RADAR STATION FOR DETECTION OF RADIO ELECTRONIC EXPLOSION CONTROL DEVICES | |
| Sorochan et al. | J-correlation direction finder with improved characteristics of a time delay meter | |
| RU2013157762A (en) | METHOD FOR DETERMINING ELECTRONIC CONCENTRATION IN A SPECIFIED IONOSPHERE AREA AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2175770C1 (en) | Phase method of direction finding and phase direction finder for its realization | |
| RU2820896C1 (en) | Earth's surface conductivity meter | |
| RU2273034C1 (en) | Method for measuring speed of relative movement of source and receiver of waves and device for realization of said method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050813 |