Диссертация (1149579)

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

Текст из файла

Полярный геофизический институтНа правах рукописиУДК 551.510.535Лебедь Ольга МихайловнаИсследование реакции нижней ионосферына гелиогеофизические возмущенияпо данным высокоширотных наблюденийэлектромагнитного поля в СНЧ диапазонеСпециальность 25.00.29 —«физика атмосферы и гидросферы»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:к.ф.-м.н., доцентФедоренко Ю. В.Санкт-Петербург — 20162ОглавлениеВведение . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.11.21.31.4Аппаратура и методы наблюдений в СНЧ диапазоне. . . . . . .121.1.1Актуальность трехкомпонентных измерений . . . . . . . .131.1.2Трехкомпонентная система сбора данных, разработаннаяв King’s College . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171.1.3Система регистрации магнитного поля ПГИ . . . . . . . .201.1.4Обсуждение результатов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23Методы и алгоритмы обработки данных наблюдений ЭМвозмущений . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .261.2.1Преобразование частоты дискретизации . . . . . . . . . . .261.2.2Операция обратной свертки . . . . . . . . . . . . . . . . . .291.2.3Методы подавления квазигармонических помех. . . . . .341.2.4Отбор ЭМ возмущений. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .37Влияние гелиогеофизических возмущений на ионосферу ираспространение ЭМ сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381.3.1D-слой ионосферы и влияние на него вспышек на Солнце .381.3.2Модели распространения ЭМ возмущений и проводимостиионосферы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44Основные результаты Главы 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.522 Программно-аппаратный комплекс для исследованияструктуры ЭМ поля в СНЧ диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . 542.1Регистратор вертикальной электрической компоненты . . . . . . .2.1.1Включение регистратора 54в систему наблюдениймагнитных компонент обс. Ловозеро . . . . . . . . . .

. . .5532.1.2Активная антенна для измерения . . . . . . . . . . . . .2.1.3Согласование2.3передачимагнитныхиэлектрического преобразователей . . . . . . . . . . . . . . .60Лабораторные и натурные испытания регистратора . . . .63Определение функции передачи канала . . .

. . . . . . . . . . .662.2.1Измерение ФЧХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .682.2.2Расчет АЧХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .702.2.3Верификация ФЧХ канала . . . . . . . . . . . . . . . .71Основные результаты Главы 2. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .732.1.42.2функций573 Обработка данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753.13.2Приведение записей компонент поля к одинаковой частотедискретизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .753.1.1Вводные замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .753.1.2Преобразователь частоты дискретизации, сохраняющийвремя отсчетов данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76Решение уравнения типа свертки.

Инверсный фильтр. . . . . . . .793.2.1Вводные замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .793.2.2Инверсный фильтр для функции передачи регистраторавида ()/() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81Выбор метода синтеза и апробация цифрового фильтра..82Удаление помехи 50 Гц и ее гармоник.

. . . . . . . . . . . . . . . .873.2.33.33.3.1Особенности помехи 50 Гц и ее гармоник в Ловозеро иБаренцбурге. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3.23.487Выделение полосы частот, подавление помех и отбор ЭМимпульсов. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .88Основные результаты Главы 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .944 Влияние гелиогеофизических возмущений на состояниенижней ионосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 964.1Аппроксимация профиля проводимости нижней ионосферы. . .984.2Фазовая и групповая скорости распространения . . .

. . . . . . . 1044.3Описание эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10744.3.1Измерение групповой скорости распространения ЭМвозмущений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.3.2Оценка точности измерения групповой скорости поданным двух станций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.3.3Связь времени с углом . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 1154.3.4Проверка точности синхронизации данных с мировымвременем4.3.54.4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116Измерение волнового импеданса . . . . . . . . . . . . . . . 118Результаты эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1194.4.1Скорость распространения и волновой импеданс ЭМвозмущений в спокойных гелиогеофизических условиях .

. 1194.4.2Скорость распространения и волновой импеданс ЭМвозмущений во время гелиогеофизических возмущений . . 1244.5Обсуждение результатов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1324.5.1Скоростьраспространенияиволновойимпедансвневозмущенных условиях . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 1324.5.2Скоростьраспространениявозмущенных условиях4.5.3иволновойимпедансв. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133Оценка дневного профиля проводимости по результатамизмерения скорости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1374.6Основные результаты Главы 4. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 144Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1485ВведениеИзучение реакции нижней ионосферы Земли на вторжения потоковвысокоэнергичных протонов от вспышек на Солнце представляет несомненныйинтерес как для фундаментальных исследований физических процессов вионосфере и магнитосфере Земли, так и для решения ряда практическихзадач. К ним относятся, например, учет влияния ионосферы на результатыэлектромагнитного зондирования земной коры с целью поиска залежейуглеводородов [26] и организация связи в СНЧ диапазоне на частотахниже 100 Гц [11].

