Комплекс радиофизического оборудования для изучения параметров ионосферной плазмы и распространения радиоволн

Комплекс радиофизического оборудования для изучения параметров ионосферной плазмы и распространения радиоволн.

В состав комплекса входит:

1. Цифровой ионозонд DPS-4D предназначен для исследования физики ионосферы и распространения радиоволн, ведения регулярных наблюдений за параметрами ионосферы в научных целях и целях улучшения прогнозов распространения радиоволн.

Основные возможности цифрового ионозонда DPS-4D

Ионозонд DPS-4D является одним из наиболее современных и распространенных средств радиозондирования ионосферы.

Состав DPS-4D

DPS-4D состоит из основного блока, монитора; 2-х передающих антенн; 4-х приемных антенн с поляризационными ключами; и блока батарей резервного питания. Основной блок включает в себя два компьютера, передатчик, четыре приемника, и сигнальный процессор. Внешний вид основного блока DPS-4D показан на pис. 1. Основной компьютер управляет процессами приема и передачи, считывает данные из выходного буфера сигнального процессора, осуществляет преобразование данных в необходимый формат, записывает данные на жесткий диск вспомогательного компьютера. Вспомогательный компьютер осуществляет вторичную обработку данных, записывает данный на жесткий диск, на CD-диск, пересылает данные на сервер через FTP-канал.

Рис. 1

Отличительные особенности иононозонда DPS-4D

Излучаемая мощность ионозонда составляет всего 300 Вт (два передатчика по 150 Вт каждый). Тем не менее, за счет специальных методов обработки сигнала удается достичь достаточно высокого отношения сигнал/шум.

Разнесенный прием

Приемная система DPS состоит из 4-х антенн, три антенны расположены в вершинах равностороннего треугольника со стороной 60 м, одна – в центре этого треугольника. Разнесенный прием позволяет измерять вертикальный q и азимутальный y углы прихода отраженной от ионосферы волны. Регистрация углов прихода позволяет разделять вертикальные и не вертикальные отражения.

Методы измерения характеристик ионосферной плазмы

Восстановление профиля электронной концентрации осуществляется на основе обработки ионограмм. Обработка состоит из 2-х частей: выделение треков, построение высотно-частотной характеристики h'(f_n), соответствующих E, F1 и F2-слою ионосферы.

Измерение скорости дрейфа ионосферной плазмы

Алгоритм основан на измерении характеристик сигналов, отраженных от ионосферных неоднородностей.

Примеры ионограмм (рис. 2, 3)

Рис. 2. Тула 00:15 UT 24 мая 2008 г.

Рис. 3. Москва. 12:00 UT 11 апреля 2013 г.

2. Система лазерной визуализации потоков Flow Master Planar PIV System

FlowMaster – установка, позволяющая визуализировать и регистрировать мгновенные распределения поля скоростей в различных оптически прозрачных средах (жидкости, газы). Измерения производятся с помощью метода Particle Image Velocimetry (PIV), который заключается в том, что с помощью статистических методов рассчитывается наиболее вероятное смещение визуализирующих частиц в исследуемом пространстве и по этим данным восстанавливается кинематика интересующего нас течения. 

Установка состоит из следующих модулей: 

1. Двухимпульсный твердотельный Nd:YAG-лазер. Характеристики: максимальная энергия одного импульса 400 мДж, максимальная частота срабатывания одного лазера 14,7 Гц, время вспышки 4 нс, основные частоты возбуждения 1064 нм – ИК, 532 – видимый свет. Лазер оборудован оптической системой, позволяющей преобразовать луч света в плоскость для высвечивания интересующей области. В комплект также входят 4 пары защитных очков.
2. PIV-камера. Основная ее особенность заключается в том, что она позволяет снимать два последовательных кадра с шагом до 100 нс, что позволяет производить измерения высокоскоростных потоков вплоть до 4 чисел Маха. Разрешение камеры составляет 1600х1200 пикселов, изображения получаются ч/б с разрешением по яркости 14-бит.
3. Блок синхронизации позволяет синхронизировать получение изображения с камеры и вспышку лазера.

Лазер с блоком питания	PIV-камера	Блок синхронизации
Для визуализации течений в газообразных средах используется аэрозоль: Название жидкости: бис(2-этилгексил)себакат Химическая формула: С26Н50О4 Производительность: 1.4…20 ∙ 108  #/c
Для визуализации течений в жидких средах используются сферические полые частицы из боросиликатного стекла: Эти частицы имеют следующие характеристики: Плотность: 1.10±0.05 г/см3. Средний размер: 9-13 мкм; распределение по размерам: 10% < 4-5 мкм, 50% < 9-11 мкм, 90%  < 19-21 мкм. Химические свойства: нерастворимые в воде.

Сайт производителя: http://www.lavision.de/en/products/flowmaster/