Способ определения высот турбулентных слоев в нижней ионосфере

Способ определения высот турбулентных слоев в нижней ионосфере

Реферат

 

Изобретение относится к геофизике, в частности к дистанционным измерениям параметров нижней ионосферы. Цель изобретения - повышение достоверности и сокращение времени измерений. Способ определения высот турбулентных слоев в нижней ионосфере заключается в излучении в ионосферу зондирующего импульса, приеме сигнала, обратно рассеянного неоднородностями ионосферной плазмы, определении высотной зависимости амплитуды обратно рассеянного сигнала и определении по ней высот турбулентных слоев. Цель достигается за счет предварительного воздействия на ионосферу мощным радиоизлучением на частоте выше критической для Е-слоя и ниже критической для F-слоя ионосферы, в результате которого возникают искусственные периодические неоднородности, имеющие наименьшую интенсивность на высотах, где существуют интенсивные турбулентные слои. 2 ил.

Изобретение относится к геофизике, в частности к дистанционным способам измерения параметров нижней ионосферы (высоты 70-120 км), и может быть использовано для излучения физики процессов, происходящих в верхних слоях атмосферы. Известен способ измерения параметров турбулентных слоев, основанный на оптических наблюдениях за эволюцией облаков дыма или химических веществ, выпущенных при полете метеорологических ракет. Однако этот способ не позволяет проводить массовые наблюдения, требует определенных погодных условий и может быть реализован только в сумеречное время, когда искусственное облако освещено солнцем, а пункты наблюдения находятся в темноте. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ диагностики турбулентных слоев, по которому излучают в ионосферу зондирующие радиоимпульсы, принимают радиоимпульсы, обратно рассеянные естественными неоднородностями ионосферной плазмы, и измеряют высотную зависимость А(h) амплитуды обратно рассеянных радиоимпульсов. По положению максимумов этой зависимости определяют высоты турбулентных слоев. Недостатком способа является то, что максимумы в высотной зависимости амплитуды обратно рассеянного сигнала могут появляться не только на тех высотах, где расположены турбулентные слои, но и на высотах, где имеется резкий градиент электронной концентрации. Указанное обстоятельство уменьшает достоверность обнаружения турбулентных слоев. Кроме того, сигнал, рассеянный естественными неоднородностями, является случайным. Поэтому для получения высотной зависимости амплитуды требуется усреднение экспериментальных данных, что увеличивает время измерения до нескольких минут. Целью изобретения является повышение достоверности и сокращение времени измерения. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения высот турбулентных слоев в нижней ионосфере, включающем излучение в ионосферу зондирующего радиоимпульса, прием сигнала, обратно рассеянного неоднородностями ионосферной плазмы, определение высотной амплитуды обратно рассеянного сигнала и определение по ней высот турбулентных слоев, перед излучением зондирующего радиоимпульса воздействуют на ионосферу возмущающим радиоизлучением на частоте выше критической для Е-слоя и ниже критической для F-слоя ионосферы, зондирующий импульс излучают на частоте возмущающего воздействия и с той же поляризацией, а принимают радиоимпульс, обратно рассеянный периодической структурой искусственных неоднородностей ионосферной плазмы, сформированной возмущающим радиоизлучением, высоты турбулентных слоев определяют по положениям минимумов высотной зависимости амплитуды. На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа определения высот турбулентных слоев в нижней ионосфере; на фиг. 2 - высотные зависимости E²(h) поля стоячих радиоволн в ионосфере (а), амплитуды N искусственных неоднородностей (б) и амплитуды обратно рассеянного сигнала А(h) (в). Устройство, реализующее способ, содержащий задающий генератор 1, передатчик 2 с антенной 3, передатчик 4 с антенной 5, приемник 6 с антенной 7, амплитудный детектор 8, регистратор 9 и синхронизатор 10. Изобретение осуществляется следующим образом. Воздействуют на ионосферу возмущающим радиоизлучением на частоте выше критической для Е-слоя и ниже критической для F-слоя ионосферы. Для этого формируют с помощью задающего генератора 1 непрерывный синусоидальный сигнал