CC BY
15
■п.а-т
ю.в-о.е
□я.^.ц с
□0.4-0.о □п-п.г □ о.г-и
Б-Р -4-0,! ■ ■
□-с. я-о.п
Ч?ГА кичкшния И VI им мж&
— чй »«к — ччг*
ча . т
щ 1 р^чмп " J
III ¿ъ. 1<ЯГ Г ЛЯ1 ШГ ¿-ЯЯ
мвздн!
Л ■ 1.1!
У^: ЛИШЬ ИШ Ш---НШГ'ЛЕ
И;1 IГ Ш
к—
№ ВМ 1
нвшшни
зжзя&кяввяия
Ю 11 1:1114 '.5 I £ 1Т 13 1П 2021 22 3 24 25 25 ЗП 11
Рис. 3. Ковариация за июль 2006 г
Слева на рис. 2 представлена спектрограмма за 4 сентября, справа - за 5 сентября 2006 года (день события). Повышение частоты максимумов на спектрограммах зависит от появления электрического поля, и его изменения отражают наличие динамических процессов в очаге готовящегося разрушения независимо от характера развития механических напряжений в массиве горных пород.
Интенсивность сигнала не опустилась на начальный уровень. По мнению автора, это является убедительным свидетельством принадлежности данного образа сигнала предвестника развитому процессу подготовки землетрясений на конечной его стадии. Анализ экспериментальных данных показывает иррегулярные всплески, не принимающие законченного образа. Необходимо установить причинно-следственные связи с процессами подготовки и с иными прогностическими признаками.
Причиной обнаруженных изменений могут быть протекающие в эпицентральной зоне процессы, которые вносят свой вклад в интенсивность и спектральные характеристики. Выявление зависимости характеристик аномального электромагнитного излучения (или его отсутствия) от параметров землетрясения ведет к пониманию механизма излучения.
По представленным данным для отдельных событий также подтверждается факт отсутствия простых закономерностей по связи самого появления аномалий и их интенсивности в зависимости от параметров землетрясения. Характер проявления предвестниковых возмущений может изменяться в довольно широких пределах. Доказательства достоверности связи регистрируемых возмущений в этом случае могут строиться или на статическом материале с выделением наиболее общих закономерностей, или на наличии особых признаков в сигнале, присущих
только данному процессу при учете геофизической обстановки в целом.
Также для поиска закономерностей проводится сопряженная вариативность изучаемых амплитуд (ковариация). Проверка гипотез о связях предполагает одновременные изменения и влияния друг на друга. Статистической мерой связи служит при этом выборочный коэффициент ковариации 8ху. Он подсчитывается как среднее произведений отклонений каждой переменной (суточной амплитуды) :
- X; * (у, - г)
к=
п -1
(1)
Именно ковариация (1) характеризует связь двух переменных - суточных амплитуд X и У. Ковариация дает количественную характеристику однородности или неоднородности данных, представленных на диаграммах, на которых переменные (сутки) обозначены осями, а сам коэффициент корреляции, т.е. полученные эмпирические данные, - цветом от красного, соответствующего 1, до синего -1. Множество цветов образует «мозаику», по форме которой судят о связи переменных X и У.
При рассмотрении ковариации за март 2006 г. какие-либо аномалии наблюдаются не всегда, кроме этого, отдельно проводится анализ дней землетрясений и всех остальных дней. Такие «мозаики» позволяют оценить зависимость между днями землетрясений и днями подготовки события. Степень тесноты связи чуть выше в дни без землетрясений, (около 0,4-0,6). Это можно объяснить процессом подготовки землетрясения, т. к. имеются общие сходные процессы, происходящие в очаге, и подобием спокойных дней относительно друг друга. На основе обработанных данных за июнь прослеживается изменение коэффициентов ковариации на противоположные в сравнении с коэффициентами
за март. В июне произошло всего 4 землетрясения с энергетическим классом К> 9, поэтому спокойных дней больше и они имеют непохожую зависимость в сопоставлении с аномальными изменениями электромагнитного поля при землетрясениях. Особенно хотелось бы отметить ковариации за июль, которые обладают довольно интересной зависимостью.
Она проявляется в четко выраженных границах изменения коэффициента ковариации рис. 3. Пятого июля 2006 г. произошло достаточно сильное землетрясение К= 11,7. За ним последовали достаточно сильные афтершоки: 9 июля К=11,4 , 16 июля К=10,9. В связи с этим аномальное возмущение увеличилось на порядок и стало существенно отличаться от спокойного состояния после 9 июля, что и привело к обратной зависимости по отношению ко всем остальным суткам. Большой коэффициент корреляции сохранялся с 9 июля по 23 июля из-за
УДК 550.388.2
последовавших афтершоков и других кучно следовавших землетрясений.
Аномалии, связанные с моментом землетрясения, показывают наличие сейсмоэлектри-ческих связей, позволяющих распознать его предвестники в процессе их развития.
