Характеристики радиошумов в околоземном пространстве в диапазоне частот от 0,1 до 50 МГц

Страница 1

ГОСТ Р 25645.163-96 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОШУМОВ В ОКОЛОЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ ОТ 0,1 ДО 50 МГц
Издание официальное
ГОССТАНДАРТ РОССИИ

Страница 2

ГОСТР 15645.163-96
© ИПК Издательство стандартов. 1996
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России
II
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Институтом радиотехники и электроники Российской Академии наук и Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстанларт) Госстандарта России
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 28 феврали 1996 г. № 124
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Страница 3

ГОСТ Р 15Ы5.163-»
Содержание
1 Область применения................................ 1
2 Определения...................................... 1
3 Обозначения и сокращения........................... 2
4 Основные положения............................... 2
5 Угловая и частотная зависимость космического шума....... 3
6 Поляризация и пространственно-частотные области существования радиошумов в магнитосфере.............. 7
7 Частотные, пространственные и поляризационные характеристики спорадических радиоизлучений................. 10
н,

Страница 4

ГОСТР 25645.163-96 ГОСУДАРСТВЕННЫ0 СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОШУМОВ В ОКОЛОЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ ОТ 0,1 ДО 50 МГц
Слагаоспикз оГ <ао10поНс* ш 1Ьс сап К тэЕпсЮзрлсгс а1 1'гсдисгку ш(ег>л1 0.1—50 МНг
Вдп васаенкя 1996—(17—01
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает радиофизические параметры, описывающие пространственно-частотные характеристики ралиошу-мов в околоземном пространстве в диапазоне частот от О, I до 50 М Ги Стандарт предназначен для расчета ралиосистем и радиоустройств, осуществи я юших связь, научные и специальные измерения в околоземном пространстве на высотах более 1000 км.
2 ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем стандарте применяются следующие термины и определения:
1 Обыкновенная волна, необыкновенная волна, 7-мола, низкочастотные волны ("свистящие атмосферики") — четыре независимые характеристические волны, распространяющиеся в холодной однородной плазме с постоянным магнитным полем без изменения поляризации и отличающиеся поляризацией и пространствен но-частотными областями существования в магнитосфере
2 Спектральная яркость космическою фона — мощность излучения космического фона, приходящего из единичного телесного угла в единичной полосе частот на единицу площади, ориентированной перпендикулярно направлению прихода излучения
3 Эффективная температура антенны — температура сопротивления излучения антенны
И VI» ПИ Г офиЦНЧЛЫТОС

Страница 5

ГОСТ Р 15645.163-9*
4 Эффективная шумовая температура — температура черного тела, яркость которого равна наблюдаемой
5 Аврорхчьный (полярный) овал — область с наибольшей частотой появления полярных сияний; локализация аврордльного овала зависит от местного времени: н ночные часы он попадает на геомагнитные широты Ф — 60° — 70*. в дневные часы Ф " 70" — 80"
6 Геомагнитный индекс АЕ (показатель магнитосферной актив-носш) оценивают по вариациям горизонтальной составляющей магнитного поля в полярных широтах и измеряют в гаммах
3 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
/— частота излучения, Гц; А. — длина волны, м;
Тл — эффективная температура антенны. К;
В — спектральная яркость космического фона, Вт/м • Ги • ср;
5— спектральная плотность потока мощности. Вт/м • Гц;
у — показатель степени, характеризующий убывание спектральной
плотности космического фона как функции частоты;
Я — высота над поверхностью Земли, км;
Кь — средний радиус Земли, км;
Ф — геомагнитная широта, град;
1Т~ местное солнечное время, ч;
Р-сяой — область, соответствующая максимуму электронной концентрации в ионосфере;
N — средняя электронная концентрация околоземной плазмы, см' ; /_ — плазменная частота, Гц; /и — гирочастота электронов. Гц;
/т — частота верхнего гибридного резонанса. Гц; д— критическая частота необыкновенной волны. Гц; АКР — авроральное километровое радиоизлучение Земли.
4 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
4.1 Плотность околоземной плазмы и напряженность геомагнитного поля определяют условия прохождения космических (внешних) радиошумов и пространственно-частотные области существования собственных излучений магнитосферы.
4.2 Минимальный уровень радиошумов в околоземном пространстве над магнитосферой Земли определяется фоновым космическим радиоизлучением и радиоизлучением компактных источников.

