Оценка параметров профиля проводимости нижней ионосферы на основе анализа твик-атмосфериков

Abstract

Исследована методика определения эффективных высот волновода Земля-ионосфера для основного и высших типов нормальных волн (мод) и дальности до источника излучения – молнии на основе анализа импульсных сигналов в диапазоне сверхнизких (СНЧ) и очень низких частот (ОНЧ) – твик-атмосфериков (твиков). Полученная по анализу многомодовых твиков зависимость эффективной высоты волновода от частоты используется для определения параметров профиля проводимости нижней ионосферы. В численном эксперименте временные формы твиков синтезированы в модели волновода Земля-ионосфера с экспоненциальным профилем проводимости нижней ионосферы. Для выделения и анализа отдельных мод в сигнале использовались динамические спектры твиков. Погрешность определения эффективной высоты волновода для различных волноводных мод составила 0,2…0,4 км, что позволило оценивать параметры экспоненциального профиля проводимости нижней ионосферы в диапазоне значений, характерных для ночных условий. Систематические и случайные погрешности определения дальности до молнии составили 10…40 км и 20…80 км соответственно в диапазоне дальностей 500…3 000 км.

Досліджено методику визначення ефективних висот хвилеводу Земля–іоносфера для основного та вищих типів нормальних хвиль (мод) і дальності до джерела випромінювання – блискавки на основі аналізу імпульсних сигналів у діапазоні наднизьких (ННЧ) і дуже низьких частот (ДНЧ) – твік-атмосфериків (твіків). Отримана з аналізу багатомодових твіків залежність ефективної висоти хвилеводу від частоти використовується для визначення параметрів профілю провідності нижньої іоносфери. У числовому експерименті часові форми твіків синтезовані в моделі хвилеводу Земля–іоносфера з експоненціальним профілем провідності нижньої іоносфери. Для виділення й аналізу окремих мод в сигналі використовувалися динамічні спектри твіків. Похибка визначення ефективної висоти хвилеводу для різних хвилевідних мод склала 0,2…0,4 км, що дозволило оцінювати параметри експоненціального профілю провідності нижньої іоносфери в діапазоні значень, характерних для нічних умов. Систематичні та випадкові похибки визначення дальності до блискавки склали 10…40 км і 20…80 км відповідно в діапазоні дальностей 500…3 000 км.

A method of determining the effective heights of the Earth-ionosphere waveguide for basic and higher types of normal waves (modes) and the distance to the radiation source – lightning is investigated by analyzing pulse signals in the range of extremely-low (ELF) and very low frequency (VLF) – tweek-atmospherics (tweeks). The resulted from analysis of multimode tweeks dependence of the effective height of the waveguide on the frequency is used for determining the parameters of the lower ionosphere conductivity profile. In computer simulations, waveforms of tweeks were synthesized in the frame of the Earth-ionosphere waveguide model with an exponential conductivity profile of the lower ionosphere. For the separation and analysis of individual waveguide modes in the signal the dynamic spectra of tweeks are used. The error in determining the effective height of the waveguide for different waveguide modes was 0.2…0.4 km, allowing estimating the parameters of the exponential conductivity profile of the lower ionosphere in the range of values typical for night conditions. Systematic and random error in determining the distance to the lightning were 10…40 km and 20…80 km, respectively, in the range of distances of 500…3000 km.