Автореферат (1149465), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На Рис. 2а представлен образецэкспериментальносоставляющих.зарегистрированныхГодограф,приведенныйвременныхнаРис.форм2б,НxболееиНyнаглядноиллюстрирует различие этих форм, а также вариации пеленга на источник,формируемогопомгновеннымвременнымотсчетамрегистрируемыхмагнитных компонент.H, отн.ед.1000HyHxHy500t,мксHx0-500а)01000200030004000-10005000б)Рис. 2. а) Образцы форм горизонтальных составляющих компонент Нx, Hyмагнитного поля; б) их годограф.12Третья глава посвящена модельному исследованию электромагнитногоизлучения гроз.
В ней рассматривается многосегментная модель молниевогоразряда (схематически представлена на Рис. 3, учитывающая возможныепространственные изменения структуры протяженного молниевого канала.Рис. 3. Геометрия и обозначения для наклонногоzсегмента молниевого канала, расположенногоθiнадliидеальнопроводящейземнойповерхностью.yxплоскойϕiНаличие земли учитывается введением зеркального источника. Переход вместную систему координат, связанную с сегментом, позволяет свестиисходную проблему к решенной ранее задаче о линейном излучателе всвободном пространстве [Borisov, Kononov, 1996].
Рассчитав поля для каждогосегмента, переходим в исходную систему координат и суммируем их, получаяполевсегоразряда.Проведеныисследованияформимпульсовэлектромагнитного излучения для разных конфигураций молниевого канала иположений точки наблюдения на и над земной поверхностью. Частныепримеры форм горизонтальной магнитной составляющей, рассчитанные дляодносегментнойнаклонноймоделиразряданарасстоянии30км,иллюстрирующие их изменения в зависимости от угла возвышения приемника,приведены на Рис. 4.108H, отн.ед.1276420-2100610H, отн.ед.1865432t, мкс41500-210020075623t, мкс4150200б)а)Рис.
4. Поле линейного излучателя в зависимости от угла возвышенияприемника. Угол меняется от 0° (линия 1) до 180° (линия 7) с шагом 30° дляоснования излучателя, а) расположенного на земле; б) поднятого на высоту 3км.13Получены количественные оценки нижней границы применимостидипольных представлений протяженных излучателей, которые оказались10…30 км для разрядов ОЗ типа и 30…50 км для разрядов ВО типа.С помощью модели объяснено замеченное ранее различие форммагнитных компонент поля в ближней зоне, образец которого приведен впредыдущей главе. В качестве иллюстрации на Рис.
5 приведен пример расчетаполей и годограф для трехсегментной модели молниевого разряда.2H, отн.ед.1t, мкс0-1 0HyHxHyHx100200300400500-2-3-4Рис. 5. Формы магнитных компонент поля и годограф, рассчитанные длятрехсегментной модели разряда.Для расчетов импульсных сигналов в средней зоне задействованпрограммный комплекс, разработанный на кафедре радиофизики СПбГУ,основанный на представлении решения для точечного диполя в видеразложений по скачкам. Исследуются особенности трансформации форматмосфериков и их параметров при распространении в волноводном каналеЗемля-ионосфера.Проведеносопоставлениеэкспериментальнозарегистрированныхатмосфериков и рассчитанных сигналов с использованием типовых форм,показывающаяадекватностьиспользуемогопрограммногокомплекса.Обсуждается методика формирования банка канонических форм атмосфериковна его основе.В четвертой главе рассмотрены возможности использования результатовмодельных исследований, приведенных в третьей главе, при решении задачместоопределения молниевых разрядов.
В качестве одного из примероврассматриваются результаты анализа ошибок местоопределения, возникающихвразностно-дальномерныхсистемахвследствиевлиянияэффектовраспространения. Приводятся результаты анализа характерных точек сигналов,14используемых для их временной привязки в разностно-дальномерных системахместоопределения гроз, позволившие оценить погрешности таких систем и датьрекомендации по их уменьшению.В качестве второго примера рассматривается возможность построенияоднопунктовогогрозопеленгатора-дальномерамолниевыхразрядовсрасширенной (10…1500 км) зоной оперативного обслуживания, состоящего иза) широкополосного рамочного пеленгатора, б) модифицированного фазовогоEH дальномера ближней зоны (с радиусом действия до 100 км) и в) дальномерасредней зоны (100…1500 км), основанного на использовании сформированногобанка канонических форм атмосфериков.Проверка работоспособности пеленгатора в средней зоне осуществлялась сиспользованиемданныхразностно-дальномернойсистемыWetterzentrale(точность местоопределения 30…40 км).
