Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли

Приведены результаты разработки радиофизического комплекса на базе радиоинтерферометра СВЧ-диапазона для исследования рефракционных свойств тропосферы путем измерения угла прихода радиосигналов геостационарных искусственных спутников Земли. Рассмотрены схема построения, параметры комплекса и результ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Хоменко, С.И., Хлопов, Г.И., Халамейда, Д.Д.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2011
Назва видання:	Радіофізика та електроніка
Теми:	Радіофізика твердого тіла та плазми
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78080
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли / С.И. Хоменко, Г.И. Хлопов, Д.Д. Халамейда // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 61-66. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-78080
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-780802015-03-11T03:01:59Z Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли Хоменко, С.И. Хлопов, Г.И. Халамейда, Д.Д. Радіофізика твердого тіла та плазми Приведены результаты разработки радиофизического комплекса на базе радиоинтерферометра СВЧ-диапазона для исследования рефракционных свойств тропосферы путем измерения угла прихода радиосигналов геостационарных искусственных спутников Земли. Рассмотрены схема построения, параметры комплекса и результаты исследований точности измерений. Показано, что достигнутые параметры позволяют обеспечить среднеквадратическое отклонение ошибки измерения угла прихода δθ =0,1', требуемое для получения градиента коэффициента преломления радиоволн в экспоненциальной модели тропосферы. Results of development of the apparatus on the basis of interferometer for research of refraction of troposphere by means of measurements of arrival angle of geostationary satellite radiation are presented. Block diagram, parameters and accuracy studying results of the apparatus are described. Achieved parameters of the apparatus provide arrival angle measurement accuracy which is required to get a gradient of refraction index of exponential model of the troposphere. Наведено результати розробки радіофізичного комплексу на базі радіоінтерферометра НВЧ-діапазону для дослідження рефракційних властивостей тропосфери шляхом виміру кута приходу радіосигналів геостаціонарних штучних супутників Землі. Розглянуто схему побудови, параметри комплексу й результати досліджень точності вимірів. Показано, що досягнуті параметри дозволяють забезпечити середньоквадратичне відхилення помилки виміру кута приходу δθ = 0,1', потрібне для одержання градієнта коефіцієнта заломлення радіохвиль у експоненціальній моделі тропосфери. 2011 Article Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли / С.И. Хоменко, Г.И. Хлопов, Д.Д. Халамейда // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 61-66. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1028-821X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78080 621.371.029.65 ru Радіофізика та електроніка Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радіофізика твердого тіла та плазми Радіофізика твердого тіла та плазми
spellingShingle	Радіофізика твердого тіла та плазми Радіофізика твердого тіла та плазми Хоменко, С.И. Хлопов, Г.И. Халамейда, Д.Д. Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли Радіофізика та електроніка
description	Приведены результаты разработки радиофизического комплекса на базе радиоинтерферометра СВЧ-диапазона для исследования рефракционных свойств тропосферы путем измерения угла прихода радиосигналов геостационарных искусственных спутников Земли. Рассмотрены схема построения, параметры комплекса и результаты исследований точности измерений. Показано, что достигнутые параметры позволяют обеспечить среднеквадратическое отклонение ошибки измерения угла прихода δθ =0,1', требуемое для получения градиента коэффициента преломления радиоволн в экспоненциальной модели тропосферы.
format	Article
author	Хоменко, С.И. Хлопов, Г.И. Халамейда, Д.Д.
author_facet	Хоменко, С.И. Хлопов, Г.И. Халамейда, Д.Д.
author_sort	Хоменко, С.И.
