Файл: Курганов Р.А. Прогнозирование наклонного рассеивания радиоволн метеорными ионизациями.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.06.2024

Просмотров: 67

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Р. А. КУРГАНОВ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ

НАКЛОННОГО

РАССЕИВАНИЯ

РАДИОВОЛН

МЕТЕОРНЫМИ

ИОНИЗАЦИЯМИ

а I в 111ІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІ

ИЗДАТЕЛЬСТВО КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 1973

Печатается

по

постановлению

Редакционно-издательского

совета

Казанского

 

университета

Научный редактор — доц. В. В.

Сидоров

п ѵ б г і ч ѵ а я Г

/ ) / /

 

яя е ѵ

Вмонографии приведены результаты эксперимен­ тального исследования и методы прогноза законов

распределения

числа

и длительности

радиоотражений

от метеорных

ионизации

при рассеянии

вперед,

зави­

симости

средней

численности

и

длительности

отра­

жений

от уровня

регистрации,

частоты

радиоизлуче­

ния, длины трассы, времени суток

и года.

Изложены

результаты

экспериментального

исследования

 

и ме­

тоды

прогноза

угловой

направленности

метеорного

распространения

и

корреляционных

 

характеристик

в случае

применения

разнесенного

пространственного

приема,

определяющих

скрытность,

помехозащищен­

ность

и потери

времени

передачи

информации

 

систем

метеорной

радиосвязи.

На

трассах,

расположенных

в полярных и субполярных областях,

исследованы

аномалии

метеорного

распространения,

 

вызываемые

аномальным

состоянием

ионосферы

и

магнитосферы.

Даны

математические

критерии

аномальности

и мето­

дика

прогноза

аномального

распространения.

 

Приве­

денные

в монографии

методики

позволяют с

погреш­

ностью

менее

30%

прогнозировать

соответствующие

параметры

распространения

для трасс

любой

 

длины,

ориентации,

географического

положения,

частоты из­

лучения,

энергетики,

времени суток

и года.

 

 

Книга-

может быть

полезна

специалистам в об­

ласти

распространения радиоволн,

а также

студентам.

 

0263-002

„

Л

К

075 (00 - 7 3

48—72

 

(^) Издательство Казанского университета, 1973 г.

В В Е Д Е Н И Е

Еще в 30-х годах

Эккерслей [1] указал,

что рас­

сеяние радиоволн на

неоднородностях

ионизирован­

ных

слоев

атмосферы

является

важным

фактором

в распространении радиоволн и может

быть исполь­

зовано для радиосвязи

 

на большие

расстояния.

Скеллет

[2] в 1931

году высказал предположение,

что

обнаруженные при

экспериментальном

изучении

ионосферы

кратковременные

флюктуации

степени

ионизации

[3]

могут быть

связаны

с появлением

в слое Е

метеоров — мельчайших материальных

при­

шельцев

из

космоса.

радионаблюдений

метеоров

Мысль о возможности

впервые

была

высказана

А. С. Астаховым

[4],

кото­

рый в 1925—1926 гг. вел

наблюдения

метеоров при

помощи радиоприемника. Им отмечалось появление

кратковременных

шумов,

связанное

с

пролетом ме­

теоров.

 

 

 

Шафером,

Гудаллом,

Скеллетом од­

Проведенные

новременные

визуальные

и

радиотехнические

наблю­

дения

 

[5]

во

время

прохождения

потока

Леонид

(1932—1933 гг.)

дали

хорошее

совпадение

между

кратковременными флюктуациями

ионизации

слоя Ь

и прохождением

отдельных метеоров.

В 1933 году

подобные

наблюдения

были

произведены

Леуши-

ным

f4] в

Ленинграде

во

время

прохождения

по­

тока

Драконид.

Пирс

[6]

теоретически

рассмотрел

В

1938 году

рассеивание радиоволн

метеорным

следом.

 

 

Особенно

интенсивное

 

исследование

метеорных

ионизации

началось с 1945 года,

когда

Хей и Стьюарт

использовали

для изучения

метеорных

следов

радио­

локаторы,

работающие

на

длинах

 

волн

4—5 м [7].

Наряду

с

проведением

большого

количества

экспе­

риментальных работ по изучению зеркальности

отра­

жений,

высот

отражающих

точек

 

[8, 9,

10],

голов-

3

ного эхо [11], многоцентровости отражений [12], изменения расстояния до следа [13] успешно разра­ батываются теоретические вопросы отражения радио­

волн от метеорного следа [14, 15,

16, 17, 18,

19],

физики метеорного следа [20—25] и

вопросы влия­

ния параметров радиолокационной

аппаратуры

на

статистические характеристики обнаруживаемых ме­ теорных радиоэхо [26, 27].

Работа Эшлимана [28], посвященная теории рас­ сеивания радиоволн метеорными ионизациями, поло­ жила начало ряду экспериментальных и теоретиче­ ских исследований в этой области.

Предложение об использовании метеорных вспы­

шек для радиосвязи впервые было выдвинуто

Пинео.

В 1949 году Виллард, Маннинг и Петерсон

обсуж­

дали возможность использования метеорных радио­

отражений для

радиосвязи,

основываясь

на резуль­

татах экспериментального

исследования

метеорного

распространения

радиоволн.

Форсайт

[29]

дал

ясное

решение

вопроса о потенциальных

возможностях и

практической

важности

нового вида

связи.

