Учет особенностей диаграмм направленности для ретроспективного анализа и соответствующей интерпретации ионограмм внешнего зондирования
Основные аспекты скачкообразного изменения характера ионограмм внешнего зондирования при переходе от одного диапазона частот радиозондирования к другому в рамках одного и того же сеанса радиозондирования. Значение геометрии диаграмм направленности.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.11.2018 |
| Размер файла | 370,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Учет особенностей диаграмм направленности для ретроспективного анализа и соответствующей интерпретации ионограмм внешнего зондирования
В настоящей работе использованы данные, относящиеся к искусственному спутнику Земли (ИСЗ) «Интеркосмос-19» и к установленному на нем ионозонду ИС-338 [1]. Целью статьи является учет геометрии диаграммы направленности ИС-338 и возникающих при этом дополнительных возможностей отображения неоднородностей.
Входные данные для анализа и интерпретации ионограмм внешнего зондирования
Ионозонд ИС-338 [1], зондировал ионосферу с высот от 550 до 1050 км на 338 частотах в диапазоне от 0,3 до 5 МГц и от 5 до 15,95 МГц. Нижние частоты излучались дипольной антенной длиной 50 м, а в верхней части диапазона использовался диполь длиной 15 м. Антенны были ориентированы под углом 450 к вектору скорости ионозонда.
На рисунке 1 дана ориентация дипольных антенн ионозонда относительно вектора движения спутника ИК-19.
Рисунок 1. Ориентация дипольных антенн ИК-19 [1] относительно направления движения спутника ИК-19
ионограмма зондирование внешний
На рисунке 2 изображены диаграммы направленности (ДН) антенн ИСЗ для диапазона 1-5 МГц, рассчитанные без учета влияния окружающей плазмы и переизлучения элементами конструкции спутника.
Рисунок 2. Плоские сечения ДН ИС-338 для дипольной антенны ИС-338 с длиной плеча 25 м
Особенности ДН:
1). Ширина главного лепестка по уровню 0,7 амплитуды составляет порядка 60 градусов с разбросом от - 5 градусов до + 5 градусов в зависимости от несущей частоты сигнала.
2) Плоские сечения показывают, что объемные изображения ДН для различных несущих частот сходны.
На рисунке 3 показано трехмерное изображение ДН для частоты 3 МГц. Стрелочка показывает направление движения спутника. Цветом показана интенсивность излучения.
Рисунок 3. Объемное изображение ДН дипольной антенны ИК-19, у которой есть два плеча по 25 м
На рисунке 4 изображены ДН антенн ИСЗ для диапазона 5-15,95 МГц, рассчитанные без учета влияния окружающей плазмы и переизлучения элементами конструкции спутника.
Рисунок 4. Плоские сечения ДН ИС-338 для дипольной антенны ИС-338 длиной 15 м
Особенности ДН:
1). Ширина главного лепестка по уровню 0,7 амплитуды составляет порядка 60 градусов с разбросом от - 3 градусов до + 7 градусов в зависимости от несущей частоты сигнала.
2) Плоские сечения показывают, что объемные изображения ДН для различных несущих частот сходны.
На основе проведения численного моделирования можно сделать вывод, что на высоте спутника в горизонтальной плоскости относительно направления движения излучение на частотах от 0.3 до 5 МГц сконцентрировано в секторах 0-90 градусов и 180-270 градусов, а при работе на частотах от 5 до 16 МГц - в секторах от 90 до 180 градусов и, соответственно, 270 - 360 градусов.
Анализ ДН дипольной антенны длиной 50 м аналогичен рассмотренному выше. Общая картина не зависит также от от порогового уровня амплитуды.
В случае плоскослоистой ионосферы можно с хорошей точностью считать, что ДН антенны во всем диапазоне от 0.3 до 16 МГц лежит в пределах конуса с углом 60 градусов. Однако, для условий высокоширотной ионосферы, когда имеются крупномасштабные неоднородности, а также большое число неоднородностей, сильно вытянутых вдоль силовых линий магнитного поля, необходимо учитывать реальную ДН.
