Диссертация (1149579), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Имеющиеся результатыпоказываютзначительноеповышениеинформативностиданныхприрегистрации вместе с и по сравнению с использованиемтолько двух горизонтальных компонент магнитного поля. Так, только24присовместноммагнитногополяанализе ()Фурье–спектровивертикальнойгоризонтальнойкомпонентыкомпонентыэлектрическогополя () Q-всплесков можно определить расстояние до их источникапо данным одной станции.
Привлечение данных регистрации даетвозможность рассчитать направление распространения ЭМ сигналов безнеопределенности ±180∘ , которую невозможно снять при анализе толькокомпонент и . Данные дают возможность рассчитать действительнуюи мнимую части отношения / и по ним оценить фазовую скоростьраспространения ЭМ возмущения и затухание по данным одной станции.Вследствие того, что искажения компоненты локальными ионосферныминеоднородностями более выражены, чем искажения магнитного поля [64; 107;109; 128], можно использовать отношение / для выявления отклоненийпроводимости ионосферы от сферически-слоистой модели и, следовательно, вкачестве индикатора появления ионосферных неоднородностей вблизи точекнаблюдений.Для обоснованного применения данных регистрации необходимопроизвестикалибровкузначительныетрудности.измерительногоВертикальныеканала,издесьэлектрическиевстречаютсяантенныСНЧдиапазона имеют большие размеры, поэтому их калибровка, в строгомпониманииэтоговертикальноеслова,невозможна,электрическоеполепосколькуизвестнойневозможнонапряженности,создатьструктуракоторого полностью соответствует полю ЭМ возмущения.
Предложенный в [15]непрямой метод калибровки канала , в котором используются сигналы ОНЧпередатчиков и вспомогательная калиброванная ОНЧ антенна, используетпредположение о том, что отношение / на частоте ОНЧ передатчикатакое же, как и на частотах СНЧ диапазона. Магнитные каналы калибруютсяодним из известных методов, а действующая высота вертикальной СНЧантенны рассчитывается по результатам измерений поля ОНЧ передатчика.При детальном анализе можно сделать вывод, что этот [15] методкалибровки вертикальной электрической антенны обладает рядом недостатков.На наш взгляд, самый существенный недостаток касается измеренияэффективной высоты антенны, которая определяется с использованиемкалибровочной антенны.
По нашему мнению, ошибка заключается в том,25что, во-первых, под эффективной высотой калибровочной антенны авторы[15] понимают только расстояние между ее пластинами и подразумевают,что поле ОНЧ передатчика вблизи антенны однородно, а его структурасовпадает со структурой поля в СНЧ диапазоне. Однако, в формированииструктуры ЭМ поля участвуют неоднородности проводимости и особенностирельефа местности, присутствующие на расстоянии порядка длины волныЭМ сигнала, принимаемого этой антенной.
Сомнительно, что эффективнаявысота калибровочной антенны одинакова для сигнала ОНЧ-передатчикас частотой 16 кГц и с длиной волны 19 км и для СНЧ сигнала счастотой порядка сотен Гц и длиной волны 1000 км и более. Во-вторых,ЭМ поле на расстоянии 138 км от ОНЧ передатчика с частотой 16 кГцможет быть суперпозицией 10-12 волноводных мод, среди которых могутбыть и ТЕ моды, у которых нет вертикальной электрической компонентыполя, но есть горизонтальные магнитные компоненты. Поэтому вызываетсомнения то, что в СНЧ диапазоне, где распространяется только ТЕМмода, сохраняется отношение / , измеренное в ОНЧ диапазоне. Нужнотакже отметить, что трудно, если вообще возможно, полностью учестьискажения вертикального электрического поля локальными особенностямирельефа местности и неоднородностями проводимости земной поверхности,которые могут вызвать отклонение / от значений, предсказываемых врамках сферически-слоистой модели ионосферы.Из приведенного выше рассмотрения следует, что описанный в [15] методкалибровки измерительного канала не является в строгом смысле калибровкой,предполагающей создание эталонного поля, полностью соответствующегоизмеряемому, и измерение отклика канала на это поле.
Очевидно, чтоболее методически правильно называть метод [15] не калибровкой, а оценкойпередаточной характеристики измерительного канала . На наш взгляд,из-за свойственных этому методу недостатков, перечисленных выше, егоиспользование для решения задач диссертации нецелесообразно, и следуетотдать предпочтение методам расчета функции передачи измерительногоканала с использованием в качестве входных параметров геометрическиххарактеристик антенны.26В обс. Ловозеро и обс. Баренцбург в течение многих лет ведутсяпатрульныеизмерениягоризонтальныхкомпонентмагнитногополяспомощью установленных там индукционных магнитометров.