Страница 6

ГОСТ Р 25645.163-96
4.3 Уровень авроралыюго километрового радиоизлучения в магнитосфере и вне магнитосферы Земли определяется геомагнитными координатами (широтой и долготой) и индексом геомагнитной активности АЕ.
4.4 Формирование модели осуществляется построением частотных, временных и пространственных зависимостей радиошумов с помощью графиков и таблиц.
5 УГЛОВАЯ И ЧАСТОТНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КОСМИЧЕСКОГО ШУМА
5.1 Частотная и угловая зависимости яркости радиоизлучения космического фона даны на рисунке 1 |1| Максимум яркости космического фона находится в интервале от 2 до 3 МГц.
100 Г.МГЦ
I - миуннме н«кк» Г «линии |КЛ1>. 2— пиг*ги»< ..-и.,. :.■.■> ши1 (КАЕ1. — няучпеч ит"1И"т|"
Гччти- (яа(|'. * - рМпыяпямоя ■чек"" (таП^ММиЯ "ким —ОТ». 5—Ммошам
ни™-" <иК1Трианы4 ннп«М V - —0.*Г. 6 — обит «мучгипг <Гдш-лаал * «чш»|-«ч« шлепала!
Рисунок 1 — Композиционный спектр фонового и имении. Зависимость энергетической спектрапыюО яркости от частоты по данным наземных и спутниковым имкрений
1

Страница 7

ГОСТ Р 25645 163—9*
5.2 Стандартная зависимость эффективной температуры изотропной антенны 7Д. помешенной в космическое пространство вне магнитосферы, от частоты приведена на рисунке 2 |2| Уменьшение гем1крагуры фона на частотах ниже 2 МГц вызвано тормозным поглощением радиоволн в межзвездном пространстве, а также ослаблением синхротронного радиоизлучений а холодной плазме (эффект Цитовича — Разина).
10' —1-1 1 III» "1-г-1— -1-1 1 Т ■ 1 т|
«7* : /'*" 1 1 / *
10 6
10* - \
№<• -1-1-1 11—1) ЛЛ- ■ >.....1
О' 02 0.5 I 2 5 /0 20 {МГц
Рисунок 2 — Зависимость эффективной температуры антенны, принимающей космические шумы, от частоты
5.3 Дополнительные данные о частотной зависимости космического радиошума в диапазоне ниже /„ и Л. я одной поляризационной компоненте представлены в таблице 1. По значениям эффективных шумовых температур, приведенным в таблице I, рассчитывают значение яркости космического фона В, (Вт/м2 Гц ■ ср):
В~2кТл/к2, (I)
где ГЛ — эффективная температура антенны, К; X — длина волны, м,
*— постоянная Больцмана, 1.38 ■ Ю*21 Дж/К. Спектральную плотность потока мощности космического фона 5. (Вт/мг • Гн), принимаемую малонаправленной антенной с угловой апертурой 4- при одной из двух ортогональных поляризаций, определяют по формуле л

