Устройство для исследования нестационарных процессов в межпланетной плазме

Союг Соввтских Социалистицвских РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет еаударстеенный камнте СССР аа делам иэааретеннй и аткрытнйДата опубликования описания 18.04.7Е. Иванов, В. Д. Новиков, И, П. СтахаГ. М. Федоренко нов,(71) Заяви 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В МЕЖПЛАНЕТНОЙ ПЛАЗМЕ Изобретение относится к области радиофизики и может использоваться при изучении динамики магнитосферы, космичес.кой плазмы, солнечного ветра, ионосферыЗемли и других планет,Известно устройство для исследованиянестационарных процессов в межпланетнойплазме, содержащее на запросной станциипоследовательно соединенные генератор ипередатчик частоты, последовательносоединенные .приемник частоты х,1 , умОножитель частоты с коэффициентом умножения хх, смеситель частоты и регистратор, и последовательно соединенныеприемник частотыхх , умножитель частоты с коэффициентом умножения х вы 15ход которого соединен с вторым входомсмесителя частоты, на ответной станциипоследовательно соединенные приемникчастоты 1 , преобразователь частоты Е,умножитель частоты с коэффициентом умножения х и передатчик частоты х 1последовательно соединенные умножительчастоты с коэффициентом умножения Х и передатчик частоты хх 1, а также последовательно соединенные задающий генератор, удвоитель частоты, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты 1 11.Однако известное устройство имее низкую точность измерений и ограниченный диапазон рабочих частот.Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона рабочих частот.Для этого в устройство для исследования нестапионарных процессов в межпланетной плазме, содержащее на запросной станции последовательно соединенные генератор и передатчик частоты, т, последовательно соединенные приемник частоты х (, умножитель частоты с коаффициен 1 фтом умножения хх 2, смеситель частоты .и регистратор, и последовательно соединенные приемник частоты хх т, умно- .житель частоты с коэффициентом умножения х, выход которого соединен с вто рым входом смесителя частоты, на ответкой станции последовательно соединенные приемник часоты т , преобразомтель частоты 1 , умножитель частоты с коэффициентом умножения Х и передатчик частоты к 1 , последовательно5 соединенные умножитель частоты с коэффициентом умножения х 2 и передатчик частоты х х, а также последовательно соединенные задающий генератор, удвоитель частоты, выход которого соеди О нен с вторым входом преобразователя частоты 1 , введены на запросной станции последовательно соединенные умно- житель частоты с коэффициентом умно- жения х и передачик частоты х 1 , 15 при этом вход умножитепя подключен к выходу генератора, на ответной станции введены приемник частоты к 1, выход которого подключен к первому входу введенного преобразователя частоты х 1 , 2 о выход которого подключен к входу умно- жителя частоты с коэффициентом умножения х а также умножитель частоты ср Ъкоэффициентом умножения 2 х, вход которого подключен к выходу задающего Б генератора, а выход подключен к второму входу преобразомтеля чачтотых 1Ка чертеже изображена структурная схема предложенного устройства.Устройство .содержит на запросной ЗО станции генератор 1 частоты 1, передатчик 2 частоты 5 , умножитель 3 частоты с коэффициентом умножения х передатчик 4 частоты х, последомтельно соединенные приемник 5 частоты х т, умно житель 6 частоты с коэффициентом умножения хх, смеситель 7 частоты, регистратор 8, поспедомтельно соединенные приемник 9 частотыхх 1, умножитель 10 частоты с коэффициентом умножения х, 4 о на ответной станции последовательно соединенные приемник 11 частоты 1, преобразователь 12 частоты 1 . умножитель ,13 частоты с коэффициентом умножения х, передатчик 14 частоты м,1, после доввтепьно соединенные приемник 15 частоты к преобразователь 16 частоты к 1 умножитель 17 частоты с коэффи-циентом умножении х, передатчик 18 частоты хх 1, а также задаюший генера тор 19, удвоитель частоты 20, умножитель 21 частоты с коэфщциеитом умножения 2 хУстройство работает следуюшим образома 55На запросной станции передатчики 2, 4 излучают два когерентных запросных сигнала с частотами=1 и 1=Х 1Ъ сформированные из сигнала генератора 1.Эти сигналы принимаются приемниками.11, 15 ответной станции с частотами1=(+ь и=д+ Ьх 1) где Ь 1 и ЬЯ)- 2смешения частот принятых сигналов,Чобусловленные эффектом йопппера (- и-к ) и влиянием среды)теа ( Аь = - - - +0 1 )И)4 хО=+ - ,х+ х, , (2)Ч Агде Ч - проекция вектора скорости ответной станции на направление распространения радиосигналай2 Я.е Г-4, з)Здесь- плотность плазм, дР- элемент длины вдоль пути распространениясигнала, лч, Я - масса и заряд электрона.Усиленные сигналы с выходов приемников 11, 15 поступают нв входы преобразователей 12, 16, На другие входыэтих преобразователей поступают сигналыгетеродина, сформированные из сигналазадаюшего генератора,19 ответной станции и умноженные по частоте в умножителях 20 и 21 на коэффициенты 2 и 2 хсоответственно:-"21 .61, 1=2 х 14 х 1, (4)ггде Е-М /Г - относительная нестабиль 3 Г 3 Гность частоты эадаюшего генератора ответной станции.