УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ КЛАССА МОЩНОСТИ ИСТОЧНИКА ИОНОСФЕРНОГО ВОЗМУЩЕНИЯ, РЕГИСТРИРУЕМОГО НА СЕТИ ПРИЕМНЫХ СТАНЦИЙ СПУТНИКОВЫХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в системах дистанционного контроля ядерных и иных взрывов, предупреждения о запусках ракет, наблюдения за сейсмической активностью.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство определения мощности источника ионосферного возмущения (ИВ) естественного или техногенного характера, представленное на фигуре 2 (Приложение (прототип)). Устройство состоит из наземного приемника спутниковой радионавигационной системы (НП СРНС) (1), расположенного в районе источника ИВ; блока расчета полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы (БР ПЭС) (2); блока хранения эталонной записи ПЭС (БХ ПЭС) (4) и вычислительного устройства (ВУ) (3). Навигационный сигнал со спутника поступает на вход НП СРНС (1), в котором происходит измерение псевдодальности до навигационного спутника и выдача из на БР ПЭС (2). В БР ПЭС (2) осуществляется измерение ПЭС ионосферы, формирование рядов ПЭС и выдача их на вход ВУ (3). На другой вход ВУ поступает эталонная запись ПЭС для источника известной мощности из БХ ПЭС (4). ВУ производит взвешенное сравнение экспериментальной и эталонной записей ПЭС и вычисление мощности оцениваемого источника.
Недостатками устройства - прототипа являются:
- при сравнении записей ПЭС не учитываются различия в условиях регистрации экспериментального и эталонного возмущения: удаление от источника, ракурсные условия регистрации, широтно-долготные и сезонно-суточные
различия фоновой ионосферы, состояние гелио-геофизической обстановки;
- использование только одной экспериментальной записи ПЭС не предполагает статистического усреднения, позволяющего нивелировать другие неучтенные факторы, влияющие на амплитуду возмущений ПЭС;
- использование одного источника эталонной мощности допускает значительные ошибки в определении мощности источника, параметры которого сильно отличаются от эталонного.
Задачей полезной модели является создание устройства оценки класса мощности источника ИВ, основанного на статистическом анализе амплитудных параметров вариаций ПЭС, регистрируемых на сети приемных станций СРНС, расположенных в районе источника возмущения, а также реализации в этом устройстве:
- методики учета различных условий регистрации экспериментальных вариаций ПЭС;
- методики статистического усреднения амплитудных параметров вариаций ПЭС;
- методики статистического различения вариаций ПЭС по амплитуде с использованием эталонных распределений амплитуды ПЭС для нескольких, калиброванных по мощности источников.
На фигуре 1 изображено устройство оценки класса мощности источника ионосферного возмущения, регистрируемого на сети приемных станций спутниковых радионавигационных систем.
Данное устройство включает в себя следующие элементы: сеть НП СРНС (1), состоящая из R НП СРНС; блоки расчета ПЭС (БР ПЭС) (2), количество которых соответствует количеству НП СРНС; блок промежуточной обработки (БПО) (3); блок оценки условий регистрации ионосферного возмущения (БО
УР) (4); блок хранения записей распределения амплитуды (БХ РА) (5); устройство различения (УР) (6); блок принятия решения (БПР) (7).
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Сеть НП СРНС (1), размещенных на поверхности Земли, осуществляет измерения задержек двухчастотных навигационных сигналов СРНС и оценку псевдодальностей до навигационных спутников.
i
С каждого НП СРНС измерения псевдодальности передаются на соответствующий ему БР ПЭС (2), где осуществляется измерение и формирование временных рядов ПЭС I(t).
пор
i
max,i
i
Совокупность временных рядов ПЭС одновременно поступают на вход БПО (3), который предназначен для решения задачи обнаружения ИВ путем когерентного пространственно-временного накопления отдельных рядов ПЭС и сравнения амплитуды суммарного сигнала с пороговым значением I, определяемым БО УР (4) исходя из условий регистрации. При этом принимается решение о наличии (θ=1) или отсутствии (θ=0) ИВ и оцениваются его пространственно-временные параметры: α - направление прихода и V - скорость распространения. При наличии ИВ осуществляется пространственно-временная фильтрация ионосферного отклика в каждом ряду I(t} измерений ПЭС и оценка амплитуды отклика ΔI и его удаления D от источника.
I
max
II
max
k
max
В зависимости от условий регистрации ИВ, которые оцениваются в БО УР (4), БХ РА (5) выдает соответствующие записи плотностей вероятности (ПВ) распределения амплитуды для различных каналов дальности на УР (6). БХ РА предназначен для хранения записей ПВ распределения амплитуды откликов ПЭС ионосферы P(I), P(I),...,P(I) - Записи ПВ формируются заранее на основании статистически экспериментальной регистрации откликов ПЭС на
действие эталонных источников разного класса мощности для различных условий регистрации и для разных интервалов удаления от источника.
max,I
I,i
II,i
k,i
УР (7) на основании значений амплитуды I экспериментальных откликов ПЭС, полученных из БПО (3) и записей ПВ распределения амплитуды откликов ПЭС для эталонных источников калиброванной мощности, полученных из БХ РА (5), определяет вероятность того, что i-ый экспериментальный отклик вызван действием источника первого (P), второго (P),..., или k-го (Р) класса мощности и выдает ее в БПР (7).
j,ср
j,ср
БПР (7) для каждого j-го класса мощности источника вычисляет среднюю по всем экспериментальным откликам вероятность Р того, что зарегистрированное ИВ вызвано действием источника j-го класса мощности. Класс мощности, для которого средняя вероятность Р будет максимальной, считается оценкой класса мощности источника экспериментально зарегистрированного ИВ.
Предлагаемое устройство позволяет статистически решить задачу оценки класса мощности источника путем сравнения амплитуды регистрируемых откликов ПЭС с амплитудой откликов ПЭС, вызванных эталонными источниками разного калиброванного класса мощности. При этом учитывается удаление регистрируемых откликов ПЭС ионосферы от источника, состояния фоновой ионосферы и гелио-геофизической обстановки. Влияние других факторов нивелируется при статистическом усреднении. Использование нескольких эталонных источников разного класса мощности позволяет повысить точность определения мощности экспериментального источника.
Источники информации, принятые во внимание:
[1] Kosuke Heki, Explosion energy of the 2004 eruption of the Asama Volcano, central Japan, inferred from ionospheric disturbances, Geophys. Res. Lett., V. 33, 2006 - Прототип.
[2] Eric Calais and J. Bernard Minster, GPS detection of ionospheric perturbations following the January 17, 1994, Northridge earthquake, Geophys. Res. Lett., V. 22, №9, p.1045-1048, 2006