В работе [4] был проведен подробный анализ сложных ионограмм с двойным отражением на частотах от 3 до 5 МГц. Также были смоделированы условия в ионосфере, которые могут отвечать за такие отражения, было проведено численное моделирование распространения радиоволн в приближении геометрической оптики и была численным путем получена ионограмма, которая полностью воссоздала особенности экспериментальной ионограммы. Однако, в работе [4] не обращалось внимание на реальную ДН антенн ИК-19.
Традиционно ДН ионозонда рассматривалась, как конус, направленный вниз. Однако реальная ДН позволяет осуществлять зондирование вбок, что обеспечивает возможность обнаружения неоднородностей, расположенных сбоку от ИК-19.
На рисунке 5 (а) показана выбранная модель ионосферы [4], а на рисунке 5 (б) представлена траектория ИСЗ, когда он слева огибает неоднородность.
а)
б)
Рисунок 5. Модель ионосферы с крупномасштабной неоднородностью (а), а также схема расположения ГИП, самой неоднородности и траектории ИК-19 (б)
Точками на рис. 5 (б) показаны координаты, когда ионозонд зондировал ионосферу через 50 км, так называемый режим непрерывной передачи телеметрической информации. Именно такое частое зондирование (через 8 сек) и позволило [4] воссоздать такую подробную картину. На рис. 7 (а) видно, что лучи, отражающиеся от неоднородности отклоняются от вертикали на 45 градусов, что несколько превышает величину плюс / минус 30 градусов в рамках общепринятых представлений. Хотя еще и не является критическим (уменьшается на 7 Дб, см рисунок 2). Из рис. 6 видно, что двойные следы являются следствием отражения на частотах 3-5 МГц, что полностью согласуется с нашим выводом, что излучение в этом диапазоне происходит в секторе 0-90 градусов относительно движения ИСЗ. Следовательно, нам сильно повезло - ИС338 удачно подсветил неоднородность, облетая ее слева. Можно предположить, что если бы ИК-19 пролетал справа от неоднородности, то мы могли ничего не увидеть, возможно что-то запечатлелось бы на ионограммах в диапазоне частот 5-16 МГц, но хватило ли нам этой информации, чтобы так же [4] точно восстановить крупномасштабную неоднородность?
Совместный анализ диаграмм направленности дипольных антенн ИК-19
Спецификой зондирования посредством ИС-338 является следующее.
1) Имеется два независимых друг от друга частотных канала зондирования.
2) Каждый из них характеризуется своим ансамблем пространственных ДН (АДН), а именно: ансамблями АДН1 и АДН2.
3) Каждая из рассматриваемых в статье пространственных ДН представляет собой декартово произведение двух кривых (см. рисунок 2), одна из которых походит на восьмерку, а другая - на половину восьмерки/
4) Каждая пространственная ДН из числа рассматриваемых в статье имеет фазовый центр и может быть окружена телесным углом, который имеет вершину в фазовом центре и обладает минимальной величиной.
5) Этот телесный угол (обозначение: U) для некоторой ДН (обозначение: D) можно обозначить U(D)
6) Пусть имеется две ДН (D1 и D2) с общим фазовым центром. Тогда над U(D1) и U(D2) можно осуществлять ряд совместных теоретико-множественных операций, включая пересечение, объединение и разность.
7) При совместном анализе D1 из АДН1 и D2 из АДН2 очевидно, что:
а) U(D1) U(D2) представляет собой телесный угол, при зондировании по лучам которого частично будут охвачены оба частотных диапазона;
б) объединение U(D1) U(D2) по всем парам (D1, D2) из декартова произведения (АДН1 Х АДН2) представляет собой все множество лучей, по которому осуществляется зондирование по всем частотным диапазонам одновременно.
