РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ЛОКАЛИЗАЦИИ МОЛНИЙ В ГЛОБАЛЬНОЙ СЕТИ СТАНЦИЙ ПО ВРЕМЕНИ ПРИХОДА ВОЛНОВОГО ПАКЕТА В ОНЧ- ДИАПАЗОНЕ (TOGA) В ПРИЕМНОМ ПУНКТЕ ИЗМИРАН

• скачать

Ключевые слова: атмосферики, молнии, групповое время прихода, локализация

Мировая сеть локализации молний (World Wide Lightning Location Network,
WWLLN), организованная по инициативе проф. Ричарда Даудена (LF∗ EM Research Ltd.
Dunedin, New Zealand) включает в себя более 25 приемных пунктов регистрации сигналов
молниевых разрядов – атмосфериков. Местоположение молнии определяется по времени
прихода атмосферика (Time Of Group Arrival – TOGA) в ОНЧ- диапазоне (3-30 кГц). Один
из приемных пунктов этой сети расположен в ИЗМИРАН. Теоретическая основа.
Обратный удар молнии генерирует короткий импульс (атмосферик) в широком диапазоне
частот от УНЧ до оптических. Но максимальная энергия сосредоточена в ОНЧ-диапазоне.
На расстоянии r от молниевого удара в момент t электрическая компонента волнового
поля может быть выражена как E(r, t, ω) = ΣA(ω)cos Φ(ω), где для любой Фурье-
компоненты на частоте ω фаза равна Φ = ωt-k(ω)r+Φ0. Дифференцируя по частоте,
получим dΦ(ω)/dω = t – r dk/dω = t – r/Vg(ω) = t – tg(ω), где Vg – групповая скорость, а tg -
время прихода волнового пакета от источника к приемнику на расстоянии r. Это время
может быть определено tg(ω) = t0 - dΦ/dω, где t0 – известное с высокой точностью
абсолютное время, определенное по PPS- импульсу системы GPS в пункте приема, а
dΦ/dω - это изменение фазы по частоте в спектре волнового пакета, принятого в момент
времени t0. Для реализации метода в каждом пункте WWLLN размещена следующая
аппаратура: для приема атмосфериков используется короткий (1,5 м) вертикальный штырь
и ОНЧ- предварительный усилитель, расположенные на крыше здания. Усиленный ОНЧ-
сигнал подается на один из стереоканалов звуковой карты в ПК. Так как WWLLN зависит
от точности времени прихода атмосферика и точности положения приемных пунктов,
требуются два сигнала GPS. Один из них – это «слово» в NMEA – коде, который сообщает
компьютеру универсальное время с точностью до ближайшей секунды, год, месяц, день,
час, минута, секунда, а также широту и долготу приемного пункта. Это «слово» подается в
ПК через COMport. Другой сигнал – это короткий импульс в секунду (PPS), который
поступает на второй стереоканал звуковой карты. В ней оба сигнала цифруются с
частотой ∼ 48000 Гц. Программа обработки атмосферика начинает работать только при
наличии сигнала PPS. Когда ОНЧ- напряжение в волновой форме атмосферика превысит
порог запуска, начинается выделение атмосферика Момент выделения определяет время
запуска t0, который уточняется с помощью сигнала PPS с точностью 1 мкс. Затем
рассчитывается ДПФ атмосферика в момент запуска, определяется фазовый спектр в
полосе 6-20 кГц для оценки производной по частоте в этой полосе. Используя этот
параметр определяется время tg относительно PPS- импульса на каждом приемном пункте
и пересылается в Центр обработки (Вашингтонский университет).Эта информация
позволяет локализовать молниевый разряд с точностью в несколько км и построить карты
молниевой активности по всему земному шару. Во время солнечных вспышек точность в
локализации молний может быть ухудшена до 7-8 км.
Литература
Dowden R.L., Brundell J.B., Rodger C.J. VLF lightning location by time of group arrival
(TOGA) at multiple sites//J.Atmos.Soar-Terr.Phys. 2002.V.64. N7. P.817-879.