Была выявлена систематическаяошибка,послеучетакоторойпогрешностьработыпеленгаторахарактеризовалась случайной ошибкой с СКО 1…2°.Восноведальномераближнейзонылежитиспользованиемодифицированного фазового EH алгоритма, основное отличие которого отизвестныхметодовсвязаносвозможностьюучетаневертикальностидипольного момента и интегральным способом получения оценки дальности. Вглаве приводятся оценки погрешностей, связанные с различными источниками.Особенно существенное влияние на точность оценки дальности оказываютнизкочастотныеиндустриальныенаводки.Предложенэффективныйкомпенсационный метод их устранения.Проведенаэкспериментальнаяпроверкаработыгрозопеленгатора-дальномера.
В ближней зоне (до 100 км) в качестве поверочного инструментаиспользоваласьсопоставлениямногопунктоваясинхронныхУКВсрабатыванийсистемапоказали,SAFIR.чтоРезультатыминимальнаяпогрешность (5%) имеет место в средней части (30…50 км) рабочей зоныдальномера ближней зоны и увеличивается до 15% при приближении к еенижней (10 км) и верхней (100 км) границам.
Оценка точностныххарактеристик алгоритма местоопределения средней зоны (100…1500 км)осуществлялась по данным локации молниевых разрядов, полученных сиспользованием специально развернутой двухпунктовой ПСМ с базовымрасстоянием 2450 км. Оказалось, что величина относительной погрешности15местоопределения тестируемого алгоритма составляет 5…15%. В качественезависимого поверочного средства использовались данные местоопределениягроз многопунктовой РДСМ Wetterzentrale (Германия). Сопоставление данныхпоказало достаточно хорошее совпадение очагов грозовой активности надЕвропой,укладывающеесявпределыприведенныхвышезначенийотносительных погрешностей.500Рис. 6. а) Поточечное 15 минутное Рис. 7.
Карта грозовой активности заотображение грозовой активности 31-05- 08-07-001 г. Крестиками отмечены2001, локализованной системой SAFIR местоположения(вверху) и однопунктовым ГПД (внизу).молниевыхразрядов, определенные с помощьюразностно-дальномернойWetterzentrale,системыкружкамиоднопунктовым–дальномеромсредней зоныВажнойстороноймониторингагрозовойактивностиявляетсяееинформативное отображение. В главе рассматривается метод отображения ихранения данных о местоположении молниевых разрядов, основанный наприменениикластерногоанализа,которыйпозволяетвыделятьпространственно разнесенные очаги (кластеры) грозовой активности и, принеобходимости, соотносить регистрируемое излучение (используемое для16решения задач, связанных с оценкой текущей фазы грозы и краткосрочнымпрогнозом ее развития) с выделенными очагами.В заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходевыполнения работы:• Проведены экспериментальные исследования вариаций форм и параметровимпульсногоэлектромагнитногосущественныеразличияизлученияструктурыгроз.горизонтальныхОбнаруженыортогональныхкомпонент магнитного поля в ближней зоне, которые не могут бытьобъясненыврамкахсуществующихмоделеймолниевыхразрядов.Результаты совместных экспериментальных исследований, проведенных сфранцузской фирмой DIMENSIONS (УКВ система SAFIR), показаливозможностьиспользованияСДВсредствдляобнаруженияиместоопределения сильноточных компонент молниевых вспышек всехтипов.• Разработана методика классификации форм атмосфериков по типам,позволяющая исключить возможные вариации, обусловленные эффектамираспространения.
Данная методика позволила сформировать несколькоусредненныхформнаиболеечастовстречающихсяатмосфериков,возбуждаемых в процессе развития молниевых вспышек и которые могутбыть использованы при решении различных утилитарных прикладных задач,связанныхс необходимостьюрасчетаимпульсов электромагнитногоизлучения СДВ диапазона в волноводном канале Земля-ионосфера.• Разработана модель молниевого разряда как источника импульсногоэлектромагнитного излучения, учитывающая возможные пространственныеизменения геометрии молниевого канала. Проведены исследования формимпульсов электромагнитного излучения в зависимости от геометриимолниевого канала и расположения точки наблюдения на земле и надземнойповерхностью.Полученыколичественныеоценкиграницыприменимости дипольных представлений протяженных излучателей, а такжеполяризационных ошибок рамочных пеленгаторов в ближней зоне.• Проведеныдетальныечисленныеисследованияособенностейтрансформации форм и параметров атмосфериков при их распространении в17волноводном канале Земля-ионосфера для различных типов источника,расстояний и условий распространения.• Проведено исследование путей повышения точностных характеристикразностно-дальномерных систем местоопределения гроз путем введенияпоправок на распространение.