Диссертация (1149467), страница 22
Текст из файла (страница 22)
По нашим оценкам точностьопределения разностей времен прихода (РВП) в разнесенные пункты непревышает ±10 мкс при любых возможных разностях расстояний в интерваледо 600 км (в предположении идентичности параметров распространения навсех анализируемых трассах). Соответственно и размеры баз междупунктами не должны превышать этой величины. При больших базовыхрасстояниях, достигающих 10000 км и более, допустимое отличие разностейхода (при которых погрешность временной привязки не превышает ±10 мкс),составляет 30…40% от размеров базы. При увеличении разностей расстоянийсверх указанных границ погрешности РВП скачком возрастают до величин70…80 мкс, а при последующем увеличении – даже кратных приведеннымвышезначений.Этообъясняетсяквазиосциллирующимхарактеромволновых форм, причем при увеличении расстояния номер максимальнойполуволнысдвигаетсявобластьбольшихвремен,чтоприводитчередующейся смене знака максимума корреляции и скачкообразномусмещению его положения.В последующие годы были опробованы другие, более простые способыпривязки к сигналам по их характерным точкам, обеспечивающим вопределенных условиях не меньшую точность, чем у вышеприведенногометода, что позволяет передавать в центральный пункт информациюсущественно меньшего объема: не весь зарегистрированный в каждомотдельном пункте и оцифрованный на интервале до 1 мс сигнал, а толькоцифровые коды о моментах прихода сигнала в разнесенные пункты, а также онекоторых его вспомогательных параметрах таких, как длительность фронта,полярность и амплитуда первой полуволны, которые используются внекоторых практических приложениях для определения типа разряда,величины его эквивалентного тока.Следует заметить, что в большебазовых системах местоопределениягроз, на которых акцентируется внимание в настоящем сообщении,приходится иметь дело главным образом с ОЗ типом разрядов.
Для этоготипа разрядов, учитывая ярко выраженные фильтрующие свойства трасс140распространения большой протяженности, вполне приемлемым оказываетсяиспользование аппроксимации дипольного момента в виде P(t ) = P0 (at ) 3 e − at .Приводимыенижеиллюстрациичисленныхрасчетовполученысиспользованием последнего выражения. Возможные вариации источника приэтом описываются изменением параметра a в пределах (2…5)·104 сек–1.Как следует из оценок, приведенных в работе [Кононов, Петренко, 1992]и опыта эксплуатации некоторых действующих систем (например, NLDN)[Cummins,Krider,1998],прибазовыхрасстоянияхсистемы,непревышающих 2000 км (РДСМ_С), целесообразно характерные точки длявременной привязки выбирать в пределах первой полуволны "земной"составляющей атмосферика. Определения и обозначения характерных точекприведены на Рис. 4.1а.
Две из них связаны с передним фронтом сигнала. Это,tfопределяющееточкупересеченияосивременипрямой,аппроксимирующей передний фронт в виде секущей, проходящей череззначения 0,3 и 0,7 от максимального значения амплитуды Em, а также t0,5,определяющее временное положение относительного значения 0,5Em. Кромених на практике нередко используются также значения tmax и t0,характеризующие временное положение максимума первой полуволны илипервого нулевого перехода после него.E*, V/m10.5E *, V /mt f t 0,5 t max00200.5t040t , μs60800100-0.5а)-10t 01t50 max1t max2 t 02100t , μs150-0.5б)-1Рис. 4.1. Характерные точки а) земной волны и б) дальних атмосфериков,рассчитанных на расстояниях 1000 и 3000 км, используемые для определениявремени прихода сигнала.141Для систем с большими базовыми расстояниями (РДСМ_Д) земнаяволна, в силу ее малости, становится не пригодной для временной привязки.Поэтому приходится прибегать к выбору иных характерных точек сигналов.Это может быть некоторое заданное значение абсолютного порога, моментпревышения которого служит реперной точкой для временной привязки.Более часто используется временное положение точки, соответствующейабсолютному максимуму или следующему за ним ближайшему нулевомупереходу или первому нулевому переходу, следующему после моментадостижениясигналомнекоторогозаданногозначенияотносительновеличины его абсолютного максимума (например, 0,5Em).Приведем вначале некоторые оценки погрешностей привязки похарактерным точкам земной волны и их возможных вариаций при измененииусловий распространения.