title	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли
title_short	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли
title_full	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли
title_fullStr	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли
title_full_unstemmed	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли
title_sort	измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников земли
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Радіофізика твердого тіла та плазми
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/78080
citation_txt	Измерительный интерферометрический комплекс для исследования рефракционных свойств тропосферы с помощью радиоизлучения геостационарных искусственных спутников Земли / С.И. Хоменко, Г.И. Хлопов, Д.Д. Халамейда // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 61-66. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Радіофізика та електроніка
work_keys_str_mv	AT homenkosi izmeritelʹnyjinterferometričeskijkompleksdlâissledovaniârefrakcionnyhsvojstvtroposferyspomoŝʹûradioizlučeniâgeostacionarnyhiskusstvennyhsputnikovzemli AT hlopovgi izmeritelʹnyjinterferometričeskijkompleksdlâissledovaniârefrakcionnyhsvojstvtroposferyspomoŝʹûradioizlučeniâgeostacionarnyhiskusstvennyhsputnikovzemli AT halamejdadd izmeritelʹnyjinterferometričeskijkompleksdlâissledovaniârefrakcionnyhsvojstvtroposferyspomoŝʹûradioizlučeniâgeostacionarnyhiskusstvennyhsputnikovzemli
first_indexed	2025-07-06T02:15:32Z
last_indexed	2025-07-06T02:15:32Z
_version_	1836862022467190784
fulltext	ППООШШИИРРЕЕННННЯЯ РРААДДІІООХХВВИИЛЛЬЬ,, РРААДДІІООЛЛООККААЦЦІІЯЯ ТТАА ДДИИССТТААННЦЦІІЙЙННЕЕ ЗЗООННДДУУВВААННННЯЯ _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028−821X Радіофізика та електроніка, 2011, том 2(16), № 3 © ІРЕ НАН України, 2011 УДК 621.371.029.65 С. И. Хоменко, Г. И. Хлопов, Д. Д. Халамейда ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕФРАКЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТРОПОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ ИСКУСТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: khalameyda@ire.kharkov.ua Приведены результаты разработки радиофизического комплекса на базе радиоинтерферометра СВЧ-диапазона для ис- следования рефракционных свойств тропосферы путем измерения угла прихода радиосигналов геостационарных искусственных спутников Земли. Рассмотрены схема построения, параметры комплекса и результаты исследований точности измерений. Показа- но, что достигнутые параметры позволяют обеспечить среднеквадратическое отклонение ошибки измерения угла прихода δθ = 0,1', требуемое для получения градиента коэффициента преломления радиоволн в экспоненциальной модели тропосферы. Ил. 11. Биб- лиогр.: 7 назв. Ключевые слова: рефракция, интерферометр, геостационарный спутник, градиент коэффициента преломления. Как известно [1], тропосфера оказывает значительное влияние на распространение радио- волн и работу радиосистем, что, в частности, свя- зано с рефракцией радиоволн. Поэтому измерение характеристик рефракции с помощью дистанцион- ного зондирования представляет значительный интерес. Целью данной работы является описание разработанного и изготовленного измерительного интерферометрического комплекса для измерения градиента коэффициента преломления тропосферы, выполненного на базе интерферометра, и оценка его точностных характеристик. 