Способ определения параметров нижней ионосферы и устройство для его осуществления

5 10 20 му- ( жно полмощью (7) стно рас. кая частокоторой равнения в(10 вг тной волн 3орация свою очедетекторы 14 и 15, корректор 16, пороговыйблок 17,Сущность способа заключается в следующем,Принимают электромагнитное излучение грозовых разрядов, определяют уголприхода и расстояние до источника излучения путем измерения его электрической идвух взаимно ортогональных магнитныхкомпонент; выделяют сигналы типа "твик",имеющие правую поляризацию, проводятспектральный анализ выделейного сигнала,определяют его частотно-временную зависимость, а также вертикальный угол падения.Уравнение, описывающее распространения левополяризованной волны, имеетвидф(1)ту(е в - частота. сигнала, рад/с;с - скорость света в вакууме, 3 10км/с;и - показатель преломления волны вионосфеРе;С; Кпфу - эффективный показательпреломления моды;Кур - волновое число;,Я = -- параметр гиротропии нижнейвионосферы;Но - высота ионосферы, км.Эффективный показатель преломления, в общем случае, является величинойкомплексной и его можно представить каксуммупру -- И + к, (2)где й - фазовая задержка;к - затухание электромагни ы й = -= п .С К(4)Частота соударений частиц и опредея тогда из соотношения итическая частота волновода роводимостью его верхней гра(7)4 ле .Информацию о концентрации электронов по данным атмосфериков типа "твик" можно получить, имея данные о спектре сигнала. Для этого необходиМо определить амплитуду двух частотных компонент, одна из которых распространяется с минимальным затуханием, а вторая отстоит от нее на Ьв , причем Ьв(вко, тогда амплитуда спектральных составляющих определяются как ОщсЕ(Я 1= е.(8) 6+ й Сй(Иу+ьса)Взяв логарифм отношения амплитуд Е(вв) и Е(в+Ьв) спектральных компонент, получаем Епп П Е(йъ +Лв) 2 л и е11 1пп и .4Ьп- п .й)3Ьв где в =,ва + - (вп 1 - частота2ма в спектре "твика").Используя выражение (9), моучить значение и, а затем с поопределить величину Ке, если известояние до источника и и критичеста волновода вк , значениеопределяется из дисперсного удля "твика".и 1 Исходя из выражения (10) и анализируя зависимость 1 (т) принимаемого сигнала, всегда можно вычислить величины и и вк,/ что дает высоту нижнего слоя ионосферыНо= -Свк(1 1)Устройство для определения параметров нижней ионосферы работает следующим образом.Электромагнитные сигналы молниевых разрядов принимаются на наземной станции электрической 1 и магнитными 2 и 3 антеннами, поступают на блок 4 определения углов прихода волны и через линию 5 задержки - на первый вход блока 10 определения параметров. среды. Сигналы с магнитных антенн 2 и 3 поступают также на детектор 9 событий и через сумматор 6- на входы блока 7 измерения частоты сигнала и спектроанализатора 8.Если. входной сигнал превышает задан- меный пороговый уровень и имеет левую поля- прризацию волны, то детектор 9 событий нывырабатывает сигнал, разрешающий работу маблокам 7,8,10, Информация о частотно-вре опменной характеристике сигнала, а также его тыспектральном составе поступает с блоков 7 заи 8 в блок 10 определения параметров сре- грды. каМакет устройства для .осуществления 10 распособа определения параметров ионосфе- прры реализован следующим образом. сиблок 4 определение углов прихода вол- чаны состоит из фазовращателей, корреляторов и ФНЧ. 15В этом блоке определяются корреляци- гдонные коэффициенты косх =2.3;веР =-3.1; опу= 2.1; 20д=2,1;Л= 3.1,где 1, 2, 3 - сигналы с выходов соответствующих антенн 2 и 3 (сигнал с соответствующей антенны сдвинут на 90 с помощью 25емфазовращателя).Значения корреляционных коэффициентов через линию 5 задержки поступают наблок 10 определения параметров среды, где,с помощью этих коэффициентов вычисляются углы прихода волны.РДетектор 9 событий реализован на основе фазовращатепя 11, сумматора 12, вычитателя 13, детекторов . 