Диссертация (1149467), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Изприведенных иллюстраций видны наиболее характерные качественныеособенности изменения форм импульсов по мере увеличения расстояния:заметное влияние на формирование импульса начинают играть ионосферныеотражения. Увеличиваясь по амплитуде и сближаясь с земной волной, они, вконечном итоге, приводят к квазиосциллирующей форме атмосферика. Приболее детальном рассмотрении можно увидеть заметное расплывание"земной" составляющей импульса, существенно большее затухание ее посравнению с основной частью импульса, формируемой ионосфернымиотражениями. На расстояниях 400…500 км первое ионосферное отражениеначинает превосходить земную составляющую (обычно ее первую, какправило, максимальную полуволну) по амплитуде.
С 800…1000 км оноперекрывает ее по времени, приводя к уменьшению длительности, а на126больших расстояниях – к дополнительному уменьшению амплитуды первойполуволны. На расстояниях свыше 3000 км земная волна становитсянеразличимой на фоне внешних атмосферных помех, и измерения любых еепараметров становятся затруднительными.
При дальнейшем увеличениирасстояния "тонут" и последующие полуволны, приводя к заметнойдополнительной задержке регистрируемого начала сигнала.На Рис. 3.25 приведены амплитудные значения земной волны, первого ивторого скачков в зависимости от расстояния, на Рис. 3.26 – амплитудныезначения, вычисленные для всего сигнала.E m , отн.ед.1GroundJump 1Jump 20.80.60.40.2R, км0050010001500Рис. 3.25. Амплитуда земной волны, первого и второго скачков сигнала взависимости от расстояния.101Em, отн.ед.R, км10200040006000800000.1100002000Em, отн.ед.40006000800010000R, км0.10.010.010.0010.0010.00010.0001Рис. 3.26. Зависимость от расстояния: а) максимальных абсолютных и б)среднеквадратичных значений амплитуд атмосфериков, рассчитанных дляночных(черныекривые)идневныхусловийраспространенияипроводимостей земли σ = 10–2 См/м (сплошные кривые) и σ = 10–3 См/м(пунктирные кривые).127Из рисунка Рис. 3.25 видно, что с расстояний порядка 400…500 кмначинает превалировать первый скачок по отношению к земной волне, а с1500 км – второй скачок.
Осцилляции, наблюдаемые на Рис. 3.26, связаны с"включением"отраженийболеевысокогопорядка.Сувеличениемрасстояния абсолютный максимум сигнала смещается в область большихвремен, что связано с перераспределением влияния на форму ионосферныхотражений.На Рис. 3.27. приведены результаты расчетов, связанные с влияниемпроводимости подстилающей поверхности.E*, В/м1E*, В/м1.5День, 1500 км10.5t, мкс0-0.5Ночь, 1500 км02000.5t, мкс0400-0.5 0-1200400-1б)а)E*, В/м0.8E*, В/м1День, 3000 км0.50.4t, мкс0200t, мкс00-0.4Ночь, 3000 км-0.5 0400200400-1-0.8-1.5в)г)Рис.
3.27. Формы атмосфериков в зависимости от проводимости земли: σ =10–2 См/м (жирная линия), σ = 10–3 См/м (тонкая линия), σ = 10–4 См/м(пунктирная линия). Расстояния 1500 (а, б) и 3000 км (в, г). Дневные (а, в) иночные (б, г) условия распространения.Результатырасчетовпоказывают,чтовлияниеподстилающейповерхности начинает играть существенную роль при проводимостях,меньших 10–2 См/м. Так, при проводимостях, больших 10–2 См/м, разницы вформах атмосфериков практически нет. При уменьшении проводимости до12810–3 См/м амплитуда сигнала уменьшается на 20% на расстоянии 1500 км ина 30% на расстоянии 3000 км.
При уменьшении проводимости до 10–4 См/мамплитуда сигнала уменьшается на 60% на расстоянии 1500 км и на 70…80%на расстоянии 3000 км. Таким образом, проводимость земли сказываетсябольше при увеличении расстояния до излучателя.Группа иллюстраций на Рис. 3.28 описывает влияние направленияприхода сигнала на его форму.E*, В/м2День, 1500 км1E*, В/мСеверЮгЗападВосток0.5t, мксt, мкс00200-0.5 0400-1200400-1.5б)а)E*, В/м1День, 3000 км0.5СеверЮгЗападВостокt,мкс0-0.5в)Ночь, 1500 км1.5СеверЮгЗападВосток0200-1400г)1.510.50-0.5 0-1-1.5-2E*, В/мНочь, 3000 км200СеверЮгЗападВостокt,мкс400Рис. 3.28. Формы атмосфериков в зависимости от направления приходасигнала.
Расстояние 1500 (а, б) и 3000 км (в, г). Дневные (а, в) и ночные (б, г)условия распространения.Как видно из приведенных иллюстраций, разница форм при приходесигнала с севера и юга незначительна. Наибольшее различие формнаблюдается при приходе сигнала с запада и востока. При приходе сигнала свостока амплитуда значительно меньше (до 1,5 раз), чем с противоположного(западного) направления. К тому же, эта разница зависит от временинаблюдения: в ночных условиях она существенно больше.Влияние времени наблюдения на трансформацию форм атмосфериковпредставлено на Рис.
