Исследования возмущений ионосферы и GPS-сигналов методами интерферометрии и вейвлет-анализа (1102988), страница 5
Текст из файла (страница 5)
4.6. работы. Под «периодиках в сигнале» здесь подсигналом понимается сами первичные данные о производной ТЕС или фазы.21В самом деле, исходя из полученных результатов можно ожидать, что вслучае внешних возмущений должна изменяться сама структура GPS-сигналов,непосредственно принимаемых на наблюдательных станциях. Разработанныйметод вейвлет-анализа сигналов системы GPS (см. Главу 3) позволилодновременно с детектированием волновых структур в автоматическом режимеанализировать сами сигналы и изменения их спектральной структуры.Спектральный подход, реализованный нами для произвольных длинэкспериментальных серий, в этом случае дает менее надежные результаты привыделении низкочастотных компонент спектра.Именно развитыми в работе методами статистической обработки вейвлетспектров зафиксировано, что при изменении волновой активности изменяетсяспектр самого принимаемого сигнала.
Запаздывание в развитии возмущений,выделяемых на разных сетях, составляет от 4 до 12 часов.Например, в спокойный день 09.08, когда события от вспышки 14.07 имагнитного возмущения (17-18).07 уже окончились, а величина Dst слабоменялась от -20 до -5 nT), степенная аппроксимация спектра возможна для всегодня и значения показателя степени по временным периодам не сильноразличаются – среднее за день значение a составляет -2.51 при величинедисперсии 0.32 (для сравнения, среднее за август a=-3.38 при дисперсии своейвеличины 1.21).
Между тем, Венецианская сеть отмечает изменения в периодикахв сигнале практическисразу после солнечнойвспышки 14.07.2005. Награфикахрис.8представлены изменения вчастотепоявленияспектральных составляющих ТЕС на всех станцияхВенецианской подсети длявсехучаствующихвобработкеспутников.Объемыиспользуемыхданных таковы, что всепики более 1% на графикестатистически значимы.Рис. 8.Наш анализ показывает, что практически синхронно со вспышкойизменяется структура сигналов на Вененецианской подсети – в них возникаютнарушения степенного убывания спектра сигнала. Периодики возмущений в22сигнале отмечаются в интервалах 12-16 и 16-20 часов с некоторым уменьшениемих интенсивности в период 20-24ч.
Величины выделяемых периодик в самомсигнале составляют 20 – 40 и 80 – 100 мин, что в целом соответствует даннымдля волновых структур для магнитоактивных дней. Перестройки спектрарегистрируемых сигналов проходят в течение всего магнитного возмущения и нио какой аппроксимации степенным законом здесь речь идти просто не может.Аналогичное поведение отмечено для всех обработанных событий 2005г.,связанных с солнечной активностью и во время развитых магнитных бурь с|Dst|>150 nT.
Примеромэтого также может служитьсамая крупная по величинеDst буря 19-20 ноября2003г. К ее уникальностиотносится то, что во времяееразвитиясолнечнаяактивность была близка кфоновой, что упрощаютинтерпретацию наблюдаемых структур. В случаеэтой бури ни о какихстепенныхзаконахаппроксимацииспектраРис. 9.речи вообще нет – см. рис.9. Более того, возникают очень сильные периодики в районе свыше 80 – 100 мин.Приведенные спектральные оценки выполнены с помощью вейвлет – анализа,поскольку классическое спектральное Фурье- оценивание не в состоянииполучить корректные данные для таких периодик, подробнее – см.
Главу 3.Напомним, что одновременно с изменением в структуре ионосферных GPSсигналов в развитых фазах магнитной бури увеличивается скорость волновыхструктур – с 600 до 1500 м/c.Отмеченные особенности изменения спектров дают возможностьоценивать изменение волновой активности не только по интерферометрическимданным, которые требуют специальных методов детектирования и обработки, нои непосредственно по самому принимаемому сигналу.В п. 4.7.
подведены краткие итоги Главы 4.В Заключении приведены основные результаты и выводы работы.1. Предложена методика статистической обработки вейвлет-спектровсложных сигналов и исследованы ее возможности. В сравнении со спектральной,вейвлет-обработка сигнала имеет преимущества в низкочастотной части спектра.23Предложен практический критерий определения порогового уровнядетектирования наличия гармоники в реальном сигнале системы GPS.2.
Для выделения волновых возмущений в ионосфере радиоинтерферометрическим способом предложено также использовать толькофазовые измерения на частоте GPS L1. Метод обладает бόльшей областьюприменимости по сравнению с использованием только данных о TEC, ибо несвязан с измерениями сигналов на частоте L2 и дает результаты, сходные сданными по ТЕС.3. При непосредственном участии автора создано оригинальноепрограммное обеспечение - пакет CRASS (Complex Region Analysis SatelliteSignals) GPS для комплексного регионального анализа спутниковых сигналов.4.