Вопрос

о возможности

 

практического применения

связи, ос­

нованной

на

отражении

радиоволн

от

метеорных

следов, обсуждался на X Генеральной Ассамблее УРСИ в 1952 г. Осенью 1952 г. в Канаде были про­ ведены первые опыты в этом направлении и в 1954 г. практически осуществлена двухсторонняя телеграф­ ная линия между Оттавой и Порт-Артуром протя­ женностью 1050 км. [30].

В настоящее время метеорные линии радиосвязи применяются в целом ряде стран, а изучением вопро­ сов физики метеорного следа, распределения метеор­ ного вещества в Солнечной системе и вопросов, связанных со спецификой использования метеорных радиоотражений для радиосвязи, занимается обшир­ ный круг исследователей.

Результаты выполненных исследований позволяют представить следующую картину возникновения ме­ теорных ионизации. Земная атмосфера непрерывно бомбардируется падающими из космоса метеорными частицами различных масс и скоростей. Вероятность падения частиц с массой, лежащей в интервале от некоторой m до m+dm р(m) = (s — X)-msQ-l-m~s [22,31],

Ф.

где s = 2,5 — параметр

закона распределения

падаю­

щего потока

метеорных

частиц

по

массам.

В сутки

на землю падает 90-Ю6

частиц

с

массой

большей

5,5«Ю- 4 гр.

Подавляющее

большинство частиц при­

надлежит Солнечной системе, т. е. имеет гелиоцен­

трическую

скорость,

не превышающую

параболиче­

ского предела

42 км\сек.

Кроме

того,

подавляющее

большинство

частиц

движется по орбитам,

близким

к земной.

Количество

частиц,

догоняющих

землю,

примерно

в

сто раз

больше

встречно

летящих

частиц [22]. Следствием этого является наличие почти равномерного геоцентрического распределения плот­ ности падающего на землю потока спорадических (случайных) метеорных частиц [32, 33]. Плотность падающего метеорного потока имеет устойчивый се­ зонный ход с минимумом в феврале — марте и мак­ симумом в июне — августе, соответствующим пере­ сечению землей крупного пояса спорадических ме­

теорных

частиц.

Распределение

геоцентрических

скоростей

метеорных

частиц не зависит от распре­

деления их масс,

примерно одинаково для

всего ис­

следованного

диапазона масс

10~6

гр < m < 102 гр,

и является

функцией

элонгации

s радианта

метеор­

ных частиц от

апекса

за счет

сложения

гелиоцен­

трической скорости частиц-с орбитальной скоростью

земли

[31, 34].

Минимальная геоцентрическая

ско­

рость

частиц порядка 11 км/сек соответствует

дей­

ствию

эффекта притяжения земли на частицы

с ну­

левой

геоцентрической

скоростью.

Максимальная

геоцентрическая

скорость

порядка

72 км/сек

соот­

ветствует летящим с апекса частицам, имеющим параболический предел скорости 42' км/сек. Суще­ ственной сезонной зависимости распределения скоро­ стей не обнаружено. Большинство частиц имеет

атомный вес ц. =

9,5-Ю- 2 3 гр (железо),

удельную теп­

лопроводность

Л = 0,7 кал/см'сек-град.,

удельную

теплоту испарения / == 7,5-1010 эрг/г и круглую форму (коэффициент формы А = 0,48). Частицы с массой, меньшей Ю - 9 гр, теряют энергию в результате столкновения с молекулами воздуха на высоте 110 км и оседают на землю в форме пыли [31]. Оставшийся после торможения запас кинетической энергии частиц

5

с большей массой расходуется на разогревание и плавление частиц, а также испарение и ионизацию атомов частиц. Испарившиеся атомы, обладая боль­ шим запасом кинетической энергии, производят иони­ зацию нейтральных молекул воздуха, в основном молекул кислорода. Следовательно, после пролета такой метеорной частицы остается ионизированный метеорный след. Плотность ионизации следа харак­ теризуется величиной линейной электронной плот­ ности, равной количеству образовавшихся свободных электронов на 1 ж длины следа. Линейная электрон­ ная плотность является функцией высоты h над по­ верхностью земли [21]

h~hm

h~hm .

4 т

Здесь а т — максимальная линейная электронная плот­ ность следа, hm — высота точки максимальной иони­ зации следа.

а,„

=

Ю-1 5

m - v 3 c 0 s Z

(2)

— максимальная линейная электронная плотность следа, зависящая от первоначальной массы частицы т, ее геоцентрической скорости ѵ, зенитного угла Z между осью следа и зенитом, атомного веса частиц следа р и приведенной высоты атмосферы И [37]. Метеорная частица с массой 5 - Ю - 4 гр., падающая по вертикали

со скоростью

V = 40 км/сек,

создает

на

высоте

h = 90 км

максимальную

линейную

электронную

плотность

ат =

1013 эл/м

[22].

Высота

hm

связана

с давлением атмосферы барометрической формулой,

 

J!üL

 

 

 

т. е. рт

= е н .

Давление в

точке

максимальной

ионизац и [21, 36]

 

 

 

 

 

2-f.g.m1 3 --cosZ

 

 

Рт~~

А-А-ѵ*

'

( ä )

где g—ускорение силы тяжести, /, Л, А — указанные выше параметры, характеризующие физические свойтва частицы.

G

Смотрите также файлы