3.29а для расстояния 100 км. На Рис. 3.29б129представлены профили концентрации электронов в зависимости от временисуток.E017 UT18 UT19 UT20 1100UT21 UT22 UT23 UT24 UT1000500-1006007008009001000-200h, км1009080706050Ne, см-300110100-315 UT16 UT17 UT18 UT19 UT20 UT21 UT22 UT23 UT00 UT1000 10000Рис. 3.29. Форма сигнала в зависимости от времени наблюдения. Расстояние100 км.На Рис.
3.30 приведены расчеты форм для излучателя, расположенного вточке с координатами 55° с.ш., 3° в.д. Расстояния до пунктов регистрации ЛеМиль, Франция и Петергоф равны 1300 и 1700 км.1.5 E*, В/м00 UT04 UT08 UT12 UTt, мкс10.50-0.5 01.500 UT04 UT08 UT12 UTt, мкс10.50200400-0.5 0-1а)E*, В/м200400-1-1.5б)-1.5Рис. 3.30. Формы атмосфериков в зависимости от времени наблюдения дляпункта регистрации а) Ле Миль; б) Петергоф.Как видно из приведенных иллюстраций, наиболее значимые изменениянаблюдаются при переходе день-ночь.3.4. Методика формирования банка канонических форм атмосфериковСовременныетенденцииразвитияимодернизациисистемместоопределения грозовых очагов связаны с существенным расширениемзоны их оперативного обслуживания (до глобальных масштабов) при130максимально возможном сохранении высокой эффективности обнаружения иточности локации отдельных молниевых разрядов [Кононов, Юсупов, 2011].Среди различных систем пассивной локации гроз, используемых в последниедесятилетия,наивысшейточностьюхарактеризуютсяразностно-дальномерные системы местоопределения (РДСМ).
Несмотря на то, что дляих развертывания и эксплуатации требуется большее, чем у других систем,количество разнесенных пунктов регистрации атмосфериков, кроме того,более высокие требования предъявляются к точностям дискретизациисигналов, их синхронизации и временной привязки, именно эти системыполучают наибольшее распространение. В большинстве существующихРДСМпоступающаявцентральныйпунктобработкиинформацияограничивается передачей из периферийных пунктов лишь отдельныхпараметров принятого сигнала, а не полного набора его оцифрованныхдискретных отсчетов. Одним из важнейших передаваемых параметров,необходимым для определения местоположения молниевого разряда,является время прихода соответствующего ему электромагнитного сигнала,оцениваемое в абсолютной временной шкале по той или иной егохарактерной точке.
Точность этой оценки зависит от многих факторов. Одиниз наиболее существенных связан с особенностями трансформация волновойформы ЭМИ разряда (атмосферика) при распространении в волноводномканале Земля-ионосфера. При большом разносе пунктов регистрациивозможнопоявлениеособеннозначительныхошибок(достигающихнескольких десятков микросекунд), связанных с неоднозначностью выборахарактерной точки.
Для их устранения (или существенного уменьшения) впоследние годы предлагается способ, основанный на использовании банковэталонных (канонических) форм атмосфериков, сформированных тем илииным способом на разных удалениях от излучателя и для различных условийраспространения. Путем сопоставления регистрируемых атмосфериков сэталонными формами сигналов, выбранными из банка волновых форм всоответствии со значениями текущего времени и направления приходапринятых сигналов, предполагается получить однопунктовую оценкудальности с точностью, позволяющей исключить неоднозначность привязкии, по возможности, путем введения соответствующих поправок, уменьшитьвлияние на точность местоопределения эффектов распространения.131В работах [Ryan, 2008; Said, Inan, Cummins, 2010] банки каноническихформ предлагается формировать по экспериментальным данным регистрацииатмосфериков.
Так, в работе [Said, Inan, Cummins, 2010] приведеныиллюстрации канонических форм атмосфериков, полученных усреднениемсигналов, зарегистрированных в течение одного летнего грозового сезона винтервале расстояний от 250 км до 4000 км (с градациями по дальности 250км), с помощью американской разностно-дальномерной системой NLDN извыделенных из грозовых очагов, соответствующих указанным вышеградациям.В данной работе предлагается альтернативный способ формированиябанка канонических форм, получаемых путем численных расчетов форматмосфериковсинтервальнымизначениямипараметровтрассраспространения и расстояний с использованием в качестве исходногомассивабанкаусредненныхтиповыхформ,полученныхпоэкспериментальным данным регистрации атмосфериков в ближней зоне втечение грозового сезона 2001 года. Достаточно жесткие ограничения напространственное положение источников атмосфериков (50…150 км отпункта регистрации) и временной интервал обработки каждого атмосферика(не превышающий 200 мкс от начала сигнала) позволили использовать этиформывкачествевторыхпроизводныхдипольногомоментадляпоследующих расчетов.
Образцы основных типов представлены на Рис. 3.31.Для численных расчетов волновых форм атмосфериков в произвольных(заданных)условияхраспространенияиспользовалсяпрограммныйкомплекс, разработанный на кафедре радиофизики СПбГУ [Кононов, Иванови др., 2011].Рис. 3.32 иллюстрирует формы атмосфериков приведенных на Рис. 3.31типов, пересчитанных с использованием указанной программы на расстояние2000 км для ночных условий распространения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