В результате проведенного анализа данных сети IGS с использованиемсозданного ПО для наблюдательных сетей в районах Венеции, Детройта иТихоокеанского побережья Калифорнии в период всего 2005г. и октября-ноября2003 г. получено, что солнечные вспышки могут непосредственно приводить кросту параметра волновой активности и изменению параметра степеннойаппроксимации волнового спектра в два и более раза. Аналогичные эффектынаблюдаются во время магнитных бурь с возмущениями êDstê>120nT.5. Впервые для оценки средней скорости коронарных выбросов солнечноймассы при вспышках использованы возникновение волновой активности илиизменение параметра степенной аппроксимации волнового спектра выделенныхквазиволновых ионосферных структур.
Сравнение с независимыми даннымиизмерений скорости солнечного ветра на ИСЗ SOHO показывает согласиеполученных нами численных значений оценки средней скорости с in situэкспериментами.6. Исследовано развитие во времени спектров ионосферных возмущений,регистрируемых во время гигантских магнитных бурь октября-ноября 2003 г.Показано, что в течение нескольких часов после возникновения геомагнитноговозмущения возникает сильные изменения спектра периодов квазиволновыхионосферных структур в области 20…40 и 80…100 мин.7.
Выявлены характерные особенности изменения спектральной структурысамих регистрируемых сигналов системы GPS, что дает возможность оцениватьизменение волновой активности не только по интерферометрическим данным,которые требуют специальных методов детектирования и обработки, но инепосредственно по указанным изменениям.Приложение содержит общие сведения о возможностях базового вариантапрограммного комплекса КРАСС-GPS (CRASS-GPS) – инструмента дляKомплексного Регионального Анализа Спутниковых Сигналов (Complex RegionAnalysis of Satellite Signals) навигационной системы GPS.24Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:1.
Захаров В.И., Зиенко А.С., Кожарин М.А., Константинов Э.М., Куницын В.Е.Радиозатменная и томографическая диагностика атмосферы на базенавигационной системы GPS. // Труды XX Всероссийской конференции пораспространению радиоволн. Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г. НИРФИ,с. 166.2. Захаров В.И., Куницын В.Е., Зиенко А.С. Методика обработки сигналовнавигационной системы GPS для детектирования волновых возмущений вионосфере. // Сб. трудов XXI Всероссийской науч. конф.
“Распространениерадиоволн”, Йошкар-Ола, 25-27 мая 2005 г., т.1, стр. 243-2473. Захаров В.И., Зиенко А.С. Методика cтатистического анализа вейвлетспектров ионосферных сигналов системы GPS. // Всеросс. Научн. Конф.«Ломоносовские чтения», секц. Физика. 17-27 апреля 2006г. стр. 211-214.4. Захаров В.И., Зиенко А.С. Метод статистического анализа вейвлет-спектровионосферных сигналов системы GPS.
// Вестник МГУ, сер.3 - Физика,Астрономия. 2007. N2. C. 44-49.5. Zakharov V.I, Zienko A.S. The statistical analysis of the wavelet spectrums forionospheric GPS signals. // XIII Int. Symp. Atmospheric and Ocean optics.Atmospheric Physics. Tomsk. July 2 – 6, 2006. p. 82.6. Захаров В.И., Куницын В.Е., Зиенко А.С., Падохин А.М., Леонтьева Е.А.Сравнение ошибок контактного и радиозатменного методов определенияметеопараметров. // Эл.магн. волны и электронные системы.
2007. т. 12. N 8.с. 41-46.7. Зиенко А.С. Исследования структур ионосферных сигналов методамирадиоинтерферометрии, спектрального и вейвлет- анализа. // ТрудыМеждународ. Науч. Конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн»ИРЭМВ-2007. Таганрог, 25-30 июня 2007. т.2. с. 86-908. Zakharov V. I. and Zienko A. S. A Method for Statistical Wavelet Analysis ofIonospheric GPS Signals // Moscow University Physics Bulletin, 2007, Vol. 62, No.2, pp. 108–112. © Allerton Press, Inc., 2007. ISSN 0027-1349.9. Захаров В.И., Зиенко А.С.
Структуры ионосферных сигналов, выделеныхметодами GPS- радиоинтерферометрии. // Труды школы-семинара “Волны2008”. 21-26 мая 2008г. Ч. 5. М., МГУ. C. 87-9210. Захаров В.И., Зиенко А.С., Куницын В.Е. Распространение радио сигналовGPS при различной солнечной активности. // Эл.магн. волны и электронныесистемы. 2008. N 8. с. 51-57.25Цитированная литература.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.Акасофу С.И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. Т. 1.
— М.: Мир, 1975.512 с.Митра А. Воздействие солнечных вспышек на ионосферу Земли. М: Мир,1977. 370 с.Тверской Б.А. Основы теоретической космофизики. Избранные труды. М.,УРСС, 2004. 376 с.Рэдклиф Дж. Введение в физику ионосферы и магнитосферы. «Мир». 1975.Госсард Э., Хук У. Волны в атмосфере. «Мир».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
