Влияние скорости метеора на мощность эхо-сигнала Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА Том 105 1960 г.

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ МЕТЕОРА НА МОЩНОСТЬ ЭХО-СИГНАЛА

Е. И. ФИАЛКО

(Представлено научным семинаром радиотехнического факультета) Предварительные замечания

Известно, что мощность сигнала, отраженного от неустойчивого метеорного следа, на входе приемника в пропорциональна квадрату линейной плотности электронов д

а-.

(о

Рассмотрим, как зависит мощность эхо-сигнала, пришедшего из области характеристической высоты кт> от скорости метеорного тела.

По мнению Кайзера [I], максимальная линейная плотность электронов ашах может зависеть от скорости метеора вследствие того, что от V зависит вероятность ионизации р. Обычно полагают

Р = а-Vх, (2)

где а и х не зависят от V.

Сопоставляя (1) и (2), можно было бы прийти к выводу о том, что при увеличении скорости мощность отраженного сигнала увеличивается пропорционально г'2Х

£ - V™. (3)

Однако это наверно. В действительности зависимость е от ^ менее сильная. Прежде всего следует учесть, что при увеличении скорости увеличиваются кт и высота однородной атмосферы//, причем [Л]

ата\----¿г- Г, (4)

п

и, как можно показать, используя зависимости //,я(г>) и Н(Ьт) [1],

И Ь. (5)

где у ^ 0,54. Следовательно,

1) Размерности коэффициентов пропорциональности опускаем. 260

Кроме того, изменение Ит влечет за собой изменение наклонной дальности (при данном зенитном расстоянии радианта х и ПРИ облучении области а~атах в условиях нормального отражения радиоволн от метеорного следа). Вследствие этого увеличение скорости приводит к увеличению наклонной дальности и, следовательно, к уменьшению е.

Существенное значение имеет также уменьшение амплитуды эхо-сигнала вследствие того, что время пролета метеором первой зоны Френеля ¡1] конечно. С увеличением скорости уменьшается время, необходимое для образования первой зоны Френеля, несмотря на некоторое увеличение наклонной дальности.

Казалось бы, что вследствие этого эффект уменьшения амплитуды эхо-сигнала, вызываемый диффузией, будет менее резким, чем в случае меньшей скорости V. Однако коэффициент диффузии весьма быстро возрастает с увеличением к и хотя время, в течение которого метеор образует ионизированный еле а в области первой зоны Френеля, уменьшается, увеличение коэффициента диффузии (вследствие увеличения 1гт) может привести к уменьшению е (за счет эффекта конечной скорости метеора).

Возникает, естественно, вопрос, как и насколько изменится мощность эхо-сигнала при изменении скорости метеора

Исходные соотношения

Не приводя полного выражения для мощности эхо-сигнала, учтем лишь те величины, которые зависят от V [1]

а2

е---(7)

Формула (7) справедлива для случая а < 2,4 ' 1012 эл/см, причем начальный радиус ионизированного следа мал по сравнению с длиной волны.

Коэффициент ; учитывает уменьшение амплитуды отраженного сигнала вследствие того, что за время образования ионизированного следа в области первой зоны Френеля успевает произойти существенное расширение следа вследствие диффузии. Я — наклонная дальность от локатора до участка следа, нормально рассеивающего радиоволны.

Если участок следа, отражающий радиоволны, расположен на высоте то

Используя [1], (4), (2) и (5), представим а в виде

а - В . • Vx-У , (8)

и \ т

где В — — • —.cos/; т — масса метеора; — масса атома метеор-

9 {а

h

#ного тела. Наклонная дальность —— . Аппроксимируя графиче-

sin х

скую зависимость hm{v) [1], представим ее в виде

Торможение метеорного тела не учитывается.

bm = d.v*9 (9>

где d ^ 55; г ^ 0,15.

Таким образом, R~ (10)

sin x

Для раскрытия зависимости коэффициента £ от v воспользуемся известными данными [1].

Коэффициент ? (v)

В работе [ 1 ] приведена графическая зависимость максимальной' амплитуды эхо-сигнала в функции

1 3

Г Т (11)

Л = 16K2.D.R (ъЛ

где D — коэффициент диффузии; к — длина волны.

