RU2189051C2 - Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника - Google Patents
Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189051C2 RU2189051C2 RU2000118491/09A RU2000118491A RU2189051C2 RU 2189051 C2 RU2189051 C2 RU 2189051C2 RU 2000118491/09 A RU2000118491/09 A RU 2000118491/09A RU 2000118491 A RU2000118491 A RU 2000118491A RU 2189051 C2 RU2189051 C2 RU 2189051C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- disturbance
- receivers
- total
- signals
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Использование: в системах дистанционного контроля ядерных и иных взрывов, предупреждения о запусках ракет, наблюдения за сейсмической активностью. Сущность изобретения: временные ряды полного электронного содержания, полученные с помощью пространственной решетки двухчастотных приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS с размером апертуры, соответствующей зоне Френеля источника возмущений, фильтруют с целью выделения вариаций полного электронного содержания, соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника, полученные после фильтрации сигналы сдвигают по времени на величину Δτi и когерентно суммируют, добиваясь максимальной амплитуды суммарного сигнала; решение об обнаружении возмущения принимают при превышении суммарным сигналом порогового уровня, а местоположение источника возмущения находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство сферических волновых фронтов, отстоящих друг от друга на расстояние, определяемое относительными временными сдвигами Δτi сигналов отдельных приемников. Достигаемым техническим результатом является повышение чувствительности обнаружения и точности определения местоположения источника возмущения. 2 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах дистанционного контроля ядерных и иных взрывов, предупреждения о запусках ракет, наблюдения за сейсмической активностью.
Известны способы наблюдения ионосферных возмущений, порождаемых антропогенными и естественными источниками, основанные на регистрации задержек сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS. С помощью нескольких приемников ГЛОНАСС/GPS осуществляют двухдиапазонные измерения задержек навигационных сигналов ГЛОНАСС/GPS, по измеренным задержкам определяют значение полного электронного содержания на трассе "приемник - навигационный искусственный спутник Земли". Производят фильтрацию рядов полного электронного содержания для отдельных приемников в выбранном диапазоне периодов колебаний и при наличии сигнала, превышающего заданный уровень, регистрируют возмущение, вызванное мощными наземными взрывами [1], запусками космического аппарата [2] . Данные способы отличаются низкой чувствительностью и невозможностью определения координат источника возмущений.
Наиболее близким к решению поставленной задачи является способ определения направления прихода и скорости перемещения ионосферных возмущений различной природы, основанный на анализе данных о полном электронном содержании в ионосфере Земли [3].
Сущность его заключается в том, что с помощью решетки, состоящей из трех пространственно разнесенных двухчастотных приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS получают временные ряды флуктуации полного электронного содержания в ионосфере Земли для линий "приемник - навигационный искусственный спутник Земли". В результате фильтрации рядов полного электронного содержания для отдельных приемников выделяют возмущения, содержащие отклик ионосферы на воздействие источника. При этом параметры движения фронта волны возмущений определяются по значениям взаимных задержек флуктуации полного электронного содержания, зарегистрированных в трех точках. В силу того, что при указанном способе решение об обнаружении возмущения принимается по анализу сигнала каждого приемника отдельно, без учета информации двух других приемников, а для определения направления прихода волны возмущения используется минимально необходимое число приемников n=3, способ-прототип характеризуется низкой чувствительностью обнаружения. Кроме того, этот способ обеспечивает определение направления прихода возмущения, но не позволяет определить местоположение источника возмущения. Это обусловлено тем, что расстояние между приемниками в способе выбрано малым, соответствующим дальней зоне источника. При этом фронт волны возмущения для приемной решетки мало отличается от плоского, а информация о местоположении источника возмущения, заложенная в величине кривизны волнового фронта, теряется.
Целью изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности определения местоположения источника возмущения. В сравнении со способом прототипом это достигается за счет того, что для реализации предложенного способа используется решетка с большим числом n(n>3) пространственно разнесенных двухчастотных приемников сигналов ГЛОНАСС/GPS. Апертура решетки выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие зоны Френеля
где L - апертура решетки;
R - предполагаемое расстояние до источника возмущения;
λ - длина волны возмущения [3, 4, 5].
где L - апертура решетки;
R - предполагаемое расстояние до источника возмущения;
λ - длина волны возмущения [3, 4, 5].
Сигналы, полученные в результате фильтрации рядов полного электронного содержания для отдельных приемников решетки, задерживают на время Δτi (i - номер приемника) относительно сигнала одного из приемников, выбранного в качестве опорного сигнала, и когерентно суммируют между собой. Решение об обнаружении возмущений принимают при превышении суммарным сигналом заданного порога. Местоположение источника возмущения находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство сферических волновых фронтов, отстоящих друг от друга на расстояние, определяемое относительными временными сдвигами Δτi сигналов отдельных приемников, соответствующими абсолютному максимуму суммарного сигнала.
На фиг. 1 в декартовой системе координат изображены точки расположения приемников, проекции подионосферных точек лучей "приемник - навигационный искусственный спутник Земли", семейство фазовых фронтов возмущения полного электронного содержания. На фиг.2 изображены вариации полного электронного содержания, полученные для отдельных приемников, соответствующие отклику ионосферы на воздействие источника возмущений, и суммарный сигнал всех приемников.
Исследованиями ряда авторов установлено, что откликом ионосферы на воздействие мощных антропогенных (ядерные и химические взрывы, запуски космических аппаратов) и естественных (землетрясения, извержения вулканов) источников являются распространяющиеся в направлении от источника ударно-акустические волны. Распространение ударно-акустической волны приводит к возмущениям полного электронного содержания в ионосфере. Возмущение полного электронного содержания имеет длину волны λ ≈ 100-200 км, период Т≈200-300 с, амплитуду 1015-1016 эл/м2 [3, 4, 5].
Каждый из разнесенных в пространстве двухчастотных приемников ГЛОНАСС/GPS осуществляет регистрацию фазовых задержек l1 и L2 навигационных сигналов с несущей частотой f1= 1575,42 МГц, f2= 1227,6 МГц на трассе "приемник - навигационный искусственный спутник Земли".
На основе измеренных значений задержек l1 и L2 находят величину полного электронного содержания для указанной трассы:
где
Zm - зенитный угол луча "приемник - навигационный искусственный спутник Земли", отсчитываемый от вертикального направления;
λ1,λ2 - длина волны навигационных сигналов с частотой f1 и f2 соответственно.
где
Zm - зенитный угол луча "приемник - навигационный искусственный спутник Земли", отсчитываемый от вертикального направления;
λ1,λ2 - длина волны навигационных сигналов с частотой f1 и f2 соответственно.
Флуктуации значений полного электронного содержания содержат как низкочастотные составляющие, обусловленные движением навигационного искусственного спутника Земли, широтно-долготным и суточным ходом полного электронного содержания, так и высокочастотные колебания ΔI(t), вызванные возмущением полного электронного содержания при распространении ударно-акустической волны от источника. Для выделения этих колебаний ряды полного электронного содержания с выхода каждого приемника подают на вход фильтра с полосой пропускания, соответствующей полосе частот ударно-акустической волны. Полученные отклики ΔI(t) относят к проекциям 2 (фиг.1) на горизонтальную плоскость точек в ионосфере, соответствующих пересечению луча "приемник - навигационный искусственный спутник Земли" с поверхностью на высоте максимума слоя F2 ионосферы. Координаты хi; уi указанной точки находят, зная координаты приемника и навигационного искусственного спутника Земли, с помощью стандартных в системе GPS процедур.
Полученные с выходов фильтров сигналы ΔIi(t) 3 (фиг.2) задерживают на время Δτi относительно сигнала опорного приемника ΔI0(t) 4 (фиг.2) и затем суммируют. Значения Δτi подбирают так, чтобы обеспечить максимальную амплитуду суммарного сигнала ΔIc(t) 5 (фиг.2). При превышении суммарным сигналом заданного порога принимается решение об обнаружении источника возмущения. Величина порога определяется выбранным критерием обнаружения.
Если размер апертуры решетки L и расстояние до источника возмущений R таковы, что выполняется условие зоны Френеля, то фронт ударно-акустической волны в раскрыве решетки приемников является сферическим. Значения Δτi определяют расстояния ρi между фазовыми фронтами, проходящими через точки хi; уi и имеющими форму окружностей с центром xu; yи, где
ρi = Δτi•V;
xи; yи - координаты источника возмущения;
V - фазовая скорость волны возмущения.
ρi = Δτi•V;
xи; yи - координаты источника возмущения;
V - фазовая скорость волны возмущения.
Расстояния ρi определяются относительно фазового фронта, проходящего через точку х0; (у0), соответствующую опорному приемнику. Пусть декартова система координат задана таким образом, что ее начало совпадает с точкой х0; (у0), ось Оу системы направлена на север, а ось Ox - на восток (фиг.1). В заданной системе координат уравнение фазового фронта имеет вид
(x-xu)2+(y-yu)2 = τV,
где τ - время распространения возмущения.
(x-xu)2+(y-yu)2 = τV,
где τ - время распространения возмущения.
Тогда для точек xi можем записать
Неизвестные координаты источника возмущений (хи; уи) можно найти из численного решения данной системы уравнений одним из известных методов [6].
Неизвестные координаты источника возмущений (хи; уи) можно найти из численного решения данной системы уравнений одним из известных методов [6].
ЛИТЕРАТУРА
[l] Calais E. , Minster B.J., Hofton M.A., Hedlin M.A.H. Ionospheric signature of surface mine blasts from Global Positioning System measurements.//Geophys. J. Int. 1998. V. 132. P. 191-202.
[l] Calais E. , Minster B.J., Hofton M.A., Hedlin M.A.H. Ionospheric signature of surface mine blasts from Global Positioning System measurements.//Geophys. J. Int. 1998. V. 132. P. 191-202.
[2] Calais E., Minster J.B. GPS detection of ionospheric perturbations following a Space Shuttle ascent. //Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23. P. 1897-1900.
[3] Э. Л.Афраймович, Е.А.Косогоров, А.В.Плотников. Детектирование с помощью GPS-решеток ударно-акустических волн, генерируемых при запуске ракет. Труды VI международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь". - Воронеж, 25-27 апреля 2000 г. Том 1, с. 462-474. Прототип.
[4] Li Y.Q., Jacobson A.R., Carlos R.C., Massey R.S., Taranenko Y.N., Wu G. The blast wave of the Shuttle plume at ionospheric heights. // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. P. 2737-2740.
[5] Blanc E., Jacobson A.R. Observation of ionospheric disturbances follwing a 5-kt chemical explosion. 2. Prolonged anomalies and stratifications in the lower thermosphere after shock passage. //Radio Science. 1989. V. 24. P. 739-746.
[6] Н. С. Бахвалов, Н. П.Жидков, Г.М.Кобельков. Численные методы. - М. Наука". 1987.
Claims (1)
- Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника, основанный на анализе данных о полном электронном содержании в ионосфере Земли, которые получают в результате обработки сигналов, принятых двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, расположенными в узлах решетки, с последующим формированием временных рядов полного электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний, соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника ионосферного возмущения, отличающийся тем, что используют решетку с числом n (n>3) пространственно разнесенных приемников и с апертурой, удовлетворяющей условию зоны Френеля, а сигналы, полученные после фильтрации временных рядов полного электронного содержания, когерентно суммируют с временными сдвигами Δτi которые обеспечивают максимальную амплитуду суммарного сигнала, решение об обнаружении ионосферного возмущения принимают при превышении суммарным сигналом порогового уровня, а координаты источника ионосферного возмущения (хи; уи) находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство сферических волновых фронтов, отстоящих друг от друга на расстояние, определяемое измеренными относительными временными сдвигами Δτi сигналов отдельных приемников.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000118491/09A RU2189051C2 (ru) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000118491/09A RU2189051C2 (ru) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000118491A RU2000118491A (ru) | 2002-06-10 |
| RU2189051C2 true RU2189051C2 (ru) | 2002-09-10 |
Family
ID=20237739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000118491/09A RU2189051C2 (ru) | 2000-07-11 | 2000-07-11 | Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189051C2 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2484494C1 (ru) * | 2011-11-07 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения местоположения объекта |
| RU2560094C2 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова" (ФГБУ "ИПГ") | Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения |
| RU2560525C1 (ru) * | 2014-06-25 | 2015-08-20 | Александр Васильевич Тертышников | Способ определения положения эпицентральной зоны источника и скорости распространения перемещающихся ионосферных возмущений |