Рассмотрение начнем с характерных точек,использование которых, в соответствие с вышесказанным, предпочтительнодля РДСМ_С. Значения всех приведенных выше параметров возрастают помере увеличения расстояния и ухудшения проводимости земли. Так,абсолютные значения изменений tf на каждые 100 км приращения дальностив зависимости от величины проводимости σ = 10–2, 10–3 и 10–4 См/мсоставили соответственно 0,37, 0,81 и 1,2 мкс. Ряд аналогичных измененийпараметра t0 оказывается в 2…3 больше и составляет 1,2, 1,5 и 1,9 мкс.Величины приращений параметра t0,5 равные 0,53, 0,87 и 1,7 мкс, занимаютпромежуточное положение между вышеприведенными рядами значений. Изэтих оценок видно, что для временной привязки целесообразно использоватьпараметр tf , характеризующийся в несколько раз меньшими вариациями приизменении проводимости, чем первый (после максимума) нулевой переход t0.Недостатком используемой аппроксимации является заметное отличиепараметровфронта,рассчитываемыхсееиспользованием,отсоответствующих параметров реально регистрируемых атмосфериков намалых удалениях от излучателя (100…300км).
Поэтому были проведеныдополнительные расчеты импульсов земной волны с использованием вкачестве функций источника реальных волновых форм атмосфериков,зарегистрированных в широкой полосе (2 МГц) и выделенных из интерваларасстояний 50…100 км, что позволяет исключить влияние ионосферныхотражений, не считаться с наличием статической и индукционной142составляющих (по сравнению с волновым членом) в формированииатмосферика и использовать его форму в качестве второй производнойдипольного момента. На Рис.
4.2 в качестве иллюстрации приведенырезультаты расчетов земной волны с использованием аппроксимации иреального атмосферика, зарегистрированного на расстоянии 87 км.1E z * , V /m1500500t , μs00-1-1.5земная волна10000.5-0.5E z,отн.ед.050-500 50100150200Az=0 R = 100 km-1000Az=0 R = 500 km-1500100-2000Az=0 R = 1000 km-2500Az=0 R = 3000 km150200 t , μ s 250Источник ЕоR = 100 kmR = 500 kmR = 1000 kmR = 3000 kmРис. 4.2. Формы импульсов, иллюстрирующие трансформацию с расстояниемземной волны атмосферика (приведенные по амплитуде к 100 км),рассчитанные для значения σ = 10–2 См/м с использованием аппроксимации спараметром a = 3·104 сек-1 (график слева) и для конкретного образцареального сигнала (представленного в условных единицах в виде пунктирнойкривой на правом графике).Из приведенного рисунка видно, что по мере удаления происходитсглаживание первоначально заметно изрезанной формы реального сигнала,относительные изменения форм сигналов обоих типов приобретает примерноодинаковый характер.Количественные изменения рассмотренных выше параметров формыземной волны tf , t0,5, tm и t0, используемых для временной привязки, можнооценить из кривых, приведенных на Рис.4.
и рассчитанных для значенийпараметра σ = 10–2 и 10–3 См/м, типичных для большинства трассевропейской части России. Из приведенных кривых видно, что диапазонизменений параметров фронта сигналов при увеличении расстояния как дляаппроксимируемого, так и реального сигналов приблизительно одинаков,величина приращений дополнительных задержек на каждые 100 кмпрактически не отличается от приведенных выше оценок.143t, μs4540354540tf, s=0,01t05, s=0,01tf, s=0,001t05, s=0,00130252015t, μs353025201510105050R, km012050010001500200025003000R, km05001000150020003000t, μst, μs120tm, s=0,01t0, s=0,01tm, s=0,001t0, s=0,0011008010080606040402020R, km0025005001000150020002500R, km03000050010001500200025003000Рис. 4.3.
Зависимость от расстояния параметров tf , t0,5, tm и t0, рассчитанных сиспользовании аппроксимации (графики слева) и для реального атмосферика(графики справа) при значениях проводимости σ = 10–2 (жирные кривые) и σ= 10–3 См/м (тонкие кривые).Так, для анализируемого реального сигнала приращения длительностифронта составляют 0,24, 0,27 и 0,55 мкс на каждый 100 км инкрементрасстояния для проводимостей, равных соответственно σ = 10–2, 10–3 и 10–4См/м.
