Способ определения эффективной высоты и проводимости д-слоя ионосферы

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 165993 9) 55 6 01 Я 13 ТЕ ЗОБ ПИСАН нетизма, ионосфедиоволн АН СССР. Сухоруков позрЬегс аЬзогрсоц ЧАО, 1976,Я, Л. Распростран волн и ионосфера е элект: Наука,Альперт омагнитнь 972, с. 452 ей АУ 1 ельных то рого ервого фильтго блоБИА 2, го звуеления регистперво и АУ 2 им обрарестраиваеи усилитель вую излучаскость рдм- адиосигнал устроиств 10 км от пе располага ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт земного мары и распространения р(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ВЫСОТЫ И ПРОВОДИМОСТИ ОСЛОЯ ИОНОСФЕРЫ Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при исследовании физических свойств и динамики ионосферы, прогнозирования характера .распространения радиоволн в волноводе Земля-ионосфера,Целью изобретения является повышение разрешающей способности,На фиг. 1 показан график зависимости амплитуды отраженного ионосферой сигнала от частоты излучения; на фиг. 2 - график зависимости амплитуды одной из тангенциальных компонент магнитного поля в точке приема от частоты излучения; на фиг, 3 - функциональная электрическая схема передающего устройства; на фиг, 4 - то же, при-. емно-регистрирующего устройства,Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит из звукового генератора (ЗГ) 1, усилителя тока (УТ), передающей антенны (А), приемных антенн А 1 и А 2,(57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для диагностирования условий распространения радиоволн в волноводе Земли в ионосфе, Цель изобретения - повышение разрешающей способности, Сущностью способа является излучение радиоволн диапазона очень низкой частоты и приема отраженного ионосферой сигнала, для которого выполняются резонансные условия в полости Земля - ионосфера. При этом по амплитуде и разности фаз двух ортогональных компонент магнитного поля, принятых на расстоянии 5-15 км от точки излучения, определяешься в рамках модельных представлений эффективная высота и проводимость О-слоя ионосферы, 4 ил. го и второго антенных усилител, первого и второго предваритусилителей ПУ 1 и ПУ 2, первого ирежекторных фильтров РФ 1 и РФ 2, пи второго синхронно-избирательныхров СИФ 1 и СИФ 2. первого и второков измерения амплитуд БИА 1 иизмерителя разности фаз ИРФ, второкового генератора ЗГ 2, блока опредфункции Е(1) БОР, блока анализа БА,ратора,Устройство работает следующзом.Задающий генератор с пемой частотой генерации (ЗГ 1)тока (УТ), нагруженный на петлеющую антенну в виде рамки (плоки вертикальна), излучают ртребуемой частоты.Приемо-регистрирующееется на расстоянии 5 -10 20 редающего, В качестве приемных антенн используются две скрещенные рамочные антенны А 1 и А 2 с антенными усилителями АУ 1 и АУ 2, с помощью экранированного кабеля антенны выносятся на расстояние порядка 100 м от остальной части приемного устройства. Через экранированный кабель сигнал поступает на предварительные усилители ПУ 1 и ПУ 2, приводящие сигнал к ,необходимому уровню. Режекторные фильтры РФ 1 и РФ 2 осуществляют подавление гармоник сети.Синхронно-избирательные фильтры СИФ 1 и СИФ 2 осуществляют узкополосное выделение сигнала на частоте, задаваемой генератором ЗГ 2. Частоты ЗГ 1 и ЗГ 2 должны совпадать во время проведения измерений, Амплитуды сигнала поиканалам определяются блоками измерения амплитуд БИА 1 и БИА 2, разность фаэ компонент поля определяется измерителем фаз ИРФ. Результаты измерений (амплитуды сигнала поиканалам и разность фаз междуи ) каналами) записываются на регистратор (самописец, магнитный накопитель) и подаются на блок определения функции Р (1) (БОР), затем на блок анализа (БА), определяющего искомые параметры модельного профиля проводимости, и на регистратор.Сущность предлагаемого способа заключается в использовании эффекта поперечного резонанса полости Земля-ионосфера, имеющег(с место для волн с частотами, близкими к= /2 (где а=1,2,. - порядок резонанса; с - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме; й "60 - 90 км - характерная высота полости Земля - ионосфера для волн данного диапазона частот). Выражение 1) =/2 является точным резонансным условием для полости с резкими идеально проводящими границами, при этом навысоте(равной в атом случае расстоянию между плоскостями) укладывается целое число полуволн, В общем же случае для вертикально неоднородной к анизотроп ной модели ионосферы резонансное условие имеет вид где д - проводимость Земли;О) (Ь ) - элементы тензора проводимости ионосферы, отнесенные к высоте;.1,2 - характерные масштабы изменения с высотой электронной концентрации и 30 35 40 45 50 55 частоты соударений ионосферной плазмысоответственно.Для анизотропной модели ионосферырезонансные частоты - парные;/ре реЕю тх ре У соответствующие нормальным квазипоперечным магнитной (р=1) и электрической (р=2) модам волновода Земля - ионосфера; в изотропном случае имеет место вырождение пар.