Способ определения температуры атмосферы на высотах е-слоя ионосферы

(19) (11) 13/ 51)5 6 ПИСАНИЕ ИЗС)БРЕТЕ К АВ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ АТМОСФЕРЫ НА ВЫСОТАХ Е-СЛОЯИОНОСФЕРЫ Изобретение относится к геофизике, в частности к дистанционным способам измерения температуры атмосферы на высотах Е-слоя ионосферы (й 100 - 130 км), и может быть использовано для изучения вариаций температуры и уточнения моделей атмосфеоы в данном высотном интервале.Известны способы определения высотного распределения температуры атмосферы с помощью метеорологических ракет.Недостатком этих способов является невозможность проведения большого числа однотипных исследований вследствие как высокой стоимости ракетных пусков, так и необходимости привязки к местонахождению ракетных полигонов.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ некогерентного рассеяния радиоволн для определения параметров ионосферной(57) Изобретение относится к способам исследования атмосферы, в частности к измерению ее температуры на высотах Е-слоя ионосферы. Цель изобретения - ускорение и упрощение процесса реализации способа при заданной точности. Способ заключается в излучении в ионосферу последовательности зондирующих радиоимпульсов, приеме обратнорассеянных неоднородностями ионосферной плазмы радиоимпульсов и измерении их параметров с последующим вычислением температуры атмосферы. Цель достигается за счет определения температуры атмосферы по результатам измерения высотной зависимости времени релаксации горизонтальных искусственных неоднородностей ионосферной плазмы, 2 ил, М плазмы: температур электронов и ионов и частоты электронно-молекулярных соударений, По этому способу излучают зондирующие радио-импульсы.на достаточно высокой частоте и измеряют интенсивность обратно- рассеянных флуктуациями электронной концентрации радиоимпульсов и их частотный спектр. В частотном спектре обратно- рассеянных радиоимпульсов выделяют составляющие, соответствующие линиям ион но-звуковых волн. По форме частотного спектра определяют отношение электронной и ионной температур Те/Т, а по расположению спектральных составляющих - значения температур. Способ применяют с наилучшим эффектом на высотах Р-слоя ионосферы, где электронная концентрация достаточно велика и ТеТьИспользование высоких частот ( 50- 150 МГц), существенно превышающихгирочастоты и плазменные частоты, упрощает расчеты высоты рассеивающего объема и делает наблюдения надежными независимо от состояния ионосферы.Однако применение известного способа связано с рядом затруднений. Очень небольшая величина рассеянного сигнала на высоких частотах требует применения радиолокатора с высоким потенциалом. Необходимость увеличения отношения сигнал/шум приводит к сужению полосы приемной установки, которая в то же время не должна ограничивать спектральное разрешение ионно-звуковой линии. Эти противоречивые требования приводят к значительному усложнению измерительного комплекса и методики измерений. В частности, для получения хорошей точности ( 5 - 10 ) измерений в Р-области ионосферы требуется накопление в течение 10 мин и усреднение по десяткам тысяч реализаций. На высотах Е-слоя ионосферы электронная концентрация (а следовательно, и мощность принимаемых радиоимпульсов) на порядок меньше, чем в Р-области, при этом среднеквадратичнье ошибки определения температуры здесь возрастают до 30 - 100 , Для уменьшения статистических погрешностей измерений (до 10 ) на высотах Е-слоя ионосферы способом некогерентного рассеяния необходимо более длительное (до получаса) время накопления, Поэтому за исключением отдельных задач этот способ не получил широкого применения для диагностики атмосферы на высотах 100 - 130 км. Сложной является и методика обработки данных наблюдений, включающая решение многопараметрической обратной задачи для выделения влияния каждого из ионосферных параметров на результат измерений.