Автореферат (1149578), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Основные результаты обсуждались на различных конференциях и получили одобрение ведущих специалистов.Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 16 печатных изданиях, из них 5 в журналах из списка ВАК, 11 – в трудах конференций.Благодарности. Огромную признательность и искреннюю благодарность явыражаю всем, кто своим заинтересованным участием способствовал успехупроведенных исследований: своему научному руководителю Ю.В.

Федоренкоза постоянную поддержку и неоценимую помощь в работе над диссертацией,сотрудникам сектора № 302 Полярного геофизического института за ценныеобсуждения и замечания, а также сотрудникам обсерваторий «Ловозеро» и«Баренцбург» за высокопрофессиональное проведение экспериментов.Содержание работыобосновывается актуальность исследований, проводимых врамках данной диссертационной работы, приводится краткий обзор научной литературы по изучаемой проблеме, определяется цель и ставятся задачи представляемой к защите работы, формулируются ее научная новизнаи практическая значимость.В первой главе диссертации содержится обзор литературы по особенностям влияния солнечных вспышек на нижнюю ионосферу и существующиммоделям распространения ЭМ сигналов, а также по аппаратурным решениями методам измерений, позволяющим исследовать изменения состояния нижней ионосферы под влиянием гелиогеофизических возмущений.В ряде работ показано, что в начале солнечной вспышки резко увеличивается энергия ультрафиолетового и рентгеновского излучения, вызывая дополнительную ионизацию ионосферных слоев D и E.

Позже происходит вторжение высокоэнергичных протонов, также ионизирующих нижнююионосферу и атмосферу вплоть до земной поверхности, что приводит к увеличению поглощения радиоволн и нарушениям радиосвязи в широком диапазоне частот. Эти эффекты наиболее ярко проявляются в высоких широтах.Изменения в D–слое ионосферы влияют на скорость и структуру поля СНЧрадиоволн, что дает возможность исследования этих изменений с привлечением данных наземной регистрации СНЧ ЭМ полей на двух разнесенныхвысокоширотных станциях.Во введении4Проведенный анализ моделей распространения, связывающих профили электронной концентрации (ℎ) или проводимости (ℎ) со структуройполя и скоростью распространения ЭМ возмущений, показал, что для решения стоящих перед автором задач подходит модель волновода с бесконечно проводящей земной поверхностью [A16] и сферически слоистой изотропной ионосферой с экспоненциальным высотным профилем проводимости (ℎ) = 0 exp((ℎ − ℎ1 ) /).

Связь (ℎ) с фазовой скоростью распространения ЭМ возмущений ph и их приведенным волновым импедансом /0 определяется уравнением√︁ph ≈ ℎ1 /ℎ2 , /0 = Re[ / ]/120 = −/ph(1)Здесь и – измеряемые на земной поверхности вертикальная компонентаэлектрического поля и тангенциальная компонента магнитного поля, соответственно, компоненты = = = 0, (ℎ1 ) = 0 и (ℎ2 ) = 1/40 2 , – шкала высот [3]. Так как параметр слабо изменяется во время вторженияпротонов [6], по результатам измерений ph можно не только зафиксироватьфакт изменения профиля проводимости нижней ионосферы во время солнечной вспышки, но и оценить сам профиль проводимости.

Измерения впринципе дают возможность оценить ph по данным одной станции.В результате обзора аппаратурных решений показано, что имеющаясяаппаратура для записи горизонтальных компонент магнитного поля ( и ), установленная в обс. Ловозеро и обс. Баренцбург, подходит по техническим характеристикам для решения задач диссертации, однако эти наблюдения необходимо дополнить измерениями .описаны разработанные автором измерительный преобразователь в напряжение и метод измерения аргумента функции передачи (или фазочастотной характеристики, ФЧХ) и расчета ее модуля (илиамплитудно-частотной характеристики, АЧХ) [A4, A15].Схема входной цепи измерительного преобразователя приведена нарис.

1. Пунктиром выделены элементы антенны: собственная емкость ,Во второй главеАнтеннаРис. 1: Эквивалентная схема входной цепи антенного усилителя .емкость антенна–земля и емкость кабеля, соединяющего антеннy с усилителем. Остальные элементы установлены на плате усилителя. Функция пе-5редачи этой схемы2 ℎeff= 2.(2) 1 1 2 + ((1 + )2 + 1 ) + 1В предложенном автором методе измерения ФЧХ к точке соединениякабеля антенны и усилителя через емкость подается синусоидальное напряжение [A11]. Если ≪ и gen ≫ ℎeff , = + + ,то аргументы функций передачи = / и = out /gen совпадают.Эти условия выполняются при gen порядка 10 – 20 В и = 50 − 150 пФ.В работе показано, что при изменении от 50 до 150 пФ arg[ ()] изменяется пренебрежимо мало. Отсюда следует, что измеренный предложеннымв работе способом arg[ ()] (или ФЧХ) не зависит от выбора и совпадает с arg[ ()].

При определении | ()| емкость и действующая высотаантенны ℎeff были рассчитаны, а суммарная емкость измерена на действующей антенне. Согласно [7] значение такого типа антенны определяетсяс относительной ошибкой около 2%. При оценке ℎeff была измерена высотаантенны и учтено провисание проводов. Относительная ошибка найденнойтаким образом АЧХ не превысила 3-4%.

