RU2013157762A - METHOD FOR DETERMINING ELECTRONIC CONCENTRATION IN A SPECIFIED IONOSPHERE AREA AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION - Google Patents

Abstract

1. Способ определения электронной концентрации в заданной области ионосферы, включающий направленное импульсное излучение плоскополяризованной электромагнитной волны с несущей частотой ƒ, прием компонент отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией некогерентного рассеяния ионосферы, преобразование компоненты отраженного сигнала с левой круговой поляризацией по частоте, выделение напряжения промежуточной частоты ƒ, перемножение его с компонентой отраженного сигнала с правой круговой поляризацией, выделение гармонического напряжения на частоте гетеродина ƒг, ограничение его по амплитуде, измерение разности фазсоответственно между компонентами отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина ƒг, при этом низкочастотное напряжение, пропорциональное измеряемой разности фаз, сдвигают по фазе на 90, исходное и сдвинутое по фазе на 90низкочастотные напряжение последовательно дважды перемножают сами на себя, исходное и сдвинутое по фазе на 90низкочастотные напряжения второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента Км=6, вычитают полученное напряжение из исходного низкочастотного напряжения четвертой степени, суммируют полученное напряжение со сдвинутым по фазе на 90низкочастотным напряжением четвертой степени, определяют разность фаз, вычисляют электронную концентрацию по формуле,где- известная составляющая геомагнитного поля Земли;- дальность до ионизированной зоны атмосферы;ƒ-несущая частота;с - скорость света;- моменты времени, соответствующие задержкам сигнала, отраженного от передней и дальней гра1. A method for determining the electron concentration in a given region of the ionosphere, including directional pulsed radiation of a plane-polarized electromagnetic wave with a carrier frequency ƒ, receiving the reflected signal components with right and left circular polarization of incoherent ionospheric scattering, converting the reflected signal component with left circular frequency polarization, voltage isolation intermediate frequency ƒ, its multiplication with the component of the reflected signal with right circular polarization, the allocation of harmony voltage at the local oscillator frequency ƒg, limiting it in amplitude, measuring the phase difference between the components of the reflected signal with the right and left circular polarization at a stable frequency of the local oscillator ƒg, while the low-frequency voltage proportional to the measured phase difference is shifted in phase by 90, the original and shifted in phase by 90 low-frequency voltages are double-sequentially multiplied twice by themselves, the original and phase-shifted by 90 low-frequency voltages of the second degree are multiplied with each other using Using the scaling factor Km = 6, the obtained voltage is subtracted from the initial low-frequency voltage of the fourth degree, the obtained voltage is summed up with the low-frequency voltage of the fourth degree shifted in phase by 90, the phase difference is determined, the electron concentration is calculated by the formula, where is the known component of the Earth's geomagnetic field; - range to the ionized zone of the atmosphere; ƒ-carrier frequency; s - speed of light; - time instants corresponding to delays of the signal reflected from the front and far

Claims (2)

1. Способ определения электронной концентрации в заданной области ионосферы, включающий направленное импульсное излучение плоскополяризованной электромагнитной волны с несущей частотой ƒ_с, прием компонент отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией некогерентного рассеяния ионосферы, преобразование компоненты отраженного сигнала с левой круговой поляризацией по частоте, выделение напряжения промежуточной частоты ƒ_пр, перемножение его с компонентой отраженного сигнала с правой круговой поляризацией, выделение гармонического напряжения на частоте гетеродина ƒг, ограничение его по амплитуде, измерение разности фаз $$\Delta \phi ={\phi }_2-{\phi }_1$$

соответственно между компонентами отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией на стабильной частоте гетеродина ƒг, при этом низкочастотное напряжение, пропорциональное измеряемой разности фаз $$\Delta \phi$$

, сдвигают по фазе на 90⁰, исходное и сдвинутое по фазе на 90⁰ низкочастотные напряжение последовательно дважды перемножают сами на себя, исходное и сдвинутое по фазе на 90⁰ низкочастотные напряжения второй степени перемножают между собой с использованием масштабирующего коэффициента Км=6, вычитают полученное напряжение из исходного низкочастотного напряжения четвертой степени, суммируют полученное напряжение со сдвинутым по фазе на 90⁰ низкочастотным напряжением четвертой степени, определяют разность фаз $$\Delta {\varphi }_1=4({\varphi }_2-{\varphi }_1)$$

, вычисляют электронную концентрацию по формуле1. A method for determining the electron concentration in a given region of the ionosphere, including directional pulsed radiation of a plane-polarized electromagnetic wave with a carrier frequency of ƒ _s , receiving components of the reflected signal with right and left circular polarization of incoherent ionospheric scattering, converting the components of the reflected signal with left circular polarization in frequency, highlighting intermediate frequency ƒ _direct voltage, multiplying it with the echo component of right-circularly polarized, the allocation ha monic voltage at frequency LO ƒg, limiting it in amplitude, phase difference measurement $$\Delta \phi ={\phi }_2-{\phi }_{\mathrm{one}}$$

respectively, between the components of the reflected signal with right and left circular polarization at a stable local oscillator frequency ƒg, while the low-frequency voltage is proportional to the measured phase difference $$\Delta \phi$$

