RU2042958C1 - Method for determining range to lightning discharge source - Google Patents

Method for determining range to lightning discharge source Download PDF

Info

Publication number
RU2042958C1
RU2042958C1 SU5056558A RU2042958C1 RU 2042958 C1 RU2042958 C1 RU 2042958C1 SU 5056558 A SU5056558 A SU 5056558A RU 2042958 C1 RU2042958 C1 RU 2042958C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
range
signal
gradation
lightning discharge
time
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Епанечников
Original Assignee
Институт радиотехники и электроники РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт радиотехники и электроники РАН filed Critical Институт радиотехники и электроники РАН
Priority to SU5056558 priority Critical patent/RU2042958C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2042958C1 publication Critical patent/RU2042958C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: detection and ranging. SUBSTANCE: electromagnetic lightning-discharge signal (atmospheric noise) is received by vertical rod antenna, amplified, filtered off in broad frequency band, delayed in time, processed concurrently in n channels (range scale divisions), each of which is tuned to fixed range to lightning discharge source, by determining consistence of range in each scale division with recorded atmospheric noise of this range scale division; values obtained in the process are compared with each other for all range scale divisions; range division with maximum value is determined and considered as range to lightning discharge source. EFFECT: facilitated procedure. 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехническим средствам местоопределения источников электромагнитного излучения, в частности к способам пассивной дальнометрии источников электромагнитных сигналов, и может быть использовано в метеорологии и в гражданской авиации для оперативного наблюдения за грозовой деятельностью на расстояниях 300 2000 км. The invention relates to radio engineering means of determining sources of electromagnetic radiation, in particular to methods of passive ranging of sources of electromagnetic signals, and can be used in meteorology and civil aviation for operational monitoring of thunderstorm activity at distances of 300-2000 km.

Известен способ однопунктовой дальнометрии источников излучения грозовых разрядов, реализованный в устройстве [1] Этот способ основан на использовании различной зависимости затухания спектральных составляющих электромагнитного сигнала от дальности до источника излучения и состоит в том, что принимают вертикальную электрическую компоненту поля грозового разряда и обрабатывают принятый сигнал параллельно в двух каналах, в первом из которых сигнал усиливают, фильтруют в широкой полосе частот, дифференцируют и определяют амплитуду полученного сигнала, во втором канале сигнал усиливают, фильтруют в широкой полосе частот, интегрируют и определяют амплитуду полученного сигнала, по полу-ченной величине отношения этих сигналов определяют дальность до грозового разряда. The known method of single-point ranging of lightning radiation sources, implemented in the device [1] This method is based on the use of different dependences of the attenuation of the spectral components of the electromagnetic signal from the distance to the radiation source and consists in that they take the vertical electric component of the lightning discharge field and process the received signal in parallel in two channels, in the first of which the signal is amplified, filtered in a wide frequency band, differentiate and determine the amplitude of the field of the studied signal, in the second channel the signal is amplified, filtered in a wide frequency band, integrated and the amplitude of the received signal is determined, the distance to the lightning discharge is determined from the obtained ratio of these signals.

Недостатком этого способа является зависимость показаний индикатора дальности от спектра сигнала в источнике грозового разряда, что приводит к существенной погрешности измерения дальности. The disadvantage of this method is the dependence of the range indicator on the signal spectrum in a lightning source, which leads to a significant error in the measurement of range.

