ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОШУМОВ В ОКОЛОЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ ОТ ОД ДО 50 МГц
Издание официальное
ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москаа
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 28 февраля 1996 г. № 124
3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
© ИПК Издательство стандартов, 1996
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России п
ГОСТ Р 25645.163-96
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
in
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОШУМОВ В ОКОЛОЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ ОТ 0,1 ДО 50 МГц
Characteristics of radionoiscs in the earth magnetosphere at frequency interval 0,1—50 MHz
Дата введения 1996—07—01
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт устанавливает радиофизические параметры, описывающие пространственно-частотные характеристики радиошумов в околоземном пространстве в диапазоне частот от 0,1 до 50 МГц. Стандарт предназначен для расчета радиосистем и радиоустройств, осуществляющих связь, научные и специальные измерения в околоземном пространстве на высотах более 1000 км.
г определения
В настоящем стандарте применяются следующие термины и определения:
1 Обыкновенная волна, необыкновенная волна, Z-мода, низкочастотные волны ("свистящие атмосферики") — четыре независимые характеристические волны, распространяющиеся в холодной однородной плазме с постоянным магнитным полем без изменения поляризации и отличающиеся поляризацией и пространственно-частотными областями существования в магнитосфере
2 Спектральная яркость космического 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
Издание официальное
4 Эффективная шумовая температура — температура черного тела, яркость которого равна наблюдаемой
5 Авроральный (полярный) овал — область с наибольшей частотой появления полярных сияний; локализация аврорального овала зависит от местного времени: в ночные часы он попадает на геомагнитные широты Ф = 60' — 70°, в дневные часы Ф = 70° — 80°
6 Геомагнитный индекс АЕ (показатель магнитосферной активности) оценивают по вариациям горизонтальной составляющей магнитного поля в полярных широтах и измеряют в гаммах
3 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
/— частота излучения, Гц;
X — длина волны, м;
7°а — эффективная температура антенны. К;
В — спектральная яркость космического фона, Вт/м2 • Гц • ср;
S — спектральная плотность потока мощности, Вт/м2 • Гц; v — показатель степени, характеризующий убывание спектральной плотности космического фона как функции частоты;
R — высота над поверхностью Земли, км;
ЯЕ — средний радиус Земли, км;
Ф — геомагнитная широта, град;
LT — местное солнечное время, ч;
F-слой — область, соответствующая максимуму электронной концентрации в ионосфере;
N — средняя электронная концентрация околоземной плазмы, см , /п — плазменная частота, Гц;
/н — гирочастота электронов, Гц;
h — критическая частота Z-моды, Гц;
fy — частота верхнего гибридного резонанса, Гц;
/](— критическая частота необыкновенной волны, Гц;
АКР — авроралыюе 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.
2
ГОСТ P 25645.163-96
4.3 Уровень аврорального 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.
/ — излучение полюсов Галактики (RAL). 2— получение центра Галактики (RAE). 3— излучение оитицентра Галактики (RAE). 4 — внегалактическое излучение (спектральный индекс v - —0.7). 5— галактическое излучение (спектральный индекс v - —0.4). 6— общее излучение (Галактика + внегалактические источники)
Рисунок 1 — Композиционный спектр фонового излучения. Зависимость энергетической спектральной яркости от частоты по данным наземных и спутниковых измерений
3
ГОСТ Р 25645.163-96
5.2 Стандартная зависимость эффективной температуры изотропной антенны ГА, помещенной в космическое пространство вне магнитосферы, от частоты приведена на рисунке 2 |2|. Уменьшение температуры фона на частотах ниже 2 МГц вызвано тормозным поглощением радиоволн в межзвездном пространстве, а также ослаблением синхротронного радиоизлучения в холодной плазме (эффект Цитовича — Разина).
5.3 Дополнительные данные о частотной зависимости космического радиошума в диапазоне ниже /п и /х в одной поляризационной компоненте представлены в таблице 1. По значениям эффективных шумовых температур, приведенным в таблице 1, рассчитывают значение яркости космического фона В, (Вт/м2 Гц ср):
В = 2 к TJX2, (1)
где ГА — эффективная температура антенны, К;
А. — длина волны, м;
к— постоянная Больцмана, 1,38 • 10'23 Дж/К.