на частоте f в диапазоне частот f₁ - f₂ (где f₁, f₂ - критические частоты, соответственно, для Е и F-слоя ионосферы), поступающий на передатчик 2. С помощью управляемого синхронизатором 10 передатчика 2 с антенной 3 излучают в зенит возмущающее радиоизлучение. Поскольку возмущающее воздействие осуществляют на частоте ниже критической для F-слоя ионосферы, направленное в зенит радиоизлучение отражается от ионосферы. Вследствие интерференции падающей и отраженной радиоволн в пространстве между поверхностью Земли и уровнем отражения образуется стоячая радиоволна (см. фиг. 2) с периодом L = где С - скорость света; f - частота возмущающего радиоизлучения; n - показатель преломления радиоволн в ионосфере. В периодическом поле стоячей радиоволны из-за неравномерного по высоте нагрева электронного газа происходит диффузионное вытеснение плазмы из более нагретых областей в менее нагретые, за счет чего формируется периодическая структура искусственных неоднородностей ионосферной плазмы с пониженной концентрацией электронов в пучностях поля. Вместе с тем, на высотах, где существуют турбулентные слои, действует конкурирующий механизм, который препятствует образованию искусственных периодических неоднородностей. Он связан с тем, что турбулентное перемешивание атмосферы приводит к уменьшению разности температур плазмы в пучностях и узлах стоячей радиоволны, что, в свою очередь, вызывает уменьшение амплитуды N искусственных неоднородностей на соответствующих высотах. Непосредственно после окончания возмущающего воздействия, т.е. после выключения передатчика 2, излучают в зенит на той же частоте и с поляризацией, соответствующей поляризации возмущающего радиоизлучения, зондирующий радиоимпульс. Для этого формируют с помощью синхронизатора 10 импульс управления передатчиком 4 и излучают в зенит с помощью передатчика 4 с антенной 5 радиоимпульс, сформированный с помощью задающего генератора 1 и синхронизатора 10, на частоте f. Принимают с помощью приемника 6 с антенной 7 зондирующий радиоимпульс, обратно рассеянный периодической структурой искусственных неоднородностей ионосферной плазмы, сформированной возмущающим радиоизлучением, которая после выключения передатчика 2 существует в ионосфере в зависимости от частоты возмущающего радиоизлучения в пределах нескольких секунд. Поскольку частота и поляризация зондирующего радиоимпульса совпадают с соответствующими характеристиками возмущающего радиоизлучения, то зондирующий радиоимпульс рассеивается во всем интервале высот от нижней границы ионосферы до высоты отражения в F-слое. При приеме с помощью амплитудного детектора 8 и регистратора 9 измеряют высотную зависимость амплитуды обратно рассеянного сигнала А(h). Для этого регистрируют амплитуду сигнала, обратно рассеянного периодической структурой искусственных неоднородностей ионосферной плазмы, с момента поступления импульса с синхронизатора 10, т.е. с момента времени, соответствующего заданной начальной высоте регистрации рассеянного радиоимпульса. Амплитуда А пропорциональна абсолютному значению амплитуды искусственных неоднородностей (фиг. 2). Поскольку, как было показано выше, наличие турбулентных слоев приводит к уменьшению N, то по положениям минимумов в измеряемой зависимости амплитуды А(h) определяют высоты турбулентных слоев.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТ ТУРБУЛЕНТНЫХ СЛОЕВ В НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЕ, включающий излучение в ионосферу зондирующего радиоимпульса, прием сигнала, обратно рассеянного неоднородностями ионосферной плазмы, определение высотной зависимости амплитуды обратно рассеянного сигнала и определение по ней высот турбулентных слоев, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения времени измерений, перед излучением зондирующего радиоимпульса воздействуют на ионосферу возмущающим радиоизлучением на частоте выше критической для Е-слоя и ниже критической для F-слоя ионосферы, зондирующий импульс излучают на частоте возмущающего воздействия и с той же поляризацией, а принимают радиоимпульс, обратно рассеянный периодической структурой искусственных неоднородностей ионосферной плазмы, сформированной возмущающим радиоизлучением, высоты турбулентных слоев определяют по положениям минимумов высотной зависимости амплитуды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2