Библиографический список
1. Голдзицкий В.А. Дифференциальный метод исследования случайных процессов. / В.А.Голдзицкий, В.Е.Засенко / Вестник ИрГТУ -Иркутск: Изд-во ИрГТУ- 2007. - № 2, т.1. - С. 106-111.
2. Бардаков В.М. Возбуждение ОНЧ-сигналов при подготовке землетрясения: Препринт. / В.М. Бардаков, Б.О. Вугмейстер, А.В.Петров, А. А Храмцов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ - 2004. - 16 с.
3. Гохберг М.Б. Монография: Оперативные электромагнитные предвестники землетрясений. / М.Б.Гохберг, В.А.Моргунов, Е.А.Герасимович, И.В.Матвеев - М.: Наука, 1985.-116с.
ИДЕНТИФИКАЦИЯ КЛАССА РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ ПО АМПЛИТУДЕ РЕГИСТРИРУЕМЫХ ИОНОСФЕРНЫХ ОТКЛИКОВ
А.А.Дисенов1
Иркутское Высшее Военное Авиационное Инженерное Училище (Военный Институт) 664009, г. Иркутск, ул. 1- Советская, 176.
Представлен метод идентификации класса мощности ракеты, наблюдаемой методом GPS-мониторинга ионосферы, основанный на решении статистической задачи различения регистрируемых откликов полного электронного содержания (ПЭС) по амплитуде. Ключевые слова: спутниковые радионавигационные системы, мощности ракет-носителей, GPS - мониторинг ионосферы, электронная концентрация ионосферы, перемещающиеся возмущения ионосферы, полное электронное содержание, анализ измеренных амплитуд изменений полного электронного содержания. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.
IDENTIFICATION OF THE ROCKET-CARRIER CLASS BY THE AMPLITUDE OF REGISTERED IONOSPHERIC RESPONSES
Disenov A.A.
Irkutsk Military Aviation Engineering Higher School (Military Institute) 176 First Soviet St., Irkutsk, 664009
The author presents the identification procedure of a facility class of the rocket observed by the method of GPS monitoring of ionosphere. The procedure under the question is based on the solution of a statistical problem of distinguishing the registered responses of complete electron content by the amplitude. Key words: satellite radio-navigation systems, facilities of carrier rockets, GPS monitoring of ionosphere, electron concentration of ionosphere, traveling disturbances of ionosphere, complete electron content, the analysis of measured amplitudes of complete electron content changes. 1 figures. 3 sources.
1Дисенов Артур Амангалиевич, адъюнкт научно-исследовательской лаборатории № 4, тел.: 8-9041-18-64-89, е-mail: [email protected]
Disenov Artur Amangalievich, a post graduate of the research laboratory №4. Tel. 8-904-1-18-64-89, е-mail [email protected]
Полет ракеты-носителя (РН) в атмосфере Земли сопровождается выбросом из двигательной установки (ДУ) плазмы высокого давления, которая при резком расширении генерирует ин-фразвуковую волну. Инфразвуковая волна, распространяясь на высоты ионосферы, посредством взаимодействия нейтральной и заряженной компоненты атмосферного газа преобразуется в волну возмущения электронной концентрации (ЭК), которая может быть зафиксирована одним из методов дистанционной диагностики ионосферы [1].
Наиболее адаптированным для решения задачи регистрации перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ), вызванных запусками ракет, является метод СРБ-мониторинга ионосферы. Метод характеризуется высоким пространственно-временным разрешением и основан на восстановлении полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы по задержкам, приобретаемым двухчастотными навигационными сигналами на пути их распространения [2]:
I =
1 f2 f2
-* ^ , [(Ll - L212) + const 2 + sL], (1)
40.308 /¡2 - f,2 14 2 2 1,2
где I - значение ПЭС вдоль луча «спутник -приемник»; f1, f2 и 11,12 - частоты и длины волн навигационных сигналов GPS; L111, L212 -приращения фазового пути радиосигналов, обусловленные их распространением; const - некоторый неизвестный начальный фазовый путь; sL - ошибка в определении фазового пути.
Реализация ПЭС, полученная для отдельного луча «спутник - приемник» в районе запуска ракеты, отражает регулярные изменения ПЭС IT (t) , обусловленные сезонной и суточной динамикой ЭК, вариации ПЭС, вызванные возмущением ЭК при полете ракеты DIS (t), и шумовые колебания ПЭС DIn(t) :
I (t) = DIt (t)+DIs (t)+DIn (t) (2) Интенсивность регистрируемых ионосферных откликов DIS зависит от класса
наблюдаемой ракеты и определяется количеством энергии, выделенной при работе ее ДУ [3].
Анализ энергетических параметров регистрируемых ионосферных откликов потенциально несет в себе возможность идентификации класса мощности наблюдаемой ракеты.