Страница 8

ГОСТ Р 256*5.163-96
Таблица I— Уровень космического шума
Частота. /. МГи Ш >ыоы» Т. 10* К Плонккг* си>! о*» МОЩНОСТИ "ПЛ»->« ппирнипиошюй Эаякыгсп'ный шу-ф)ГТ«>р С1ПСН1Ш 1М отношению к Г - 183 К. ■Е
0.2 0.18 39
0.4 14 4,1 47
0.6 21 15 49
0.8 21 26 49
1.0 19 37 48
2.0 9 69 45
3.0 5.0 86 42
5,0 1.8 86 38
10,0 0.42 80 31
5.4 В таблице 2 представлены данные о частотной и угловой зависимости мощности космического радиошума, принимаемого изотропной антенной, расположенной в магнитосфере для частот 5. 10, 25 МГц, где /л — эквивалентный шум-фактор антенны но отношению к температуре 7р = 288 К, параметры о„ и а, — верхнее и
нижнее ста1щартные отклонения от среднего значения, СС/АС — отношение радиояркостей в направлении на галактический центр и в обратном направлении в децибелах.
Таблица 2- Интенсивность космического шума ия частотах 5. 10. 25 МГц
Хэра кгг ристнки космического Параметры тччеии*
5 МГц 10 МГи 15 МГц
/а. аБ/КТ. 21.7 31.6 20,8
с дБ 1.1 1.0 1.2
0|. дБ 1.4 1.3 1.6
СС/АС. ВЪ и 2,2 3,3

5 - 4л АТдЛ2, (2)
В таблице I дополнительно приведены минимальные плотности потока мощности космического радиошума в одной поляризационной компоненте и эквивалентный шум-фактор изотропной антенны, помешенной в околоземном пространстве, в зависимости от частоты.

Страница 9

ГОСТ Р 25645.163-96
5.5 Данные о точности значений яркости космического ралиофо-на на частотах ниже 10 МГц приведены на рисунке 3. Вертикальные отрезки показывают интервал изменений указанных значений. Точность значений яркости космического радиофона падает при уменьшении частоты и составляет * 50 % при/- 130 кГц.

I - «^адоодмы /юркинеети ихчда-иы
Рисунок 3 — Точностные характеристики намерении средней яркости космического фона в низкочастотном диапазоне

Страница 10

ГОСТ Р 25645.163-96
Таблиц* 3 — Даиммс о точности шачгкмй враостм аосмтескмо ралнофона
в йсжочвсппноч №> II" '..иг
Чктота. /кГц Вт ■ ■** Гц"' ср-1 Откоси-тсаииа тшкма. * Частот». /«Гц Яркость В?м>-IV'' ср_| Относительная ошнбкд. %
130 1.5 146 815 4?9 10
155 1.9 25 870 486 10
185 2.7 23 950 504 11
210 3.7 25 10» 585 11
250 7.3 1100 672 II
292 17.0 26 1270 754 и
375 52.0 21 1450 825 11
425 84.9 14 1630 915 II
475 140.0 14 1850 972 II
600 220 13 2200 ИЗО 12
737 165 II 2600 1170 12
По данным таблицы 3 максимальная точность значений яркости космического радиофона составляет *10 %.
6 ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫЕ ОБЛАСТИ О'ЩЕСТВОВАТГИЯ РАЛНОШУМОК В МАГНИТОСФЕРЕ
61 Частотные границы существования радиошумов и околоземном пространстве в зависимости от поляризации:
1 — обыкновенная волна, характеризуемая левой круговой поляризацией, существует на частотах вышс/п;
2 — необыкновенная волна (правая круговая поляризация) существует на частотах выше/, = (/н/* +/1){/г */н/2>
3 — низкочастотные волны, распространяющиеся приблизительно вдоль силовых линий магнитного поля ("свистящие атмосфери-ки"), существуют на частотах/, меньших минимальной из двух частот
4 — низкочастотные 2-волны (2-мола) существуют в диапазоне частот от/т1П . Ун /4 + /&П -/„/2 до/,™ - (/„
6.2 Частотный диапазон и пространственные области существования в магнитосфере указанных типов волн определяют с помощью рисунка 4. Здесь штриховкой показаны частот1ю-пространственные области существования соответствующих типов волн. Кривые /„.Л, описывают зависимость от высоты плазменной частоты/„ и гирочас-тоты элсктронои/,; в полярной магнитосфере Земли для стандартных условий. Кривая^, имеет характерный максимум, соответствующий
7

