ГОСТ Р 25645.337-94
Радиосистемы космических аппаратов. Радиофизическая модель околосолнечной плазмы

ГОСТ Р 25645.337-94

Группа Т27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РАДИОСИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Радиофизическая модель околосолнечной плазмы

Radiosystems of cosmic apparatus.
Radiophysical model of the solar plasma

ОКСТУ 6702

Дата введения 1995-07-01

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 N 262

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

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

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 - минимальное расстояние между линией радиосвязи и центром Солнца, , см;

- элонгация - угловое расстояние между направлениями на источник и центр Солнца;

- см - среднее расстояние от Земли до Солнца;

- см - радиус Солнца;

- - гелиоцентрическое расстояние;

- расстояние от наземного пункта до области наибольшего рассеяния радиоволн, которая расположена вблизи прицельной точки радиолуча, , см;

- расстояние от области наибольшего рассеяния до космического аппара

3.2 Характеристики околосолнечной плазмы:

- см - радиус электрона;

- средняя электронная концентрация околосолнечной плазмы , см;

- дисперсия флуктуаций электронной концентрации , см;

- скорость движения потоков плазмы , см/с;

- спектр турбулентности околосолнечной плазмы , где - волновое число, см;

- внешний масштаб турбулентности , см;

- внутренний масштаб турбулентности , см;

- спектральный индекс пространственного спектра турбулентности ;

- число Во

льфа .

3.3 Характеристики радиосигналов:

- длина волны , см;

- нормированная дисперсия флуктуации напряженности поля , определяемая как отношение среднего квадрата флуктуаций амплитуды радиоволн к квадрату среднего значения амплитуды;

- дисперсия флуктуаций фазы , рад;

- дисперсия флуктуаций фазы , Гц;

- групповое запаздывание радиоволн , с;

- эквивалентная ширина спектральной линии сигналов , Гц.

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 зависит от длины волны, прицельного расстояния радиолуча , расстояния между космическим аппаратом и Солнцем , интенсивности неоднородностей электронной концентрации плазмы . 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 , интенсивностью неоднородностей электронной концентрации, скоростью их перемещения . 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 невозмущенных условиях в околосолнечной плазме рассчитывают по формуле

, см. (1)

5.2 Спектральный индекс пространственного спектра турбулентности вычисляют по формуле

. (2)

5.3 Внешний масштаб турбулентности возрастает с удалением от Солнца в соответствии с эмпирической зависимостью

, см. (3)

5.4 Внутренний масштаб неоднородностей возрастает с увеличением гелиоцентрического расстояния так же, как и скорость их перемещения, в соответствии с таблицей 1.


Таблица 1 - Характерные значения радиофизических параметров и в околосолнечном и межпланетном пространстве

Радиофизический параметр	Значения
	4	10	20	40	80	200
, км/с	40	100	300	400	420	450
, км	4	10	20	30	40	50

Для промежуточных значений значения параметров и 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 флуктуации напряженности поля радиоволн, характеризующую ухудшение качества передачи информации по радиолинии, вычисляют по формуле

, (4)

где - функция, зависящая от спектрального индекса пространственного спектра турбулентности, значения которой представлены в таблице 2.


Таблица 2 - Зависимость функции от спектрального индекса

Обозначение параметра	Значения
	3,1	3,3	3,5	11/3	3,8	4,0
	0,068	0,159	0,209	0,234	0,243	0,250

Для промежуточных данных значения определяют методом интерполяции.

6.2 Дисперсию флуктуации фазы радиоволн, прошедших через околосолнечную плазму, определяют по формуле

, (5)

где - гамма-функция.

6.3 Дисперсию флуктуаций частоты, создаваемых движением неоднородностей всех масштабов, определяют выражением.

. (6)

Применение усреднения по времени приводит к сглаживанию флуктуаций частоты. После усреднения за время дисперсию флуктуаций частоты находят из соотношения

. (7)

6.4 Различие группового запаздывания радиоволн в плазме и в вакууме определяют из соотношения

, с (8)

где - частота, Гц.

6.5 Эффективную ширину спектральной линии находят по формуле

. (9)

Значения функции приведены в таблице 3.


Таблица 3 - Зависимость функции от спектрального индекса

Обозначение параметра	Значения
	3,1	3,3	3,5	11/3	3,8
	0,176	0,503	0,782	1,037	1,275

6.6 Расчетные соотношения для флуктуаций напряженности поля справедливы до прицельных расстояний радиолуча, превышающих так называемое критическое значение . Это значение определяют по известной длине волны , исходя из уровня солнечной активности:

. (10)

Показатель степени 0,64±0,05. Значение коэффициента изменяется от 1,8 при низкой активности Солнца (число Вольфа <20) до 2,2 при высокой активности (>80). Для умеренной активности (30...70) 2,0.

Представленные соотношения для расчета характеристик радиосигналов, прошедших через околосолнечную плазму, справедливы для средних условий в околосолнечном пространстве, т.е. когда число Вольфа 12...15. Если число Вольфа отличается от указанных значений , необходимо рассчитанные параметры , , , , умножить на поправочный множитель .