RU2332692C1 - Способ предсказания землетрясений - Google Patents

Способ предсказания землетрясений Download PDF

Info

Publication number
RU2332692C1
RU2332692C1 RU2006141215/28A RU2006141215A RU2332692C1 RU 2332692 C1 RU2332692 C1 RU 2332692C1 RU 2006141215/28 A RU2006141215/28 A RU 2006141215/28A RU 2006141215 A RU2006141215 A RU 2006141215A RU 2332692 C1 RU2332692 C1 RU 2332692C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ionosphere
signal
calculated
period
propagation
Prior art date
Application number
RU2006141215/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Николаевич Сушкин (RU)
Игорь Николаевич Сушкин
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)
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 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)
Priority to RU2006141215/28A priority Critical patent/RU2332692C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2332692C1 publication Critical patent/RU2332692C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиофизики и может найти применение в национальных системах наблюдения и обработки данных геофизических измерений для прогноза землетрясений. Сущность: регистрируют волновой процесс, возникающий в среде накануне удара. Вычисляют фазовый центр волнового процесса и его период. Рассчитывают характеристики предстоящего удара по их зависимости от периода, получают серию регистрограмм дискретных отсчетов. Вычисляют период, магнитуду и время ожидаемого удара. Причем в качестве дискретных отсчетов регистрограммы используют рассчитанные значения электронной концентрации в ионосфере, полученной путем измерения времени распространения сигналов от навигационных спутников систем ГЛОНАСС и GPS до приемника на двух частотах, который принимает и дешифрирует навигационную информацию и определяет задержку распространения сигнала навигационного космического аппарата в ионосфере. Технический результат: повышение оперативности и достоверности прогноза. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиофизики и может найти применение в национальных системах наблюдения и обработки данных геофизических измерений для прогноза землетрясений.
Предсказания землетрясений базируются на анализе различных геофизических полей, изменяющих свои характеристики в потенциальном поле механических напряжений очага. Одним из чувствительных электродинамических датчиков литосферных аномалий является ионосферный слой Земли.
По мере увеличения населения Земли и увеличения плотности населения проблема прогноза землетрясения становится все более актуальной. Правительства многих стран мира тратят большие финансовые и человеческие ресурсы на проведение сейсмологических исследований и развитие сетей различных геофизических наблюдений. В настоящее время известны некоторые литосферные признаки землетрясений, такие как сдвиговые деформации земной поверхности, изменение ориентации осей сжатия, изменение соотношения скоростей продольных и поперечных сейсмических волн, изменение составляющих геомагнитного поля и удельного электрического сопротивления земной коры, неоднородности в ионосфере над очагом и т.д. Одним из чувствительных электродинамических датчиков литосферных аномалий является ионосфера Земли. Появление сейсмической активности в литосфере сопровождается протеканием различных процессов в околоземной плазме, таких как вариация электронной плотности в слоях ионосферы над эпицентральной областью, низкочастотные всплески шумовых излучений в диапазоне 0,01-1 кГц, распространение акустико-гравитационных волн.
Известен способ предсказания землетрясений (см. патент RU 2170446, М. Кл. G01V 9/00, 2001 г.), по которому в сейсмоопасном районе размещают приемные станции космической навигационной системы, разнесенные на протяженной измерительной базе, и осуществляют непрерывное высокоточное измерение координат точек размещения приемных станций. При этом регистрируют момент появления периодических отклонений координат точек, отождествляют его с моментом прихода литосферных волн, вычисляют гипотетический центр очага как точку пересечения радиус-векторов в пространстве и характеристики ожидаемого землетрясения: магнитуду и момент толчка - рассчитывают по параметрам регистрируемого колебательного процесса на основе регрессионных зависимостей.
К недостаткам известного способа можно отнести:
- наличие задержки в обнаружении признака-предвестника, вызванной конечной скоростью распространения литосферных волн от очага до точки регистрации;
- возможность пропуска признака-предвестника, вызванного затуханием волны в литосфере.