Страница 11

ГОСТ Р 2^*5.163-96
Р-слою ионосферы. Кривая/х соответствует :1ависимости от высоты нижней границы существования волны 2-го типа. Кривая./; соответствует зависимости от высоты частоты верхнего гибридного резонанса/, _ (/^, + /*),/г. Криваяхарактеризует зависимость от высоты нижней частоты распространения радиоволн 4-го типа /7 =
Рисунок 4 — Пространственно-частотные области существования четыре* типов рдяиошуноа в магнитосфере
На рисунке 4 даны пространстве и но-частотные границы области существования внешних и собственных шумов магнитосферы. Ра-ЛШМ1" ни.! 1 и 2-го типов, излучаемые внешними источниками шума, могут приниматься на поверхности Земли на частотах аыше/п и /я. Волны 3 и 4-го типов возбуждаются и распространяются внутри магнитосферы, причем поверхности Земли могут я ости гать радиоволны 3-го типа.
6.3 Количественные оценки границ указанной области в стандартных условиях определяют с помощью графиков, приведенных на а

Страница 12

ГОСТ Р 25645 163-%
рисунке 5, из следующих зависимостей от высоты параметров ионосферы и магнитосферы:
— гирочастота электронов,/н ■ е Во/2 п т. кривая /;
— плазменная частота,/п я {N1/4 я^п. т)№, кривая 2,
— критическая частота 2-моды^ = Ц/п/1^ +,ЛЙ'Д— А|/2, кривая 3;
— верхняя гибридная резонансная частота. /г ■ (/"„+/Й)1'2- КРИ" вая 4;
— критическая частота, соответствующая необыкновенной волне
Л " 1СЙ/4) + /„1"2 +/н/2. кривая 5.
где е — заряд электрона, В0 — индукция магнитного поля, т — масса электрона, /Уе — электронная концентрация, е0 — диэлектрическая
проницаемость вакуума.
Ю 5
2
ё ад
* аг
0.05
0.02 0.01
№ ТОО 500 Н№ 5№ ЮООО №000 Высота.ям
Рисунок 5 — Стандартная зависимое гъ от высоты в полярной ■■ .I .и-.'. |-1 тро частоты электронов ум.
пли тис мной частоты .А,, критической частоты 2-ъални/г, частоты перкнгго гибридного рстиамсаД. критической частоты необыкновенной волны /,
9

Страница 13

ГОСГР 25645 163-9*
7 ЧАСТОТНЫЕ, ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И МОЛЯРШЛПИОННЫК. ХАРАКТЕРИСТИКИ СПОРАДИЧЕСКИХ РАДИОИЗЛУЧЕНИИ
7.1 На рисунке 6 показаны данные об относительном значении различных спорадических источников излучения в диапазоне частот от 0.03 до 2 МГц на расстоянии 25 земных радиусов от центра Земли. Но вертикальной оси на рисунке 6 отложен десятичный логарифм плошосги потока радиоизлучения И', определенной в единицах ВгДг - Гц. Точки на рисунке 6 показывают пиковые значения мощности километрового радиоизлучения Земли, кривая / описывает максимальные значения солнечных радиошумов (типа III), кривая 2 соответствует типичной частотной зависимости максимальных значений ночного километрового излучения Земли, кривая 3 описывает аналогичную зависимость для дневного времени, кривая 4 определяет частотную зависимость шумов
Солнца типа III во время обычной шумовой бури, кривая 5 лает частотную характеристику спорадического излучения Юпитера, заипридованная область 6 характеризует спектр интенсивности тепловых шумов плазмы солнечного ветра, кривая /соответствует излучению космического фона.
Галактический шумовой фон и тепловые шумы плазмы соответствуют минимальному уровню шумов, который может наблюдаться в рассматриваемом диапазоне частот в магнитосфере в период минимума солнечной активности и при спокойной геомагнитной обстановке в околоземном пространстве. В остальное время спорадическое излучение Солнца и Земли может превосходить указанный уровень на несколько десятков децибел. Преобладающее значение на частотах свыше 100 кГц имеет АКР.
Большинство источников АКР, расположенных на дневной стороне Земли на расстояниях Я > 5 Д^, нахо-
Р™Уп^^Гии^н1/ЭТ^" ДИ™* на магнитных широтах вблизи ти потоп мощности IОнм Ги) ,, ' ,
ручных источников имущий* полярного каспа [3]. На ночной стона расстоянии 25 д роке Земли источники АКР рзсполо-
10

