ионозондов. Так называемая служба ионосферы до настоящего времени обеспечивается регулярными данными о нижней ионосфере, получаемыми главным образом с иомощью сети таких ионосферных станций. В последние годы иоиозонды, устанавливаемые на ИСЗ (например, типа Алуэтт ), позволяют получать такую же подробную информацию об областях внсшием ионосферы выше максимума NF2.

В этом параграфе сначала будут рассмотрены вопросы, связанные с наземными измерениями. Принципиальная их сторона применима и к импульсным исследованиям во внешней ионосфере, где, однако, возникает ряд новых интересных особенностей, которые будут описаны в § 2.

С помощью радиопередающего устройства периодически излучаются короткие импульсы радиоволн продолжительностью порядка 10~*-10 сек, так что в них укладывается от многих десятков до нескольких сотен колебаний высокой частоты и они представляют собой квазимонохроматические группы волн. Частота излучения импульсов выбирается такой, чтЬбы интервал времени между двумя импульсами соответствовал расстояние пробега волны (со скоростью света) 1000 км и более. Обычно используется переменный ток 50 гц, так что расстояния пробега импульсов составляют -6000 км.

Мощность излучения в импульсе в различных установках колеблется от -десятков ватт до многих киловатт. Часто применяются антенны ромбического типа, излучающие вверх.

Приемное устройство, регистрирующее эти импульсы, должно иметь широкую полосу пропускания, обеспечивающую неискаженный их прием. На выходе приемника принимаемый импульс часто пропускается через усилитель низкой частоты. Напряжение с его выхода подводится к одной из пар пластин катодного осциллографа, к другой паре пластин которого додается линейная развертка времени, синхронизуемая иногда с помощью принимаемых импульсов. Когда источником питания передающего устройства и импульсного модулятора служит сеть переменного тока, она же используется для автоматической синхронизации линейной развертки. Линия времени, укладываемая на экране катодного осциллографа, соответствует запаздыванию импульсов, проходящих до 1000-2000 км и более; масштаб ее изменяется в различных установках в широких пределах. Линия времени градуируется с помощью острых импульсов, имеющих частоту 2000-3000 колебаний в секунду, получаемых от специального генератора, также синхронизованного источником э. д. с, создающим импульс передающего устройства. Градуиро-вочные импульсы обычно подводятся к модулятору катодного осциллографа и, запирая его в соответствующие моменты, создают на линии времени узкие разрывы - метки времени. При частоте меток времени 3000 гц линия времени оказывается разбитой на отрезки по 100 км, что весьма удобно для измерений.

В типовых установках [16] приемное устройство располагается рядом с передающим, причем для передачи и приема используется общая антенна.

Процесс измерений заключается в следующем. На экране катодного осциллографа за основным импульсом (непосредственно наводимым от передатчика на приемник - в случае рядом расположенных установок или принятым от волны, распространяющейся вдоль земной поверхности, при удаленных друг от друга установках) следуют импульсы, отраженные от различных областей ионосферы.

Расстояние между основным и следующим за ним на осциллограмме импульсами определяет время запаздывания Ai, соответствующее двойному времени пробега сигнала от Земли до места отражения в ионосфере. Время At составляется из времени Ао распрострапепия волны от Земли до начала отражающей области и времени группового запаздывания At импульса

В ионосфере. В случае вертикального отражения волны

Д-.-.А?, +Д-2( + ), (1.1)

где - высота начала слоя над земной поверхностью; L - групповой путь волны в ионосфере. Величину

обычно называют действующей, или кажущейся высотой отражения, и, таким образом,

(1.2)

есть основная величина, измеряемая в этих опытах.

В приближении геометрической оитики, которое обычно используется при интерпретации экспериментальных данных,

, f dz

(1.3)

где и ~ групповая скорость волны; z (верхний предел интеграла) - истинная высота отражения волны, соответствующая значению электронной концентрации iV, удовлетворяющему при данной частоте / условию полного отражения волны.? Методы определения-истинной высоты отражения по действующей высоте описываж)ТСЯ ниже.

Весьма эффективен применяемый в импульсных методах способ измерения действующей высоты при плавном и непрерывном изменении частоты излучаемых и принимаемых волн от низких частот до такого их значения, при котором соответствующая область ионосферы становится прозрачной. Это граничное значение частоты называют критической частотой f. Она определяет электронную концентрацию максимума слоя. Переход по диапазону обычно производится автоматически. Приемное и передающее устройства

Рис. 1.3. Способ снятия высотио-частотной характеристики

Видны следы, образуемые несколькими отраженными сигналами (Е, f, 2F) и прямым сигналом G, непосредственно излучаемым передающим устройством

Рис. 1.4. Фотоосциллограмма высотно-частотной характеристики ионосферы Снята на современной станции панорамного типа в Антарктике

В таком ионозонде (ионосферной станции) синхронно настроены и приводятся в движение с помощью мотора. Изображение с экрана осциллографа фотографируется на подвижную фотопленку таким образом, что на ней получаются лишь изображения оснований импульсов, верхушки импульсов прикрываются непрозрачным экраном А (рис. 1.3).

При измепепии частоты на фотопленке получается изображение кривой хода действующей высоты z. Полученную таким образом фотограмму, на которой нанесены метки времени (метки действующих высот) и метки частот, называют высотно-частотной характеристикой ионосферы, или ионограммой.

На рис. 1.4 приведена фотография высотно-частотной характеристики ионосферы.

Наиболее современны ионосферные станции так называемого панорамного типа, в которых на экране катодного осциллографа, обладающего свойством послесвечения, сразу получается изображение всей высотно-частотной характеристики, снимаемой лишь в течение доли минуты [17, 18].

В этих установках к вертикальным пластинам катодного осциллографа подается линейная высотная развертка, а к горизонтальным пластинам - развертка по частоте; к модулятору же подводятся импульсы с выхода приемника. Осциллограф отрегулирован так, что светящееся пятно на его экране получается только в момент прихода импульсов к erq модулятору.

Из приведенных Соотношений (1. 1)-(1. 3) видно, что при высотном зондировании ионосферы определяется время группового запаздывания сигнала t. Оно зависит от группового пути L волны и, следовательно, от групповой скорости и, зависящей от высотного хода коэффициента преломления ионосферы п (z), а следовательно, - от основных параметров, определяющих п (z).

2. Коэффициент преломления на частотах u) Йя,йо* Групповая скорость волны

Проанализируем основнЬте свойства коэффициента прелом.ттепия, необходимые для физической интерпретации результатов измерений, не останавливаясь на выводе соответствующих формул (см. [1, 19, 243, 248]).

Поскольку исследования с помощью ионозондов проводятся на частотах,

значительно превышающих Q.b = eHjMc и = sJnzNefM, соответственно гирочастоту и плазменную частоту ионов, то здесь рассматривается коэффициент преломления волн для ш Qh, Qq. Эти волны можно назвать высоко-