Наиболее близким техническим решением к заявленному, принятым в качестве прототипа, является способ однопунктового определения дальности до удаленных источников импульсных электромагнитных сигналов, основанный на использовании зависимости от дальности временной задержки между земным и первым ионосферным лучами, реализованный в устройстве [2]
Этот способ заключается в том, что принимают вертикальную электрическую составляющую грозового разряда, содержащую земной и первый ионосферный лучи, усиливают ее, фильтруют в широкой полосе частот, задерживают по времени, подают на пеpвый вход индикатора дальности, отфильтрованный сигнал также сравнивают с пороговым уровнем, при превышении порогового уровня вырабатывается одиночный пилообразный импульс для горизонтальной развертки луча на экране электронно-лучевой трубки индикатора, по изображению принятого сигнала на экране индикатора, ось времени которого отградуирована в единицах дальности до источника, визуально определяют запаздывание первого ионосферного луча относительно земного луча и таким образом определяют дальность до источника грозового разряда.
The closest technical solution to the declared one, adopted as a prototype, is a one-point method for determining the distance to remote sources of pulsed electromagnetic signals, based on the use of the dependence on the distance of the time delay between the earth and the first ionospheric rays, implemented in the device [2]
This method consists in taking the vertical electrical component of a lightning discharge containing the earth and the first ionospheric rays, amplifying it, filtering it in a wide frequency band, delaying it in time, applying it to the first input of the range indicator, the filtered signal is also compared with a threshold level, when the threshold level is exceeded, a single sawtooth pulse is generated for horizontal beam scanning on the screen of the cathode-ray tube indicator, according to the image of the received signal on the display screen ora, whose time axis is graduated in units of distance from the source to visually determine the ionospheric delay of the first beam relative to earth beam and thereby determine the range to the lightning source.

Недостатками данного способа являются низкая точность (около 20% от истинной дальности) и большое время измерения (около 10 с), связанные с визуальной оценкой дальности по изображению принятого сигнала на экране электронно-лучевой трубки. The disadvantages of this method are the low accuracy (about 20% of the true range) and the long measurement time (about 10 s) associated with a visual assessment of the range from the image of the received signal on the screen of the cathode ray tube.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и уменьшение времени измерения дальности до источника грозового разряда. The aim of the present invention is to improve the accuracy and reduce the time of measuring the distance to the source of a lightning discharge.

На фиг. 1 представлены геометрические пути распространения земного луча (О), а также первого (ИС 1) и второго (ИС 2) ионо-сферных лучей. In FIG. Figure 1 shows the geometric propagation paths of the earth ray (O), as well as the first (IP 1) and second (IP 2) ionospheric rays.

На фиг.2 представлены теоретические ожидаемые оценки модуля соотношения амплитуд соответственно первого (А1, А2) и второго (А3, А4) ионосферных лучей относительно земного луча для дневных (А1, А3) и ночных (А2, А4) условий распространения сигналов. Figure 2 presents the theoretical expected estimates of the modulus of the ratio of the amplitudes of the first (A1, A2) and second (A3, A4) ionospheric rays, respectively, relative to the earth beam for daytime (A1, A3) and night (A2, A4) signal propagation conditions.

На фиг.3 представлена временная форма реализации импульсного сигнала атмосферика, принятого с расстояния 2000 км при ночных условиях распространения. Figure 3 presents a temporary form of the implementation of the pulsed atmospheric signal received from a distance of 2000 km under night propagation conditions.

На фиг. 4 представлена зависимость напряжений на выходах каналов обработки, соответствующих градациям дальности, при обработке сигнала, приведенного на фиг.3, описываемым способом. In FIG. 4 shows the dependence of the voltages at the outputs of the processing channels corresponding to the gradations of the range when processing the signal shown in FIG. 3 using the described method.

На фиг.5 представлена блок-схема устройства однопунктовой дальнометрии: 1 электрическая антенна, 2 усилитель, 3 фильтр, 4 блок задержки, 5 пороговый блок, 6 блок синхронизации, 7-9 каналы обработки (градации дальности), 10 блок определения канала с максимальным уровнем выходного сигнала, 11 индикатор дальности. Figure 5 presents a block diagram of a single-point ranging device: 1 electric antenna, 2 amplifier, 3 filter, 4 delay unit, 5 threshold unit, 6 synchronization unit, 7-9 processing channels (range gradations), 10 channel determination unit with maximum output level, 11 range indicator.