Аналогичный ряд приращений характерной точки t0,5 равен 0,53, 0,87 и1,7 мкс. Некоторой отличительной особенностью изменения другихпараметров реальных сигналов tm и t0 является их немонотонный характер,объясняемыйвлияниемизрезанностиволновойформыатмосферика,наиболее заметно проявляющимся для t0.Приведенные оценки в целом подтверждают сделанный ранее в работе[Кононов, Петренко, 1992] вывод о преимуществе использования длявременной привязки в масштабах РДСМ_С параметров фронта земнойволны. Соответствующие погрешности местоопределения, обусловленныевозможными вариациями параметров трасс распространения, не будут144находиться в пределах, не превышающих 1 км в центральной частиоперативной зоны обслуживания РДСМ_С.Переходя к обсуждению возможных ошибок временной привязки вбольшебазовых РДСМ_Д, следует отметить, что их величина при достаточнобольшой возможной разнице расстояний от излучателя до приемных пунктовможет достигать величины в несколько десятков микросекунд.
Такого родаошибки, как по характеру, так и по величине, присущи методам привязки похарактерным точкам сигналов, в частности, обозначенным на Рис. 4.1б. Вкачестве иллюстраций на Рис. 4.4 приведены кривые, характеризующиедополнительные временные задержки (относительно начала фронта сигнала,распространяющегосясоскоростьюсвета)характерныхточек,соответствующих положению максимума атмосферика или первого нулевогоперехода,фиксируемоговмоментпревышенияеговеличинынаотносительном уровне 0,5Em. Кривые получены по данным расчетов длядневных (12UT) и ночных (00UT) условий распространения.Dayt d , μs140120Nightt d , μs14012010080100806040max200R, km0,5max010002000300040005000max60400,5max200R, km010002000300040005000Рис. 4.4.
Дополнительные задержки характерных точек атмосфериков,измеряемых по положению максимума атмосферика или первого нулевогоперехода,фиксируемоговмоментпревышенияеговеличинынаотносительном уровне 0,5Em.Как видно из приведенных рисунков, на достаточно больших интервалахрасстояний (до 2000 км) величина этих приращений находится в интервалеединицмксискачкомменяетсяприсмещениицентратяжестиквазиосциллирующего сигнала.При изменении условий распространения характерные точки tm и t0mоказываются приблизительно равноценными.
Наиболее заметную роль на145величину вариаций их временного положения оказывает возможное различиепроводимостей трасс. Так, при фиксированной длине трассы, равной,например, 1500 км при проводимостях σ = 10–2, 10–3 и 10–4 См/м наблюдаетсяприращение величины t0m соответственно на 6 и 18 мкс в дневных и на 5 и 21мкс – в ночных условиях распространения. Азимутальная зависимость,особенно заметная в ночных условиях распространения, проявляется менеезначительно. Так, при той же длине трассы 1500 км, изменение направленияраспространения с западного на восточное (при котором, различие форм иособенно амплитуд импульсов атмосфериков максимально) смещение t0mсоставляет только 1,2 мкс (в то время как амплитуда меняется почти на 70%).Аналогичная вариация t0m при изменении направления с северного на южноесоставляет 0,3 мкс.
С увеличением расстояния величина вариацийнезначительно возрастает. Так, при длине трассы 2500 км соответствующиеизменения равны 2,3 и 0,8 мкс.Рассмотримпогрешностиместоопределения,придерживаясьподразделения РДСМ на системы средней зоны (РДСМ_С) с максимальнымиразмерами баз до 2000 км (с временной привязкой по параметрам земнойволны) и дальней зоны оперативного обслуживания (РДСМ_Д) с размерамибаз до 10000 км (с привязкой по другим характерным точкам). В качествевиртуального варианта системы первого типа РДСМ_С, была рассмотренатрехпунктовая система с базовыми расстояниями около 1000 км, в качествевиртуального варианта системы первого типа РДСМ_С – система с базовымирасстояниями 10000…15000 км. Расчет систематических ошибок для обеихверсийРДСМпроводилсяпутемизмерениявременногоположенияхарактерных точек сигналов, рассчитываемых для трасс с параметрами,соответствующимиисточникамизлучения(молниевымразрядам),расположенным в узловых точках с дискретностью в 1° как по широте, так ипо долготе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