1. Трасса распространения. Высотный профиль коэффициента преломления тропосферы часто аппроксимируют экспоненциальной моде- лью [2–4] ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Δ Δ+= 0 0 exp1)( n hgnhn n , (1) где ng – градиент коэффициента преломления; h – высота; 100 −=Δ nn ; 0n – приземный коэффи- циент преломления (часто используется приве- денный показатель преломления 610)1( ⋅−= nN ). Рефракция радиоволн обеспечивает искривление траектории луча, в связи с чем угол прихода радиоволны отличается от его истинного угла. Это свойство лежит в основе предложенного ме- тода [2, 3], в котором градиент ng находят путем измерения угла прихода сигналов геостационарно- го искусственного спутника Земли (ГИСЗ) (рис. 1). Рис. 1. Рефракция лучей в тропосфере: А – антенна В этом случае [5] разность угла прихода aα и истинного угла места να источника излуче- ния (рис. 1) определяют как рефракционную ошибку va ααδ −= , которую можно вычислить, воспользовавшись выражением [5]: ( ) , sin1)()( 1 sin)1( 222 0 22 0 ∫ −− × ×−−= R a a a dr dn anrrnrn dr an α αδ (2) где a = 6 370 км – радиус Земли; R – высота верх- ней границы тропосферы. Подставляя выражение для экспоненциального высотного профиля ко- эффициента преломления (1) в соотношение (2), можно получить интегральное уравнение для расчета градиента коэффициента преломления, который определяет рефракционные свойства тропосферы: ___________________________________________ .sinexp1 exp1 exp sin 222 0 2 2 0 0 0 0 0 0 ∫ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎬ ⎫ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ Δ−⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Δ Δ+ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Δ Δ+ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Δ −= Δ R a a n n n n a dranr n rgn n rgn n rgg an α α δ (3) h1 h2 αa αν δ А ГИСЗ С. И. Хоменко и др. / Измерительный интерферометрический комплекс… _________________________________________________________________________________________________________________ 62 На рис. 2 приведен пример численного решения уравнения (3) для следующих парамет- ров тропосферы: R = 10 км, 4,4=vα °. Рис. 2. Зависимость градиента коэффициента преломления от рефракционной ошибки: 1 – N0 = 270 ед.; 2 – N0 = 290 ед.; 3 – N0 = 310 ед.; 4 – N0 = 330 ед.; 5 – N0 = 350 ед. Из анализа рис. 2 следует, что в диапазоне изменения градиента [ ] 81082 −⋅−÷−∈ng (м–1) [6] рефракционная ошибка меняется в пределах 31 ′÷′∈δ . Поэтому для обеспечения погрешности измерения градиента коэффициента преломле- ния 9103 −⋅≤gσ инструментальная точность из- мерения рефракционной ошибки должна быть не хуже 0,1' ÷ 0,3'. 2. Аппаратура и методика измерений. Для проведения экспериментальных исследова- ний рефракционных свойств тропосферы нами разработан радиофизический комплекс, позво- ляющий производить пеленгацию сигналов ГИСЗ на основе радиоинтерферометра в 8-см диапазоне радиоволн. Структурная схема комплекса показа- на на рис. 3, в которой сигналы антенн интер- ферометра поступают в боковые плечи балансного СВЧ-моста в виде двойного волноводного трой- ника 2Т, в одном из плеч которого установлен СВЧ-фазовращатель ФВ. К H-плечу тройника подключен конвертор, работающий в диапазоне частот 3,4 ÷ 4,2 ГГц, который состоит из мало- шумящего усилителя МШУ (шумовая температу- ра 15 К), смесителя СМ1, гетеродина Г1 и усили- теля 1-й промежуточной частоты УПЧ1 в диапа- зоне 950 ÷ 1 750 МГц. Выход УПЧ1 подключен к смесителю СМ2 (в качестве гетеродина Г2 ис- пользуется измерительный генератор Г4-78), за- тем к усилителю 2-й промежуточной частоты УПЧ2 в диапазоне (485 ± 15) МГц, выходной сиг- нал которого поступает на частотный детектор ЧД. ___________________________________________ Рис. 3. Структурная схема измерительного комплекса ___________________________________________ Механически перестраиваемый фазовра- щатель ФВ позволяет пеленговать сигналы ИСЗ путем внесения контролируемого фазового сдви- га в одном из плеч интерферометра. ФВ пере- страивается с помощью шагового двигателя, который управляется от персонального компью- тера ПК и обеспечивает изменение фазы на 250° перемещением положения нуля в диаграмме на- правленности (ДН) интерферометра по минимуму сигнала с выхода СВЧ-моста. В результате угол прихода aα сигнала ИСЗ вычисляется по мини- муму пеленгационной характеристики и рефе- УПТ Ф ССИ ФВ 2Т МШУ СМ1 УПЧ1 