Радиосистемы космических аппаратов. Радиофизическая модель околосолнечной плазмы

Страница 1

ГОСТ Р 25645.337-94
РАДИОСИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
РАДИОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ
Издание официальное
ГОССТАНДАРТ РОССИИ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Страница 2

ГОСТ Р 25М5Л37-94
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Институтом радиотехники и электроники российской Академии наук и Всероссийским научно-исследовательским ннс1итутом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 01.11.94 № 262
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
© Издательство стандартов, 1995
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, шр! - |-:-1■ -1 ■ ■ н рвепространгн * качестве офиннокыюго юдлкия бе.» разрешения Го чпа России
II

Страница 3

Страница 4

ГОСТ Р 25645.337-94
РАДИОСИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Рад йоФ и) и* ее кап чолель околосолнечной пихы
Ра<1|№)'!1сл14 о! созлтк аррага'из. КзсНприу^са! тойе! о! 1л# зо!аг р1а*та
Дата впеяенм 1995—07—01
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает радиофизическую модель, описывающую влияние околосолнечной плазмы на проходящие через нее радиосигналы а диапазоне длин волн 3—30 см. Стандарт предназначен для расчета радноенстем, обеспечивающих связь, навигацию н траекторные измерения космических аппаратов, движущихся по околосолнечной орбите.
2 ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В настоящем стандарте применяют следующие термины и определения:
1 прицельное расстояние радиолуча: Наименьшее расстояние между центром Солнца и трассой распространения радиоволн по линии: космический аппарат — наземный пункт
2 элонгация: Угловое расстояние между направлениями на космический аппарат и центр Солнна
3 радиальный профиль электронной концентрации: Зависимость электронной концентрации от гелиоцентрического расстояния
4 пространственный спектр турбулентности: Распределение не-олнородлостей плазмы по пространственным волновым числам
5 нормированная дисперсия напряженности поля: Отношение среднего звачения квадрата флуктуации напряженности поля к квадрату средней напряженности поля
6 дисперсия флуктуации фазы: Среднее значение квадратов случайных отклонений фазы за интервал наблюдения
и -.1. !■!■.■ официальное
** 1
государственный стандарт российской федерации

Страница 5

ГОСТ Р 25643.337-М
7 дисперсна флуктуации частоты: Среднее значение квадратен случайных отклонений частоты за интервал наблюдения
8 групповое запаздывание радиоволн в околосолнечной плазме: Различие во времени распространения радиоволн через околосолнечную плазму по сравнению с распространением в вакууме
9 ушнрение спектральной линии радиосигналов: Увеличение ширины спектрально» линии гармонических сигналов, обусловленное хаотич1скнмн колебаниями частоты из-за движения неодно-родностеП через трассу распространения радиоволн
3 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
3.1 Геометрические параметры трассы распространения радиоволн:
- прицельное расстояние р—минимальное расстояние между линией радиосвязи н центром Солнца. (1-й $ш е. см;
- элонгация е — угловое расстояние между направлениями на источник и центр Солнца;
- а*»1,5*1013 см—среднее расстояние от Земли до Солнца;
- А> » 6.97-1010 см — радиус Солнца;
- Я — гелиоцентрическое расстояние;
- расстояние 1; от наземного пункта до области наибольшего рассеяния радиоволн, которая расположена вблизи прицель* ной точки радиолуча, 1х-а со5 е, см;
- расстояние К2 от области наибольшего рассеяния до космического аппарата.
3.2 Характеристики околосолнечной плазмы:
- г«=2.82- НН5 см —радиус электрона;
• средняя электронная концентрации околосолнечной плазмы п» см-';
- дисперсия флуктуации электронной концентрации о3-*, ем*8;
• скорость движения потоков плазмы I". см/с;
- спектр турбулентности околосолнечной плазмы Фх(й), где $—волновое число, см-1;
• внешний масштаб турбулентности см;
- внутренний масштаб турбулентности 1т, см;
- спектральный индекс пространственного спектра турбулентности р;
• число Вольфа Ф.
3.3 Характеристики радиосигналов:
- длина волны X. ом;
- нормированная шеперсня флуктуации напряженности поле Ч2, определяемая как отношение среднего квадрата флуиту-

Страница 6

ГОСТ Р 258-15.337—<М
аанй амплитуды радиоволн к квадрату среднего значения амплитуды;
- дисперсия флуктуации фазы о*,, рад*;
- дисперсия флуктуации фазы п*г, Гц*:
- групповое запаздывание радиоволн т, с;
- эквивалентная ширина спектральной линии сигналов дг], Гц.
4 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
4.1 Характеристики околосолнечной плазмы определяют условия радиосвязи с заходящими за Солнце космическими аппаратами, влияют на точность траектории* измерений и качество передачи телеметрической информации.
4.2 Нормированная дисперсия флуктуации напряженности поля т)г зависит от длины волны, прицельного расстояния радио-
луча р, расстояния между космическим аппаратом и Солпцем Л, интенсивности нсоанородностей электронной концентрации плазмы оы. При определенных прицельных расстояниях радиолуча флуктуации напряженности поля становятся насыщенными.
4.3 Флуктуации фазы, частоты н связанные 'с ними погрешности траскторных измерений определяются длиной волны, лрлцельным расстоянием луча о, интенсивностью неоднородности и электронной концентрации, скоростью их перемещения у. Использование операции аппаратурного усреднения позволяет уменьшить
влияние частотных флуктуации и улучшить точность определения как скорости движения космического аппарата, так н расстояния до него.
4.4 Формирование радиофизической модели осуществляют путем построения зависимостей характеристик радиосигналов от геометрических параметров трассы радиосвязи и характеристик околосолнечной плазмы.
5 РАДИОФИ1ИЧГСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАТМЫ
5.1 Электронную концентрацию при нево«чушенных условиях а око.юсолничной плазме рассчитывают по формуле
Л',<Я) - 2,21• ИР-<#.: /с? +1,55 •Н?-ОД4)М, си-*. (1>
5.2 Спектральный индекс пространственною спектра турбулентности р вычисляют по формуле
я(#>=3-т-0,1.(-|-~4)*-4 . (2)