Погрешности определения аргумента и модуля функции передачи регистратора приемлемы для обеспечениядостоверности проведенных автором измерений как волнового импеданса, таки действительной и мнимой частей вектора Пойнтинга. () =описан разработанный и реализованный автором набор алгоритмов, предназначенный для предварительной обработки цифровых записей компонент ЭМ поля. Он обеспечивает преобразование различающихсячастот дискретизации на пространственно разнесенных станциях к единойчастоте, преобразование цифровых отсчетов данных в напряженности компонент поля, удаление помехи 50 Гц и ее гармоник и отбор участков записейЭМ возмущений, пригодных для измерения их скорости распространения иволнового импеданса.Частоты дискретизации АЦП на станциях могут слегка изменяться вовремени независимо друг от друга.

При этом возникают значимые отличиямежду временами цифровых отсчетов в обс. Ловозеро и в обс. Баренцбург,что недопустимо при совместной обработке данных. Автором разработан преобразователь частоты дискретизации, позволяющий сохранить высокую точность привязки отсчетов сигнала к мировому времени, обеспечивающий мощность ошибок интерполяции ниже мощности ошибок дискретизации и предусматривающий возможность обработки сколь угодно длинных файлов [A2,A7].

Разработанный алгоритм позволяет переходить к новой произвольно заданной частоте дискретизации даже в том случае, если исходная частота дискретизации медленно меняется. При этом отсчеты полученного сигнала точВ третьей главе6но привязаны ко времени и разделены заданными временными интервалами,обеспечивая синхронность отсчетов в обс. Ловозеро и обс. Баренцбург.Каждая сохраняемая в файлах запись компоненты ЭМ поля являетсясверткой напряженности поля и импульсной функции регистратора. Авторомрешена задача преобразования этих записей в отсчеты компонент поля. Основываясь на том, что функции передачи аналоговой части регистраторов электрической и магнитных компонент являются дробно-рациональными функциями, а анализ временных зависимостей компонент поля ведется в ограниченной полосе частот с шириной, меньшей ширины полосы частот регистратора, предложен метод решения обратной задачи получения напряженностейкомпонент поля из отсчетов АЦП.

Схема метода приведена на рис. 2.Инверсный фильтрРегистраторE sКомпонентыполя в А/м и В/мsssE ssinvКомпонентыполя в ед. АЦПsUsVsssUsVsE sКомпонентыполя в А/м и В/м – измеряемая компонента поля, = ,, , () / () – функции передачи каналоврегистратора в виде дробно-рациональной функции аргумента = , () / () – унифицированная функция передачи, inv () – инверсный фильтр для –й компоненты.Рис.

2: Функциональная схема метода восстановления компонент поля.Для обработки длинных участков записей и применения в системахреального времени полюса и нули инверсных фильтров inv () можно преобразовать при помощи билинейного или любого другого известного преобразования в коэффициенты цифровых фильтров с бесконечной импульснойхарактеристикой. После обработки записей инверсными фильтрами результирующие АЧХ и ФЧХ компонент будут одинаковы в выбранной полосе частоту всех измерительных каналов на всех станциях, а отсчеты компонент поляпредставляют , и в А/м и в В/м.Для подавления индустриальных помех автором был разработан иприменен комбинированный метод, учитывающий специфику помех в обс.Ловозеро и обс.

Баренцбург [A1, A6, A8, A9]. Он включает в себя оценку амплитуды и фазы помех с частотами гармоник промышленной сети 100 и 150Гц с их последующим вычитанием из сигнала и подавление помех 82 ± 2 Гц и164 Гц, не являющихся гармониками сети, на краях рабочей полосы пропускания при помощи режекторных фильтров. При этом исключается «затягивание» импульсов высокодобротными режекторными фильтрами, неизбежноепри их применении во всей полосе частот.

Выделение полосы частот для измерения скорости и волнового импеданса ЭМ возмущений осуществлялось спомощью фильтра с центральной частотой 130 Гц и эффективной ширинойполосы 35 Гц.7Для отбора ЭМ возмущений, подходящих для измерения скорости иволнового импеданса, из записей компонент поля, содержащих импульсныепомехи, применялись критерии, вытекающие из свойств ТЕМ моды, на которой распространяются ЭМ возмущения СНЧ диапазона:ˆ Поляризация магнитного поля близка к линейной;ˆ Мнимая часть вектора Пойнтинга мала по сравнению с действительной;ˆ Волновой импеданс отличается от импеданса свободного пространства неболее чем в 2–3 раза;ˆ Импульс ЭМ возмущения присутствует в Ловозеро и в Баренцбурге, причем отношение амплитуд импульсов не меньше ∼0.7, что соответствуетмаксимальному затуханию на частоте 130 Гц;ˆ Направления вектора Пойнтинга в Ловозеро и Баренцбурге различаютсяне более чем на 5–10∘ .Эти критерии позволяют отобрать ЭМ возмущения, отвечающие выбраннойавтором модели распространения СНЧ радиоволн [3].содержит результаты непрерывных измерений групповойскорости распространения и волнового импеданса ЭМ сигналов, выявленныеособенности их изменений в спокойных и возмущенных гелиогеофизическихусловиях и анализ их связи с изменениями проводимости высокоширотнойнижней ионосферы.Групповая скорость распространения ЭМ возмущений gr определялась по разности времен прихода атмосфериков в Баренцбург и Ловозеро,расстояние между которыми составляет ≈ 1300 км.

Значение оценивалосьпо координате пересечения оси времени производной от огибающей кроссBABкорреляционной функции горизонтальных компонент магнитного поля hrzLOZи hrz, вычисляемых как hrz = sin − cos . Здесь и – компоненты магнитного поля в обс. Ловозеро или обс. Баренцбург, – направлениеволновой нормали, которое у ТЕМ-волны совпадает с направлением вектораПойнтинга S = [E×H* ] с компонентами = − * и = * , «*» – знаккомплексного сопряжения.

Характеристики

Список файлов диссертации