Многопунктовые системы пассивного мониторинга грозовой деятельности : Модели, методы, программное обеспечение

• Автор: Малов, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР СИСТЕМ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ ГРОЗ

1.1 Типы молниевых разрядов и их АЧХ

1.2 Разностнодалыюмерный способ

1.3 Пелеигационный способ

1.4 Система I

1.5 Трехмерное УКВ картирование

1.6 Однопунктовое мсстоопрсделенне

1.7 Пеленгационнодальномерпый метод

1.8 Регулярные размещения пунктов наблюдении

1.9 Задачи диссертации
ГЛАВА 2 ПЕЛЕНГАЦИОННОДАЛЬНОМЕРНЫЙ МЕТОД
2.1 Описание задачи
2.2 Аналитическое решение
2.3 Определение псевдопеленга
2.4 Погрешность оценки псевдопсленга
2.5 Верхняя оценка погрешности
2.6 Определение отношения действующих высот
2.7 Определение точностных характеристик
2.8 Выводы
ГЛАВА 3 ДАЛЬНОМЕРНЫЙ МЕТОД
3.1 Описание задачи

3.2 Определение координат
Аналитическое решение
3.4 Число обусловленности решении системы
3.5 Масштабирование системы
3.6 Верхняя оценка погрешности
3.7 Выводы
ГЛАВА 4 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
4.1 Описание задачи
4.2 Технология разработки ГИС
4.3 Анализ функциональных требований
4.4 Анализ предметной области
4.5 Диаграммы взаимодействия системы
4.6 Разработка вычисляющего сервера
4.7 Программа визуализации
4.8 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Метеорадиолокаторы оценивают состояние облаков косвенным путем по результатам измерения ориентации игольчатых кристалликов льда в электрическом поле облака [3]. Однако, в тех случаях, когда требуется информация о координатах молний в реальном времени, данные метеорологических радиолокаторов и спутников о наличии конвективной облачности и осадков, позволяющие с определенной вероятностью предположить молниевую активность, оказываются недостаточными []. Указанная информация может быть получена с помощью однопунктовых или миогопунктовых пассивных радиотехнических систем местоопределения молний. Достаточно широкий и полный обзор пассивных методов местоопределения гроз содержится в работах [; 3; 4; ; ]. Цель любой пассивной радиотехнической системы местоопределения источника излучения - установить координаты излучателя. Их определение основано на анализе формы фронта волны электромагнитного колебания. Этот анализ осуществляется путем пространственного разноса приемников, преобразующих напряженность электромагнитного поля в электрическое напряжение [; ]. Известно несколько типов систем пассивного местоопределения гроз, основанных на мониторинге электромагнитного поля Земли в свсрхдлинноволно-вом или ультракоротковолновом (далее СДВ или УКВ, соответственно) диапазонах. Наиболее распространенными являются многопунктовые системы местоопределения гроз [; 3], использующие либо пеленгационный, либо разностно-дальномерный методы, либо их комбинацию и предполагающие наличие 3-х и более пунктов наблюдения [; ]. Рассмотрим некоторые особенности грозовой деятельности, которые необходимо учитывать при проектировании систем местоопределения гроз. Молниевые разряды бывают широкого диапазона - от слаботочных внутриоблач-ных разрядов (ВО), которые могут иметь длину всего в сотни метров, до больших, типа «облако-земля» () [; ], обратных ударов с пиковым значением тока в несколько сотен килоампер и длиной канала более км [3]. Вообще говоря, с помощью единой технологии невозможно засечь и определить местоположение разрядов такого широкого диапазона типов. Внутриоблачные разряды уравнивают или нейтрализуют заряд между двумя заряженными областями между или внутри облаков. Когда начальный пробой достигает своего полного вертикального размера, на что уходит - миллисекунд, горизонтальные пробои развиваются наружу от верха вертикального канала. Позже горизонтальные пробои появляются также внизу канала. В течение всей активной стадии разряда, восходящий пробой периодически происходит в изначальной вертикальном канале. В конечном счете, восходящий ток заканчивается за время порядка сотен миллисекунд, после того как отрицательный заряд вокруг основания вертикального канала существенно исчерпан. Молнии облако-земля начинаются с образования, ниже основания облака, ступенчатого лидера, который распространяется вниз серией раздельных пробоев [4; ]. Большинство лидеров накапливают отрицательный заряд по длине своего канала, но в редких случаях накапливается положительный заряд - образуются так называемые «отрицательные» и «положительные» разряды. После того, как конец лидера доходит до десятков метров высоты над землей, электрическое поле иод ним достигает достаточной величины для инициализации одного или более восходящих соединяющих разрядов (стримеров), обычно от наиболее высокого объекта по соседству от конца лидера. И когда восходящий разряд входит в контакт с лидером, начинается первый обратный удар. Обратный удар - это, по существу, сильная волна положительной ионизации, которая распространяется вверх со скоростью около половины световой и разряжает канал лидера. После паузы от до мс, другой лидер (быстрый лидер) может распространиться вниз по старому каналу обратного удара, и инициировать последующий обратный удар. Типичная молния «облако-земля» состоит из нескольких ударов, и длится около половины секунды. У приблизительно -% всех молний «облако-земля», быстрый лидер распространяется вниз только по части старого канала обратного удара и прокладывает другой путь до земли. В этих случаях молния действительно ударяет в землю в двух или более местах.