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

    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 аппарата.
    
    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 Вольфа .
    
    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

    
    
    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

    
    
    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

    
    
    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 .