Страница 7

ГОСТ Р 25645.337-И
5.3 Внешний масштаб турбулентности 1$ возрастает с удалением от Солнца в соответствии с эмпирической зависимостью
1#-[|Л-О.13(-|--4)а'*|.10». см. (3)
5.4 Внутренний масштаб исодиородностеп 1№ возрастает с увеличением гелиоцентрического расстояния Я так же. как и скорость нх перемещения, в соответствии с таблицей I.
Таблица I — Характерные значения рялиоф-иимесяих параметров о и I,, Ш околосолнечном и межпланетном пространстве
Р'лиофличскЮлП , транс-л Звваены
*№• -1 И* 20 10 80 200
I1. КМ.'С 40 100 300 400 420 450
1а,, КМ 4 10 20 30 40 50
Для промежуточных значений Я/На значения параметров с и 1т определяют методом интерполяции.
в МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЛИЯНИЯ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ НА ПАРАМЕТРЫ РАДИОВОЛН
Методика заключается в использовании зависимостей, установленных в радиофизической -модели, для расчета параметров липни радиосвязи с учетом влияния околосолнечной плазмы.
6.1 Нормированную дисперсию флуктуации напряженности поля радиоволн, характеризующую ухудшение качества передачи информации по радиолинии, вычисляют по формуле
где ц>|(р) —функция, зависящая от спектрального индекса пространственного спектра турбулентности, значения которой представлены в таблице 2.
Тли лица 2— Зависимость функции д. от спектрального индекса р
О0о1ив*ен1*1 3|||11Г|11Н
Р | 31 3.3 3.5 п/З 3,8 4.0
чи(р1 I 0.0сл 0,150 0.209 0.234 0.243
4

Страница 8

ГОСТ Р 2И45.337-М
Для промежуточных данных р значения ф] (р) определяют методом интерполяции
6.2 Дисперсию флуктуации фазы радиоволн, прошедших через околосолнечную плазму, определяют по формуле
^^..Пл.^ЧГ^-О^Г'-^-З)^^^-^-^-^^».?. (51
где Г—гамма-функция.
6.3 Дисперсию флуктуации частоты, создаваемых движением неодно род ноете (1 всех масштабов, определяют выражением.
А=-*=р' Г|(4-/»)/21-^-Х'-.^.р-^./^.г--. (6)
Применение усреднения по времени приводит к сглаживанию флуктуации частоты. После усреднения за время Т дисперсию флуктуации частоты находят нз соотношения
6.4 Различие группового запаздывания радиоволн » в плазме и в вакууме определяют из соотношения
*-/-».-*-| 1(05.10"1-(-^)в-|-1.б5-11)"-(-^)"[, с (8)
где / — частота, Гц.
6.5 Эффективную ширину спектральной линии 4/, находят по формуле
2
Значения функции <г«(р) приведены в таблице 3.
Таблица Э — Зависимость функции «, от спектра л 1.исич< индекса р
МЯШПТМ Значение
Р -_ 3,1 3,3 3.5 ига 3,8
<М2> 0,176 0.503 0.7Д2 1.037 1,275
6.6 Расчетные соотношения для флуктуации напряженности ноля справедливы до прицельных расстояний радиолуча, превы-
С

Страница 9

гост р 25645337-и
шающнх так называемое критическое значение рк0. Это значение определяют по известной длине волны X, исходя из уровня солнечной активности:
А-р/Л,«*(*'И'. (10)
Показатель степени р=0,6Ч±0.05. Значение коэффициента В изменяется от 1,8 при низкой активности Солнца (число Вольфа 1Г< <20) ло 2,2 при высокой активности (В^ВО). Для умеренной активности (В* = 30... 70) Вт 2.0.
Представленные соотношения для расчета характеристик радиосигналов, прошедших через околосолнечную плазму, справедливы для средних условий в околосолнечном пространстве, т. с когда число Вольфа 12... 15. Если число Вольфа отличается от указанных значений 'необходимо рассчитанные параметры Ч1. о1,, о!|, т, А/„ умножить на поправочный множитель 0=«
в

Страница 10

гост р 25645.337-и
УДК 629.78:523.7:533.9.01:0ОЬ.354 Т27 ОКСТУ 670?
Ключевые слова: раяиосистемы; космические аппараты, заходящие за Солнце; радиофизическая модель; околосолнечная плазма; диапазон длин волн 3...30 см; радиофизические параметры
7

Страница 11