SU1732309A1 - Способ определени температуры атмосферы на высотах Е-сло ионосферы - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам исследовани  атмосферы, в частности к измерению ее температуры на высотах Е-сло  ионосферы. Цель изобретени  - ускорение и упрощение процесса реализации способа при заданной точности. Способ заключаетс  в излучении в ионосферу последовательности зондирующих радиоимпульсов, приеме обратнорассе нных неоднородно- ст ми ионосферной плазмы радиоимпульсов и измерении их параметров с последующим вычислением температуры атмосферы. Цель достигаетс  за счет определени  температуры атмосферы по результатам измерени  высотной зависимости времени релаксации горизонтальных искусственных неоднородностей ионосферной плазмы. 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к геофизике, в частности к дистанционным способам измерени  температуры атмосферы на высотах Е-сло  ионосферы (hMOO-130 км), и может быть использовано дл  изучени  вариаций температуры и уточнени  моделей атмосферы в данном высотном интервале.

Известны способы определени  высотного распределени  температуры атмосферы с помощью метеорологических ракет.

Недостатком этих способов  вл етс  невозможность проведени  большого числа однотипных исследований вследствие как высокой стоимости ракетных пусков, так и необходимости прив зки к местонахождению ракетных полигонов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  способ некогерентного рассе ни  радиоволн дл  определени  параметров ионосферной

плазмы: температур электронов и ионов и частоты электронно-молекул рных соударений . По этому способу излучают зондирующие радио-импульсы на достаточно высокой частоте и измер ют интенсивность обратно- рассе нных флуктуаци ми электронной концентрации радиоимпульсов и их частотный спектр. В частотном спектре обратно- рассе нных радиоимпульсов выдел ют составл ющие, соответствующие лини м ионно-звуковых волн. По форме частотного спектра определ ют отношение электронной и ионной температур ТеЛП, а по расположению спектральных составл ющих - значени  температур.Способ примен ют с наилучшим эффектом на высотах F-сло  ионосферы, где электронна  концентраци  достаточно велика и Те Т|.

Использование высоких частот ( 50- 150 МГц), существенно превышающих

VI

GJ

ю со

О Ю

гирочастоты и плазменные частоты, упрощает расчеты высоты рассеивающего объема и делает наблюдени  надежными независимо от состо ни  ионосферы.

Однако применение известного способа св зано с р дом затруднений. Очень небольша  величина рассе нного сигнала на высоких частотах требует применени  радиолокатора с высоким потенциалом. Необходимость увеличени  отношени  сигнал/шум приводит к сужению полосы приемной установки, котора  в то же врем  не должна ограничивать спектральное разрешение ионно-звуковой линии. Эти проти- воречивые требовани  привод т к значительному усложнению измерительного комплекса и методики измерений. В частности , дл  получени  хорошей точности (5-10%) измерений в F-области ионосферы требуетс  накопление в течение 10 мин и усреднение по дес ткам тыс ч реализаций. На высотах Е-сло  ионосферы электронна  концентраци  (а следовательно, и мощность принимаемых радиоимпульсов) на пор док меньше, чем в F-области, при этом среднеквадратичные ошибки определени  температуры здесь возрастают до 30-100%. Дл  уменьшени  статистических погрешностей измерений (до 10%) на высотах Е-сло  ионосферы способом некогерентного рассе ни  необходимо более длительное (до получаса) врем  накоплени . Поэтому за исключением отдельных задач этот способ не получил широкого применени  дл  диагностики атмосферы на высотах 100-130 км. Сложной  вл етс  и методика обработки данных наблюдений, включающа  решение многопараметрической обратной задачи дл  выделени  вли ни  каждого из ионосферных параметров на результат измерений .

