Диссертация (1149467), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Поскольку координаты источников точно известны, то на основерасчетов атмосфериков и последующих оценок дополнительных временныхзадержек характерных точек были оценены ошибки систем с учетом ихпространственной конфигурации. В качестве иллюстрации такой методикинаРис.4.5представленырезультатырасчетовпогрешностейместоопределения в виде поля векторов, характеризующих направление ивеличину смещения истинных координат для выбранных характерных точек.146Рис. 4.5. Поля векторов систематических погрешностей местоопределения а)РДСМ_С, характерная точки t0,5; б) РДСМ_Д, характерная точка t0m,рассчитанные для дневных условий распространения и σ =10-2 См/м(масштаб ошибок указан на рисунке).Эта методика позволяет рассчитывать поле ошибок для различныхметодов временной привязки и в различных условиях распространения.Отметим, что они носят четко выраженный систематический характер,связаны не с геометрическим фактором, влияющим на величину случайнойсоставляющей,обусловленнойшумами,атолькосэффектамираспространения.
Введение соответствующих поправок позволяет исключитьзначительные составляющие ошибок, обусловленные отмеченными вышескачкообразными изменениями временного положения характерных точек, атакже учесть знание априорных характеристик реальных трасс.4.2. Однопунктовый грозопеленгатор-дальномер с расширенной зонойоперативного обслуживанияВ качестве второго примера рассматривается возможность построенияоднопунктовогогрозопеленгатора-дальномерамолниевыхразрядовсрасширенной (10…1500 км) зоной оперативного обслуживания. В немпредполагается использование широкополосного рамочного пеленгатора,модифицированного фазового EH дальномера ближней зоны (с радиусомдействия до 100 км) и дальномера средней зоны (100…1500 км), основанного147наиспользованиисформированногобанкаканоническихформатмосфериков.Рассмотримработупеленгатора.Таккакмынерасполагалисинхронными данными с многопунктовыми системами, а только грозовымикартами с почасовыми цветовыми обозначениями (РДСМ Wetterzentrale сточностью местоопределения 30…40 км), то для проверки работыпеленгатора нужно было составить такую же карту и по их сопоставлениюточность.определятьДляэтогобыларазвернутадвухпунктоваяпеленгационная система в г.
Ле Миль, Франция (43°29' с.ш., 5°23' в.д.) и в г.Петергофе (59°53' с.ш., 29°49' в.д.). Большая база между пунктами (2450 км)позволяла перекрыть практически всю территорию Западной Европы (Рис.3.33). В результате поочагового сравнения грозовых карт была выявленасистематическая ошибка пеленгатора, которая учитывалась в дальнейшемпри обработке регистрируемых атмосфериков (Рис. 4.6).20Δ Az, °-1010Az, °0090180270360-10-15DAz, °0Az, °90180270360-20-25-20Les Milles-30SPbРис.
4.6. Систематическая ошибка пеленгатора в пункте Ле Миль (слева) иПетергоф (справа).Пример работы пеленгационной системы приведен на Рис. 4.7, где ужевведены поправки на систематические ошибки. Как видно из приведенныхрисунков,имеетсяхорошеесоответствиеположенияочагов,зарегистрированных разностно-дальномерной и пеленгационной системами.Меньшееколичестворазрядов,зарегистрированноепеленгационнойсистемой, обусловливается большой базой (2450 км), довольно высокимуровнем порога срабатывания (1 В/м) и селекцией разрядов типа облакоземля.148Рис.4.7.Примерместоположениядальномернойработымолниевыхсистемойпеленгационной.разрядов,Wetterzentrale,Крестикамиопределенныхкружочками–указаныразностно-испытуемойпеленгационной системой.При этом работа пеленгаторов оценивается удовлетворительно спогрешностью оценки пеленга порядка 1…2° и соответственно точностьюлокации отдельных разрядов 50…70 км на удалениях до 2000 км.Точность местоопределения двухпунктовой пеленгационной системыопределяется углом пересечения пеленгов.
Наилучшей точностью обладаютобласти, где пересечение линий пеленгов образует прямой угол, наихудшей –1490 или 180° (вдоль линии базы). Рассмотрим грозовой день 09-07-2001 (Рис.4.8).Рис. 4.8. Грозовая активность 09-07-2001. Градация цвета ошибокдвухпунктовой пеленгационной системы составляет 10 км, наиболее темнаяобласть соответствует ошибкам 30…40 км, чуть светлее – 40…50 км и т.д.,белый цвет соответствует ошибкам 70 км и более.Очаги, выделенные кружками (левый рисунок), расположены на линиибазы, и местоположения разрядов, определенные системой, вместо очаговповторяют линию, соединяющую пункты регистрации (правый рисунок).
Нарисункеслевапредставленакартинаплощадейравнойточности,рассчитанная для данной конфигурации и показывающая наименьшуюточность вдоль линии базы. Поэтому местоположения вдоль линии базыразвернутой двухпунктовой системы следует исключать из рассмотрения.Используя настроенную пеленгационную систему с погрешностями1…2° (50…70 км до 2000 км), был сформирован обширный банкэкспериментальных данных, привязанных к местоположениям разрядов.Дальномерная часть ГПД состоит из алгоритмов дальнометрии ближнейи средней зоны.Работа дальномера ближней зоны основывается на фазовом EH методедальнометрии, представленном в главе 1. Вид расчетных кривых разностифаз между электрической и магнитной компонентами поля (1.8) приведен наРис.