Известен также способ предсказания землетрясений (см. патент РФ 2205430, М. Кл. G01V 9/00, 2003 г.), по которому для измерения пространственных волн в ионосфере предлагается размещать измеритель на космическом аппарате. В качестве первичного датчика преобразователя электронной плотности ионосферы в электрический сигнал используют оболочку космического аппарата, выполненную в виде сферического конденсатора. Несколько раз обгоняя пространственную волну, измеритель, размещенный на космическом аппарате, позволяет зарегистрировать весь процесс на одном проходе космического аппарата за укороченный интервал времени. Экспресс-прогноз очага землетрясения осуществляют по карте путем наложения на карту трасс восходящих и нисходящих витков и восстановления траверз к ним в расчетных точках.
К недостаткам этого способа можно отнести:
- технологическое усложнение конструкции космического аппарата, т.к. оболочка космического аппарата должна быть изготовлена в виде сферического конденсатора;
- высокая стоимость системы из-за необходимости запуска большого числа космических аппаратов с низкой орбитой с размещенными на них измерителями.
В основу изобретения положена задача обеспечения возможности эффективного, оперативного, дистанционного измерения признака-предвестника в виде низкочастотных пространственных волн в ионосфере, вызывающих повышение электронной концентрации.
Поставленная задача решается тем, в способе предсказания землетрясений, при котором регистрируют волновой процесс, возникающий в среде накануне удара, вычисляют фазовый центр волнового процесса и его период, рассчитывают характеристики предстоящего удара по их зависимости от периода, получают серию регистрограмм дискретных отчетов Nm(L), вычисляют период Т0(ч), магнитуду М и время ожидаемого удара tx, дополнительно в качестве дискретных отсчетов регистрограммы используют рассчитанные значения электронной концентрации в ионосфере, полученной путем измерения времени распространения сигналов от навигационных спутников систем ГЛОНАСС и GPS до приемника на двух частотах f1 и f2, принимающего и дешифрирующего навигационную информацию и определяющего задержку распространения сигнала i-го навигационного космического аппарата (НКА) в ионосфере по формуле:
Si=1.531·c·(τi(f2)-τi(f1)) для спутников системы ГЛОНАСС и
Si=1.546·c·(τi(f2)-τi(f1)) для спутников системы GPS,
где τi(f1) - время распространения сигнала от i-го НКА, измеренное на частоте f1,
τi(f2) - время распространения сигнала от i-го НКА, измеренное на частоте f2,
с - скорость света в вакууме,
и на последующем этапе вычисляющего электронную концентрацию в ионосфере Земли по формуле:
Figure 00000001
где Si - задержка распространения сигнала i-го НКА в ионосфере,
H0=200 км,
H1=325 км,
H2=32,5 км,
Figure 00000002
- высота источника излучения,
Re - радиус Земли,
αi - угол места i-го НКА относительно навигационной аппаратуры потребителя (НАП),
Ri - расстояние от i-го НКА до приемника излучения,
Figure 00000003
fi - частота сигнала i-го НКА,
τci - измеренное время распространения сигнала от i-го НКА до НАП,
Figure 00000004
Figure 00000005
где х, у, z - координаты НАП,
xci, уci, zci - координаты i-го НКА.
На чертеже представлена регистрограмма волнового процесса, проходящего в ионосфере Земли.
Техническая сущность изобретения заключается в следующем. В статическом состоянии над очагом землетрясения в ионосфере образуются неоднородности электронной концентрации в виде двух полюсов с перепадом плотности в полюсах до 20%. Накануне землетрясения, за 7-12 ч до удара, в литосфере происходит раскачка очага, сопровождаемая распространением от очага сверхнизких литосферных волн (см. патент RU 2170446, М. Кл. G01V 9/00, 2001 г.). Вследствие резонансной электромагнитной связи литосферы и ионосферы над очагом электромагнитный «диполь» неоднородности электронной концентрации возбуждает в ионосфере пространственные волны плазменных колебаний, синфазно с раскачкой очага литосферы. Ионосферные волны существуют как во времени, так и в пространстве. Для измерения пространственных волн в ионосфере предлагается использовать навигационные космические аппараты (НКА) глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. Вследствие конечной скорости распространения пространственных волн в ионосфере 600...800 м/с при движении НКА со скоростью 3 км/с, и измеряя электронную концентрацию в ионосфере, возможно формирование кадра Nm(x, у) зависимости электронной плотности от пространственных координат.