Обозначим коэффициент, характеризующий уменьшение амплитуды через Ej. Тогда коэффициент, характеризующий уменьшение мощности, с будет равен

s = s?. (12)

Аппроксимируя ^(Д) и учитывая (12), получим

= (13)-

где а1 ж 0,4, х{ ^ 0,75.

Зависимость коэффициента диффузии от высоты была определена экспериментально [2]. Аппроксимация зависимости D(h) дает

D = а2. А", (14)

где а., ж 6,3 . Ю-27; х2« 15,7.

Подставив в формулу (14) выражение для h в форме (9), получим

D = а3. Vх*, (15)'

где az izz 12,6, ^ 2,36.

С учетом (15), (10) и (9) выражение (И) после простых преобразований примет вид

Л - aAvxu (16)

где хА ^ 1,4; а4 ^- — (sin/)

Подставив (16,) в (13), найдем

; - а,. vx\ (17)

где х3ж1,07; а, ^2,7. 10"4.).1-14 . (sin-/)0-38.

262

Заметим, что -, т. е. с увеличением скорости эффект

V

диффузии ослабляет эхо-сигнал.

Подставляя в (7) найденные выражения для /?(г>) и ¡-(и),

т. е. (8), (10) и (17), получим

е ~ а0. Vй, (18)

где п = 2(х— 1,3), а0 — коэффициент, не зависящий от V.

Для выяснения количественной зависимости в(?>) необходимо знать численное значение показателя х.

В настоящее время еще нет надежных данных о величине х [3]. Однако, как можно заключить из теоретических работ [4 и др.], величина показателя х близка к 1.

Таким образом, как следует из (18), увеличение скорости метеора приводит к изменению мощности эхо-сигнала, соответствующего области Ит, однако это изменение не столь велико, как это следовало бы из (3).

Дальнейшее рассмотрение е(и) связано с необходимостью исследования вероятности ионизации в функции скорости метеорного тела а также с учетом начального радиуса метеорного следа.

Некоторые замечания

В ряде случаев представляет интерес определение величины мощности сигнала спустя некоторое время (Т) после образования следа е(7). Это имеет место, например, при измерениях, для осуществления которых требуется время 7,ш;п (и, следовательно, сигнал должен превышать некоторый уровень в течение этого времени).

Полученные выше результаты справедливы для случая высокооперативных систем (Т^р весьма мало) [5].

В случае же низкооперативных систем (Т'тш относительно велико) с увеличением скорости мощность сигнала ^(Тт-1П) уменьшается. Это становится ясным, если учесть [6], что

4г.

■ ( ^miп)

(о + 4DT . ) ' н 1 min'

R15

(19)

где prt— начальный радиус метеорного следа.

Подробное рассмотрение (19) не входит в задачу данной работы.

Выводы

1. Скорость метеора существенно влияет на мощность эхо-сигна-ла. В случае приема сигналов, нормально отраженных от области следа с линейной плотностью электронов, близкой к максимальной, мощность эхо-сигнала s~i>2'-r~1'3-> ; показатель х определяет зависимость вероятности ионизации от скорости метеорного тела —

2. Определение количественной зависимости в от v связано с уточнением величины показателя х.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kaiser T. R., Radio echo studies of meteor ionization, Phil. Mag., v. 2, No. 8,. 495, 1953.

2. G r e e n h о w J. S., Neufeld E. L, The diffusion of ionized meteor trails in he upper atmosphere, Journ. Atm. Terr. Phys., 6, № 2-3, 133, 1955.

3. Hawkins J. S.t Meteor ionization and its dependence on velocity, Astr. J . v. 124, No. 1. 311, 1956.

4. Si da D. W., Atomic collisions in meteor trails, „Meteors", Ed. by T. R. Kaiser, 26, 1955.

5. Фи ал ко E. И., О влиянии длины волны на эффективность радиолокационного метода исследования метеоров, Труды Сибирского физико-технического института, вып. 37, 219, 1959.

6. Green how J. S. Characteristics of radio echoes from meteor trails, Proc. Phys. Soc., В., v. 65, 1952.