Сущность предлагаемого способа основана на многолучевом распространении сигнала от излучателя к приемнику в волноводном канале Земля-ионосфера, в результате чего допустимо представление принятого сигнала атмосферика как суперпозиции в общем случае частично перекрывающихся земного и нескольких ионосферных лучей и использование зависимости от дальности до источника величины временных задержек и соотношения амплитуд между каждым из ионосферных лучей и земным лучом в принятом сигнале для измерения дальности до грозового разряда. На расстояниях 300-2000 км принятый сигнал атмосферика может быть записан в виде суперпозиции подобных по форме земного и ионосферных лучей:
Z(t)

Figure 00000001
S(t-τi)*Ki, (1) где S(t) земной луч, S(t- τi) * Ki i-ый ионосферный луч, τi временная задержка i-го ионосферного луча относительно земного луча в принятом сигнале атмосферика ( τo 0), а Кi соотношение амплитуд i-го ионосферного и земного лучей с учетом их полярностей (Ко 1).The essence of the proposed method is based on the multipath propagation of a signal from the emitter to the receiver in the Earth-ionosphere waveguide channel, as a result of which it is possible to represent the received atmospheric signal as a superposition in the general case of partially overlapping earth and several ionospheric rays and using the time delays depending on the distance to the source and the ratio of the amplitudes between each of the ionospheric rays and the earth beam in the received signal for measuring the distance to a lightning discharge. At distances of 300-2000 km, the received atmospheric signal can be recorded as a superposition of similar in the form of terrestrial and ionospheric rays:
Z (t)
Figure 00000001
S (t-τ i ) * K i , (1) where S (t) is the earth ray, S (t-τ i ) * K i is the i-ionosphere beam, τ i is the time delay of the i-th ionosphere ray relative to the earth ray in the received signal is atmospheric (τ o 0), and K i is the ratio of the amplitudes of the i-th ionospheric and terrestrial rays, taking into account their polarities (K o 1).

Значения τi Ki (i=1÷q) являются функциями от Lo расстояния до грозового разряда, при этом задержку получаем с учетом сферичности Земли (фиг.1) как
τi=

Figure 00000002
2i
Figure 00000003
-L
Figure 00000004
/C, (2) где R 6370 км радиус Земли; С 3.105 км/сек скорость распространения электромагнитного сигнала; h эффективная высота нижней отражающей границы ионосферы, равная 67 км для дневных условий распространения и 87 км для ночных условий распространения сигналов.The values of τ i K i (i = 1 ÷ q) are functions of L o the distance to the lightning discharge, and the delay is obtained taking into account the sphericity of the Earth (Fig. 1) as
τ i =
Figure 00000002
2i
Figure 00000003
-L
Figure 00000004
/ C, (2) where R 6370 km is the radius of the Earth; From 3.10 5 km / s the speed of propagation of the electromagnetic signal; h is the effective height of the lower reflecting boundary of the ionosphere, equal to 67 km for daytime propagation conditions and 87 km for nighttime propagation conditions of signals.

Графики зависимостей К1, К2 (фиг.2) от дальности до грозового разряда получены из [3] и по экспериментальным данным.The dependences of K 1 , K 2 (Fig. 2) on the range to a lightning discharge were obtained from [3] and from experimental data.

Для определения дальности до источника грозового разряда, согласно изобретению, предлагается проверить принятый сигнал атмосферика на его соответствие каждой j=й (j 1-n) градации дальности, настроенной на дальность L Lj до источника излучения, при этом градация дальности j b, наиболее соответствующая принятому атмосферику, принимается за дальность до источника.To determine the range to a lightning discharge source, according to the invention, it is proposed to check the received atmospheric signal for its correspondence to each j = th (j 1-n) range gradation tuned to the range LL j to the radiation source, while the range gradation jb most suitable atmosphere, is taken as the distance to the source.

Для проверки такого соответствия в каждой градации дальности введен базовый луч Uj(t), приводящий к минимуму величину невязки Wj:
Wj=

Figure 00000005
Z(t)-
Figure 00000006
Vj(t-τj,i)*Kj,iK
Figure 00000007
dt, (3) полагая, что Vj(t) ≡ 0 при t≅0 и при t>To.To check this correspondence, a base beam U j (t) was introduced in each range gradation, which minimizes the residual value W j :
W j =
Figure 00000005
Z (t) -
Figure 00000006
V j (t-τ j, i ) * K j, i K
Figure 00000007
dt, (3) assuming that V j (t) ≡ 0 for t≅0 and for t> T o .

Подставляя в правую часть уравнения (3) функцию Z(t) из (1), получаем, что Wj 0 при одновременном выполнении условий V(t)=S(t), τj,ii, Kj,i=Ki. Откуда следует, что при j=b, где b-я градация дальности настроена на дальность Lb Lo, которой соответствуют значения τi и Ki (i 0 ÷ q), путем выбора соответствующей функции V(t) можно минимизировать функцию Wb, получая Wbmin Wmin,min.Substituting the function Z (t) from (1) in the right-hand side of equation (3), we obtain that W j 0 while conditions V (t) = S (t), τ j, i = τ i , K j, i = K i . Whence it follows that for j = b, where the b-th gradation of the range is adjusted to the range L b L o , which correspond to the values of τ i and K i (i 0 ÷ q), by choosing the corresponding function V (t) it is possible to minimize the function Wb getting W bmin W min, min .

Для упрощения дальнейших вычислений представим Z(t) и Vj(t) в дискретных точках tk с шагом Δ t, откуда получаем
Wj= Δt

Figure 00000008
Zj,k-
Figure 00000009
Vj,k-r·K
Figure 00000010
, (4) здесь и далее r rj,i= τj,i/Δt, M To/ Δt, N Tq/Δt, причем Vj, m=o при m ≅0 и m > M.To simplify further calculations, we represent Z (t) and V j (t) at discrete points t k with a step Δ t, whence we obtain
W j = Δt
Figure 00000008
Z j, k -
Figure 00000009
V j, krK
Figure 00000010
, (4) hereinafter rr j, i = τ j, i / Δt, MT o / Δt, NT q / Δt, and V j, m = o for m ≅ 0 and m> M.

Для определения Vj,m, приводящих к минимуму значение Wj, приравняем к нулю производные Wj по Vj,m при всех m 1-М, откуда получаем систему уравнений

Figure 00000011
Figure 00000012
Kj,l·Kj,lVj,m+r-u=
Figure 00000013
Kj,i·Zj,m+r, (5) где U τj, l/Δ t.To determine V j, m , minimizing the value of W j , we equate to zero the derivatives of W j with respect to V j, m for all m 1-M, whence we obtain the system of equations
Figure 00000011
Figure 00000012
K j, lK j, l V j, m + ru =
Figure 00000013
K j, i · Z j, m + r , (5) where U τ j , l / Δ t.

Перенеся Vj,m в левую сторону, получаем
Vj,m=

Figure 00000014
Zj,m+r·Kj,i-
Figure 00000015
Kj,l·Kji·V
Figure 00000016
(6)
Так как для дальнометрии требуется знать только минимальные значения Wj,min (а не Vj,m), в дальнейшем для упрощения вычислений Wj,min производится последовательная итерационная оценка поправок Vj,k (d) (d=1÷p) к значениям Vj,k, при этом при каждом значении m образуются новые значения
Figure 00000017
=
Figure 00000018
-Kj,i·V (d) j,K (i=0÷q). При этом на каждом шаге итерации невязка равна
Wj= Δt
Figure 00000019
Z 2 j ,m
Так как при этом для всех m 1-M, в уравнении (6) имеем Vj,k+r-u (d) 0, то получаем следующую процедуру действий: положим m 1, при фиксированном m оценка Vj,m (d) равна
V (d) j,m
Figure 00000020
K
Figure 00000021
K 2 j ,i, Переходим к (q+1) новым значениям
Figure 00000022
по правилу
Figure 00000023
=
Figure 00000024
- V (d) j,r ·Kj,i(i=0÷q).Moving V j, m to the left, we get
V j, m =
Figure 00000014
Z j, m + rK j, i -
Figure 00000015
K j, lK jiV
Figure 00000016
(6)
Since long-range measurement requires only the minimum values of W j, min (and not V j, m ), in the future, to simplify the calculations of W j, min , a sequential iterative estimate of the corrections V j, k (d) is performed (d = 1 ÷ p) to the values of V j, k , while for each value of m new values are formed
Figure 00000017
=
Figure 00000018
-K j, iV (d) j, K (i = 0 ÷ q). Moreover, at each step of the iteration, the discrepancy is
W j = Δt
Figure 00000019
Z 2 j , m
Since in this case for all m 1-M, in equation (6) we have V j, k + ru (d) 0, we obtain the following procedure of actions: put m 1, for a fixed m, the estimate V j, m (d) is
V (d) j, m
Figure 00000020
K
Figure 00000021
K 2 j , i , We pass to the (q + 1) new values
Figure 00000022
by rule
Figure 00000023
=
Figure 00000024
- V (d) j, r K j, i (i = 0 ÷ q).

Повторяем указанную процедуру определения оценок Vj,m (d) и

Figure 00000025
для последующих значений m 2, 3,M, а затем, снова повторяя всю итерационную процедуру, начиная с m=1 до m=M всего р раз, где практически достаточным оказывается ограничиться р=4, после чего остаточное значение Wj перестает уменьшаться, в результате получаем минимальное значение Wj,min.We repeat the indicated procedure for determining the estimates V j, m (d) and
Figure 00000025
for subsequent values of m 2, 3, M, and then, repeating the entire iterative procedure again, starting from m = 1 to m = M only p times, where it is practically sufficient to limit p = 4, after which the residual value of W j ceases to decrease, as a result, we obtain the minimum value of W j, min .

Переходя снова к случаю непрерывного t, получаем следующую процедуру действий: в первом цикле вычисления (d 1) непрерывно вычисляем Vj (d)(t) как
V ( j d)(t)

Figure 00000026
K
Figure 00000027
t+
Figure 00000028
K 2 j ,i, которую в каждый момент времени по ее получении, сдвинув ее (q+1) раз на интервалы времени τj,i и домножив соответственно на Kj,i (i=0÷q), вычитаем из соответствующих значений
Figure 00000029
(t+τj,i), переходя при этом к новым значениям по правилу
Figure 00000030
(t+τj,i)
Figure 00000031
(t+τj,i)-Kj,iV ( j d)(t+τj,i) (i= 0÷q). Указанная процедура пpоизводится при непрерывном изменении от 0 до То и затем итерационно повторяется всего р раз (d 1÷p).Turning again to the case of continuous t, we obtain the following procedure: in the first cycle of calculation (d 1), we continuously calculate V j (d) (t) as
V ( j d) (t)
Figure 00000026
K
Figure 00000027
t +
Figure 00000028
K 2 j , i , which at each time moment upon its receipt, by shifting it (q + 1) times by the time intervals τ j, i and multiplying respectively by K j, i (i = 0 ÷ q), we subtract from the corresponding values
Figure 00000029
(t + τ j, i ), passing to the new values according to the rule
Figure 00000030
(t + τ j, i )
Figure 00000031
(t + τ j, i ) -K j, i V ( j d) (t + τ j, i ) (i = 0 ÷ q). The specified procedure is carried out with a continuous change from 0 to T about and then iteratively repeated only p times (d 1 ÷ p).

Получающиеся при этом значения Yj 1/Wj,min(j=1÷n) представляют собой показатели соответствия принятого сигнала атмосферика j-ой градации дальности. Значения Yj сравниваются между собой, и дальность Lb, соответствующая градации дальности j=b, обладающей максимальным выходным сигналом Yb=Ymax= 1/Wb,min= 1/Wmin,min, принимается за дальность до грозового разряда.The resulting values of Y j 1 / W j, min (j = 1 ÷ n) are indicators of the correspondence of the received atmospheric signal of the j-th range gradation. The values of Y j are compared with each other, and the range L b corresponding to the gradation of the range j = b, having the maximum output signal Y b = Y max = 1 / W b, min = 1 / W min, min , is taken as the distance to a lightning discharge.

На фиг. 3 представлена временная форма атмосферика, на которой видны земной и два первых ионосферных луча. In FIG. Figure 3 shows the temporary form of the atmosphere, on which the Earth's and the first two ionospheric rays are visible.

На фиг. 4 представлен график зависимости величин Yj от соответствующих дальностей Lj(j 1÷n). График получен в результате цифровой обработки сигнала, изображенного на фиг.3, в соответствии с предлагаемым способом. (Для наглядности соседние ординаты на графике соединены непрерывной линией). Как видно из приведенного графика, максимальное значение выходного напряжения Ymax=1/Wmin,min каналов обработки наблюдалось при L

Figure 00000032
1900 км.In FIG. 4 is a graph of the dependence of the values of Y j on the corresponding ranges L j (j 1 ÷ n). The graph is obtained as a result of digital signal processing, depicted in figure 3, in accordance with the proposed method. (For clarity, adjacent ordinates on the graph are connected by a continuous line). As can be seen from the graph, the maximum value of the output voltage Y max = 1 / W min, min processing channels was observed at L
Figure 00000032
1900 km.

Способ однопунктового определения дальности до источника грозового разряда может быть реализован в устройстве, блок-схема которого приведена на фиг.5. A one-point method for determining the distance to a lightning discharge source can be implemented in a device, a block diagram of which is shown in FIG.

Предлагаемый способ дальнометрии включает следующую последовательность операций: а) принимают сигнал грозового разряда, состоящий из земного и q ионо-сферных лучей, на всенаправленную электрическую антенну 1, б) усиливают его в усилителе 2, в) фильтpуют в широкой полосе частот с помощью фильтра 3, г) задерживают его по времени в блоке задержки 4, д) осуществляют параллельную n-канальную обработку анализируемого сигнала в каналах обработки (градациях дальности) 7-9, при которой в каждом j-м (j=1÷n) канале: е) образуют последовательно в каждый момент времени t на интервале (0 + To) значение вспомогательного сигнала как взвешенную среднюю величину из ожидаемых значений лучей в анализируемом сигнале при ожидаемой дальности Lj до источника грозового разряда, ж) образуют q+1 значение синтезированного сигнала путем (q+1)-кратного сдвига по времени значения вспомогательного сигнала на заранее установленные интервалы времени и домножение каждого сдвинутого сигнала на заранее установленные коэффициенты, з) пере- ходят к новым значениям анализируемого сигнала путем вычитания в (q+1) моментах времени из значений анализируемого сигнала полученных значений синтезированного сигнала, и) повторяют р раз процедуры по п.п. е-з, к) вычисляют энергию результирующего анализируемого сигнала на заранее установленном интервале времени, л) в блоке 10 определяют градацию дальности, соответствующую минимальной энергии остаточного результирующего сигнала, м) эту градацию дальности принимают за дальность до грозового разряда и выводят на индикатор 11.The proposed ranging method includes the following sequence of operations: a) receive a lightning discharge signal, consisting of terrestrial and q ionospheric rays, to an omnidirectional electric antenna 1, b) amplify it in an amplifier 2, c) filter it in a wide frequency band using a filter 3 , d) delay it in time in the delay unit 4, e) carry out parallel n-channel processing of the analyzed signal in the processing channels (range gradations) 7-9, in which in each j-th (j = 1 ÷ n) channel: e ) form sequentially at every moment in belt t in the interval (0 + T o ) the value of the auxiliary signal as a weighted average of the expected values of the rays in the analyzed signal at the expected distance L j to the lightning source, g) form q + 1 value of the synthesized signal by (q + 1) - a multiple time shift of the value of the auxiliary signal by predetermined time intervals and multiplication of each shifted signal by predetermined coefficients, h) go to the new values of the analyzed signal by subtracting the time (q + 1) times and a signal derived from the analyzed values of the synthesized signal values, u) is repeated p times pp procedure ez, k) calculate the energy of the resulting analyzed signal at a predetermined time interval, l) in block 10 determine the range gradation corresponding to the minimum energy of the residual resulting signal, m) this range gradation is taken as the distance to the lightning discharge and displayed on indicator 11.