Цель изобретени  - ускорение и упрощение процесса реализации способа при заданной точности,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  температуры атмосферы н-а высотах Е-сло  ионосферы, включающем излучение в ионосферу последовательности зондирующих радиоимпульсов , прием обратно рассе нных нео- днородност ми ионосферной плазмы радиоимпульсов и измерение их параметров с последующим вычислением температурыатмосферы ,формируют периодическую структуру неоднородностей ионосферной плазмы путем воздействи  на ионосферу возмущающим радиоизлучением с пол ризацией, соответствующей одной из магнитоионных компонент, на частоте выше критической дл  Е-сло , но ниже критической дл  F-сло  ионосферы, зондирующие радиоимпульсы излучают по окончании возмущающего воздействи  на той же частоте и с той же пол ризацией, измер ют

временные зависимости амплитуд сигналов , обратнорассе нных сформированной периодической структурой неоднородностей ионосферной плазмы на высотах hj, hj+i, по уменьшению амплитуды обратнорассе нного сигнала в I раз наход т времена релаксации r(hj),r (), температуру атмосферы Т вычисл ют по формуле

..

X

hj +1 - hj

In

r(hj-n)- n -(hj -И)

T(hj)-n2(hj)

где m - средний молекул рный вес молекул

атмосферного газа;

g - ускорение свободного падени  на высотах Е-сло  ионосферы; Х посто нна  Больцмана; n(hj), n(hj+i) - показатели преломлени 

радиоволн в ионосферной плазме на высотах hj, hj+1.

На фиг.1 представлена схема устройства дл  реализации способа определени  температуры атмосферы на высотах Е-сло 

ионосферы; на фиг.2 - временные диаграммы работы при осуществлении способа.

Устройство, реализующее способ, содержит задающий генератор 1, передатчик 2 с антенной 3, передатчик 4 с антенной 5,

приемник 6 с антенной 7, регистратор 8 и синхронизатор 9.

Способ осуществл ют следующим образом .

Воздействуют на ионосферу возмущающим радиоизлучением с пол ризацией, соответствующей одной из магнитоионных компонент на частоте выше критической частоты Е-сло , но ниже критической дл  F- сло  ионосферы, формиру  тем самым в

ионосфере периодическую структуру искусственных неоднородностей ионосферной плазмы.

Дл  этого с помощью задающего генератора 1 (фиг.1) формируют непрерывный

синусоидальный сигнал на частоте fo. С помощью управл емого синхронизатором 9 передатчика 2 с антенной 3 излучают в зенит возмущающее радиоизлучение. Поскольку частота fo возмущающего

радиоизлучени  меньше критической частоты F2 сло  ионосферы, направленное в зенит радиоизлучение отражаетс  от ионосферы. За счет интерференции падающего и отраженного радиоизлучени  во всем высотном интервале от уровн  Земли

до высоты отражени  формируетс  сто ча  волна, возмущающа  ионосферную плазму. Возмущающее воздействие сто чей волны про вл етс  в перераспределении плазмы в поле этой волны и формировании за счет это- го в указанном высотном интервале периодической структуры горизонтальных искусственных неоднородностей ионосферной плазмы с периодом ,5A, где А -длина волны возмущающего радиоизлучени  в среде.

После окончани  воздействи  на ионосферу возмущающего радиоизлучени , т.е. после выключени  передатчика 2, на той же частоте fo излучают в зенит последователь- ность радиоимпульсов с пол ризацией, соответствующей пол ризации возмущающего радиоизлучени . Дл  этого с помощью синхронизатора 9 формируют последовательность импульсов дл  управлени  передатчиком 4. Излучают в зенит с помощью передатчика 4 с антенной 5 последовательность радиоимпульсов на частоте fo, сформированные с помощью задающего генератора 1 и синхронизатора 9.

Принимают с помощью приемника 6 с антенной 7 радиоимпульсы, обратнорассе-  нные периодической структурой искусственных неоднородностей ионосферной плазмы. Поскольку частота и пол ризаци  зондирующих радиоимпульсов совпадают с соответствующими характеристиками возмущающего радиоизлучени , то каждый зондирующий радиоимпульс рассеиваетс  во всем интервале высот от нижней границы ионосферы Ьмин до высоты Ьмакс отражени  F-слоем (фиг.2).