С выходов преобразователей 12, 16,в которых знак допплеровского смешениячастоты изменяется на обратный, сигналы раэностных частот-=,- ьЛ 1 -"х 1-ф)+ЕхЕр ( "2поступают на умножители 13, 17 и после умножения на коэффициенты х и х 2поступают на передатчики 14, 18 и излучаются в сторону запросной станции с"=хх 1-хь(кф+ Гх,х 1 )Приемники 5, 9 на запросной станциипринимают эти сигналы с частотами-изменения частот ответных сигналов прираспространении их к запросной станции;А - значение А иэ (3) при распространении ответного сигнала, которое отличается от А,если плотность плазмы )на пути распространения сигнала изменяется со временем. В правых частях 5(7) можно не учитывать малых смешенийв Цчастоты и положлть 1 : х 7 1 = хх 2)При этомА,Е":Ь(.,Ц = ф - 1 - ,12 Ж 2 ) " 3.йПри нестабильности частоты задающего генератора Й 10 и частоте 1= 10 рчленыл П й 101 и, Такой же порядок имеют 1члены (коэффициенты, к кАХ,порядка 1). Следовательно, поправки квыражению (8) при учете этих смешений-7-5 ъчастоты не превьппают 10 Й ( гь 10 ),что лежит далеко за пределами точности 2 Осовременной регистрирующей аппаратуры.Поправка к второму слагаемому в правойчасти (8) оказывается еше на несколько-30порядков, меньше (10 Гц),Наиболее значительными оказываютсяпоправки к допплеровскому смешению частоты ответного сигнала, возникающиевследствие эффекта Йопплера в запросном сигнале. Однако нетрудно видеть, что,эти поправки порядкаи, следова 39сгтельно, требуют учета рэлятивнстскихэффектов, Известно, что учет этих эффектовдает для спутников, удаленных на расстояние порядка нескольких радиусов Земли,постоянное (за время порядка нескольких35-2часоь) смешение частоты 10 Гц. Такоесмещение не вличет на точность измерения характеристик нестационарных процессов в межпланетной среде, которое происходит эа значительно более короткие про-Щмежутки времени. Так, например, межпланетная ударная волна, проходящая че-рез трассу Земля - спутник, регистрируется рассматриваемым методом эа время,45менее одной минуты.Используя выражения дляииз (5), Й нь(кЕ)из (1), (2) йь","из (8), запишем частоты принятых ответных сигналов (6) в видеУ ГЕ 1-ф к)+Я":Я 1+21+ -- -Х)+ ф (40) где АА: А-А55Допплеровскйе смешения частоты первого порядка автоматически исключаются иэ (9) и (10), поскольку они входят с разными знаками в; ражения (5) и (8). Это обеспечивается преобразователями сигналов 12, 16,Таким образом, для измерения частотных составляющих, пропорциональных ьЛ, из реэульткруюшего смешения частоты принятых ответных сигналов необходимо исключить оставляющие, обусловленные нестабильностью частоты задающих генераторов запросной и ответной станций (Ям,т , вакху 1 ). Дпя этого в предложенном устройстве принятые на запросной станции приемниками 5, 9 сигналы 9), (10) умножаются в умно- жителях 6,О на коафициенты км и к соответственно и подаются на смеситель 7х: м х кФсх хк( 4 - хъ ( -- х Ф - х. -Р У 1 ЬАД 32(Х1х фМххх + х-- 1,к22 х 1 хх х 7С выхода смесителя 7 сигнап разностнойчастоты- х х к (.ьА 1 2 е с А 1Мха (1 ккй(-)-1-)й2поступает на регистратор 8.При значениях к, и к близких, но не равных единице(для развязки по частотам запросных и ответных каналов), второй член выражения (11) становится пренебрежимо малым, и по измеренному значеншо аГ можно непосредственно определить величину л А, т,е. измерить интересуюшие эффекты.Предложенное устройство позволяет повысить точность измерений и расширить диапазон рабочих частот, что позволяет использовать такие устройства в качестве измерителей характеристик нестационарных процессов в межпланетной плазме.Формула и э о б р е т е н и яУстройство дпя исследования нестационарных процессов в межпланетной плазме, содержащее на запросной станции последовательно соединенные генератор и передатчик частоты т , последовательно соединенные приемник частоты к умно- житель частоты с коэффициентом умножениякк 2, смеситель частоты и регистратор, и последовательно соединенные приемник частоты х к, умножитель частоты с коэффициентом умножения к выход657 377 Составитель В, ВостренковТехред Л. Алферова; Корректор С. Патрушем ьфм Редактор Тираж 696рственного комитетазобретений и открытиЖ 35, Раушская наб.,ПодписиССР Заказ 1789/45 ЦНИИПИ Госуда С по делам и й 113035, Москва, д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4которого соединен с вторым входом смесителя частоты, на ответной станции пооледовательно соединенные приемник часто.ты 1 , преобразомтель частоты, умножитель частоты с коэффициентом умножения к и передатчик частоты х,, последомтельно соединенные умножитель часготы с коэффициентом умножения х ипередатчик частоты хх 1, а таике последомтельно соединенныезадаюший генератор, удвоитель частоты, выход которого соединен с. вторым входом преобразьвателя частоты т , о т. л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения точности измеренийи расширения диапазонарабочих частот, введены на запроснойстанции последовательно соединенныеумножитель частоты с коэффициентом умножения х и передатчйк частоты хпри этом вход умножителя подключен квыходу генератора, на ответной станпиивведены приемник частоты х Ф, выходкоторого подключен к первому входу введенного преобразователя частоты хвыход которого подключен к входу умножителя частоты с коэффициентом умножения х, а также умножитель частоты скоэффициентом умножения 2 х, вход которого подключен к выходу задаюшего генератора, а выход подключен к второмувходу преобразомтеля частоты х 1 . Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР