способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения
Классы МПК: | G01S5/06 с определением местоположения источника излучения путем индикации в одной системе координат нескольких пеленгов, найденных с помощью разностно-дальномерных измерений G01S13/95 радиолокационные или аналогичные системы, предназначенные для метеорологических целей |
Автор(ы): | Афраймович Э.Л., Чернухов В.В., Кирюшкин В.В. |
Патентообладатель(и): | Иркутский военный авиационный инженерный институт, Институт солнечно-земной физики СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-07-11 публикация патента:
10.09.2002 |
Использование изобретения: 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 дальней зоне 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 ![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
i и когерентно суммируют, добиваясь максимальной амплитуды суммарного сигнала, решение об обнаружении возмущения принимают при превышении суммарным сигналом порогового уровня, а направление прихода и величину фазовой скорости волны возмущения находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство плоских волновых фронтов, отстоящих друг от друга на расстояние, определяемое относительными временными сдвигами ![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
i сигналов отдельных приемников. Достигаемым техническим результатом является повышение чувствительности обнаружения и точности определения направления прихода ионосферного возмущения. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
Формула изобретения
Способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, 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 апертурой, удовлетворяющей условию дальней зоны, 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, а сигналы, полученные после фильтрации временных рядов полного электронного содержания, когерентно суммируют с временными сдвигами![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
Описание изобретения к патенту
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. 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 и недостаточной точностью измерения угла прихода сигнала, особенно при повышенном уровне ионосферной возмущенности. Целью изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности определения направления прихода ионосферного 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 наземных двухчастотных приемников сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS. Апертура решетки L выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие дальней зоны![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-2t.gif)
L - максимальное расстояние между приемниками;
R - предполагаемое расстояние до источника возмущения;
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/955.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/955.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189019/8776.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189019/8776.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-3t.gif)
где
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-4t.gif)
zm - зенитный угол луча "приемник - навигационный искусственный спутник Земли", отсчитываемый от вертикального направления;
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/955.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/955.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189022/961.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189022/961.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189036/964.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189009/8226.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189022/961.gif)
к = -А/В - угловой коэффициент прямой;
к = tg
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189011/945.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189011/945.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/176.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189011/946.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189011/946.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-5t.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189022/961.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-6t.gif)
где
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189014/916.gif)
В этом случае неизвестную фазовую скорость волны возмущения V и параметры А и В можно найти из системы уравнений
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-7t.gif)
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-8t.gif)
.................
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-9t.gif)
Систему уравнений относительно трех неизвестных - А, В, V - решают численно, любым известным методом [6]. Азимут прихода ионосферного возмущения в заданной системе координат определяют из выражения
![способ обнаружения, измерения фазовой скорости и направления прихода ионосферного возмущения, патент № 2189052](/images/patents/281/2189052/2189052-10t.gif)
ЛИТЕРАТУРА
1. 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. Афраймович Э. Л. , Косогоров Е.А., Плотников А.В. 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. Бахвалов Н. С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Наука, 1987.
Класс G01S5/06 с определением местоположения источника излучения путем индикации в одной системе координат нескольких пеленгов, найденных с помощью разностно-дальномерных измерений
Класс G01S13/95 радиолокационные или аналогичные системы, предназначенные для метеорологических целей