Г1 СМ2 Г2 УПЧ2 ЧД d D ПТ ДОГ АЦП Приемное устройство ПК δ, мин 13 12 11 10 –3 –3,5 –4 g⋅10–8 1 5 2 3 4 С. И. Хоменко и др. / Измерительный интерферометрический комплекс… _________________________________________________________________________________________________________________ 63 ренсному значению угла места 0α , от которого производится последующий отсчет измеренных значений угла прихода [7]: , 2 sin 0 1 α π ϕλα + Δ = − da (4) где λ – длина волны излучения ИСЗ; ϕΔ – вели- чина фазового сдвига, определяемого по шкале калиброванного фазовращателя; d – база интер- ферометра. Сигнал на выходе ЧД соответствует те- левизионному стандарту PAL/SECAM с ампли- тудной модуляцией, в котором используются строчные импульсы, так как их амплитуда прак- тически не зависит от передаваемого телевизион- ного изображения. Для их выделения служит се- лектор строчных импульсов ССИ, а для повыше- ния чувствительности приемного устройства ис- пользуется узкополосный фильтр Ф с полосой пропускания 2 Гц, который селектирует гармони- ку с частотой строчной развертки f0 = 15,625 кГц. После детектора огибающей ДОГ постоянная составляющая напряжения подается на усилитель постоянного тока УПТ и затем, посредством ана- логово-цифрового преобразователя АЦП, на ПК для дальнейшей обработки с целью вычисления положения минимума пеленгационной характе- ристики. Для контроля используется плоттер ПТ, который формирует изображение пеленгацион- ной характеристики в реальном масштабе време- ни и позволяет визуально контролировать работу комплекса. Как показано [3], чтобы обеспечить не- обходимую точность измерения угла прихода, отношение сигнал-шум на входе приемника должно быть не менее 30 дБ, в связи с чем в рабо- те проводилась оценка энергетических соотноше- ний на трассе ИСЗ-интерферометр для указанных выше параметров интерферометра и с помощью соотношений, приведенных в работе [1]. Пара- метры разработанной конструкции интерферо- метра обеспечивают отношение сигнал-шум не хуже 35 дБ, что соответствует необходимым тре- бованиям. Антенны интерферометра (рис. 4) уста- новлены на высоте 27 м, база интерферометра равна d = 3,56 м, а диаметр раскрыва каждой из антенн равна D1 = 1,5 м и D2 = 1,8 м. Рис. 4. Интерферометрический измерительный комплекс Так как в разработанной конструкции ко- аксиальные кабели между антеннами и приемным устройством имеют значительную длину ≈ 3 м и подвергаются воздействию внешних погодных условий, то для уменьшения влияния темпера- турного расширения на электрическую длину кабелей они в обоих плечах имеют равную длину и заключены в термоизоляционные кожухи. 3. Точность измерений аппаратуры. Для оценки влияния тепловых шумов и внешней температуры на точностные характеристики раз- работанного радиофизического комплекса прово- дились экспериментальные исследования с по- мощью стенда (рис. 5). Рис. 5. Структурная схема измерения параметров радиофизи- ческого комплекса Сигнал высокостабильного СВЧ-гене- ратора Г, мощность и частота которого соответст- вует сигналу ИСЗ на выходе антенн интер- ферометра, делится на два канала с помощью 3-дБ делителя мощности ДМ и подается на вход Т моста и фазовращателя ФВ, а затем на вход приемного устройства. Исследование влияния тепловых шумов на точность интерферометра проводилось в тече- ние 5 сут с интервалом 1 ч и, как показали ре- зультаты статистической обработки данных, среднеквадратическое отклонение (СКО) поло- жения минимума пеленгационной характеристи- ки соответствует СКО ошибки измерения угла прихода не более 0,05'. Для комплексной оценки точности разра- ботанного интерферометра, включая влияние внешней температуры на антенно-фидерный тракт и многолучевости, были проведены изме- рения точности пеленгации точечного источника излучения в виде рупорной антенны, располо- женного на расстоянии R = 160 м от интерферо- метра – рис. 6 (дальняя зона для используемых антенн