Все связи между приземными потребителями и НКА осуществляются через атмосферу Земли, включая тропосферу и ионосферу. Атмосфера имеет ярко выраженную частотную избирательность. Неоднородное по высоте распределение диэлектрической проницаемости вызывает искривление траектории распространения радиоволн - рефракцию. Вследствие этого на рабочей частоте НКА (1,6 ГГц) погрешность определения псевдодальности составляет от 5 до 50 метров. Основное влияние на задержку радиосигнала в ионосфере вносит электронная концентрация, которая постоянно изменяется в зависимости от времени (часа суток, сезона, фазы цикла солнечной активности), географических координат, высоты над уровнем моря, от солнечной активности.
Для описания высотного профиля концентрации применяются различные модельные зависимости, передающие наиболее характерные особенности строения ионосферы. В настоящее время наиболее часто используют параболически экспоненциальную модель и биэкспоненциальную модель. Из сопоставления графиков этих моделей, представленных в [1], можно сделать вывод, что обе модели приводят примерно к одинаковым результатам. Для примера рассмотрим биэкспоненциальную модель. Поправка к групповому пути для биэкспоненциальной модели профиля электронной концентрации при произвольном угле места [1] равна
Figure 00000006
Расстояние от НКА до приемника можно определить по формуле
Figure 00000007
Поскольку опорный генератор, находящийся на навигационной аппаратуре потребителя, не синхронен с опорным генератором, находящимся на навигационном космическом аппарате, то существует расхождение временной шкалы между навигационной аппаратурой потребителя (НАП) и НКА, соответственно дальность между i-м НКА и НАП определяется по формуле
Figure 00000008
где τci - время распространения сигнала от i-го НКА до НАП;
Δt - расхождение временных шкал между НАП и навигационной системой.
Угол места НКА относительно НАП можно определить по формуле
Figure 00000009
Задержка распространения сигнала от НКА до НАП зависит от геометрической дальности, от задержки распространения сигнала в ионосфере и тропосфере. Уравнение для определения задержки будет иметь вид
Figure 00000010
где
Figure 00000011
- задержка распространения сигнала от i-го НКА до НАП в тропосфере.
Определить время распространения сигнала в ионосфере можно следующим способом, сначала необходимо измерить время распространения сигнала от НКА до НАП на двух частотах f1 и f2, а затем вычислить разность задержек этих сигналов на трассе по формуле δτi=τi(f2)-τi(f1), равную разности дополнительных групповых задержек в ионосфере на разных частотах. В результате можно записать выражения
Figure 00000012
Figure 00000013
Используя выражение (1) и выражение (2) или (3), в зависимости от используемого спутника в текущий момент измерения, можно вычислить электронную концентрацию в ионосфере на пути прохождения сигнала от НКА до НАП.
Поскольку орбита движения спутников значительно выше, чем наиболее чувствительный слой ионосферы F2, высота которого от 220 до 280 км, необходимо определить координаты точки пересечения трассы прохождения сигнала от НКА до НАП. Для этого составим уравнение прямой линии, соединяющей НКА и НАП
Figure 00000014
где
Figure 00000015
,
Figure 00000016
,
Figure 00000017
- координаты точки пересечения трассы от НКА до НАП с ионосферой.
Учитывая, что расстояние от НАП до ионосферного слоя F2 примерно составляет 250 км, то можно составить еще одно уравнение
Figure 00000018
Учитывая выражения (4) и (5) можно составить систему уравнений
Figure 00000019
Данная система уравнений решается любым из известных методов относительно
Figure 00000020
,
Figure 00000021
,
Figure 00000022
при условии, что координаты НАП (х, у, z) известны, а координаты НКА (xci, уci, zci) получены в результате дешифрации и обработки информации, принятой навигационной аппаратурой потребителя с космического аппарата.
По мере движения навигационного космического аппарата определяют градиент и максимум электронной концентрации. По полученным данным строится регистрограмма волнового процесса (чертеж), по параметрам которой вычисляют магнитуду М и время ожидаемого удара tx (см. патент РФ 2205430). В момент времени, когда градиент электронной концентрации максимальный (t0, чертеж), полученные координаты
Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
переводят в географические координаты - широту и долготу [2], тем самым определяют координаты вероятного землетрясения.
Литература
1. Р.В.Бакитько, М.Б.Васильев, А.С.Виницкий. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов. - М: «Радио и связь», 1993 г.
2. И.Ф.Куштин. Геодезия. Учебно-практическое пособие. - М.: «Издательство ПРИОР», 2001 - 448 с.

