Диссертация (1149579), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработатьаналоговуючастьизмерительногопреобразователякомпоненты в напряжение и метод определения его передаточнойфункции, необходимые для измерения скорости распространения иволнового импеданса ЭМ возмущений;3. Разработать и реализовать алгоритмы предварительной обработкизаписейкомпонентЭМполя,включающиепреобразованиеразличающихся частот дискретизации на пространственно разнесенныхстанцияхкединойчастоте,преобразованиецифровыхотсчетовданных в напряженности компонент поля, удаление помехи 50 Гц иее гармоник и отбор ЭМ возмущений, пригодных для оценки их скоростираспространения и волнового импеданса;4. Произвести измерения скорости распространения и волнового импедансаЭМ возмущений в авроральной области и исследовать особенностиизменений этих величин в спокойных и возмущенных гелиогеофизическихусловиях.8Научная новизна1.
Разработанаипередаточнойвертикальнойпримененаоригинальнаяхарактеристикикомпонентыметодикаизмерительногоэлектрическогополяопределенияпреобразователявнапряжение,особенностью которой является расчет амплитудно-частотной и прямоеизмерение фазо-частотной характеристик;2. Впервые разработан и применен метод восстановления напряженностейкомпонент поля из результатов оцифровки выходных напряженийизмерительных преобразователей, использующий цифровой инверсныйфильтр и отличающийся от известных возможностью вести обработкупотоков цифровых данных в реальном времени;3. Впервые проведены прямые измерения скорости распространения ЭМвозмущений и волнового импеданса в авроральной области в спокойныхи возмущенных гелиогеофизических условиях;4.
Выявленынеизвестныеранееособенностиизмененияскоростииволнового импеданса в спокойных и возмущенных гелиогеофизическихусловиях и установлена их связь с проводимостью высокоширотнойнижней ионосферы.Практическая значимостьПрактическаязначимостьдиссертационнойработызаключаетсявполучении новых сведений о реакции высокоширотной нижней ионосферынагелиогеофизическиевозмущения,проявляющиесявизмененияхпространственной структуры поля естественных ЭМ возмущений в СНЧдиапазоне. Ее результаты показали возможность проведения непрерывногомониторинга изменений профиля проводимости и возникновения локальныхнеоднородностей нижней ионосферы по данным наземных наблюденийЭМ полей, что может быть использовано при интерпретации результатовэлектромагнитного зондирования в арктическом регионе и проектированииприемно-передающих устройств для связи с погруженными объектами.9Основные положения диссертации, выносимые на защиту1.
Методопределенияпередаточнойхарактеристикиизмерительногопреобразователя вертикальной компоненты электрического поля внапряжение, включающий расчет амплитудно-частотной и измерениефазо-частотной характеристик;2. Методы и алгоритмы обработки цифровых записей компонент ЭМ поля,включающие преобразование различающихся частот дискретизации напространственно разнесенных станциях к единой частоте, преобразованиецифровых отсчетов данных в напряженности компонент поля, удалениепомехи 50 Гц и ее гармоник и отбор ЭМ возмущений, пригодных дляоценки их скорости распространения и волнового импеданса;3. Результаты измерений групповой скорости распространения и волновогоимпеданса ЭМ сигналов СНЧ диапазона в авроральной области ивыявленные автором особенности их поведения и связи с проводимостьювысокоширотной нижней ионосферы в спокойных и возмущенныхгелиогеофизических условиях.Личный вклад автораВсе результаты, представленные в диссертации, получены авторомсамостоятельно или при его непосредственном участии.
В большинствепубликаций по теме диссертации автору принадлежит ведущая роль впостановке задачи, поиске путей решения, выполнении соответствующихрасчетов и интерпретации результатов.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 163страницы машинописного текста, в том числе 40 рисунков и 6 таблиц; списокиспользованной литературы составляет 155 наименований.Во введении представлены цель работы, основные задачи исследованийи ее краткое содержание. Первая глава содержит обзор литературы поимеющимся подходам и методам, позволяющим исследовать изменения в10нижней ионосфере под влиянием гелиогеофизических возмущений, и анализсуществующих моделей распространения, аппаратурных решений и методовобработки цифровых записей компонент ЭМ поля.