Rд = 30 м), который запитывался от гене- ратора стандартных сигналов Г4-80, а уровень излучения составлял –37 дБ·Вт. Антенны интер- ДМ ПК ФВ Т Г Приемное устройство С. И. Хоменко и др. / Измерительный интерферометрический комплекс… _________________________________________________________________________________________________________________ 64 ферометра и дополнительного источника уста- новлены на высоте h ≥ 27 м, что исключает влия- ние подстилающей поверхности. Рис. 6. Схема исследования точности интерферометра Измерения проводились в летнее время (утром, днем и вечером) в течение 5 сут. с интер- валом в 30 мин, когда суточный перепад темпера- туры достигал 12 °C. Как оказалось, СКО ошибки измерения угла прихода составляет 0,1', что, как показано [2], соответствует СКО измерения гра- диента коэффициента преломления 9103 −⋅≤gσ . Для комплексной проверки работоспо- собности разработанного интерферометра про- ведены предварительные эксперименты по из- мерению градиента коэффициента преломления тропосферы с помощью сигналов геостационар- ного ИСЗ «AsiaSat 3S» (105,5° в. д.). В месте расположения интерферометра (BЗ = 36,1° в. д., АЗ = 50° с. ш.), угол места ИСЗ aα вычисляется с помощью выражения [4] ( )[ ] ( )( )[ ] ,4,4 coscoscossin 151,0coscos tg ГСЗЗЗ 1 ГСЗЗЗ 1 °= − −− × ×= − − BBA BBA aα (5) которое позволяет найти только средние значе- ния угла места ИСЗ. В то же время положение ИСЗ прецессирует во времени за счет влияния факторов, возмущающих его движение (Луна, Солнце и др.), в связи с чем для более точного вычисления положения ИСЗ использовались данные, периодически обновляемые на сайте http://celestrak.com с помощью программного обеспечения «Trakstar». Для определения начального положения минимума пеленгационной характеристики ин- терферометра – референсного значения угла при- хода 0α , а также для исключения влияния не- идентичности плеч интерферометра в работе проводилась его калибровка при стандартном профиле коэффициента преломления. В этом случае для расчета рефракционной ошибки δ с помощью выражения (2) использовались резуль- таты измерений профиля тропосферы, получен- ные с помощью шара-зонда, которые соответст- вуют экспоненциальному профилю (1), как по- казано на рис. 7. Рис. 7. Стандартный высотный профиль коэффициента пре- ломления (N0 ≈ 350 ед., gn ≈ –3,93·10–8) Референсное значение угла прихода можно рассчитать, воспользовавшись выраже- нием . 2 sin 1 0 d v π ϕλδαα Δ −−= − (6) Аппаратура разработана таким образом, чтобы температурное расширение антенно- фидерного тракта минимально влияли на точ- ность ее измерений. Но для получения макси- мальной точности необходимо периодически по- вторять процедуру калибровки описанным выше способом для уточнения величины 0α . Для оценки возможностей разработанной аппаратуры проведена серия измерений градиен- та рефракции тропосферы. Примеры пеленга- ционных кривых приведены на рис. 8: условия спокойной тропосферы рис. 8, а, а изменчивые погодные условия – рис. 8, б. Пеленгационные кривые измерялись с интервалом 2 ч в дневное время суток. Положе- ние минимума, измеренного в спокойную погоду (рис. 8, а) практически не изменяется, в то время как для изменчивых погодных условий положе- ние минимума меняется довольно значительно (рис. 8, б). Угол прихода определяется по миниму- му пеленгационной характеристики методом равносигнальных зон, когда положение мини- мума сигнала находится как среднее арифмети- ческое углов, соответствующих симметричным точкам на обоих скатах пеленгационной харак- теристики для одного уровня сигнала. Для уменьшения погрешности, обусловленной иска- жениями формы пеленгационной характеристи- ки, среднее арифметическое значение угла при- хода находилось для трех нормированных уров- ней сигнала 0,06 0,04; 0,02; max = U U . α 0 2 4 6 8 h, км N, ед. 300 200 100 С. И. Хоменко и др. / Измерительный интерферометрический