Вестник Кольского научного центра РАН. 2010, №2.

УДК 612.317, 535-11 МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ФАЗ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НА СЕТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ О.М. Лебедь, С.В. Пильгаев, Ю.В. Федоренко Полярный геофизический институт КНЦ РАН Аннотация В настоящей работе обсуждаются методы обработки записей поля источника гармонического сигнала, полученных при помощи системы сбора, созданной в ПГИ, позволяющие определить значение фазы и амплитуды сигнала в точках наблюдений и оценить их доверительные интервалы. Предложенные алгоритмы иллюстрируются результатами обработки записей сигнала передатчика Зевс в обсерваториях ПГИ Ловозеро и Баренцбург и в четырех близко расположенных точках в окрестности г. Апатиты, Мурманская область. Ключевые слова: гармонический сигнал, измерение фазы. 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 часто ограничиваются анализом поведения амплитуды и спектральной плотности мощности регистрируемых сигналов и изучением особенностей их поляризации в точках измерений. Очевидно, что при этом не используется важная информация об относительных фазах сигналов, которая необходима для точной записи и реконструкции волновых полей. В настоящее время при исследовании физических процессов, определяющих распространение низкочастотных электромагнитных сигналов в ионосферной и магнитосферной плазме и в волноводе Земля-ионосфера, а также при восстановлении структуры земной коры, широко применяется численное моделирование. Результаты моделирования представляются либо в виде зависимостей компонент поля от времени в каждой точке области, в которой ведется моделирование, либо в виде пространственного распределения амплитуд и фаз гармонического источника. И в том, и в другом случае при проведении наблюдений на сети станций с целью анализа влияния геофизических явлений на поведение фаз сигналов и сравнения полученных данных с результатами моделирования необходимо синхронизовать с микросекундной точностью измерения на станциях. Требования к системе сбора данных После появления дешевых и малопотребляющих приемников GPS разработка таких систем заметно упростилась. Одной из последних разработок является регистратор ОНЧ сигналов, описанный, например, в [1]. Он первоначально был использован для восстановления пространственной структуры модуляционных токов в нагревных экспериментах, проводимых на стенде HAARP [2], а после стал использоваться как интерферометрический ОНЧ-регистратор широкого назначения. 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 [3]. 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. На таких расстояниях использование аналоговых линий для передачи выходных напряжений датчиков к установленному в обсерватории синхронизируемому АЦП может привести к повышению уровня 72