Погрешности измерения скоростей метеоров методом разнесенного приема Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА Том 105 3960 г.

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ МЕТЕОРОВ МЕТОДОМ

РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА

Э. К. НЕМИРОВА (Представлено научным семинаром радиотехнического факультета)

В установках, работающих по методу разнесенного приема, обычно используются один передатчик и три приемника, один из которых расположен вместе с передатчиком, а два других вынесены на расстояние порядка нескольких километров. В таких системах имеется возможность измерять скорости метеоров даже в том случае, если метеор не дает четкой дифракционной картины.

Замеряя дальность в трех приемных пунктах, можно найти положение на следе трех отражающих точек Ои 02 и 03. При этом

_охо2 02 Оз

где (т2) — время пролета метеором расстояния 0102(020г). Таким образом, измерение скорости сводится к измерению времени пролета т между двумя отражающими точками. Время т можно измерить, фиксируя какую-либо точку на дифракционной картине, например, момент максимума амплитуды, который обычно четко выражен.

В некоторых системах, использующих вынесенный приемный пункт, знание времени пролета необходимо для определения положения следа в пространстве (направления на радиант).

Установки для измерения скоростей и определения радиантов методом разнесенного приема в основном используются для измерений на слабых метеорах, т. е. метеорах неустойчивого типа. Как известно, в следах такого типа возможны резонансные явления [1]. Резонанс сопровождается сдвигом (запаздыванием) дифракционной картины.

Величина запаздывания определяется условиями отражения (электронной плотностью а, коэффициентом диффузии О, величиной начального радиуса гн, дальностью /?, длиной волны а и т. д.). В том случае, когда отражающие точки расположены в разных частях следа, эти условия могут быть различными, в частности, могут быть значительные отличия величин электронных плотностей а [2]. За счет разной высоты отражающих точек могут быть не равны коэффициенты диффузии и начальные радиусы. Это, в свою очередь, приведет к неравенству времен запаздывания и, следовательно, к погрешности при измерении времени пролета, т. е. скорости.

При оценке этой погрешности ограничимся плоской задачей (рис след лежит в одной плоскости с базой а).

Когда база а составляет несколько километров,

а о2 ~ а$1пу- .

# I В

Как показали расчеты по методу, изложенному в [3]. величина запаздывания зависит от отношения длины резонирующего участка следа 1рез к При гн ~ 0 эта зависимость хорошо ап-

77;^////////У/У////////////^////zYJT проксимируется выражением

д ^ _

Рис. 1. Геометрия отражения —— ~ 0,78 (1 -----

при разнесенном приеме (плос- А

кий сл\'чай).

При гн Ф 0 4т- - 0,78 [(1 - - е-'"" У « :>•) - г!-08- Ю-2], где гн-в см.

I 1

Тх — величина 1-го периода идеальном дифракционной картины

Тх ~ 0,62 \/R X ¡v. Скорость V-----:г~1-—, относительная погрешность измерения v

О, О,

о 1} --

i -¡-г

А т

где о т ——------и А т = A U - - A tx.

т

С учетом того, что

-j 2

" В ГР7 t3^ Ti¿ и

где В - 0,65'Ю 14 см,

а, X2 V Xs / 5., а,

a sin/. 7

— (г1-08 — г1'08)' 10-2*)1.

Отличие электронной плотности, коэффициентов диффузии и начальных радиусов в отражающих точках определяется разностью высот этих точек

V / asinx V A h =-— .cos /,

а также высотой и положением на следе одной из них по отношению к точке максимальной ионизации.

*)Формула применима в том случае, когда и а2<^2,4*101" электронов на см~

Погрешность от достигает максимальной величины в том случае,, когда метеорный след вблизи одной из отражающих точек находится в состоянии резонанса, а вблизи другой точки резонанс невозможен. Такие условия могут создаться за счет значительной разницы в электронных плотностях, когда в одной из отражающих, точек след является устойчивым, а в другой неустойчивым. Такое аномальное различие электронных плотностей (~в 10 раз) при небольшой разнице в высотах 2,5 км) часто наблюдалось в экспериментах Грингоу и Ньюфельда [2].

