Physics of auroral phenomena : proceedings of the 34th Annual seminar, Apatity, 01 - 04 March, 2011 / [ed.: A. G. Yahnin, A. A. Mochalov]. - Апатиты : Издательство Кольского научного центра РАН, 2011. - 231 с. : ил.

АППАРАТУРА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА В КНЧ-СНЧ ДИАПАЗОНАХ О.М. Лебедь, С.В. Пильгаев, Ю.В. Федоренко (Полярный геофизический институт Кольского научного центра РАН) Аннотация. При экспериментальном исследовании искусственных и естественных сигналов КНЧ и СНЧ диапазонов необходимо измерять амплитуды и относительные фазы компонент электромагнитного поля на сети станций. Измерение фазы предусматривает точную синхронизацию данных с мировым временем. В работе представлена система сбора геофизических данных, позволяющая синхронизировать результаты измерений с мировым временем с микросекундной точностью. Предложены методы обработки записей компонент электромагнитного поля источника гармонического сигнала, полученных при помощи этой системы сбора. Введение Результаты наблюдений электрических и магнитных компонент сигналов на сети геофизических станций в диапазоне частот от десятых долей до нескольких сотен герц необходимы для изучения динамики магнитосферной и ионосферной плазмы, используются при электромагнитном зондировании земной коры и служат основой теоретических и экспериментальных исследований в задачах коммуникации и навигации. При проведении таких наблюдений исследователи, как правило, ограничиваются анализом поведения амплитуды и спектральной плотности мощности регистрируемых сигналов и изучением особенностей их поляризации в точках измерений. При этом не используется информация об относительных фазах сигналов, которая необходима как для записи и реконструкции волновых полей, так и для оценки скорости распространения сигналов на локальных трассах, определяемых местоположением регистрирующих станций. Поскольку эта скорость определяется состоянием ионосферы и геологическим строением земной коры, оценка ее величины дает возможность диагностики этих сред [2]. Амплитудные характеристики сигналов используются для анализа физических процессов довольно давно, и методы обработки данных с целью получения этих характеристик хорошо исследованы, в то время, как измерения относительных фаз и временных задержек сигналов на локальных трассах ранее в КНЧ-СНЧ диапазоне практически не велись, а методы обработки данных, учитывающие специфику помех в этом частотном диапазоне, не разработаны. Поэтому для успешной интерпретации данных наблюдений необходимо не только обеспечить высокоточную синхронизацию данных с мировым временем, но и разработать алгоритмы и программы для оценки значений относительных фаз сигналов и их доверительных интервалов. Система сбора данных После появления дешевых и малопотребляющих приемников GPS создание систем, позволяющих с высокой точностью синхронизировать измерения на станциях, заметно упростилось. Одной из последних разработок является регистратор ОНЧ сигналов, описанный, например, в [1]. Для синхронизации отсчетов данных, получаемых этим регистратором, с мировым временем, применена синхронизация задающего генератора аналого-цифрового преобразователя (АЦП) импульсами PPS, поступающими раз в секунду с приемника GPS [7]. Отметим, что такое техническое решение просто реализуется, но требует размещения приемника GPS вблизи от регистратора. Измерения электромагнитных полей в диапазоне частот 0.3-300 Гц, как правило, проводятся в условиях сильных помех от линий электропередач и мощных электрических устройств. Для снижения уровня помех индукционные датчики и антенны для измерения электрического поля устанавливаются на удалении как минимум несколько сотен метров от обсерватории. При этом рекомендуется устанавливать АЦП в непосредственной близости к датчикам и передавать в обсерваторию нечувствительный к возможным наводкам цифровой сигнал. Для гальванической развязки датчиков и обсерватории желательно использовать оптоволокно и обеспечить аккумуляторное питание усилителей датчиков и АЦП. Очевидно, что трудно следовать этим рекомендациям при необходимости размещения GPS приемника вблизи датчиков. В Полярном геофизическом институте КНЦ РАН разработана синхронизируемая с мировым временем система сбора геофизических данных [7, 8], удовлетворяющая приведенным выше рекомендациям помехоустойчивого приема. Главным ее отличием от известных систем является то, что в ней синхронизируется не АЦП, а поток данных, собранных в пакеты. Для этого используется синхронизирующее устройство, записывающее в приходящий после прохождения фронта секундного импульса GPS (PPS) пакет данных промежуток времени между фронтом импульса PPS и первым байтом "Physics ofAuroral Phenomena", Proc. XXXIVAnnual Seminar, Apatity, pp. 166 -1692011 © Kola Science Centre, Russian Academy of Science, 2011 Polar Geophysical Institute 166