При приеме измер ют временные зависимости амплитуд сигналов, обратнорассе-  нных сформированной периодической структурой неоднородностей ионосферной плазмы на высотах hj, hj+i.

Дл  этого с помощью синхронизатора 9 формируют последовательность стробиру- ющих импульсов дл  управлени  регистра- тором 8. С помощью регистратора 8 измер ют в моменты поступлени  строби- рующих импульсов амплитуду сигнала, соответствующего высотам hj и hj+i. При этом задержка стробирующих импульсов относи- тельно момента излучени  зондирующего радиоимпульса определ ет высоты hj и hj+i (фиг,2). Зондирование продолжаетс  несколько секунд. При этом интенсивность искусственных неоднородностей ионосферной плазмы уменьшаетс  вследствие диффузии, и в соответствии с этим уменьшаютс  амплитуды обратнорассе нных.сигналов.

При этом врем  релаксации обратно- рассе нных радиоимпульсов после окончани  возмущающего воздействи  обусловлено расплыванием искусственных неоднородностей в Е-слое ионосферы вследствие амбипол рной диффузии

т ГП| Vim

4K2(Te+Ti)

„ 2 

где К -j-

А -длина волны возмущающего радиоизлучени  в среде, м;

%- посто нна  Больцмана, % 1.38хЮ 23Дж-град 1;

vim - частота соударений ионов с молекулами , .

На этих высотах плазма находитс  в тепловом равновесии, т.е. температура электронов Те близка к температуре ионов Т| и молекул (Те Т| Т), а средний мблеку- л рный вес ионов т близок к среднему молекул рному весу молекул m (mi y.m).

По уменьшению амплитуды обратно рассе нного сигнала в I раз наход т времена релаксации t (hj),T (hj+i), а температуру атмосферы Т вычисл ют по формуле

т mg hj -и - hj

7

/v

In

r(hj-H ) rr- (hj-ц )

r(hj)) где m - средний молекул рный вес молекул атмосферного газа;

g - ускорение свободного падени  на высотах Е-сло  ионосферы;

n(hj), n(hj+i) - показатели преломлени  радиоволн в ионосферной плазме на высотах hj, hj+i.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  температуры атмосферы на высотах Е-сло  ионосферы, включающий излучение в ионосферу последовательности зондирующих радиоимпульсов , прием обратно рассе нных неоднородност ми ионосферной плазмы радиоимпульсов и измерение их параметров с последующим вычислением температуры атмосферы, отличающийс  тем, что, с целью ускорени  и упрощени  процесса реализации способа при заданной точности , формируют периодическую структуру неоднородностей ионосферной плазмы путем воздействи  на ионосферу возмущающим радиоизлучением с пол ризацией, соответствующей одной из магнитоионных компонент, на частоте выше критической дл  Е-сло , но ниже критической дл  F-сло  ионосферы, зондирующие радиоимпульсы излучают по окончании возмущающего воздействи  на той же частоте и с той же пол - ризацией, измер ют временные

   зависимости амплитуд сигналов, обратно- рассе нных сформированной периодической структурой неоднородностей ионосферной плазмы на высотах hj, hj+1, по уменьшению амплитуды обратнорассе нного сигнала в I раз наход т времена релаксации т (hj), т (hj+i), температуру атмосферы Т вычисл ют по формуле

   Т ШЈhj + 1 - hj

   Я r(hj+i ) n2- (hj+i )

   In

   r(hj)-n2(hj)

   /:

   где m - средний молекул рный вес молекул атмосферного газа;

   g - ускорение свободного падени  на высотах Е-сло  ионосферы;

   %- посто нна  Больцмана;

   n(hj), n(hj+i) - показатели преломлени  радиоволн в ионосферной плазме на высотах hj, hj+i.

   Vc

   V/

   Г

   Редактор А.Козориз

   j+1Ьллакс

   ПоследоВателЬностЬ строс/ црующих имлУлЬсоё

   Фиг.2.

   Составитель Б.Лугина Техред М.МоргенталКорректор Т.Палий