Claims (1)

  1. Способ предсказания землетрясений, при котором регистрируют волновой процесс, возникающий в среде накануне удара, вычисляют фазовый центр волнового процесса и его период, рассчитывают характеристики предстоящего удара по их зависимости от периода, получают серию регистрограмм дискретных отчетов Nm(L), вычисляют период Т0(ч), магнитуду М и время ожидаемого удара tx, отличающийся тем, что в качестве дискретных отсчетов регистрограммы используют рассчитанные значения электронной концентрации в ионосфере, полученной путем измерения времени распространения сигналов от навигационных спутников систем ГЛОНАСС и GPS до приемника, на двух частотах f1 и f2, принимающего и дешифрирующего навигационную информацию и определяющего задержку распространения сигнала i-го навигационного космического аппарата (НКА) в ионосфере по формуле:
    Si=1.531·c·(τi(f2)-τi(f1)) для спутников системы ГЛОНАСС и
    Si=1.546·c·(τi(f2)-τi(f1)) для спутников системы GPS
    где τi(f1) - время распространения сигнала от i-го НКА, измеренное на частоте f1,
    τi(f2) - время распространения сигнала от i-го НКА, измеренное на частоте f2,
    с - скорость света в вакууме,
    и на последующем этапе вычисляющего электронную концентрацию в ионосфере Земли по формуле:
    Figure 00000026
    где Si - задержка распространения сигнала i-го НКА в ионосфере,
    Н0=200 км,
    H1=325 км,
    Н2=32,5 км,
    Figure 00000027
    высота источника излучения,
    Re - радиус Земли,
    αi - угол места i-го HKA относительно навигационной аппаратуры потребителя (НАП),
    Ri - расстояние от i-го HKA до приемника излучения,
    Figure 00000028
    fi - частота сигнала i-го HKA,
    τci - измеренное время распространения сигнала от i-го HKA до НАП,
    Figure 00000029
    Figure 00000030
    где х, у, z - координаты НАП,
    xci, yci, zci - координаты i-го HKA.
RU2006141215/28A 2006-11-21 2006-11-21 Способ предсказания землетрясений RU2332692C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141215/28A RU2332692C1 (ru) 2006-11-21 2006-11-21 Способ предсказания землетрясений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141215/28A RU2332692C1 (ru) 2006-11-21 2006-11-21 Способ предсказания землетрясений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2332692C1 true RU2332692C1 (ru) 2008-08-27

Family

ID=46274631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006141215/28A RU2332692C1 (ru) 2006-11-21 2006-11-21 Способ предсказания землетрясений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2332692C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666167C1 (ru) * 2017-11-03 2018-09-06 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Способ идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений
CN111190219A (zh) * 2020-01-14 2020-05-22 北京大学深圳研究生院 用于地震预报的监测数据处理方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666167C1 (ru) * 2017-11-03 2018-09-06 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Способ идентификации ионосферных предвестников землетрясений по данным зондовых спутниковых измерений
CN111190219A (zh) * 2020-01-14 2020-05-22 北京大学深圳研究生院 用于地震预报的监测数据处理方法
CN111190219B (zh) * 2020-01-14 2022-06-21 北京大学深圳研究生院 用于地震预报的监测数据处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garcia et al. Lunar seismology: An update on interior structure models
Ducic et al. Ionospheric remote sensing of the Denali Earthquake Rayleigh surface waves
Meng et al. Upper atmospheric responses to surface disturbances: An observational perspective
Garcia et al. Three-dimensional ionospheric tomography of post-seismic perturbations produced by the Denali earthquake from GPS data
Alizadeh et al. Ionospheric effects on microwave signals
US20090018762A1 (en) Navigation system and method using modulated celestial radiation sources
RU2560525C1 (ru) Способ определения положения эпицентральной зоны источника и скорости распространения перемещающихся ионосферных возмущений
Ogawa et al. Giant ionospheric disturbances observed with the SuperDARN Hokkaido HF radar and GPS network after the 2011 Tohoku earthquake
RU2379709C1 (ru) Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения
Koronczay et al. VLF transmitters as tools for monitoring the plasmasphere
Tojiev et al. Ionospheric anomalies of local earthquakes detected by GPS TEC measurements using data from Tashkent and Kitab stations
Mitch et al. Local ionosphere model estimation from dual-frequency global navigation satellite system observables
Murphy et al. Airborne GPS radio occultation refractivity profiles observed in tropical storm environments
CN113945955A (zh) 基于大气延迟误差修正提高海面测高精度的方法和系统
RU2560094C2 (ru) Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения
Krasnov et al. Far-field coseismic ionospheric disturbances of Tohoku earthquake
RU2332692C1 (ru) Способ предсказания землетрясений
Zou et al. A statistical estimate of errors in the calculation of radio-occultation bending angles caused by a 2D approximation of ray tracing and the assumption of spherical symmetry of the atmosphere
Muradyan et al. GPS/INS navigation precision and its effect on airborne radio occultation retrieval accuracy
Clilverd et al. In situ and ground‐based intercalibration measurements of plasma density at L= 2.5
Kunitsyn et al. Earthquake prediction research using radio tomography of the ionosphere
Yan et al. Vertical structure of the ionospheric response following the M w 7.9 Wenchuan earthquake on 12 May 2008
Savastano et al. Real-time monitoring of ionospheric irregularities and tec perturbations
Aragón Àngel Contributions to ionospheric electron density retrieval
Varbla et al. Iterative data assimilation approach for the refinement of marine geoid models using sea surface height and dynamic topography datasets

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20091122