Цель изобретения - ускорение и упрощение процесса реализации способа при заданной точности,Поставленная цель достигается тем, что в способе определения температуры атмосферы на высотах Е-слоя ионосферы, включающем излучение в ионосферу последовательности зондирующих радио- импульсов, прием обратно рассеянных неоднородностями ионосферной плазмы радиоимпульсов и измерение их параметров с последующим вычислением температуры атмосферы, формируют периодическую структуру неоднородностей ионосферной плазмы путем воздействия на ионосферу возмущающим радиоизлучением с поляризацией, соответствующей одной из магнитоионных компонент, на частоте выше критической для Е-слоя, но ниже кри вУ Ь 1 +1 - 115 уг ярный вес молекул где щ - среднии молекул20 атмосферного газа;9 - ускорение свободного падения навысотах Е-слоя ионосферы;у- постоянная Больцмана;п(Ь;), п(11+1) - показатели преломлениярадиоволн в ионосферной плазме на высотах Ь 1, Ь 1+1,На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа определениятемпературы атмосферы на высотах Е-слоя30 ионосферы; на фиг,2 - временные диаграммы работы при осуществлении способа.Устройство, реализующее способ, содержит задающий генератор 1, передатчик2 с антенной 3, передатчик 4 с антенной 5,35 приемник б с антенной 7, регистратор 8 исинхронизатор 9.Способ осуществляют слеразом,Воздействуют на ионосферу возмущаю 40 щим радиоизлучением с поляризацией, соответствующей одной из магнитоионныхкомпонент на частоте выше критической частоты Е-слоя, но ниже критической для Рслоя ионосферы, формируя тем самым в45 ионосфере периодическую структуру искусственных неоднородностей ионосфернойплазмыДля этого с помощью задающего генератора 1 (фиг.1) формируют непрерывный50 синусоидальный сигнал на частоте 1 о. С помощью управляемого синхронизатором 9передатчика 2 с антенной 3 излучают в зенит возмущающее радиоизлучение. Поскольку частота 1 о возмущающегорадиоизлучения меньше критической частоты Р 2 слоя ионосферы, направленное в зенит радиоизлучение отражается отионосферы. За счет интерференции падающего и отраженного радиоизлучения вовсем высотном интервале от уровня Земли дующим обтической для Р-слоя ионосферы, зондирую-.щие радиоимпульсы излучают по окончании возмущающего воздействия на той же частоте и с той же поляризацией, измеряют 5 временные зависимости амплитуд сигналов, обратнорассеянных сформированной периодической структурой неоднородностей ионосферной плазмы на высотах Ь 1, Ь 1+1, по уменьшению амплитуды обратно рассеянного сигнала в раз находят времена релаксации х(Ь 1),т (Ь 1+), температуру атмосферы Т вычисляют по формуледо высоты отражения формируется стоячая волна, возмущающая ионосферную плазму. Возмущающее воздействие стоячей волны проявляется в перераспределении плазмы в поле этой волны и формировании за счет этого в указанном высотном интервале периодической структуры горизонтальных искусственных неоднородностей ионосферной плазмы с периодом=ОЯ, где А - длина волны возмущающего радиоизлучения в среде.После окончания воздействия на ионосферу возмущающего радиоизлучения, т,е. после выключения передатчика 2, на той же частоте 1 о излучают в зенит последовательность радиоимпульсов с поляризацией, соответствующей поляризации возмущающего радиоизлучения, Для этого с помощью синхронизатора 9 формируют последовательность импульсов для управления передатчиком 4. Излучают в зенит с помощью передатчика 4 с антенной 5 последовательность радиоимпульсов на частоте 1 о, сформированные с помощью задающего генератора 1 и синхронизатора 9.