ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РАДИОСИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
РАДИОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ
Издание официальное
ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Институтом радиотехники и электроники Российской Академии наук и Всероссийским научно-исследовательским институтом 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, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России
II
ГОСТ Р 25646.337-84
СОДЕРЖАНИЕ
1 Область применения............... 1
2 Определения................. 1
3 Обозначения и сокращения............. 2
4 Основные положения.............. 3
5 Радиофизические параметры околосолнечной плазмы...... 3
6 Методика расчета влияния околосолнечной плазмы на параметры
радиоиолн ................. 4
2—348
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РАДИОСИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Радиофизическая модель околосолнечной плазмы
Radiosystems of cosmic apparatus.
Radiophysical model of the solar plasma
Дата введения 1995—07—01 1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает радиофизическую модель, описывающую влияние околосолнечной плазмы на проходящие через нее радиосигналы в диапазоне длин волн 3—30 см. Стандарт предназначен для расчета радиосистем, обеспечивающих связь, навигацию и 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 Солнца
3 радиальный профиль электронной концентрации: Зависимость электронной концентрации от гелиоцентрического расстояния
4 пространственный спектр турбулентности: Распределение неоднородностей плазмы по пространственным волновым числам
5 нормированная дисперсия напряженности поля: Отношение среднего значения квадрата флуктуаций напряженности поля к квадрату средней напряженности поля
6 дисперсия флуктуаций фазы: Среднее значение квадратов случайных отклонений фазы за интервал наблюдения
Издание официальное
★
2*
7 дисперсия флуктуаций частоты: Среднее значение квадратов 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 уширение спектральной линии радиосигналов: Увеличение ширины спектральной линии гармонических сигналов, обусловленное хаотическими колебаниями частоты из-за движения неоднородностей через трассу распространения радиоволн
3 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
3.1 Геометрические параметры трассы распространения радиоволн:
- прицельное расстояние р — минимальное расстояние между линией радиосвязи и центром Солнца, р = а sin е, см;
- элонгания е — угловое расстояние между направлениями на источник и центр Солнца;
- а = 1,5• IО13 см — среднее расстояние от Земли до Солнца;
- Яо ~ 6.97-1010 см — радиус Солнца;
- R — гелиоцентрическое расстояние;
- расстояние от наземного пункта до области наибольшего рассеяния радиоволн, которая расположена вблизи прицельной точки радиолуча, Ii=a cos е, см;
- расстояние /,2 от области наибольшего рассеяния до космического аппарата.
3.2 Характеристики околосолнечной плазмы:
- ге=2,82-10~15 см — радиус электрона;
- средняя электронная концентрация околосолнечной плазмы Ne, см-3;
- дисперсия флуктуаций электронной концентрации <t2n, см~*;
- скорость движения потоков плазмы v, см/с;
- спектр турбулентности околосолнечной плазмы Ф.\(<?), где q — волновое число, см-1;
- внешний масштаб турбулентности L0, см;
- внутренний масштаб турбулентности 1т, см;
- спектральный индекс пространственного спектра турбулентности р\
- "исло Вольфа W.
3.3 Характеристики радиосигналов:
- длина волны А., ом;
- нормированная дисперсия флуктуаций напряженности поля г)2, определяемая как отношение среднего квадрата флукту-
ГОСТ Р 25645.337-94
аций амплитуды радиоволн к квадрату среднего значения амплитуды;
- дисперсия флуктуаций фазы a2s, рад2;
- дисперсия флуктуаций фазы о2(, Гц2;
- групповое запаздывание радиоволн т, с;
- эквивалентная ширина спектральной линии сигналов ДГц.
4 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
4.1 Характеристики околосолнечной плазмы определяют условия радиосвязи с заходящими за Солнце космическими аппаратами, влияют на точность траекторных измерений и качество передачи телеметрической информации.
4.2 Нормированная дисперсия флуктуаций напряженности поля т)2 зависит от длины волны, прицельного расстояния радиолуча р, расстояния между космическим аппаратом и Солнцем L, интенсивности неоднородностей электронной концентрации плазмы on. При определенных прицельных расстояниях радиолуча флуктуации напряженности поля становятся насыщенными.
4.3 Флуктуации фазы, частоты и связанные с ними погрешности траекторных измерений определяются длиной волны, прицельным расстоянием луча р, интенсивностью неоднородностей электронной концентрации, скоростью их перемещения v. Использование операции аппаратурного усреднения позволяет уменьшить влияние частотных флуктуаций и улучшить точность определения как скорости движения космического аппарата, так и расстояния до него.
4.4 Формирование радиофизической модели осуществляют путем построения зависимостей характеристик радиосигналов от геометрических параметров трассы радиосвязи и характеристик околосолнечной плазмы.