Во второй главе описанаразработанная автором аналоговая часть измерительного преобразователя ,передаточная функция которого согласована с передаточными функциями и . Приведена оригинальная методика определения передаточнойхарактеристики измерительного преобразователя вертикальной компонентыэлектрического поля в напряжение, особенностью которой является расчетамплитудно-частотной и прямое измерение фазо-частотной характеристик.В третьей главе содержится описание разработанных и реализованныхалгоритмоввключающиепредварительнойпреобразованиеобработкизаписейразличающихсякомпонентчастотЭМполя,дискретизациинапространственно разнесенных станциях к единой частоте, преобразованиецифровых отсчетов данных в напряженности компонент поля, удалениепомехи 50 Гц и ее гармоник и отбор ЭМ возмущений, пригодных дляоценки их скорости распространения и волнового импеданса.
В четвертойглаве описаны выявленные особенности изменения скорости и волновогоимпеданса ЭМ возмущений в спокойных и возмущенных гелиогеофизическихусловиях и установлена их связь с проводимостью высокоширотной нижнейионосферы. В заключении кратко сформулированы результаты исследованияреакции нижней ионосферы на гелиогеофизические возмущения по даннымвысокоширотных наблюдений ЭМ поля в СНЧ диапазоне.Апробация результатов диссертацииОсновныерезультатыдиссертационнойработыдокладывалисьиобсуждались на ежегодных Апатитских семинарах «Физика авроральныхявлений» (Апатиты, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015), на конференции «Состояниеи перспективы развития геофизических исследований в высоких широтах»(Мурманск, 2010), на международной научно-технической конференции «Наукаи образование - 2011» (Мурманск, 2011), на ежегодных конференциях молодыхученых «Высокоширотные геофизические исследования» (Мурманск, 2011,2012, 2013, 2015), на всероссийской конференции «Глобальная электрическая11цепь» (Борок, 2013), на ежегодных конференциях «Физика плазмы в солнечнойсистеме» (Москва, 2013, 2015).12Глава 1Обзор литературы1.1Аппаратура и методы наблюдений в СНЧдиапазонеСистемы сбора данных для наблюдений трех компонент электромагнитногополя в СНЧ диапазоне прогрессировали вместе с развитием технологийпроизводства микрокомпьютеров вплоть до последнего десятилетия 20-говека [45].
В это время вычислительная мощность, стоимость и размерывычислительных устройств стали приемлемыми для создания регистраторов,удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к такого рода приборам.Структура систем сбора данных практически не изменилась за последние 20лет. Далее мы рассмотрим технические решения, примененные для регистрациивертикальной электрической компоненты, следуя в основном работе [15], идействующую систему для наблюдений магнитных компонент, которая быларанее разработана в ПГИ и установлена в обс. Ловозеро и на научноисследовательской станции Баренцбург (обс.
Баренцбург). Рассматриваясистему регистрации, описанную в [15], также обратим внимание на решениеавторами задач калибровки измерительных каналов, как горизонтальныхмагнитных, так и вертикальной электрической компонент поля.131.1.1Актуальность трехкомпонентных измеренийПервые исследования физических процессов распространения радиоволнСНЧ диапазона в волноводе Земля-ионосфера использовали в качествезондирующего сигнала так называемые “сферики” или “атмосферики” электромагнитные (ЭМ) импульсы от молниевых разрядов. Они представляютсобой короткие (от 1 мс до 10 мс) всплески, вертикальное электрическое поле которых может достигать значений до 1 В/м на расстояниях в тысячикилометров от источника [98; 124; 125; 130; 139]. Спектр таких импульсовперекрывает диапазон частот от долей Гц до сотен кГц.Первые теоретические модели распространения таких импульсов вволноводе Земля-ионосфера показали, что на частотах до 1 кГц притипичныхзначенияхпроводимостиземнойповерхностииионосферыдоминируют вертикальная электрическая ( - радиальная компонента поля) игоризонтальная магнитная ( - азимутальная компонента поля) компоненты,превышающие по амплитуде, как минимум, на порядок компоненты и [15; 90].
Как следует из экспериментальных данных, это справедливопрактически на всей поверхности Земли, исключая, может быть, поверхностьледников в Антарктиде. Поэтому можно считать, что основная информацияо процессах распространения электромагнитных волн в волноводе Земляионосфера содержится в горизонтальных компонентах магнитного поля ивертикальной компоненте электрического поля, а вертикальная компонентамагнитного поля и горизонтальные компоненты электрического поля восновном связаны с конечной проводимостью и неоднородностями литосферы.Как показано в ряде работ (см., например, [33; 62]), в диапазоне частот около100 Гц земную поверхность в первом приближении можно считать бесконечнопроводящей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
