Диссертация (1149579), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Было показано [87], что даже маломощная 11 кВ линиягенерирует электромагнитную помеху магнитного поля на 100 м величиной от 2до 90 нТл, в зависимости от структуры и загруженности линии, т.е на порядоксильнее, чем типичные естественные КНЧ-ОНЧ сигналы. Поскольку в этихполях, генерируемых линиями электропередачи, преобладают поля ближней35зоны, с расстоянием они затухают как 1/ , где - принимает значения от 1до 3 в зависимости от типа линии и проводимости земли. Предполагая, чтозатухание составляет 1/3 , на расстоянии 100 м магнитное поле составит 2000пТл, а на расстоянии в 1 км - 2 пТл.
Таким образом, даже маломощная линияэлектропередачи на расстоянии в 1 км является существенным источникомэлектромагнитных помех по сравнению с мощностью типичного естественногоисточника КНЧ-ОНЧ излучения.Судя по количеству оригинальных работ и содержанию разделов вучебной литературе, самым распространенным способом удаления помехи изсигнала является фильтрация. Для пропускания или подавления помехи вопределенной полосе частот используются полосовые и режекторные фильтры[127]. Следует отметить, что применение любого узкополосного фильтрадля подавления помех с частотой сети и ее гармоник вносит искажения всигнал. Особенно это касается узкополосных режекторных фильтров, которыеобладают протяженной импульсной характеристикой. Когда наличие такихискажений становится неприемлемым, используют другие методы удаленияпомехи из сигнала.
В работе [20] обсуждались два метода выделения,моделирования, а затем вычитания из записи данных КНЧ-ОНЧ сигналовпомехи 50 Гц и ее гармоник. Первый метод основан на применении адаптивнойфильтрации для удаления помехи. При использовании второго метода сначалаопределяется частота основной гармоники, а затем при помощи методанаименьших квадратов рассчитываются амплитуды и фазы гармоник.Методы адаптивной фильтрации применялись для удаления таких помехкак в геофизике, так и в других областях исследований с давнего времени. Какпоказано в [20], эти методы разделяются на две основные категории: вычитаниесинусоид и т.
н. «вычитание блоков».Алгоритмы адаптивной фильтрации, как правило, применяются длявычитания только одной, первой гармоники сети, однако существуют ихмодификации, позволяющие вычитать не только первую, но и высшиегармоники. Метод вычитания синусоид [16] сводится к скользящему во временивычислению амплитуды и фазы первой гармоники, формированию сигналапомехи и вычитанию этого сигнала из результатов наблюдений. Этот методбыл успешно применен в кардиографии для удаления помехи 60 Гц из ЭКГ36[94].
Отметим, что методы адаптивной фильтрации предполагают присутствиев полезном сигнале только основной частоты и ее гармоник, а также медленноеизменение амплитуды и частоты основной и высших гармоник.Для успешного применения метода вычитания блоков необходимо вначалетем или иным способом найти блок данных, в котором нет сигнала, априсутствует только помеха от линий электропередач (см. [22] и ссылки в этойработе), а затем последовательно вычитать этот блок из последующих данных.Этот метод обладает тем полезным свойством, что он использует полнуюструктуру помехи, не привлекая ее модель. Однако, недостатками этого методаявляются необходимость выделения блока только с помехой и без данных, чтоне всегда возможно, требование неизменности структуры помехи в течениедостаточно длительного времени, а также копирование широкополосного шума,присутствующего в выделенном блоке, в последующий сигнал.Другой подход к вычислению амплитуд и частот основной и высшихгармоник помех, основанный на методе наименьших квадратов, подробноописан в работе [80].
Суть его заключается в следующем. Помеха (),состоящая из основной частоты и ее гармоник представляется в виде суммы:() =∑︁( cos (0 ) + sin (0 )) ,(1.5)=1где и - действительные коэффициенты, 0 = 20 , - номер гармоники, - число гармоник, которые предполагается вычесть. Запишем это уравнениев матричном виде() = Y()Pгде Y()= [cos 0 , cos 20 ,..., cos 0 , sin 0 , sin 20 ,..., sin 0 ], P =[1 , 2 ,..., ,1 ,2 , .
. . , ]T . Тогда данные могут быть записаны как() = Y()P + ()где () - это все, кроме помехи. Тогда оценка вектора коэффициентов Pполучается из матричного уравнения(︀)︀−1 TPest = YT YY .37Число гармоник может быть задано произвольно, гармоники могут бытьрасположены в любом порядке, не обязательно последовательно. Оценкачастотыможетоптимизации,бытькогдапроизведенавекторприрешениикоэффициентовзадачиищетсявнелинейнойпредположениипеременной 0 . Решение этой задачи в случае изменяющейся 0 предполагаетразбиение обрабатываемого фрагмента записи на субблоки.Разобранныевышеспособыудаленияквазигармоническихпомехприменимы в том случае, когда амплитуда и частота помехи изменяютсямедленно.
Помехи в обс. Ловозеро и обс. Баренцбург относятся к такомутипу помех лишь частично – в полезном сигнале присутствуют как помехис медленно меняющимися амплитудой и фазой, так и более широкополосныес хаотически изменяющейся амплитудой. Для решения задач данной работыцелесообразно разработать алгоритм удаления помех, сочетающий вычитаниемедленно меняющихся помех и режекторную фильтрацию широкополосныхпомех.1.2.4Отбор ЭМ возмущенийВ настоящей работе в качестве зондирующего сигнала используютсяраспространяющиеся(атмосферики),вволноводеисточникамиЗемля-ионосферакоторыхявляютсяЭМразрядывозмущениямолний.Взависимости от уровня грозовой активности на Земле происходит от 20до 100 ударов молний в минуту.
В СНЧ диапазоне максимум спектральнойплотности мощности этих излучений лежит вблизи частоты 100 Гц. Импульсыатмосфериков сильно различаются по амплитуде, случайно распределены вовремени и часто накладываются друг на друга. Для решения задач даннойработы необходимо отобрать изолированные импульсы, амплитуда которыхдостаточна для последующей обработки.
Эта задача относится к проблемераспознавания образов, которой посвящена весьма обширная литература (см.например [146]).Существующие методы и алгоритмы распознавания образов различаютсядостигаемыми с их помощью уровнем ложных тревог и вероятностью пропускацели, требуемой вычислительной мощностью и количеством априорной38информации. В данной работе требуемая для отбора информация в основномсодержится в форме импульсов трех компонент ЭМ поля и связяхмежду компонентами. Свойства этих импульсов, вытекающие из моделираспространения в волноводе Земля-ионосфера, могут быть использованыдля отбора с применением комбинаторно-логических методов распознаванияобразов [146].1.3ВлияниенагелиогеофизическихионосферуивозмущенийраспространениеЭМсигналов.1.3.1D-слой ионосферы и влияние на него вспышек наСолнцеОбласть D - эта очень сложная для изучения часть ионосферы [152],расположенная на высотах 50-90 км, привлекает к себе пристальноевнимание из-за ее большой важности для современных аспектов исследованийраспространения радиоволн.
Наиболее существенной особенностью областиDионосферыявляетсяеесильнаяизменчивостьизависимостьотметеорологических условий в средней атмосфере - стратосфере и мезосфере. Вобласти D нерегулярные вариации (т. е. не описываемые изменением солнечныхи геомагнитных условий) могут составлять 1.5-2 порядка величины, полностьюподавляя регулярные вариации со временем суток и циклом солнечнойактивности. Одно из важнейших свойств верхней атмосферы - зависимостьот многих переменных. Кроме высоты, широты, местного времени, сезонанеобходимо учитывать еще и уровень солнечной активности.Ионосферная D-область не содержит максимума и представляет собойчасть ионосферы, расположенную ниже ∼90 км. Вследствие относительновысокого давления (по сравнению с областью F2) фотохимические процессыдостаточно сложны и еще полностью не объяснены [152].
В области Dсущественны четыре источника ионизации:39˚) проникает в область D и ионизует1. Линия солнечного спектра (1215 окись азота (NO). Является основным источником ионизации от области Евплоть до 70 км.2.Ультрафиолетовое излучение с 1027...1118 Å ионизирует=возбужденную молекулу кислорода в состоянии O2 .˚ ионизирует все компоненты, действуя таким3. Жесткий ренген 2-8 образом в основном на O2 и N2 . Он не существенен в период минимумасолнечной активности, но дает большой вклад в максимуме активности, когдаего поток возрастает в 100-1000 раз.4. Космические лучи аналогичным образом ионизируют все составляющие.Их вклад в ионизацию становится существенным на высотах ниже 70 км.Считается, что наличие гидратов H3 O+ (H2 O)n приводит к образованиюперегиба на высоте около 85 км в профиле электронной концентрации областиD летом.Свойства ионосферы в высоких и низких широтах существенно отличаются.В основном эти различия обусловлены ориентацией магнитного поля, котороенаправлено горизонтально на магнитном экваторе и почти вертикальноввысокихширотах.Ввысокихширотахскоростьионообразования,обусловленная солнечным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением,относительно мала из-за большого зенитного угла Солнца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
