Неэквидистантные ряды наземных и спутниковых измерений на фоне шумовых процессов (1104118)
Текст из файла
На правах рукописиШахпаронов Владимир МихайловичНеэквидистантные рядыназемных и спутниковых измеренийна фоне шумовых процессов01.04.03 радиофизикаАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква 20122Работа выполнена на кафедре физики колебаний физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководительдоктор технических наук, с.н.с.Карагиоз Олег ВсеволодовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор,заведующий кафедрой квантовой электроникифизического факультета МГУПанов Владимир Иванович,доктор физико-математических наук, профессорМосковского государственного университетаприборостроения и информатикиCазонов ЮрийИвановичВедущая организация:Московский физико-техническийинститут (МФТИ)Защита диссертации состоится 27 декабря 2012 г.
в 11 час. 00 мин. нафизическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова в аудитории 5-19 назаседании диссертационного Совета Д501.001.67 по адресу: 119991, г.Москва, ГСП-1, Ленинские горы, дом №1, строение 2, тел. +7(495)93942-09.С диссертацией можно ознакомиться в отделе диссертаций Научнойбиблиотеки МГУ имени М.В.
Ломоносова по адресу: Ломоносовскийпроспект дом № 27.Автореферат разослан 13 ноября 2012 г.Учёный секретарьдиссертационного совета, к.ф.-м.н., доцентА.Ф. Королёв.3Актуальность работы. В реальных физических экспериментахизмерения всегда проводятся при наличии дестабилизирующих факторов,которые накладывают на исследуемый процесс шумовой фон. Для получениянадёжной информации и выявления дестабилизирующих факторовтребуются методики эффективного выделения полезного сигнала.Спектральный анализ неэквидистантных рядов, в которых результатыизмерений физических величин фиксируются через нерегулярные интервалыи даже имеют существенные разрывы во времени, в случае его корректногоосуществления позволяет выделить некоторые характерные периодичности,несущие информацию о наличии возможных дестабилизирующих факторов.Эквидистантные ряды в реальных экспериментах получить трудно или даженевозможно.
Метод усреднения ординат на пробном периоде,использовавшийся при анализе неэквидистантных рядов, детальнопроверялся как на тестовых рядах, так и на привязанных к реальномувремени данных приёмника GPS. Была показана его высокая эффективность.Фундаментальные физические постоянные, а именно скорость света,гравитационная постоянная G, постоянная Планка, являются базойважнейших формул современной физики. Много экспериментов посвященоболее точному измерению их значений и проверке того, не изменяются лиони во времени и пространстве. Известно большое количество опытов, вкоторых обнаружение ожидаемого эффекта сводится к регистрации малойсилы, действующей на пробное тело.
К ним следует отнести экспериментыпо поиску гравитационных волн, исследованию влияния промежуточнойсреды на гравитационное взаимодействие, проверке эквивалентностиинертной и гравитационной масс, проверке ньютоновского закона тяготения,обнаружению новых дальнодействующих сил, измерению давленияразличных форм излучения. При выполнении таких экспериментовиспользуются высокочувствительные механические датчики, например,крутильные весы, гравиметры, градиентометры, маятники, струнныепреобразователи, антенны Вебера. Особое место занимают крутильные весы,обладающие высокой чувствительностью и поэтому используемые вбольшинстве наиболее тонких экспериментов.
Они имеют большое числомаятниковых степеней свободы и эффективно работают только при высокомвакууме, что затрудняет их использование в экспериментах, гдепредпочтение можно отдать более простым и вибростойким датчикам.В последние годы активно развивается направление, связанное сразработкой, исследованием и применением молекулярно-электронныхпреобразователей для гео- и гидроакустики, систем инерциальной навигации.Совершенствование приборов молекулярной электроники ведёт кдальнейшему изучению механизмов возникновения шума в чувствительномэлектрохимическом элементе, преобразующем механические величины вэлектрические сигналы. Установлено, что молекулярно-электронные датчикипо частотному диапазону и уровню собственных шумов вплотнуюприблизились к лучшим из известных механических приборов. Уменьшениегабаритов датчиков приводит к появлению дополнительных шумов и4нежелательному изменению характеристик прибора.Для получения надёжной информации и устранения шумов требуютсяметодики эффективного выделения полезного сигнала.