Приходящие от Солнца потоки рентгеновских лучей ивысокоэнергичных протонов во время солнечных вспышек изменяют профильэлектронной концентрации нижней ионосферы, особенно в авроральнойобласти, вызывая так называемые гелиогеофизические возмущения [126; 152].Ведение постоянного мониторинга состояния D-слоя ионосферы являетсясложной задачей, так как высоты исследуемой области (ℎ ≈ 60 − 90 км)слишком высоки для аэростатов и слишком низки для спутников, а применениеионозондов невозможно из-за малой концентрации электронов. Измерениявысотных профилей концентрации электронов (ℎ) на ракетах [24; 39; 59;85] производятся нерегулярно и поэтому непригодны для мониторинга Dслоя. Хотя эти измерения являются наиболее точными и наиболее достоверныесведения о профиле электронной концентрации нижней ионосферы во времясолнечных вспышек были получены именно этим методом, они дороги,используются эпизодически и, кроме того, проводятся в ограниченном числемест.Наземные измерения дают возможность вести мониторинг состояния Dслоя ионосферы более регулярно.

Эти методы включают в себя методыкроссмодуляции [28], частичных отражений [63; 101; 144] и некогерентного6рассеяния [58]. Однако, метод некогерентного рассеяния трудно применим дляночной D области, когда концентрация электронов становится ниже 103 см−3 .Измененияпрофиляпроводимостинижнейионосферывлияютнаамплитуду и фазовые скорости сигналов ОНЧ/НЧ передатчиков, работающихна частотах от одного до нескольких десятков килогерц, что также можетбыть использовано для оценки состояния высокоширотной нижней ионосферы[104]. Благодаря высокой зависимости условий распространения радиоволнэтого частотного диапазона в волноводе Земля-ионосфера от малых величинэлектронной плотности, изменения их амплитуд и фаз являются наиболеечувствительным индикатором аномальной ионизации в нижней части Dслоя.

Измерения амплитуд и фаз, проведенные в течение многих лет наполностью авроральной радиотрассе Алдра-Апатиты, дали возможностьизучить особенности влияния высыпаний ультрарелятивистских электронови солнечных протонов на высокоширотную нижнюю ионосферу и определитьэффективную высоту области, существенной для отражения радиоволн вдиапазоне 10-14 кГц [103; 136; 138]. Однако, с конца 80-х гг. прекратил своесуществование единственный в полярной зоне ОНЧ-передатчик системы«Омега» в Алдре (северная Норвегия), который давал возможность вестиисследованияраспространениярадиоволннаполностьюавроральнойрадиотрассе. Радиотрассы работающих в настоящее время передатчиковсистемы РСДН-20 «Альфа» и GBR проходят как через высокоширотные,так в значительной своей части через среднеширотные области.

Прирегистрации сигналов этих передатчиков в высоких широтах среднеширотные ивысокоширотные возмущения амплитуд и фаз накладываются, что затрудняетисследования высокоширотных явлений.Нижняя ионосфера влияет на условия распространения естественныхэлектромагнитных(ЭМ)возмущенийСНЧдиапазона,порождаемыхмолниевыми разрядами. На этих частотах наибольшее влияние оказываетобласть ионосферы на высотах от 70 до 95 км ночью и от 55 до 80 кмднем в спокойных условиях. Экспериментальное исследование скоростираспространенияСНЧЭМвозмущенийиихволновогоимпеданса,реагирующего на возникающие в волноводе неоднородности, дает возможностьисследовать влияние гелиогеофизических возмущений на характеристики7высокоширотной нижней ионосферы.

Для прикладных задач важно, что такиеизмерения ведутся на частотах, практически совпадающих с частотами ЭМзондирования литосферы и частотами, используемыми для организации связис подводными лодками.Цель работыЦелью данной работы является исследование реакции нижней ионосферына гелиогеофизические возмущения по данным высокоширотных наблюденийЭМ поля в СНЧ диапазоне.Для достижения поставленной цели автору необходимо было решитьследующие задачи:1. Рассмотреть имеющиеся подходы и методы, позволяющие исследоватьизменения профиля электронной концентрации в нижней ионосферепод влиянием гелиогеофизических возмущений и проанализироватьсуществующие модели распространения, аппаратурные решения и методыобработки цифровых записей компонент ЭМ поля;2.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации