DOI: https://doi.org/10.15802/ecsrt2014/57050

Численне моделювання багатомодових твік-атмосфериків у хвильоводі Земля-іоносфера

T. M. Serdiuk, A. V. Shvets

Анотація


Актуальность. Інформація про координати блискавок, одержувана в режимі реального часу, важлива для оцінки небезпеки для різних видів транспорту, ліній передачі електроенергії, зв'язку, газових і нафтопроводів, захисту лісових масивів, відкритих гірничих розробок, промислових і портових споруд. Накопичені протягом тривалого часу дані про частоту виникнення блискавок в межах охопленої мережею території можуть служити як для геофізичних і метеорологічних досліджень, так і для цілей забезпечення безпеки при проектуванні промислових об'єктів і транспортних комунікацій. У США, ряді західноєвропейських країн, Японії, Китаї, Південній Кореї діють національні мережі виявлення блискавок, що забезпечують точність локації порядку декількох кілометрів. Така інформація надається на комерційній основі. Робота мережі локації блискавок заснована на використанні численних пунктів реєстрації електромагнітного випромінювання, обладнаних досить складною синхронно діючої апаратурою, а її реалізація є технічно складною і дорогою процедурою. Альтернативою мережам для багатьох областей застосування служать однопозиційні системи локації, засновані на визначенні азимута і дальності до джерела. Однак вони суттєво поступаються багатопозиційним системам по точності локації. Тому актуальним завданням є розробка однопозиційних методів локації, що дозволяють збільшити точність визначення координат блискавки для однопозиційних систем локації.

Метою цієї роботи є аналіз точності існуючих методів на основі чисельного моделювання і створення нового удосконаленого методу однопозиційної локації блискавок з використанням твік-атмосфериків - електромагнітних сигналів, які представляють собою відгук природного хвилеводу Земля-іоносфера в діапазоні частот від 1 до 20 кГц на збудження грозовими розрядами.

В результаті даної роботи проаналізовано методи визначення дальності до блискавки і запропоновано новий метод, що складається в компенсації дисперсії хвилеводу в сигналах, що дозволило підвищити точність оцінки дальності до блискавки в діапазоні 100..3000 км і параметрів іоносфери, особливо в присутності шуму.


Ключові слова


хвилевод Земля-іоносфера, твік-атмосферик, локація блискавок, діагностика нижньої іоносфери

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Outsu, J. Numerical study of tweeks based on wave-guide mode theory [Text] / J. Ohtsu // Proc. Res. Inst. Atmos. – Nagoya Univ. – 1960. – 7. – P. 58-71.

Shimakura, S. Measurement of the ionospheric height and propagation distance on the basis of dispersion properties of tweek atmospherics [Text] / S. Shimakura, Y. Honga, M. Hayakawa // Proceedings of ISAP '92. – SAPPORO, JAPAN. – P. 501-504.

Hayakawa, M. Wave characteristics of tweek atmospherics deduced from the direction finding measurement and theoretical interpretations [Text] / M. Hayakawa, K. Ohta, K. Baba // J. Geophys. Res. – 99. – 1994. – 10733-10743.

Hayakawa, M. Recent findings on VLF/ELF spherics [Text] / M. Hayakawa, K. Ohta, S. Shimakura, K. Baba // J. Atmos. Terr. Phys. – 1995. –57. –No 5. –P.467-477.

Ohya, H. Development of an automatic procedure to estimate the reflection height of tweek atmospherics [Text] / H. Ohya, K. Shiokawa, Y. Miyoshi // Earth Planets Space. – 60. – P.837–843. – 2008.

Rafalsky, V. A. Location of lightning discharges from a single station [Text] / V. A. Rafalsky, A. P. Nickolaenko, A. V. Shvets, M. Hayakawa // J. Geophys. Res. – 100. – D10. – P. 20,829-20,838. –1995.

Shvets, A. V. The method of location of lighting and evaluation of parameters of bottom ionosphere with the help of tweek-atmospherics [Text] / A. V. Shvets, Y. V. Gorishnyaya // Radiophysics and Electronics. – 2010. – 15. – № 2. – P.63-70.

Sukhorukov, A. I. Approximate solution for the VLF eigenvalues near cutoff frequencies in the nocturnal inhomogeneous earth-ionosphere waveguide [Text] / A. I. Sukhorukov, S. Shimakura, M. Hayakawa // Planetary and Space Science. –40(10) . – P. 1363-1369. –1992.

Sukhorukov, A. I. ELF-VLF atmospheric waveforms under night-time ionospheric conditions [Text] / A. I. Sukhorukov // Ann. Geophys. – 14. – P. 33-41. – 1996.

Porrat, D. Modal phenomena in the natural electromagnetic spectrum below 5 kHz [Text] / D. Porrat, P. R. Bannister, A. C. Fraser-Smith // Radio Sci. – 36. – P.499–506. – 2001.

Wait, J. R. Characteristics of the earth-ionosphere waveguide for VLF radio waves [Text] / J. R. Wait and K. P. Spies // Technical Note 300, National Bureau of Standards. – December 1964.

Yamashita, M. Propagation of tweek atmospherics [Text] / M. Yamashita // J. Atmos. Terr. Phys. – 1978. – Vol. 40. – P. 151-156.

Yedemsky, D. Ye. Experimental investigation of the tweek field structure [Text] / D. Ye. Yedemsky, B. S. Ryabov, A. Yu. Shchokotov, V. S. Yarotsky // Adv. Space Res. – 1992. – 12. – No 6. – P. 251-254.

Shvets, A. V. Polarization effects for tweek propagation [Text] / A. V. Shvets, M. Hayakawa // J. Atmos. Sol. Terr. Phys. – 1998. – Vol.60. – No 4. – P. 461–469.

Yano, S. Wave-form analysis of tweek atmospherics [Text] / S. Yano, T. Ogawa, H. Hagino // Res. Lett. Atmos. Electr. – 1989. – 9. – P. 31-42.

Gorishnya, Y. V. Statistical study of multimodal tweek-atmospherics [Text] / Y. V. Gorishnya, A. V. Shvets // Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET). – 2010 International Conference on 6-8 Sept. 2010. – P.98-101. – 10.1109/MMET.2010.5611445.




ISSN: 2223–5620 (Print)

ISSN: 2411–1554 (Online)