www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Атмосферата на Земята

Плътност на свободните
електрони
Температура
Надморска височина [км]
Тропосфера
Тропопауза
озонов слой
Стратосфера
Йоносфера

Фигура 1: Структура на земната атмосфера

Плътност на свободните
електрони
Температура
Надморска височина [км]
Тропосфера
Тропопауза
озонов слой
Стратосфера
Йоносфера

Фигура 1: Структура на земната атмосфера

Плътност на свободните
електрони
Температура
Надморска височина [км]
Тропосфера
Тропопауза
озонов слой
Стратосфера
Йоносфера

Фигура 1: Структура на земната атмосфера

Атмосферата на Земята

Известно е, че земната атмосфера оказва значително влияние върху електромагнитните вълни, които се разпространяват в нея. Отчитането на този ефект върху работата на радарните системи и устройства е доста трудно поради нееднородността на земната атмосфера.

Разграничават се три отделни слоя в земната атмосфера:

Тропосфера

Тропосферата е слой от земната атмосфера, който се простира от повърхността до около 6 км на Северния или Южния полюс и до около 18 км на екватора..

Почти всички метеорологични явления се случват в тропосферата. Температурата в този слой намалява бързо с увеличаване на височината, в него се образуват облаци и може да възникне силна турбуленция поради промени в температурата, плътността и налягането. Тези фактори оказват значително влияние върху разпространението на електромагнитните вълни.

Тропопаузата е граничният слой между тропосферата и стратосферата и има средна височина от десет до дванадесет километра на средни ширини. Този слой отделя тропосферата, която е подложена на атмосферни влияния, от разположената над нея по-спокойна стратосфера. В тропопаузата преобладават силни ветрове, наречени струйни течения, които често достигат скорост до 400 км/ч. Пътуването със самолет може да бъде много икономично в този слой.

Стратосфера

Стратосферата се простира между тропосферата (около 11 км) и йоносферата (около 80 км). Предполага се, че температурата в този слой е почти постоянна и има малко водни пари. Стратосферата оказва по-малко влияние върху разпространението на радиовълните поради относителната стабилност на температурата и други параметри. Стратосферата образува озоновия слой, чиято максимална плътност е на височина около 25 км.

Озоновият слой поглъща по-голямата част от вредната ултравиолетова радиация на слънцето.

Ионосфера

Йоносферата се простира на височина от около 50 км до около 400 км. Той съдържа четири подобни на облак слоя от електрически заредени йони, от които радиовълните могат да се отразят и да преминат големи разстояния около Земята.

Йонните слоеве се дължат на явленията на йонизация, които възникват, когато високоенергийната ултравиолетова светлина от слънцето навлиза в йоносферната област на атмосферата. При този процес от атомите на газа се изтръгват електрони. В нормално състояние атомът е електрически неутрален, тъй като съдържа както положителен протон в ядрото си, така и отрицателен електрон, който обикаля около ядрото. Когато отрицателният електрон бъде изхвърлен от атома, атомът се зарежда положително (положителен йон) и остава в пространството заедно със свободен електрон, който е отрицателно зареден. Този процес на нарушаване на електрическата неутралност се нарича йонизация.

Свободните отрицателни електрони впоследствие поглъщат част от ултравиолетовата енергия, която първоначално ги е изхвърлила от атома. Тъй като ултравиолетовата светлинна вълна продължава да произвежда положителни йони и отрицателни електрони, нейният интензитет намалява поради поглъщането на енергия от свободните електрони и се образува йонизиран слой. Скоростта, с която се осъществява йонизацията, зависи от плътността на атомите в атмосферата и интензивността на ултравиолетовата светлинна вълна, която се променя в зависимост от слънчевата активност.

Тъй като атмосферата е бомбардирана от ултравиолетови светлинни вълни с различни честоти, на различни височини се образуват няколко йонизирани слоя. Нискочестотните ултравиолетови вълни проникват най-малко в атмосферата, поради което създават йонизирани слоеве на по-големи височини. Обратно, ултравиолетовите вълни с по-висока честота проникват по-дълбоко и създават йонизирани слоеве на по-ниски височини.

Слоят D се намира на височина между 55 и 100 km. Йонизацията в слоя D е ниска, тъй като това е най-ниската област на йоносферата. Този слой има способността да пречупва радиовълни с ниска честота. Високите честоти преминават през него и се заглушават. След залез слънце слой D изчезва поради бързата рекомбинация на йони.

Границите на слой Е са от 100 до 160 km. Този слой е известен и като слой на «Кенели-Хийвисайд», тъй като те първи предполагат съществуването му. Скоростта на рекомбинация на йони в този слой е доста висока след залез слънце и слоят почти изчезва до полунощ. Този слой е способен да пречупва радиовълни до 20 мегахерца. Поради тази причина той е важен за радиокомуникация на разстояния до 3000 км.

Слоят F се простира на височина от около 160 до 450 km. През светлата част на денонощието слоят F се разделя на два слоя: F1 и F2. Нивото на йонизация в тези слоеве е доста високо и варира значително през деня. По обяд тази част от атмосферата е най-близо до Слънцето и степента на йонизация е максимална. Тъй като атмосферата е тънка на тези височини, рекомбинацията е бавна след залез слънце. Следователно винаги е налице сравнително постоянен йонизиран слой. F-слоевете позволяват радиокомуникация на големи разстояния при по-високи честоти.