Частоты поперечных резонансов достаточно чувствительны к состоянию нижней ионосферы. Следовательно, если обеспечить достаточно надежное выделение из прижимэемого сигнала относительного вклада полезного сигнала - переотражений в полости Земля-ионосфера в данном частотном диапазоне, измеряя и анализируя определенные характеристики полезного сигнала, можно в рамках модельных представлений определять профиль проводимости Д-области ионосферы. Излучение радиоволн производят с помощью горизонтального магнитного диполя, Выбор укаэанного типа излучателя обусловлен его техническими характеристиками, э именно диаграммой направленности в вертикальной плоскости, Точнее, поскольку длина волны не мала по сравнению с высотой полости Земля-ионосфера, в пространственном спектре горизонтального диполя в отличие от вертикального в достаточной мере представлены плоские волны с пОперечным волновым числом еК 1-+ О, которые и приводят к резонансному усилению отдельных компонент поля при 1 фп,р)резЧастоту излучения изменяют в диапазоне 1,5-8 кГц, Указанный диапазон изменения частоты определен из следующих соображений для возможности сопоставления результатов измерений на резонансных частотах диапазон должен включать не менее двух первых пар частот поперечных резонансов полости Земля-ионосфера. Значения первой пары резонансных частот 1 рез Р) могУт изменЯтьсЯ в пРеделэх 1,5 - 2,5 кГц, частоты резона)нсов высших порядков 1 резп 1 1 рез , %=2,3 Верпр) 1 рхняя граница диапазона изменения частоты может быть принята равной 8 кГц, поскольку резонансы более высоких порядков (гп5) выражены, слабее и включение их в анализ повлечет снижение достоверности результатов,Требование по обеспечению наибольшего относительного вклада полезного сиг1659934 енала - переотражений в полости Земля- ионосфера может быть выполнено выбором оптимального места приема сигнала по отношению к излучателю. Расстояние р,от излучателя должно удовлетворять следующим 5 неравенствам;) ) ай,с/Ь ,р (с ФЬ/,1где а - характерный размер излучающейантенны (аА) м;А - длина волны излучения в вакууме, м;Ео - диэлектрическая постоянная, Ф мс - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, м сд - проводимость Земли., См мКо=2 л,уЛ - волновое число в вакууме;Ь - характерная высота полости Земля- ионосфера, м. 20Исходя из того, что в реальных условияхпровеения измерений можно принять а10 - 10 ) м, А 40 - 200 км, дбР 1 0 - 1 б См м 1,Ь 60 - 90 км, получаем 5 р15 км,Направления оптимального приема относительно направления магнитного диполя, соответствующие минимуму амплитудыпрямой волны для данного диапазона частот, а следовательно, и наибольшему вкладуполезного сигнала, характеризуются углами 4 4 тк, 4,"етм о Суп4 Р"РЕ 4(5 Таким образом, в результате измерениякомпонент поля Н р и Нр резонансныечастоты )реэ, определяются из условия/р (Е.р )/ Бцр /Г(Е)/Ееонаходится из выражения (4), Ьэф даетсявыражением (5).35 Пусть, например, в результате измерений тангенциальных компонент поля Нр и я Н р в указанном диапазоне частот и состав- и ления из них выражения (3) получен графикнормированной функции / Р (т) /, изобра 40 женный на фиг, 2, Локальные максимумыФУНКЦИИ т ЕУ ИМЕЮТ МЕСта ПРИ Еекз=1,94 КГц е 4 реэ =3.93 кГц,екреэ =5,85 кГНСоответствующие им значения функции / Р/ Р ( зарез)ф /= 0,73.Беря попарные отношения этих величин, извыражения (4) находим значения пооводимости О), равные ц; =7,9 10 з/в, ц 2 =7,0 х50 -б-бх 10 з/враз =6,1 10 з/в,откуда среднеезначениес = о) /3=7,010 з/в.Подстав-блЯЯ о) и 1 реэ (в=1,2,3) в выРажение (5),(уп)получаем Ьэф 1= 75,2 км, Ьзф 2=.74,8 км, Ьфз75,7 км, осредняя, находим Ьф 75,2 км.Формула изооретенияСпособ определения эффективной высоты и проводимости О-слоя ионосферы, заключающийся в том, что излучают ипринимают радиоволны километрового - меН- + агот т" р Ие Е ТН,где верхние знаки соответствуют на правлениям, определяемым углами у)= +. +агру 1/ч 2, а нижние - углами/РЩ/ ии / )вР сных час сфера; а по индексимумоводельных Уопт=- 2Г;При приеме измеряют две тангенциал ные ориентированные вдоль ( Н р) и поп рек ( Н р) выбранного направлен компоненты магнитного поля, представл ющие собой суперпозицию прямой волнь переотражений в полости Земля - ионосф ра, Затем анализируют комплексную фун цию Р = агС(91/у 2, При этом иДлокальных максимумов функциилибо локальных минимумов функцЩ / указывают значения резонантот 1 рез Р, полости ЗемлЯ - ионпо значениям 1 рез(п"р), и парным(су в) отношениям локальных мафункции / Р( 1 рез Р / в рамках м(т,р) представлений определяют параметры профиля проводимости О-области ионосферы,В частности, отношение локальных максимумов функции /Р (1) /суть Бар /Г(е) 4 -ео Ере (гт)сп -е (")р(Е)/ др,Е 41 (Г,1 (4) Ееп си-е где О (1,5 кГц,8 кГц), в, 1=1, 2, , вФК. Частоты 1 рез, соответствуют локаль(п 1) ным минимумам функции / )вР(т) / . Отличие последних от нуля обусловлено опущенными относительно малыми членами в (4), При 1=Грез их влияние в (4) минимал ьн о (мен ее 10 о по модулю для резонанса, менее 5% - длярезонанса, и т, д,), что оправдывает использование соотношения (4) для определения ц, При этом. 3 Корректор Н.Корол оставитель А.Кочинехред М.Моргентал дактор А,Лежнина оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 1843 Тираж 377 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб.4/5