, phase shifted by 90 ⁰ , the initial and phase-shifted by 90 ⁰ low-frequency voltages are successively multiplied twice by themselves, the initial and phase-shifted by 90 ⁰ low-frequency voltages of the second degree are multiplied with each other using the scaling factor Km = 6, the result is subtracted voltage from the initial low-frequency voltage of the fourth degree, summarize the resulting voltage with phase-shifted 90 ⁰ low-frequency voltage of the fourth degree, determine the phase difference $$\Delta {\varphi }_{\mathrm{one}}=\mathrm{four}({\varphi }_2-{\varphi }_{\mathrm{one}})$$

calculate the electron concentration according to the formula $$N_e(r)=\frac{\mathrm{16,8}\cdot f_c^2\cdot \Delta {\varphi }_1}{M(r)\cdot c(t_2-t_1)}$$

, $$N_e(r)=\frac{16.8\cdot f_c^2\cdot \Delta {\varphi }_{\mathrm{one}}}{M(r)\cdot c(t_2-t_{\mathrm{one}})}$$

, где $$M(r)$$

- известная составляющая геомагнитного поля Земли;Where $$M(r)$$

- known component of the geomagnetic field of the Earth; $$r$$

- дальность до ионизированной зоны атмосферы; $$r$$

- range to the ionized zone of the atmosphere; ƒ_с -несущая частота;ƒ _{s -} carrier frequency; с - скорость света;c is the speed of light; $$t_2,t_1$$

- моменты времени, соответствующие задержкам сигнала, отраженного от передней и дальней границы ионизированной зоны, $$t_2,t_{\mathrm{one}}$$

- time points corresponding to delays of the signal reflected from the front and far boundaries of the ionized zone, сравнивают вычисленное значение электронной концентрации $$N_e(r)$$

сcomparing the calculated value of the electron concentration $$N_e(r)$$

from эталонным значение электронной концентрации $$N_{Э}(r)$$

и по результатам сравнения принимают решение о наличии аномалии электронной концентрации в заданной области пространства, отличающийся тем, что в случае превышения вычисленного значения электронной концентрации $$N_e(r)$$

над эталонным значением электронной концентрации $$N_{Э}(r)$$

разрешают перемножение зондирующего сигнала и компоненты отраженного сигнала с левой круговой поляризацией с компонентой отраженного сигнала с правой круговой поляризацией, пропущенной через первый и второй блоки регулируемой задержки соответственно, выделяют низкочастотные напряжения, пропорциональные первой $$R_1(\tau )$$

и второй $$R_2(\tau )$$

корреляционным функциям, где $$\tau$$

- текущая временная задержка, изменением текущей временной задержки $$\tau$$

обеспечивают максимум первой $$R_1(\tau )$$

и второй $$R_2(\tau )$$

корреляционных функций, автоматически поддерживают первую $$R_1(\tau )$$

и вторую $$R_2(\tau )$$

корреляционные функции на максимальном уровне, фиксируют временную задержку $$\tau$$

, равную временной задержке $${\tau }_{З}^{}{}_1$$

, между зондирующим сигналом и компонентой отраженного сигнала с правой круговой поляризацей $$\tau ={\tau }_{З}^{}{}_1$$

, соответствующую максимальному значению первой корреляционной функции $$R_1(\tau )$$

, и временную задержку $$\tau$$

, равную временной задержке $${\tau }_{З}^{}{}_2$$

между компонентами отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризацией $$\tau ={\tau }_{32}$$

, соответствующую максимальному значению второй корреляционной функции $$R_2(\tau )$$

, и по значениям $${\tau }_{З}^{}{}_1$$

и $${\tau }_{З}^{}{}_2$$

определяют дальность до ионизированной зоны ионосферы и ее азимут по формулам:reference value of electron concentration $$N_E(r)$$

and according to the results of the comparison, they decide on the presence of an anomaly of electron concentration in a given region of space, characterized in that in case the calculated electron concentration $$N_e(r)$$

above the reference value of electron concentration $$N_E(r)$$

allow the multiplication of the probe signal and the components of the reflected signal with left circular polarization with the component of the reflected signal with right circular polarization passed through the first and second blocks of adjustable delay, respectively, emit low-frequency voltage proportional to the first $$R_{\mathrm{one}}(\tau )$$

and second $$R_2(\tau )$$

correlation functions where $$\tau$$

- current time delay, by changing the current time delay $$\tau$$

provide maximum first $$R_{\mathrm{one}}(\tau )$$

and second $$R_2(\tau )$$

correlation functions automatically support the first $$R_{\mathrm{one}}(\tau )$$

and second $$R_2(\tau )$$

correlation functions at the maximum level, fix the time delay $$\tau$$

equal to time delay $${\tau }_3^{}{}_{\mathrm{one}}$$

, between the probing signal and the component of the reflected signal with the right circular polarization $$\tau ={\tau }_3^{}{}_{\mathrm{one}}$$

corresponding to the maximum value of the first correlation function $$R_{\mathrm{one}}(\tau )$$