| RU2624634C1 (ru) * | 2016-03-29 | 2017-07-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения |
| CN108332784A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-07-27 | 西安交通大学青岛研究院 | 一种距离测量验证方法 |
| RU2683113C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-03-26 | Александр Васильевич Тертышников | Способ определения характеристик аврорального овала и состояния магнитного поля земли |
-
2000
- 2000-07-11 RU RU2000118491/09A patent/RU2189051C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АФРАЙМОВИЧ Э.Л. и др., Детектирование с помощью GPS-решеток ударно-акустических волн, генерируемых при запуске ракет. - В: Труды VI МНТК, Радиолокация, навигация, связь.- Воронеж, 25-27 апреля 2000 г., т. 1, с. 462-474. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2484494C1 (ru) * | 2011-11-07 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") | Способ определения местоположения объекта |
| RU2560094C2 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова" (ФГБУ "ИПГ") | Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения |
| RU2560525C1 (ru) * | 2014-06-25 | 2015-08-20 | Александр Васильевич Тертышников | Способ определения положения эпицентральной зоны источника и скорости распространения перемещающихся ионосферных возмущений |
| RU2624634C1 (ru) * | 2016-03-29 | 2017-07-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения |
| CN108332784A (zh) * | 2016-12-22 | 2018-07-27 | 西安交通大学青岛研究院 | 一种距离测量验证方法 |
| RU2683113C1 (ru) * | 2018-03-26 | 2019-03-26 | Александр Васильевич Тертышников | Способ определения характеристик аврорального овала и состояния магнитного поля земли |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Calais et al. | Ionospheric signature of surface mine blasts from Global Positioning System measurements | |
| Hibert et al. | Single-block rockfall dynamics inferred from seismic signal analysis | |
| Heki et al. | Directivity and apparent velocity of the coseismic ionospheric disturbances observed with a dense GPS array | |
| US4463357A (en) | Method and apparatus for calibrating the ionosphere and application to surveillance of geophysical events | |
| US7372774B1 (en) | System for detecting, tracking, and reconstructing signals in spectrally competitive environments | |
| US20160216363A1 (en) | Acoustic detection system | |
| RU2560525C1 (ru) | Способ определения положения эпицентральной зоны источника и скорости распространения перемещающихся ионосферных возмущений | |
| RU2379709C1 (ru) | Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения | |
| CN113176609A (zh) | 一种基于地声场的地下浅层目标定位方法 | |
| Afraimovich et al. | Localization of the source of ionospheric disturbance generated during an earthquake | |
| RU2189051C2 (ru) | Способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника | |
| Bowman et al. | Infrasound direction of arrival determination using a balloon-borne aeroseismometer | |
| RU2424538C1 (ru) | Способ поиска месторождения полезных ископаемых с использованием подводного геофизического судна | |
| Lognonné et al. | Seismic waves in the ionosphere | |
| Hibert et al. | Machine learning prediction of the mass and the velocity of controlled single-block rockfalls from the seismic waves they generate | |
| RU2189052C2 (ru) | Способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения | |
| Obenberger et al. | Identification of acoustic wave signatures in the ionosphere from conventional surface explosions using MF/HF Doppler sounding | |
| Jarmołowski et al. | Combining Swarm Langmuir probe observations, LEO-POD-based and ground-based GNSS receivers and ionosondes for prompt detection of ionospheric earthquake and tsunami signatures: case study of 2015 Chile-Illapel event | |
| Afraimovich et al. | Shock–acoustic waves generated during rocket launches and earthquakes | |
| Sanchez et al. | Rapid Detection of Co‐Seismic Ionospheric Disturbances Associated With the 2015 Illapel, the 2014 Iquique and the 2011 Sanriku‐Oki Earthquakes | |
| Savastano et al. | Real-time monitoring of ionospheric irregularities and tec perturbations | |
| Park et al. | Ionospheric observations of underground nuclear explosions (UNE) using GPS and the Very Large Array | |
| Asming et al. | Algorithms for the detection, location, and discrimination of seismic and infrasound events | |
| Permana et al. | Seismic signature detection during the 2018 Anak Krakatau flank collapse and tsunami using seismic amplitudes from regional-scale monitoring | |
| Schmidt | Navigation sensors and systems in GNSS degraded and denied environments 2018:(Or how i learned to stop worrying about GPS) |