Спектральную плотность потока мощности космического фона S, (Вт/м2 • Гц), принимаемую малонаправленной антенной с угловой апертурой 4п при одной из двух ортогональных поляризаций, определяют по формуле
ГОСТ Р 25645.163-96
S = 4n кТА/Х2, (2)
В таблице 1 дополнительно приведены Минимальные плотности потока мощности космического радиошума в одной поляризационной компоненте и эквивалентный шум-фактор изотропной антенны, помещенной в околоземном пространстве, в зависимости от частоты.
Таблица 1— Уровень космического шума |
Частота,/. МГи |
Шумовая температура неба
Г. \о* к |
Плотность потока
МОЩНОСТИ В ОДНОЙ
пол ярн та цион ной компоненте, 10“21 Вт м'2 ПГ1 |
Эквивалентный шум-фактор антенны по отношению к Т = 288 К. дБ |
0,2 |
2.4 |
0,18 |
39 |
0,4 |
14 |
4,3 |
47 |
0,6 |
21 |
15 |
49 |
0.8 |
21 |
26 |
49 |
r.tf |
(? |
sr |
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 FA — эквивалентный шум-фактор антенны по отношению к температуре Г0 = 288 К, параметры аи и ot — верхнее и нижнее стандартные отклонения от среднего значения, GC/AC— отношение радиояркостей в направлении нз галактический центр и в обратном направлении в децибелах.
Таблица 2 — Интенсивность космического шума на Частотах 5, 10, 25 МГЦ |
Характеристики
космического |
Параметры неумения |
излучения |
5 МГц |
10 МГц |
25 МГц |
Га, дБ/КТо |
37,7 |
31,6 |
20,8 |
ои, дБ |
1.1 |
1.0 |
1,2 |
oi, дБ |
1,4 |
1.3 |
1,6 |
GC/AC, дБ |
3,1 |
2,2 |
3,3 |
|
5 |
5.5 Данные о точности значений яркости космического радиофона 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.
1 - обозначение погрешности измерений
Рисунок 3 — Точностные характеристики измерений средней яркости космического фона в низкочастотном диапазоне
6
Таблица 3 — Данные о точности значений яркости космического радиофона в низкочастотном диапазоне |
Частота, /. кГц |
Яркость фона В io2V Вт м2 Гц"1 ср~' |
Относительная ошибка, % |
Частота, /. кГц |
Яркость фона В 102\
Вт м2 Гц*1 ср~' |
Относительная ошибка, % |
130 |
1.5 |
±46 |
815 |
429 |
10 |
155 |
1,9 |
25 |
870 |
486 |
10 |
185 |
2.7 |
23 |
950 |
504 |
11 |
210 |
3,7 |
25 |
1030 |
585 |
|
250 |
7,3 |
36 |
1100 |
672 |
И |
292 |
17,0 |
26 |
1270 |
754 |
11 |
375 |
52,0 |
21 |
1450 |
825 |
11 |
425 |
84,9 |
14 |
1630 |
915 |
11 |
475 |
140,0 |
14 |
1850 |
972 |
11 |
600 |
220 |
13 |
2200 |
ИЗО |
12 |
737 |
365 |
11 |
2600 |
1170 |
12 |
|
По данным таблицы 3 максимальная точность значений яркости космического радиофона составляет ±10 %.
6 ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ЧАСТОТНЫЕ ОБЛАСТИ
СУЩЕСТВОВАНИЯ РАДИОШУМОВ В МАГНИТОСФЕРЕ
6.1 Частотные границы существования радиошумов в околоземном пространстве в зависимости от поляризации:
1 — обыкновенная волна, характеризуемая левой круговой поляризацией, существует на частотах выше/^;
2 — необыкновенная волна (правая круговая поляризация) существует на частотах выше/х = (f]\ /4 + /п)|>/2 + /н/^>
3 — низкочастотные волны, распространяющиеся приблизительно вдоль силовых линий магнитного поля ("свистящие атмосфери-ки"), существуют на частотах/ меньших минимальной из двух частот •/п» /н»
4 — низкочастотные Z-волны (Z-мода) существуют в диапазоне частот от /min = (J2H /4 + /2)1/2 -/н/2 до/тах = (f2H +fl>'/2-
6.2 Частотный диапазон и пространственные области существования в магнитосфере указанных типов волн определяют с помощью рисунка 4. Здесь штриховкой показаны частотно-пространственные области существования соответствующих типов волн. Кривые /П9 fH описывают зависимость от высоты плазменной частоты/п и гирочастоты электронов/н в полярной магнитосфере Земли для стандартных условий. Кривая/п имеет характерный максимум, соответствующий
7