Эти наблюденияиспользовались и продолжают использоваться как российскими, так изарубежными учеными для исследования шумановских резонансов и решениязадач электромагнитного зондирования. Прервать длинный ряд однородныхнаблюдений было бы крайне нежелательно, так как это повлекло бы засобой большие неудобства, связанные с перестройкой уже существующихпрограмм обработки на другие функции передачи. Там же, в обс. Ловозеро,ранее была установлена и сохранилась электрическая антенна, котораяиспользовалась для измерения атмосферных токов [99].
Поэтому дляорганизации трехкомпонентных наблюдений, аналогичных описанным в [15],рационально не создавать новую, а добавить в существующую системусбора магнитных данных измерительный канал с характеристиками,аналогичными характеристикам магнитных каналов.Разработке регистратора вертикальной электрической компоненты ЭМ поляи определению его передаточной функции посвящена глава 2.1.2Методыиалгоритмыобработкиданныхнаблюдений ЭМ возмущений1.2.1Преобразование частоты дискретизацииДля решения задач диссертации требуется выделить десятки и сотнитысяч сигналов атмосфериков и измерить время их распространения междуЛовозеро и Баренцбургом и волновой импеданс каждого атмосферика.Очевидно, что ручная обработка такого массива данных невозможна итребуется автоматизировать этот процесс. Организация автоматическойобработки радикально упрощается, если вначале синхронизировать отсчетыкомпонент поля, зарегистрированные на разных станциях, с сохранением ихточной привязки к одинаковым моментам времени.
Учитывая, что частотадискретизации в Ловозеро и Баренцбурге медленно меняется случайным27образом, в основном из-за изменения температуры АЦП, задача синхронизацииотсчетов не является тривиальной.Для приведения отсчетов данных к одинаковой частоте дискретизацииобычно используется преобразователь частоты дискретизации, которыйосуществляет передискретизацию сигнала. При передискретизации отсчётысигнала,посоответствующиеимеющимсячастотеотсчётамдискретизацииоднойэтого(причастотежеэтомдискретизации,сигнала,вычисляютсясоответствующимпредполагается,чтообедругойчастотыдискретизации соответствуют условиям теоремы Котельникова). Идеальнаяпередискретизация эквивалентна восстановлению непрерывного сигнала поего отсчётам с последующей дискретизацией его на новой частоте [133; 142].Алгоритмы передискретизации широко используются при обработке звуковых,радиосигналов и изображений.
Они реализуются как аппаратно (на основеспециализированных микросхем), так и программно.В литературе встречаются описания нескольких видов преобразователейчастоты дискретизации. Самые простые из них позволяют повышать илипонижать частоту дискретизации в целое число раз или изменять ее в дробноечисло раз, если отношение выходной частоты дискретизации к входной можнопредставить в виде рациональной дроби [131; 142]. На рис.
1.2 показанаблок-схема такого классического преобразователя. Она иллюстрирует общийслучай повышающего и понижающего преобразования out = (/ )in ,где out частота дискретизации на выходе преобразователя, in – частотадискретизации на входе преобразователя, и – целые числа. Фильтр защитыот наложения спектров в центре гарантирует ширину спектра вдвое меньшечастоты дискретизации, как на входе, так и на выходе.Входная частотадискретизацииЧастотадискретизациипрямого преобразования LФильтрзащиты отналоженияспектров g(n)Частотадискретизацииобратного преобразования МВыходная частотадискретизацииРисунок 1.2: Блок-схема типового преобразователя частоты дискретизации.Измерительные системы, применяемые в геофизических наблюдениях,часто допускают изменения частоты дискретизации на доли процента стечением времени.
К сожалению, классические преобразователи не позволяют28работать с сигналами, имеющими изменяющуюся во времени частотудискретизации. Они не могут применяться и в случае, когда отношение out /inне является рациональной дробью.БолеесложнымпреобразователемчастотыдискретизацииявляетсяASRC (Arbitrary Sampling Rate Converter - преобразователь произвольнойчастоты дискретизации) (см., например, [27]).
Алгоритм ASRC позволяетприводить произвольную по значению частоту дискретизации к требуемой.Модель преобразователя произвольной частоты дискретизации к заданнойпредставлена на рис. 1.3. Здесь 1 = 1/ и 0 - входная и выходная частотыдискретизации, соответственно. Равноудаленные отсчеты цифрового входногосигнала (, ) = ( ) = () |= интерполируются для полученияпромежуточного непрерывного сигнала для последующей передискретизации: (0, ) = () |=0, , где выходная частота дискретизации может медленноменяться.Samplingwith f 1Time-ContinuousSignal Xi(t)tSamplingwith f 0knArbitrarySample RateConverterX(t1,k )X(t0,n )Рисунок 1.3: Модель преобразователя произвольной частоты дискретизациисигнала к заданной [27].Следует отметить, что ASRC-алгоритм не сохраняет высокую точностьпривязкиотсчетовковремени,посколькуонразрабатывалсядляпередискретизации аудиосигналов, где такая точность не нужна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