Измерениегравитационной постоянной G на автоматизированной установке,формирующей длинные неэквидистантные ряды, привело к изучениювременных вариаций полученных результатов. Во всех известных работахподобный эффект не наблюдался, автоматизация измерений G непредусматривалась, полученные данные не привязывались к реальномувремени. Расхождения данных разных авторов значительно превосходилипогрешности конкретных экспериментов. Причина такого разброса ещёокончательно не выяснена.
Вследствие этого одна из основных физическихконстант до сих пор измерена с большой погрешностью. При классическомподходе к поиску периодичностей в сложном процессе, природа которогоещё не изучена, получить надёжный результат весьма проблематично.Возникла острая необходимость в объяснении полученных результатов,выявлении их природы, повышении качества измерений, устранениисистематических погрешностей. Предпринимались попытки повлиять нарезультаты измерений какими-либо внешними воздействиями. Проводилисьизмерения G при вынужденных колебаниях точки подвеса. При этом не былообнаружено однозначной зависимости результатов измерений G отамплитуды и частоты внешнего воздействия. Актуальность спектральногоанализа неэквидистантных рядов возрастала по мере накопления материаловпо измерению G, а также проведения исследований, направленных навыявление природы вариаций. Отсутствие стандартных программ дляисследования неэквидистантных рядов не позволяло ранее осуществитьдетальный анализ и выявить скрытый шумовой фактор.Космическая техника существенно расширяет область физическихизмерений.
Появляются широкие возможности для постановки самыхразличных экспериментов, в том числе измерения гравитационнойпостоянной, определения параметров гравитационного поля Земли и другихпланет солнечной системы, изучения параметров космического излучения.Развитие физических экспериментов требует повышения стабильностидатчиков первичной информации путём ослабления влияния различныхшумовых процессов. Поэтому их исследования на примерах различныхфизических объектов с использованием электронных и математическихсредств спектрального анализа, составляющих основу радиофизическихметодов исследования, являются актуальными.Цель работы состояла в исследовании избыточного шума намодельных объектах, получении и спектральном анализе временных рядов свыявлением скрытых периодичностей на фоне шумовых процессов приизмерении G и анализе данных бортовой телеметрии космических аппаратовс определением параметра фликкер-шума в зависимости 1/f.5Научная новизна исследований на модельных объектах обнаружен избыточный шум, который являетсяодной из форм фликкерного шума; присущий водным растворам шумиспользован как инструмент для исследования сложных процессов,происходящих на границе раздела фаз металл-электролит; предложен новый способ измерения G, в котором притягивающие массыперемещаются в направлении, перпендикулярном линии равновесиякоромысла; осуществлён спектральный анализ неэквидистантных рядов измеренийгравитационной постоянной, выявлены шумовые факторы, связанные смикросейсмами, потоками разреженного газа, флуктуациями температуры; проведен спектральный анализ неэквидистантных рядов числовыхзначений служебной бортовой телеметрии космического аппарата"Университетский", определены характерные периодичности, а такжевыявлены скрытые процессы, дающие информацию о состоянии бортовыхсистем спутника на орбите.Практическая значимость1.
Изучение шумовых процессов в водных растворах позволилонаглядно показать, что в равновесных условиях наряду с тепловым шумомвозникают дополнительные низкочастотные флуктуации напряжения,которые можно трактовать как фликкер-шум.2. Исследование скрытых периодичностей при измерениигравитационнойпостояннойобеспечиловыявлениеосновныхдестабилизирующих факторов, обусловленных инфранизкочастотнымиакустическимиколебаниямиестественногоиантропогенногопроисхождения, потоками разреженного газа, флуктуациями температуры.3. Увеличение вариантов размещения притягивающих массотносительно рабочего тела крутильных весов расширило функциональныевозможности установки для измерения гравитационной постоянной,обеспечило после предварительного расчёта момента притяжения еёиспользование при анализе систем со сложной формой взаимодействующихтел, способствовало устранению систематических погрешностей исокращению времени измерений.4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