в) U(D1) U(D2) представляет собой телесный угол, при зондировании по лучам которого частично будет охвачен один из частотных диапазонов, например, низких частот;
г) объединение U(D1) U(D2) по всем парам (D1, D2) ДН из декартова произведения (АДН1 Х АДН2) представляет собой, например, все множество лучей, по которому осуществляется зондирование по всем частотным поддиапазонам низких частот одновременно.
д) U(D2) U(D1) представляет собой телесный угол, при зондировании по лучам которого частично будет охвачен один из частотных диапазонов, например, высоких частот;
е) объединение (D2) U(D1) по всем парам (D1, D2) ДН из декартова произведения (АДН2 Х АДН1) представляет собой, например, все множество лучей, по которому осуществляется зондирование по всем частотным поддиапазонам высоких частот одновременно.
8) Каждый из телесных углов, связанных с зондированием в вниз или вбок может быть рассчитан и на этой основе в ряде случаев могут быть выявлены неоднородности, расположенные сбоку от траектории спутника.
Таким образом, для ИС-338 при горизонтально слоистой структуре ионосферы в виде совокупности наиболее ярких отражающих точек будут представлены элементы верхней части слоя F2 ионосферы, которые попадают в упомянутое выше объединение (D1) U(D2).
Результаты невертикального зондирования могут дать информацию о возможном наличии протяженных неоднородностей сбоку от траектории ионозонда, но это предмет отдельного рассмотрения на основе анализа поля концентрации блестящих точек.
Литература
ионограмма зондирование внешний
1. Г.В. Васильев и др. Спутниковая система импульсного зондирования ионосферы ИС-338. // В сб. «Аппаратура для исследования внешней ионосферы», М., ИЗМИРАН, 1980, с. 12,13-29.
2. Г.В. Васильев и др. Устройство для преобразования и оперативного хранения ионограмм в цифровом виде в системе ИС-338. Там же, с 90-100.
3. А.Т. Карпачев Особенности высоширотных ионограмм, полученных при зондировании на спутнике «Интеркосмос-19». Электронный журнал «Гелиогеофизические исследования» Вып. 14, 2016, с. 17-30.
4. А.Т. Карпачев, Жбанков Г.А., Телегин В.А. Выделение крупномасштабной неоднородности в области главного ионосферного провала по данным внешнего зондирования на ИСЗ «Интеркосмос-19». // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. №2. С. 219 - 225.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ электрической цепи при переходе от одного стационарного состояния к другому. Возникновение переходных колебаний в электрических цепях. Законы коммутации и начальные условия. Классический метод анализа переходных колебаний в электрических цепях.
реферат [62,1 K], добавлен 23.03.2009Алгоритм изменения режима работы электрической схемы, содержащей активные и реактивные элементы, которые обеспечивают минимизацию энергии активных потерь при переходе от одного режима работы схемы к другому. Синтез оптимального алгоритма управления.
реферат [320,7 K], добавлен 19.02.2012Предмет технической термодинамики. Свойства термодинамической системы. Основные термодинамические процессы: изохорный, изотермический, изобарный и адиабатный. Использование таблиц и диаграмм для термодинамических расчетов. Цикл Ренкина на перегретом паре.
реферат [231,1 K], добавлен 01.02.2012Определение значения ударного тока. Преобразование схемы прямой последовательности и определение её параметров. Построение векторных диаграмм тока и напряжения. Определение сопротивления внешней цепи. Расчет токов КЗ в сетях напряжением выше 1000В.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 25.05.2015Расчет короткого замыкания и его параметров в электроустановках напряжением до 1 кВ. Определение действующего значения периодической слагающей тока короткого замыкания в произвольный момент времени. Построение векторных диаграмм токов и напряжений.
курсовая работа [431,9 K], добавлен 21.08.2012Обнаружение магнитоупругого эффекта при воздействии на феррит акустической волны при отсутствии и наличии внешнего постоянного магнитного поля. Исследование изменения магнитоупругого эффекта при изменении величины напряженности внешнего магнитного поля.