При реализации предлагаемого способа дальнометрии блока установлено:
полоса пропускания входного фильтра 5-35 кГц,
длительность То равна 140 мкс,
полная длительность интервала обработки сигнала устанавливалась 700 мкс, используемое количество ионосферных лучей составляет при этом: q 2 ночью при Lo300 км, q 5 днем при Lo 1500 км,
время задержки сигнала в линии задержки составляет 70 мкс,
относительное расхождение градаций дальностей, на которые настроены соседние градации, составляeт ≈5% от средней дальности этих каналов 2 (Lj+1-Lj)/(Lj+1+Lj) ≃0,05 (j 2 + n), что приводит при L1Lmin 300 км и Ln= Lmax 2000 км к n=40,
определение номера градации дальности, обладающей максимальным выходным сигналом, осуществляется по способу, изложенному в [4]
При этом в диапазоне дальностей 300-2000 км было получено, что относительная погрешность оценки дальности во всем диапазоне дальностей не превосходит 10% время измерения дальности до источника одного атмосферика не превосходит 100 мс.
When implementing the proposed method of block ranging, it was established:
input filter bandwidth 5-35 kHz,
the duration of T about equal to 140 μs,
the total duration of the signal processing interval was set to 700 μs, the used number of ionospheric rays is: q 2 at night at L o 300 km, q 5 during the day at L o 1500 km,
the delay time of the signal in the delay line is 70 μs,
the relative discrepancy between the range gradations to which neighboring gradations are tuned is ≈5% of the average range of these channels 2 (L j + 1 -L j ) / (L j + 1 + L j ) ≃ 0.05 (j 2 + n) , which leads to L 1 L min 300 km and L n = L max 2000 km to n = 40,
determination of the range gradation number having the maximum output signal is carried out according to the method described in [4]
Moreover, in the range of 300-2000 km, it was found that the relative error in the range estimate in the entire range of ranges does not exceed 10%, the time of measuring the range to the source of one atmosphere does not exceed 100 ms.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ИСТОЧНИКА ГРОЗОВОГО РАЗРЯДА, заключающийся в том, что принимают сигнал грозового разряда, содержащий вертикальную электрическую составляющую, состоящую из земного и q ионосферных лучей, на всенаправленную электрическую антенну, усиливают принятый сигнал, фильтруют в широкой полосе частот и задерживают по времени, формируя сигнал Z(t), причем отфильтрованный сигнал сравнивают с пороговым уровнем и при его превышении определяют деятельность L до источника грозового разряда, отличающийся тем, что задержанный сигнал Z(t) обрабатывают в n параллельных каналах дальности, соответствующих n градациям дальности, при этом в каждой j-й (j 1 n) градации дальности формируют и запоминают вспомогательный сигнал Zj (t) Z (t), затем последовательно в каждый момент времени t на интервал (t 0 Tо), где Tо ожидаемая длительность каждого из лучей, формируют сигнал Qj (t):
Figure 00000033

где τj,i и Kj,i соответственно известные заранее интервал времени и соотношение амплитуд (с учетом их полярностей) между i-м ионосферным (i 1 q) и земным лучом (τj,o=0), (Kj , o 1), при дальности до источника грозового разряда, соответствующей j-й градации дальности L Lj, затем полученный сигнал Qj (t) сдвигают (q + 1) раз на интервалы времени соответственно τj,i(i=0-q), умножают полученные значения на соответствующие коэффициенты Kj , k и вычитают полученные при этом величины из соответствующих значений Zj (t) по формуле
Zj(t+τj,i)-Kj,i·Qj(t) ⇒ Zj(t+τj,i),
повторяют указанную последовательность обработки p раз, используя каждый раз в качестве начального (при t 0) полученный в предыдущем измерении сигнал Zj (t), сформированный сигнал возводят в квадрат, интегрируют на заданном интервале времени 0 Tq, включающем в себя земной и q ионосферных лучей, вычисляют обратную величину этого интервала:
Figure 00000034