Страница 14

ГОСТ Р 25445.163—96
жены при значениях геомагнитной широты в диапазоне 70—80".
7.2 На рисунке 7 а приведено распределение медианных значений спектральной плотности потока мощности источников АКР на расстоянии 60 в зависимости ОТ расстояния этих источников до Земли и местного времени на частоте 292 кГц. Три прямые линии показывают разные зависимости от прицельного параметра, за единицу измерения которого принят радиус Земли Ле (й~2. Я-3, Я~4).
На рисунках 7 6, в. г приведена зависимость интенсивности источников АКР от высоты над поверхностью Земли для трех энергетических диапазонов. Интенсивные источники излучения концентрируются вблизи Земли на расстояниях 1,8 — 3,2 Д..
7.3 На рисунке 8 представлена вероятность появления АКР (%) н зависимости от местного времени. АКР наибольшей интенсивности наблюдается в 21ш — 2400 часов по местному времени на геоцентрических расстояниях 1.3 — 3,3 Я,, на частотах 50 — 700 кГц с максимумом вблизи 250 кГц и мощностью в источнике от 10' до 10' Вт.
7.4 На рисунке 9 приведены медианные значения спектральной плотности потока мощности АКР. отнесенные к расстоянию от Земли 25 Нс в разные периоды времени и дли различных значений индекса АЕ. Кривые 1 — Зм рисунке 9 соответствуют интервалам АЕ< 75 у . 75у < АЕ < 200 у . АЕ > 200 у.
7.5 На рисунке 10 приведено в относительных единицах распределение вероятности значений плотности потока мощности АКР на частоте 250 кГц при АЕ < 75 у (06°° - 09°° ч местного времени) и АЕ > 200 у (21°° — 24°° ч местного времени). Для получения вероятности в процентах необходимо умножить значение вероятности в относительных единицах, найденное для данной точки графика, на значение потока (по оси абсцисс).
Распределение вероятности значений плотности потока мощности АКР при АЕ > 200 у (нижняя кривая на рисунке 10) описывается зависимостью: Р * 10""* ,У~0,7, где Р — вероятность. 5— мощность. При АЕ< 75 у (верхняя кривая на рисунке 10) />*

Страница 15

ГОСТ Р 25645.163-96

Страница 16

ГОСТ Р 15645 1ь)-9б

Кос ни» ром
к —I-II I
2124ч
09-Г2Ч

Частота, кГц

06-094

03-06V

тая шло
Рисунок 9 — Зависимость мслианньп и. ч -м «Я плотности потока спорадическою родной 1Лучения Земли • диапазоне 100 - 800 кГц от индекса магнитной цошушемностн АЕ и местного времени в подспутниковой точке Плотность логоса приведена для расстоянии 25 Я от центра Земли, где Я ■ 63Т8 км
10"
• — Минна ми. сд-чп г»—1 ищ'рыну ИМПВП) »|ПЧ|| Ил >»Ь
Рисунок 10 — Распределение то тост вероятности значений потока радиоимучения Земли <в относительны* единицах) на частоте 250 кГц Поток радиоиэлу-•кния соответствует расстоянию 25 Я, Я к ЫП км
гЗОнГц
»'« «Г*
Плотность потека ряди а ■ ишемий, Зт/м*. Гц

Страница 17

Страница 18

ГОСТ Р 2 $645.163-9*
УДК: 629-78:621.37:5257:006.354 ОКС 07.040 Т27 ОКСТУ 0080 Ключевые слова: характеристик радиошумов пространствен но -частотные; диапазон частот от 0,1 до 50 МГц; параметры радиофизические; пространство околоземное; высота более 1000 км
15

Страница 19