Принимают с помощью приемника 6 с антенной 7 радиоимпульсы, обратнорассеянные периодической структурой искусственных неоднородностей ионосферной плазмы. Поскольку частота и поляризация зондирующих радиоимпульсов совпадают с соответствующими характеристиками возмущающего радиоизлучения, то каждый зондирующий радиоимпульс рассеивается во всем интервале высот от нижней границы ионосферы Ьмин до высоты г 1 макс отражения Р-слоем (фиг.2).При приеме измеряют временные зависимости амплитуд сигналов, обратнорассеянных сформированной периодической структурой неоднородностей ионосферной плазмы на высотах Ь, Ь;+1,Для этого с помощью синхронизатора 9 формируют последовательность стробирующих импульсов для управления регистратором 8. С помощью регистратора 8 измеряют в моменты поступления стробирующих импульсов амплитуду сигнала, соответствующего высотам 1 и 1+1, При этом задержка стробирующих импульсов относительно момента излучения зондирующего радиоимпульса определяет высоты 1; и Ь;+1 (фиг,2). Зондирование продолжается несколько секунд, При этом интенсивность искусственныхх неоднородностей ионосферной плазмы уменьшается вследствие диффузии, и в соответствии с этим уменьшаются амплитуды обратнорассеянных.сигналов.При этом время релаксации обратно- рассеянных радиоимпульсов после окончания возмущающего воздействия обусловлено расплыванием искусственных неоднородностей в Е-слое ионосферы вследствиеамбиполярной диффузии5г -ПЪ Ищ4 К Ж(Те +Т )2 л,где К= - - ,Л - длина волны возмущающего радиоизлучения в среде, м;у - постоянная Больцмана, у = 1,38 х 10 2 з Дж град 1;цп 1 - частота соударений ионов с молекулами, сНа этих высотах плазма находится втепловом равновесии, т,е. температура электронов Т близка к температуре ионов 20Т 1 и молекул (Те = Т = Т), а средний мблекулярный вес ионов в близок к среднему молекулярному весу молекул в (в в),По уменьшению амплитуды обратнорассеянного сигнала в раз находят времена релаксации т(Ь;),г (Ь;+1), а температуру атмосферы Т вычисляют по формулевя., "+1- "1Ж т(Ь;+1) и(1+1)пт(Ь;) и(Ь;)где в - средний молекулярный вес молекул атмосферного газа;9 - ускорение свободного падения навысотах Е-слоя ионосферы;п(Ь;), п(И+1) - показатели преломлениярадиоволн в ионосферной плазме на высотах Ь 1, Ь 1+1.Формула изобретения Способ определения температуры атмосферы на высотах Е-слоя ионосферы, 40 включающий излучение в ионосферу последовательности зондирующих радиоимпульсов, прием обратно рассеянных неоднородностями ионосферной плазмы радиоимпульсов и измерение их параметров с последующим вычислением температуры атмосферы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью. ускорения и упрощения процесса реализации способа при заданной точности, формируют периодическую структуру неоднородностей ионосферной плазмы путем воздействия на ионосферу возмущающим радиоизлучением с поляризацией, соответствующей одной из магнитоионных компонент, на частоте выше критической 55 для Е-слоя, но ниже критической для Р-слояионосферы, зондирующие радиоимпульсы излучают по окончании возмущающего воздействия на той же частоте и с той же поляризацией, измеряют временные1732309 10 т,ищ+ 1После 305 апелбносгл 5спобцр рюш,о и ими цльсо 1Рыг, 2Составитель Б.ЛугинаТехред М.Моргентал К орректор Т.Палий Редактор А,Козори Заказ 1582 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 л,Гагарина, 1 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж зависимости амплитуд сигналов, обратно- рассеянных сформированной периодической структурой неоднородностей ионосферной плазмы на высотах Ь 1, Ь 1+1, по уменьшению амплитуды обратнорассеянного сигнала враз находят времена релаксации г (Ьц, т (Ь;+), температуру атмосферы Т вычисляют по формулеГЛ. "1+ -"К г(Ь+)и(Ь 1+)г () п 2 (Ь 1 ) где а - средний молекулярный вес молекулатмосферного газа;9 - ускорение свободного падения навысотах Е-слоя ионосферы;5 у - постоянная Больцмана;п(Ь 1), п(Ь 1+1) - показатели преломлениярадиоволн в ионосферной плазме на высотах Ь 1, Ь 1+1,