Эта задача является классической задачей различения сигналов по одному из параметров. Для ее решения необходимо отнести экспериментально наблюдаемый отклик DIS с амплитудой Imax, присутствующий в принятой реализации ПЭС I (t), к тому или иному классу мощно-
сти ракеты. Иначе для каждого класса мощности надо определить вероятность того, что наблюдаемый отклик Л15 с амплитудой /тах вызван
полетом ракеты этого класса мощности. Класс мощности, соответствующий наибольшей из этих вероятностей, будет решением задачи.
Для статистической идентификации класса мощности ракеты необходимо знание апостериорных плотностей вероятности (АПВ) амплитуды откликов ПЭС, вызванных полетами ракет каждого класса. Их получение возможно только на основе статистического анализа экспериментальных данных об амплитуде регистрируемых откликов ПЭС, вызванных запусками ракет достоверно известного класса мощности.
Рассмотрим решение этой задачи на примере запусков ракет-носителей «Протон», «Зенит» и «Союз» с космодрома «Байконур».
Совокупность лучей «приемник - спутник» в заданном регионе образует приемную решетку (ПР), каждый /'-ый элемент которой характеризуется временной реализацией ПЭС I (\). Для
определения амплитуды отклика ПЭС Л15 , присутствующего в /-ой реализации ПЭС, необходимо достоверно определить момент времени наблюдения этого отклика. С этой целью ряды
I (^) подвергаются процедуре специальной
фильтрации в диапазоне периодов 5-20 мин, в результате чего получаем ряды приращений ПЭС Л1 (г).
Поскольку амплитуда откликов, наблюдаемых в отдельных реализациях приращений ПЭС, мала и соизмерима с фоновыми колебаниями, то для достоверной регистрации откликов используется пространственно-временная обработка рядов приращений ПЭС Л1{ (}), которая заключается в их синфазном суммировании:
Мъ(а ,У )=М0 (()+ Е Л/. ( - т.), (3) i = 1
где Л/0 (^) - некоторый центральный ряд, к которому суммируются все остальные ряды; т. -
временной сдвиг /-го суммируемого ряда; Р -количество элементов ПР; а , V - направление и скорость распространения ПИВ; Л/Е - выходной суммарный сигнал ПР.
Для заданных значений а и V величина сдвига /-го суммируемого ряда вычисляется исходя из минимизации выражения
DPi
t.--— = min ,
г V
б)
в)
гц 1
0.3 0.4 0.5 0
1тах, ТЕСУ
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1тах, ТЕСи
Рис.1. Зависимость амплитуды откликов ПЭС ионосферы от дальности их регистрации (а) и АПВ амплитуды откликов ПЭС для ракет каждого класса (б, в)
где Лр. - расстояние, пройденное плоским
фронтом ионосферного возмущения от центрального до /- ого элемента приемной решетки, определяемое с учетом сферичности Земли [3].
Для проведенных экспериментов среднее значение направления прихода волны ионосферного возмущения известно и составляет а = 330°. Для уточнения а осуществлялось сканирование диаграммы направленности приемной решетки в диапазоне 270-360°. Скорость волны возмущения задавалась в диапазоне скорости звука на высотах ионосферы V = 300 -1000 м/с. Задавая значения а и V, мы соответствующим образом ориентировали диаграмму направленности приемной решетки и формировали суммарный сигнал Л!^).
Значения а и V, при которых энергия суммарного сигнала Ш (а, V) максимальна, считались уточненными оценками направления прихода и скорости распространения ПИВ. Именно для этих значений рассчитывались величины сдвига т1 рядов приращений ПЭС.
Таким образом, для каждого эксперимента в результате пространственно-временной обработки мы получили уточненные оценки скорости и направления прихода ионосферного возмущения, генерированного при полете ракеты, а также определили моменты времени ¿0 + т1, наблюдения откликов в каждом /-ом ряду ПЭС.
Для формирования АПВ амплитуды откликов ПЭС, вызванных ракетами каждого класса, необходимо правильно сгруппировать результаты измерения амплитуд откликов ПЭС.
Для этого необходимо выяснить, какие факторы и как влияют на амплитуду регистрируемых откликов ПЭС. В результате проведенных исследований было установлено, что основными факторами, влияющими на амплитуду регистрируемых откликов ПЭС ионосферы, являются давление в камере сгорания двигательной установки ракеты, а также величина удаления точки регистрации отклика от траектории полета ракеты.
Таким образом, для получения АПВ амплитуды откликов ПЭС весь экспериментальный материал необходимо сгруппировать по типу ракет, беря во внимание давление в камере сгорания двигательной установки ракет. В пределах каждой группы полученные данные разбиваются по интервалам дальности регистрации откликов N интервалов) (рис. 1а), и для каждого интервала строится АПВ.
На основе статистического материала на каждом интервале строятся гистограммы распределения амплитуд откликов ПЭС, соответствующих ракетам разных классов д. Для каждого
к-го интервала дальности ЛОк апостериорная
плотность вероятности рк(1тах/д) амплитуды откликов ПЭС, соответствующих ракетам у-го класса (рис. 4 б-в), получается путем нормировки и аппроксимации полученных гистограмм.