5 РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ
5.1 Электронную концентрацию при невозмущедных условиях в околосолнечной плазме рассчитывают по формуле
Ne(R)=2,2\ • 10*-(/?o//?),!-f-l,55- /?)2'3, см-3. (1)
5.2 Спектральный индекс пространственного спектра турбулентности р вычисляют по формуле
^Д)=3+0,1.(-£--4)°'4 (2)
»
5.3 Внешний масштаб турбулентности L0 возрастает с удалением от Солнца в соответствии с эмпирической зависимостью
I0=[l,5 + 0,13(^--4)°'75].10", см. (3)
5.4 Внутренний масштаб неоднородностей /ш возрастает с увеличением гелиоцентрического расстояния R так же, как и скорость их перемещения, в соответствии с таблицей 1.
Таблица J — Характерные значения радиофизических параметров v и в околосолнечном и межпланетном пространстве |
Радиофизический
параметр |
Значения |
RIRo |
4 |
10 |
20 |
40 |
80 |
20) |
о, км/с |
<0 |
100 |
30) |
400 |
•**
(О
<—> |
450 |
/щ, КМ |
4 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
|
Для промежуточных значений R/Ro значения параметров v и /т определяют методом интерполяции.
6 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЛИЯНИЯ ОКОЛОСОЛНЕЧНОЙ ПЛАЗМЫ НА ПАРАМЕТРЫ РАДИОВОЛН
Методика заключается в использовании зависимостей, установленных в радиофизической модели, для расчета параметров линий радиосвязи с учетом влияния околосолнечной плазмы.
6.1 Нормированную дисперсию флуктуаций напряженности поля радиоволн, характеризующую ухудшение качества передачи информации по радиолинии, вычисляют по формуле
о(3“Р)(^Г~2,/Ч(Р)Р- (4)
где (pi (р) — функция, зависящая от спектрального индекса пространственного спектра турбулентности, значения которой представлены в таблице 2.
Таблица 2 — Зависимость функции cdi от спектрального индекса р |
Обозначение
параметра |
Значения |
Р |
3.1 |
3,3 |
3,5 |
11/3 |
3.8 |
4,0 |
ф| (Р) |
0,068 |
0,159 |
0,209 |
0,234 |
0,243 |
0,250 |
|
4 |
ГОСТ Р 25645.337-94
Для промежуточных данных р значения <pi (р) определяют методом интерполяции.
6.2 Дисперсию флуктуаций фазы радиоволн, прошедших через околосолнечную плазму, определяют по формуле
• Цр;2)• IГ!(/>-1 )/2|)-'■ (р—Ъ)Кр~2)■ r\■V-L0-o%.Р, (5(
где Г—гамма-функция.
6.3 Дисперсию флуктуаций частоты, создаваемых движением неоднородностей всех масштабов, определяют выражением.
°'f= ■ 1’|(4-я)/2] • г2о • X2 ■ р ■ Ц-о ■ 1*~р • г.-’. (6)
Применение усреднения по времени приводит к сглаживанию флуктуаций частоты. После усреднения за время Т дисперсию флуктуаций частоты находят из соотношения
с2,=(2 «у-Р • (• X* • Ц-р ■ ■ VP-? ■ р • ТР~\ (7)
6.4 Различие группового запаздывания радиоволн т в плазме и в вакууме определяют из соотношения
т=/-2- —j l,05-10"1^-^-)'! + l,65-10l‘^-^-j23|, с (8)
где f—частота, Гц.
6.5 Эффективную ширину спектральной линии Л/э находят по формуле
г 2
АЛ =¥;(/>)• (Гс-'У-2 • 1<^КИ).т/(р).[вд<р)]Н .р. (9)
Значения функции <р2 (р) п|)иведены в таблице 3.
Таблица 3 — Зависимость функции от спектрального индекса р |
Обозначение
параметра |
Значения |
р |
3,1 |
3,3 |
3,5 |
11/3 |
3,8 |
Тг(2) |
0,176 |
0,503 |
0,782 |
1,037 |
1,275 |
|
6.6 Расчетные соотношения для флуктуаций напряженности поля справедливы до прицельных расстояний радиолуча, превы-
5
ГОСТ Р 25646.337-94
шающих так называемое критическое значение ркр. Это значение определяют по известной длине волны А., исходя из уровня солнечной активности:
р КР,7?0=Я(ГИА (10)
Показатель степени р = 0,64±0,05. Значение коэффициента В изменяется от 1,8 при низкой активности Солнца (число Вольфа W< <20) до 2,2 при высокой активности (W>80). Для умеренной активности (W = 30... 70) В = 2,0.
Представленные соотношения для расчета характеристик радиосигналов, прошедших через околосолнечную плазму, справедливы для средних условий в околосолнечном пространстве, т. е когда число Вольфа U^0 =12... 15. Если число Вольфа отличается от указанных значений W0, 'необходимо рассчитанные параметры т)2, (т2„, o2f, т, А/э умножить на поправочный множитель Q = = (U^/W'o)0*42.
6
ГОСТ Р 25645.337-94
УДК 629.78:523.7:533.9.01:006.354 Т27 ОКСТУ 6702
Ключевые слова: радиосистемы; космические аппараты, заходящие за Солнце; радиофизическая модель; околосолнечная плазма; диапазон длин волн 3...30 см; радиофизические параметры
7