запоминают его, определяют из всех n каналов градации дальности тот, у которого величина Vj максимальная, и дальность, соответствующую этой градации, принимают за дальность до источника анализируемого грозового разряда.
METHOD FOR DETERMINING THE RANGE TO THE SOURCE OF THUNDER DISCHARGE, namely, that they receive a lightning discharge signal containing a vertical electric component, consisting of terrestrial and q ionospheric rays, onto an omnidirectional electric antenna, amplify the received signal, filter it in a wide frequency band and delay it in time, forming a signal Z (t), moreover, the filtered signal is compared with a threshold level and, when it is exceeded, the activity L to a lightning discharge source is determined, characterized in that it is delayed signal Z (t) is processed in n parallel range channels corresponding to n gradation range, wherein in each j-th (j 1 n) gradation range forming and storing an auxiliary signal Z j (t) Z (t ), then sequentially to each the time t on the interval (t 0 T o ), where T o the expected duration of each of the rays, form a signal Q j (t):
Figure 00000033

where τ j, i and K j, i, respectively, are the time interval known in advance and the ratio of amplitudes (taking into account their polarities) between the ith ionospheric (i 1 q) and the earth ray (τ j, o = 0), (K j , o 1), at a distance to the lightning discharge source corresponding to the jth gradation of the range LL j , then the received signal Q j (t) is shifted (q + 1) times by time intervals, respectively, τ j, i (i = 0-q) multiply the obtained values by the corresponding coefficients K j , k and subtract the values obtained from the corresponding values of Z j (t) by the formula
Z j (t + τ j, i ) -K j, i · Q j (t) ⇒ Z j (t + τ j, i ),
repeat the specified processing sequence p times, using each time as the initial (at t 0) signal obtained in the previous measurement Z j (t), the generated signal is squared, integrated over a given time interval 0 T q , including earth and q ionospheric rays, calculate the inverse of this interval:
Figure 00000034

remember it, determine from all n channels of range gradation the one for which the value of V j is maximum, and the range corresponding to this gradation is taken as the distance to the source of the analyzed lightning discharge.
SU5056558 1992-05-26 1992-05-26 Method for determining range to lightning discharge source RU2042958C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5056558 RU2042958C1 (en) 1992-05-26 1992-05-26 Method for determining range to lightning discharge source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5056558 RU2042958C1 (en) 1992-05-26 1992-05-26 Method for determining range to lightning discharge source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2042958C1 true RU2042958C1 (en) 1995-08-27

Family

ID=21610499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5056558 RU2042958C1 (en) 1992-05-26 1992-05-26 Method for determining range to lightning discharge source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2042958C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
USA Patent N 3369240, кл. 343-112, 1968. (Official gazette, 1968, v.847, p.50) *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alvarez et al. Solar wind density model from km-wave type III bursts
Muirhead et al. The N-th root process applied to seismic array data
Foster et al. A spectral study of four millisecond pulsars
US6366857B1 (en) Noise estimator for seismic exploration
CA2188912C (en) A method and apparatus for fixed target echo suppression in distance measurement on the principle of pulse transit time
Wand Semidiurnal tide in the E region from incoherent scatter measurements at Arecibo
US3833797A (en) Statistical noise processor
RU2042958C1 (en) Method for determining range to lightning discharge source
Fujimaru et al. Analysis of time-of-arrival observations performed during ELF/VLF wave generation experiments at HAARP
RU2090903C1 (en) Method of single-point location of source of atmospherics and device for its implementation
JPH0868817A (en) Method and device for measuring c/i ratio of same or neighboring channel-interference signal with digital-type movable radio system
RU2212683C2 (en) Method of radar signal processing
RU2085965C1 (en) Method and device for single-point measurement of distance to lightning discharges
Wright et al. On the accuracy and interpretation of Dynasonde virtual height measurements
RU2782249C1 (en) Device for digital signal processing in a pulse-doppler radar with compensation for the migration of targets over a range for one period of radiation and reception of a packet of radio pulses
RU2111508C1 (en) Method determining distance to lightning discharge
Kohl A 500-kHz sferics range detector
RU2099747C1 (en) Process of single-point determination of distance to lightning discharge
RU2195688C2 (en) Procedure measuring distance to objects with use of picosecond pulses and device for its realization
Schafer et al. Radio transmission studies of the upper atmosphere
RU2552530C2 (en) Method of obtaining ionogram
RU2138063C1 (en) Method of single-point range-finding of sources of atmospherics
RU2118836C1 (en) Method of single-point distance measurement to electromagnetic radiation sources
RU2124739C1 (en) Method for single-point measuring of distance to lightning
RU2032919C1 (en) Method of measurement of low altitudes and device for its realization