Отражение радиоволн от переуплотненных метеорных следов

Если объемная электронная плотность в следе метеора выше, чем критическая плотность, то радиоволны не будут способны проникнуть через ось следа, где электроны тесно взаимодействуют друг с другом. Центральная часть следа теперь ведет себя по отношению к падающей волне как металлический цилиндр радиусом r_c, от поверхности которого отражаются радиоволны. Первоначально, величина r_c увеличивается за счет эффекта диффузии (см. Рис. 3). В течние этого периода, амплитуда эха также увеличивается. Электронная плотность в центре следа, однако, уменьшается, уменьшается и r_c пока не станет равным 0. Эхо, следовательно, ослабнет тоже и исчезнет.

Рис. 3 – Амплитуда радиоэха от переуплотненного метеорного следа. Слева показана диффузия метеорного следа, где объемная электронная плотность n (r, t) (м )показана в разрезе следа в моменты времени а, b, и c. Справа - изменение критического радиуса r_c следа (м), для интервалов времени, обозначенных a, b и c
.

Максимальная амплитуда (в) для эха от переуплотненного следа метеора на входе приемника радара задается уравнением (Kaiser, 1953):

, (8)

где - коэффициент отражения для переуплотненных следов:

. (9)

Коэффициент 0.84 обусловлен рефракцией радиоволн в недоуплотненных внешних областях следа (Маннинг, 1953).

В случае отражения радиоволн от переуплотненных метеорных следов нет никакой необходимости учитывать поправочный коэффициент .

Критический радиус ионизированного следа метеора в (м) в момент времени t (с) после формирования метеорного следа в данной точке, задается как:

, (10)

где (м /с) - амбиполярный коэффициент диффузии, (м) – начальный радиус следа, (м ) – линейная электронная плотность метеорного следа, (м) – длина волны радиолокатора, и (м) –классический радиус электрона. Критический радиус достигает максимального значения во время , где

(11)

. (12)

Приведенная к входу приемника амплитуда сигнала (в), для эха от переуплотненного метеорного следа в момент времени после его формирования задается уравнением:

(13)

Отражение от переуплотненного метеорного следа заканчивается, когда критический радиус исчезает. Теперь мы можем найти длительность сигнала от переуплотненного следа (с), подставив в формуле (10) . Необходимо заметить, что за счет времени прохождения метеорного тела через половину первой зоны Френеля и периода повторения импульсов радара , длительность T переуплотненного метеора всегда недооценивается в среднем на величину . Чтобы найти истинное наблюдаемое время T, мы должны учитывать:

(14)

С учетом уравнения (10), это означает

(15)

или, используя уравнения (2) и (6):

(16)

(17)

Нужно заметить, что второй член мал по сравнению с первым.

Рис. 4 Логарифм максимальной амплитуды метеорного эха , как функция логарифма линейной электронной плотности .

- логарифм амплитуды отраженного сигнала от недоуплотненного следа возрастает так же быстро, как и функция log α. Для переуплотненного эха крутизна возрастания. меньше. Нужно заметить, что для α>α_c0, амплитуда эха для недоуплотненного следа должна бы быть больше чем амплитуда эха от переуплотненного метеорного следа.Однако, за счет начального радиуса и диффузии за время формирования следа между переуплотненными и недоуплотненными зонами существует область, где не применимы формулы для обоих типов следов – так называемая переходная область. Для нашей физической модели мы будем считать, что в этой области коэффициент отражения не меняется.

Дата добавления: 2015-07-16