комплекс… _________________________________________________________________________________________________________________ 65 а) б) Рис. 8. Записи сигнала на выходе радиоинтерферометра: а) – спокойная тропосфера; б) – изменчивые погодные условия На рис. 9 приведены результаты сравне- ния угла места ИСЗ, рассчитанного с помощью программного обеспечения «Trackstar» (сплош- ная кривая) с измеренным углом прихода (квад- раты), в течение 4 сут, который в среднем соот- ветствует рефракционной ошибке около 0,2°. Как видно, данные интерферометрических измерений хорошо коррелируют со значениями угла места ИСЗ, который меняется в соответствии с прецес- сией спутника на орбите. Рис. 9. Измерения угла места ИСЗ (сплошная кривая – угол места спутника, квадраты – измерения угла прихода) Для вычисления градиента коэффициента преломления ng численно решено интегральное уравнение (3), а полученные результаты со- поставлены с данными контактных измерений. Использовались результаты измерений профиля коэффициента преломления, полученные в Харь- ковском аэропорте с помощью шара-зонда, за- пуск которого проводился на 14 км южнее места нахождения интерферометрического комплекса. Для вычисления градиента коэффициента преломления ng измеренные профили аппрокси- мировались экспоненциальной кривой (1) по мето- ду наименьших квадратов. Полученные данные условно разбиты на две категории, первая катего- рия хорошо описывается экспоненциальной моде- лью (рис. 10, а). Такого рода данные наблюдаются, как правило, в спокойную, безветренную погоду и характеризуются малой величиной ошибки ап- проксимации ( <аппδ 2 N-ед.). Вторая категория наблюдается преимущественно в ветреную и из- менчивую погоду и связана с большой ошибкой аппроксимации ( >аппδ 2 N-ед.) – (рис. 10, б). а) б) Рис. 10. Высотные профили коэффициента преломления (сплошные кривые) и их экспоненциальные аппроксимации (пунктирные кривые), измеренные помощью шара-зонда Рассчитанные с помощью аппроксимиро- ванных данных (рис. 10) значения градиента ко- эффициента преломления для разного времени суток приведены на рис. 11 (кружки), где также показаны результаты измерений с помощью раз- работанного комплекса (крестики). Как видно из рисунка, большинство измеренных данных удов- летворительно совпадает с результатами расче- тов, использующих контактные измерения для модели экспоненциального профиля (рис. 10, а). В ряде случаев (рис. 11, измерения на 10, 12 и 17-е сутки) наблюдается значительное рас- хождение результатов, которые характерны для второй категории профилей показателя прелом- ления (рис. 10, б). Это значит, что возможности αν ,° αa , ° N, ед. 290 270 250 0 400 800 1200 h, м maxд д U U 0,08 0,06 0,04 0,02 0 4,3 4,5 4,7 4,9 αa 4,3 4,5 4,7 4,9 αa maxд д U U 0,08 0,06 0,04 0,02 0 N, ед. 300 270 240 0 400 800 1200 h, м С. И. Хоменко и др. / Измерительный интерферометрический комплекс… _________________________________________________________________________________________________________________ 66 описанного метода измерения градиента коэффи- циента преломления с помощью радиоинтерферо- метра существенно ограничены для условий рас- пространения радиоволн в тропосфере, когда профиль коэффициента преломления не соответ- ствует экспоненциальной модели (1). Рис. 11. Сопоставление градиентов коэффициента преломления, полученных контактным методом (кружки) и по результатам измерений интерферометрического комплекса (крестики) Однако приведенные данные экспери- ментального исследования радиофизического комплекса хорошо соотносятся с данными кон- тактных измерений, что в целом подтверждает работоспособность приведенного интерферомет- рического метода измерения градиента коэффи- циента преломления [2, 3] в соответствии с экс- поненциальной моделью высотного профиля. Выводы. Таким образом, проведена оценка аппаратурной точности измерения разра- ботанного измерительного комплекса и показано, что