, and time delay $$\tau$$

equal to time delay $${\tau }_3^{}{}_2$$

between the components of the reflected signal with right and left circular polarization $$\tau ={\tau }_{32}$$

corresponding to the maximum value of the second correlation function $$R_2(\tau )$$

, and by values $${\tau }_3^{}{}_{\mathrm{one}}$$

and $${\tau }_3^{}{}_2$$

determine the distance to the ionized zone of the ionosphere and its azimuth by the formulas: $$r=\frac{c{\tau }_{З}^{}{}_1}{2}$$

, $$r=\frac{c{\tau }_3^{}{}_{\mathrm{one}}}{2}$$

, $$\beta =\arccos \frac{c{\tau }_{З}^{}{}_2}{d}$$

, $$\beta =\arccos \frac{c{\tau }_3^{}{}_2}{d}$$

, где d - расстояние между антеннами принимающими компоненты отраженного сигнала с правой и левой круговой поляризациями.where d is the distance between the antennas receiving the components of the reflected signal with right and left circular polarizations. 2. Устройство для определения электронной концентрации в заданной области ионосферы, включающее последовательно соединенные синхронизатор, передатчик и передающую антенну плоскополяризованной волны, последовательно соединенные первую приемную антенну, приемник волны правой круговой поляризации, первый ключ, второй вход, которого через блок временной задержки соединен с вторым выходом синхронизатора, первый перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный ограничитель, фазометр, второй вход которого соединен со вторым выходом гетеродина, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазометра, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго перемножителя, вычитатель, сумматор, вычислительный блок, блок сравнения, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом вычислительного блока и индикатор последовательно соединные вторую приемную антенну, приемник волны левой круговой поляризации, смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, и усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом первого перемножителя, при этом к выходу фазометра последовательно подключены фазовращатель на 90⁰, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя на 90⁰ и пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого перемножителя, а выход подключен к второму входу сумматора, второй вход вычитателя через масштабирующий перемножитель соединен с выходами второго и четвертого перемножителей, отличающееся тем, что оно снабжено шестым и седьмым перемножителями, двумя фильтрами нижних частот, двумя экстремальными регуляторами, двумя блоками регулируемой задержки, индикаторам дальности, индикатором азимута, третьим и четвертыми ключами, причем к выходу приемника волны правой круговой поляризации последовательно подключены первый блок регулируемой задержки, шестой перемножитель, второй вход которого через третий ключ соединен с выходами передатчика и блока сравнения, первый фильтр нижних частот и первый экстремальный регулятор, выход которого соединен с вторым входом первого блока регулируемой задержки, второй выход которого подключен к входу индикатора дальности и к второму входу блока временной задержки, к выходу приемника волны правой круговой поляризации последовательно подключены второй блок регулируемой задержки, седьмой перемножитель, второй вход которого через четвертый ключ соединен с выходами приемника волны левой круговой поляризации и блока сравнения, второй фильтр нижних частот и второй экстремальный регулятор, выход которого соединен с вторым входом второго блока регулируемой задержки, второй выход которого подключен к входу индикатора азимута. 2. A device for determining the electron concentration in a given region of the ionosphere, including a serially connected synchronizer, a transmitter and a transmitting plane-polarized antenna, a series-connected first receiving antenna, a right circular polarization wave receiver, a first key, a second input, which is connected to the second through a time delay unit synchronizer output, the first multiplier, a narrow-band filter, an amplitude limiter, a phase meter, the second input of which is connected to the second output of the hetero dyne, a second multiplier, the second input of which is connected to the output of the phase meter, a third multiplier, the second input of which is connected to the output of the second multiplier, a subtractor, adder, computing unit, a comparison unit, a second key, the second input of which is connected to the output of the computing unit and the indicator is connected in series a second receiving antenna, a left circular polarization wave receiver, a mixer, the second input of which is connected to the first output of the local oscillator, and an intermediate frequency amplifier, the output of which is connected to the second m input of the first multiplier, while the phase shifter 90 ⁰ , the fourth multiplier, the second input of which is connected to the output of the phase shifter 90 ⁰ and the fifth multiplier, the second input of which is connected to the output of the fourth multiplier, and the output is connected to the second input of the adder , the second input of the subtractor is connected through the scaling multiplier to the outputs of the second and fourth multipliers, characterized in that it is equipped with a sixth and seventh multipliers, two lower filters from, by two extreme regulators, two adjustable delay units, range indicators, azimuth indicator, third and fourth keys, and the first variable delay unit, the sixth multiplier, the second input of which is connected to the transmitter outputs through a third key, to the output of the receiver of the right circular polarization wave and a comparison unit, a first low-pass filter and a first extreme controller, the output of which is connected to the second input of the first adjustable delay unit, the second output to of which is connected to the input of the range indicator and to the second input of the time delay unit, to the output of the right circular polarization wave receiver, a second adjustable delay unit, a seventh multiplier, the second input of which is connected via the fourth key to the outputs of the left circular polarization wave receiver and the comparison unit, is secondly connected a low-pass filter and a second extreme controller, the output of which is connected to the second input of the second adjustable delay unit, the second output of which is connected to the indicator input ora azimuth.