дипломная работа [2,9 M], добавлен 14.12.2015Построение планов положений и кинематических диаграмм. Определение скорости и ускорения ведомого звена в исследуемом положении двигателя при помощи диаграмм. Определение сил приложенных к звеньям механизма. Определение потребной мощности двигателя.
контрольная работа [240,2 K], добавлен 10.08.2012Анализ и экспериментальная проверка формул преобразования сопротивления, соединенных последовательно и параллельно. Механизм преобразование навыков построения потенциальных диаграмм, направления реализации и назначение данного процесса, результаты.
лабораторная работа [26,8 K], добавлен 11.04.2016Характеристика диапазона частот, излучаемых электромагнитными волнами. Особенности распространения радиоволн. Исследование частотного диапазона инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Специфика восприятия видимого света. Свойства рентгеновских лучей.
презентация [122,5 K], добавлен 20.04.2014Схема исследуемых электрических цепей. Измерение напряжения на всех элементах цепи, значения общего тока и мощности. Определение параметров напряжения в режиме резонанса и построение векторных диаграмм тока, топографических векторных диаграмм напряжений.
лабораторная работа [455,5 K], добавлен 31.01.2016Исследование диэлектрического отклика. Поляризация и диэлектрическая проницаемость. Диэлектрические функции в диапазоне радио- и сверхвысоких частот, в области решеточных и электронных резонансов. Разложение диэлектрической функции на элементарные части.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 16.08.2011Расчет распределительной сети 0,4 кВ, с последующим выбором коммутационно-защитных аппаратов, выбрана и рассчитана схема внешнего электроснабжения. Технико-экономическое сравнение трех вариантов схем внешнего электроснабжения, выбор оптимального.
курсовая работа [311,4 K], добавлен 29.06.2013Расчёт неразветвлённой цепи с помощью векторных диаграмм, разветвлённой цепи с помощью векторных диаграмм. Расчет ложных цепей переменного тока символическим методом, трёхфазной цепи при соединении приемника в звезду, неразветвлённой цепи.
курсовая работа [123,9 K], добавлен 03.11.2010Кинетическая энергия беспорядочного движения частиц. Зависимость внутренней энергии от макроскопических параметров. Передача энергии от одного тела к другому без совершения работы. Удельная теплота плавления и парообразования. Первый закон термодинамики.
контрольная работа [563,0 K], добавлен 14.10.2011Объяснение перехода теплоты от одного тела к другому на основе калориметрических опытов, произведенных русским ученым М.В. Ломоносовым. Определение теплоемкости металлов (алюминия и железа) при комнатной температуре, сравнение с теоретическими данными.
презентация [1,6 M], добавлен 19.12.2013Изменение внутренней энергии тела при переходе из одного состояния в другое. Энтальпия перегретого пара. Расчет средней молекулярной массы, плотности, удельного объема и изобарной удельной массовой теплоемкости смеси. Выражение закона действующих масс.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 23.09.2011Квантово-механическая система: теории представлений волновой функции (амплитудой вероятности). Обозначения Дирака: вектор состояния в n-мерном гильбертовом пространстве. Преобразование операторов от одного представления к другому, эрмитовы матрицы.
реферат [150,1 K], добавлен 31.03.2011Явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому, от одной его части к другой. Теплопроводность через однослойную, многослойную и цилиндрическую стенки. Определение параметров теплопроводности в законе Фурье. Примеры теплопроводности в жизни.
презентация [416,0 K], добавлен 14.11.2015Изучение эксплуатационных показателей дизельных генераторных установок, средств внешнего электропитания зенитных ракетных систем. Применение асинхронизированного генератора для адаптации рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания к новым условиям.
статья [144,7 K], добавлен 30.11.2014Передача энергии от одного тела к другому. Внутренняя энергия и механическая работа. Первое начало термодинамики. Формулировки второго закона термодинамики. Определение энтропии. Теоремы Карно и круговые циклы. Процессы, происходящие во Вселенной.
реферат [136,5 K], добавлен 23.01.2012