СКО измерения угла прихода сигнала точеч- ного излучателя составляет – 0,05' за счет влия- ния собственных шумов приемника. Общая аппаратурная погрешность с уче- том температурного расширения антенно-фидер- ного тракта и многолучевости не превышает 0,1'. Параметры разработанного радиофизиче- ского комплекса позволяют обеспечить СКО ошибки измерений градиента коэффициента пре- ломления не более 9103 −⋅≤gσ . Сопоставление полученных результатов измерений градиента коэффициента преломле- ния с контактными измерениями показали удов- летворительное соответствие. В случае, когда высотный профиль коэффициента преломления тропосферы сильно отличается от экспоненци- ального, данный метод дает значительные по- грешности измерения градиента коэффициента преломления, что накладывает ограничения в применении этого метода. 1. Спутниковая связь и вещание: справочник / под ред. Л. Я. Кантора. – М.: Радио и связь, 1988. – 345 с. 2. Халамейда Д. Д. Некоторые результаты оценки рефракци- онных свойств тропосферы с использованием радиоизлу- чения геостационарных спутников / Д. Д. Халамейда, С. И. Хоменко // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2006. – 11, № 1. – С. 61–64. 3. Халамейда Д. Д. Инструментальные ошибки интерферо- метрического метода исследования рефракции в тропо- сфере на трассе ГИСЗ – Земля / Д. Д. Халамейда // Радио- физика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2008. – 13, № 3. – С. 503–511. 4. Bean B. R. Models of the atmospheric radio refractive index / B. R. Bean, G. D. Thayer // Proc. of the IRE. – 1959. – 47, N 5. – Р. 740–755. 5. Колосов М. А. Рефракция электромагнитных волн в атмо- сферах Земли, Венеры и Марса / М. А. Колосов, А. В. Ша- бельников. – М.: Сов. радио, 1976. – 220 с. 6. Белавин О. В. Основы радиопеленгации / О. В. Белавин. – М.: Сов. радио, 1977. – 320 с. 7. Моргун Г. М. Измерение характеристик морского волне- ния на макете декаметровой РЛС поверхностной волны. / Г. М. Моргун, И. И. Пикулик // Радиофизические иссле- дования мирового океана: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 1992. – С. 20–28. S. I. Khomenko, G. I. Khlopov, D. D. Khalameyda MEASURING APPARATUS ON BASIS OF INTERFEROMETER FOR RESEARCH OF REFRACTION OF TROPOSPHERE USING GEOSTATIONARY SATELLITE RADIATION Results of development of the apparatus on the basis of interferometer for research of refraction of troposphere by means of measurements of arrival angle of geostationary satellite radia- tion are presented. Block diagram, parameters and accuracy study- ing results of the apparatus are described. Achieved parameters of the apparatus provide arrival angle measurement accuracy which is required to get a gradient of refraction index of exponential model of the troposphere. Key words: refraction, interferometer, geostationary satellite, gradient of refraction index. С. І. Хоменко, Г. І. Хлопов, Д. Д. Халамейда ВИМІРЮВАЛЬНИЙ ІНТЕРФЕРОМЕТРИЧНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ РЕФРАКЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТРОПОСФЕРИ ЗА ДОПОМОГОЮ РАДІОВИПРОМІНЮВАННЯ ГЕОСТАЦІОНАРНИХ ШТУЧНИХ СУПУТНИКІВ ЗЕМЛІ Наведено результати розробки радіофізичного ком- плексу на базі радіоінтерферометра НВЧ-діапазону для дослід- ження рефракційних властивостей тропосфери шляхом виміру кута приходу радіосигналів геостаціонарних штучних супут- ників Землі. Розглянуто схему побудови, параметри комплек- су й результати досліджень точності вимірів. Показано, що досягнуті параметри дозволяють забезпечити середньоквадра- тичне відхилення помилки виміру кута приходу δθ = 0,1', потрібне для одержання градієнта коефіцієнта заломлення радіохвиль у експоненціальній моделі тропосфери. Ключові слова: рефракція, інтерферометр, геоста- ціонарний супутник, градієнт коефіцієнта заломлення. Рукопись поступила 26.05.11 г. gn⋅10–8 –2 –3 –4 –5 –6 1 5 9 13 Сутки

Репозитарії

Схожі ресурси