Величина максимальной ошибки равна

о х,

а бш /

[(1

зд стыо

сь 1рез и гн соответствуют точке с меньшей электронной плотного. о ттах близка к своему наибольшему значению при гн г- 0 и

1рез\У(Рис. 2). 0,81

(О

0.6

0.4

0,2

Рис. 2. Зависимость ^ Тх от 1рез'У/$),

Физически эти условия означают, что точка с меньшей электронной плотностью лежит на небольшой высоте, значительно меньшей характеристической, причем а достаточно велико (оставаясь < 2,4* 1012 см-1). Так как 1рез с/эХ2, условия (1) должны чаще встречаться при наблюдении на более длинных волнах.

Из рис. 2 Д ¿шах/71! = 0,75, отсюда

л по V1* к

о тшахтах ~ 0,93 . ,

Величина наибольшего значения погрешности отшх при разных базах приведена на рис. 3. Как видно из рисунка, погрешность при малых базах (~2 -:- 4 км) достигает несколько десятков процентов. Однако с уменьшением базы вероятность резкого различия электронных плотностей уменьшается. Для следов, у которых электронная плотность меняется с высотой в соответствии с кривой ионизации [2], погрешность зависит от разности высот отражающих точек и различна в каждом из трех следующих случаев:

Первый случай — обе точки лежат вблизи характеристической высоты Нт.

Второй случай — высоты обеих точек больше Ат.

Третий случай — высоты меньше кт.

Зависимость от от базы а для ряда случаев приведена на рис. 4. Погрешность вычислена при £> = 200 км, X = 10 м, X = 45

V

= 35

км

сек

(hm = 92 км).

Наиболее существенной причиной возникновения погрешности является изменение электронной плотности вдоль следа. Поэтому в пер вом случае, когда обе точки лежат вблизи характеристической высоты (а при этом меняется мало), погрешность незначительна.

Когда кх и погрешность

Зт составляет несколько процентов (г^Ю %) и почти не зависит от величины базы и высоты, несколько увеличиваясь с увеличением а.

1

<00 г

во \

fó

/2

ÙO

40 г

20

к 8 12 а.

:________,_^_^ Рис. 4. Погрешность ат в зависимости

02 4 л в /о ¡2 с ли от базы для некоторых частных случаев:

1 — == 90 км, ПЛ = 2,2 м*- сек,

о и л а, — 3• 10й см-1: 2—}и --- 88 км,

Рис. 3 Наибольшее значение ногреш- Д = х 58 = 3!1(}п

ности о-™* в зависимости от величины 3 - А£ = 100 км, Г)1 ^ 10 м^сек,

оазы а при Я = 200 км, л 10.« и = 3-10^-'; 4-А, - 102

* " • Их = 13,3 м-'¡сек, а{ ----- \0"см-1.

При hx и 1гг < hm погрешность возрастает с увеличением базы, величины погрешности тем больше, чем ниже расположены отражающие точки. Это объясняется более резким изменением а с высотой в начале следа.

Для метеоров с большими скоростями длина резонирующего участка больше (при прочих равных условиях), поэтому о: должно быть больше.

Погрешность резко снижается с уменьшением длины волны, так как при этом резко уменьшается величина запаздывания At.

При работе в длинноволновой части метрового диапазона (>. ~8 -:- 10 м) погрешность значительна, ее можно исключить при наблюдении потока путем обеспечения параллельной поляризации, а при наблюдении спорадического фона — отбрасыванием отражений с перпендикулярной поляризацией.

ЛИТЕРАТУРА

1. Т. R. Kaizer, R. U С 1 о s s, Philos. Mag. 43, 1, 1952.

•2. J. S. Green how, E. L. Neufeld, Mon. Not. RAS, 117, №4, 1957.

6. He миров а Э. К. О роли резонансных эффектов при измерении скоростей метеоров, Астрон. журнал, том XXXVI, вып. 3, 1959.