4.9.1509075604530150Рис.Δ ϕ EH , °4.9.Теоретическиезависимостиразностифазкривыемеждуэлектрической и магнитной компонентамиэлектромагнитногоf, Гц0100020003000излучениявертикального электрического диполя длярасстояний от 10 км (верхняя кривая) до100 км (нижняя кривая) с шагом 10 км.Из расчетов кривых зависимости разности фаз видно, что максимальноеизменение разности фаз происходит на разных частотах для разныхрасстояний. Поэтому при определении расстояния следует использоватьсоответствующий диапазон частот и общий частотный диапазон фазового EHдальномера следует выбрать 0,5…10 кГц.
Оценка расстояния до источникаизлучения основывается на минимизации по параметрам R и m0 функционаланевязкиΔмеждуэкспериментальночастотнымизарегистрированныхNΔΦ expEH (i )выборками[сигналовиразностейфазсоответствующими]2expcalcзначениями ΔΦ calcEH (i ) : Δ = ∑ ΔΦ EH (i ) − ΔΦ EH (i ) .i =1Оценим влияние шумов и индустриальных наводок на работу алгоритмадальнометрии ближней зоны. Для оценки влияния белого шума на работуалгоритма будем подмешивать к полезному сигналу случайные значенияамплитуд в пределах установленного уровня (Рис. 4.10а).
В связи с тем, чтонижняя граница рабочей области частот алгоритма дальнометрии ближнейзоны находится в районе 500 Гц, то граничная частота фильтра верхнихчастот, подавляющего сетевые наводки, не должна превышать 300 Гц. Дляоценки влияния сетевой наводки на работу алгоритма будем подмешивать кполезному сигналу синусоиду частотой 50 Гц со случайными значениямифазы (Рис.
4.10б). Результаты расчетов показывают, что белый шум вноситнебольшие нарушения в работу алгоритма, где среднеквадратическоеотклонение не превышает 2 км на расстоянии 100 км, тогда как наличиесетевой наводки приводит к существенным ошибкам дальнометрии: кромебольшого среднеквадратического отклонения (20 км на расстоянии 100 км)алгоритм дает нелинейное уменьшение расстояния.151R, км1001008080606040402020R0, км00Рис.204.10.дальнометрии,406080100ЗависимостьотR0, км00а)расстояния,истинного.R, км2040вычисленногоВертикальными6080по100б)алгоритмучерточкамиуказаносреднеквадратическое отклонение по 100 выборкам, проведенным длякаждого расстояния. Отношение сигнал/шум равно 3%.Наличие сетевых гармоник является основной проблемой, возникающейпри эксплуатации грозопеленгаторов-дальномеров в реальных условиях.Исторически первым приемом уменьшения помехи является применениезаземления.
Одним из способов подавления сетевой помехи являетсяиспользование режекторных фильтров, вырезающих гармоники сети, а такжефильтров верхних частот с частотой среза выше основных гармоник сети.Есливподавляющембольшинствеустройствнизкиечастотынеиспользуются и граничная частота фильтра верхних частот больше 1 кГц, тодля дальнометрии ближней зоны эти частоты входят в оперативную рабочуюобласть. Так, использование фильтров верхних частот с граничной частотой300 Гц ослабляет влияние нескольких первых гармоник 50 Гц. Но нередкоспектральный состав реальной сетевой помехи может содержать заметныегармоники до десятого и даже более высоких порядков, вследствие чегоухудшается работа алгоритма.Эффективным методом подавления этого вида помехи оказалсяразработанный компенсационный алгоритм, основанный на вычитании изтекущей реализации, содержащей анализируемый сигнал, такого же подлительности предшествующего временного отрезка, сдвинутого на периодсетевой гармоники (20 мс), что позволяет достаточно эффективно (до 40 дБ)подавить практически все гармоники сети, а также импульсные выбросы,повторяющиеся из периода в период.152В качестве иллюстрации на Рис.
4.11а приведен гармонический составатмосферного шума в антенне, установленной на крыше здания физическогоинститута СПбГУ. Как видно, высшие гармоники сети большой амплитуды(причем уже после ФВЧ 300 Гц) располагаются в рабочем диапазоне частоталгоритма дальнометрии. Рис. 4.11б наглядно иллюстрирует соотношениесигнала атмосферика и сетевой наводки, оставшейся после фильтрации (ФВЧ300 Гц). Применив алгоритм, получили существенное снижение амплитудысетевой наводки (Рис. 4.11в).30|H 1 |, отн.ед.10H 1 , мА/м515f , Гц00500100010H 1 , мА/м5t , мсt , мс00-5 0 2 4 6 8 10 12-10-5 0 2 4 6 8 10 12-10бваРис. 4.11.
а) гармонический состав сетевой помехи; б) исходный сигнал; в)сигнал после применения компенсационного алгоритма.На Рис. 4.12 наглядно представлена работа компенсационного алгоритмакак во временной области, так и в спектральной, видно существенное (до 100раз) ослабление сетевой наводки.100 H500-50 0t , мкс0.10.010.0012000 4000 6000 8000-1000-50 0f , Гц0а)100 H50|H |10120004000б)|H |101t , мкс0.12000 4000 6000 8000f , Гц0.01-100020004000а)б)Рис. 4.12. Результат работы компенсационного метода. Слева – во временнойобласти, справа – в спектральной.
Исходная реализация изображена тонкойлинией, после компенсации – жирной линией.153Для экспериментальной оценки работы алгоритма дальнометрииближней зоны была использована французская многопунктовая УКВ-системаSAFIR, до настоящего времени остающаяся одним из наиболее точныхсредств пассивной локации высокочастотных импульсных компонентмолниевых вспышек (точность местоопределения 1…2 км).На Рис. 4.13 приведены образцы двумерного отображения координатмолниевых разрядов для нескольких смежных по времени 15-минутныхгрозовойотрезковактивности,иллюстрирующиепространственноеположение отдельных молниевых разрядов, локализованных системой SAFIRи ГПД "Очаг-М", использующего данный метод дальнометрии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