14 и 15,коррелятора 16 и порогового блока 17. 35чаФормула изобретенияпр1. Способ определения параметровванижней ионосферы, заключающийся в том,точто принимают электромагнитное излучение грозовых разрядов, регистрируют вревуменную форму принятого сигналаопределяют спектр принятого сигнала, после чего рассчитывают по нижней частотепринятого сигнала высоту нижней границыионосферы, о.т л.и ч а ю щ и й с я тем, что, 45с целью измерения концентрации электронов в.ионосфере и .частоты соударения снейтральными частицами, дополнительнопосле приема электромагнитного излучениягрозовых разрядов вь 1 деляют сигнал левой 50поляризации, измеряют. комплексные амплитуды широтной меридианальной и вертикальной компонент принятого сигйала, поотношению комплексных амплитуд широтной и меридиональной компонент принятого сигнала определяют азимутальный уголприхода электромагнитного излучения грозовых разрядов по отношению комплексных амплитуд вертикальной,ридиональной и широтной кбмпонентинятого сигнала, определяют мгновенй вертикальный уголприхода электрогнитного излучения грозовых разрядов,редепяют зависимость мгновенной частопринятого сигнала от времени, по этойвисимости определяют высоту нижнейаницы ионосферы и дальность до источниэлектромагнитного излучения грозовогозряда, по величине вертикального углаихода в максимуме огибающей принятогогнала определяют частоту и соударенийстиц по формуле34Р = д,ЗВИне йЪ - гирочастота электронов,нцентрацию Ие частиц на высоте, сооттствующей нижней границе ионосферы,ределяют по формулеП ИЩ Пе2Йе Р4 лее гле - масса электрона;е - заряд электрона;и - показатель преломления, определяый из соотношенияв иЕ(ОЪ +Ьа) 2 й и е1 1йп 4 Юп+ щ4М 3 ъ- Йиъ+Диь)1е Ев - амплитуда сигнала в максимумеибающей;Е(ю,+Ьв) - амплитуда сигнала настоте, смещенной относительно частотыинимаемого сигнала на частотный интерл Лм, меньший ширины спектра приняго сигнала;й - параметр, характерию задержку на соответству зующии фазоющеи частоте,й-, частота сигнала;Б- параметр гиротропии нижней ионосферы.2. Устройство для определения параметров нижней ионосферы, содержащее первую электрическую антенну, вторую и третью взаимно перпендикулярные магнитные антенны, блок определения углов прихода, сумматор, вычислитель, регистратор, блок управления, формирователь импульсов, два умножителя, три блока памяти, блок диффереНцирования и преобразователь сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены линия задержки, блок измерения частоты сигнала, спектроанализатор и детектор событий, причем выходы второй и третьей магнитных антенн соединены соответственно с первымии вто1718164 Фу Составитель А. Кочи Техред М.Моргентал екарь Редак ректор И. Муск аказ 879 Тираж Подписное , ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагар рыми входами блока определения углов прихода сумматора и детектора событий, выход сумматора подключен к первым входам блока измерения частоты сигнала и спектроанализатора, к вторым входам которых подключен выход детектора событий, первый вход вычислителей соединен через линию задержки с блоком определения углов прихода, второй вход вычислителя соединен с выходом блока измерения частоты сигналов, третий вход вычислителя соединен с выходом спектроанализатора, четвертый вход вычислителя соединен с выходом детектора событий, а выход вычислителя подключен к входу регистратора.н,н 3. Устройство по п,2, О т л и ч а ю щ е ес я тем, что детектор событий содержит фазовращатель, вход которого является первым входом детектора событий, а выход 5 подключен к первым входам сумматора, ивычитатель, параллельно обьединенные вторые входы которых образуют. второй вход детектора событий, выходы сумматора и вычитэтеля через детекторы подключенй 10 к первому и.второму входам коррелятора,выход которого подключен к входу порогового блока, выход которого явяется выходом детектора событий.