Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2025.Т. 51. №2. C. 122 — 141. ISSN 2079-6641

ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
https://doi.org/10.26117/2079-6641-2025-51-2-122-141
Научная статья
Полный текст на русском языке
УДК 621.396

Содержание выпуска

Read English Version

Аппаратно-программный комплекс и методика наблюдений ОНЧ–излучений на Камчатке

Е. И. Малкин^{\ast}, Г. И. Дружин

Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край, Россия

Аннотация. Настоящая работа посвящена описанию аппаратурно-программного комплекса, разработанного в Институте космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН и установленного в районе р. Карымшина (Елизовский район, Камчатский край, Россия). Аппаратурно-программный комплекс предназначен для приема естественного электромагнитного излучения в ОНЧ диапазоне с целью исследования источников электромагнитных излучений и выявления особенностей распространения сигналов вдоль земной поверхности и при прохождении их через ионосферу и магнитосферу Земли. Особое внимание при этом было уделено точности определения азимутальных углов прихода излучений от высотных грозовых разрядов, ответственных за возникновение свистящих атмосфериков, наблюдаемых в ОНЧ–диапазоне. Подробно дано описание: приемного антенного комплекса; методики определения азимутов прихода излучений; калибровки ОНЧ–пеленгатора; проверки работоспособности комплекса при приеме сигналов радиостанций точного времени и от грозовых разрядов, зарегистрированных всемирной сетью WWLLN. Приемный антенный комплекс состоит из: двух магнитных антенн, расположенных вертикально, плоскостью в направлении север-юг и восток-запад, и электрической антенны. Каждая магнитная антенна содержит 98 витков медного провода и имеет геометрическую площадь 48 м^2. Электрическая штыревая антенна имеет высоту 9 м от верхней части до её основания. При приеме сигналов применялись 2 метода определения азимута источников ОНЧ-излучений – амплитудный и спектральный. Для оперативной работы использовался наиболее простой, амплитудный метод. Для более точного определения азимута разработан спектральный метод, вычисление с помощью которого занимает большее время, но который позволяет более чем на порядок увеличить точность в определении азимута, по сравнению с амплитудным методом. Применение спектрального метода позволило провести исследования связи высотных грозовых разрядов с активностью гроз метеорологического и вулканического происхождения и показать, что высотные грозовые разряды являются источниками вистлеров. Для регистрации и хранения данных был разработан программный комплекс, включающий в себя клиентскую и серверную части. Сервер выполняет обработку потока данных, полученных с АЦП, и привязку к точному времени. Клиентская часть отвечает за формирование полноценного архива и его хранение. Калибровки магнитных антенн осуществлялась путем подачи шумовых и синусоидальных сигналов на магнитные и электрическую антенны.

Ключевые слова: регистрация атмосфериков, направление, электромагнитные импульсы, ОНЧ- пеленгатор молний

Получение: 03.06.2025; Исправление: 27.06.2025; Принятие: 18.09.2025; Публикация онлайн: 19.09.2025

Для цитирования. Малкин Е. И., Дружин Г. И. Аппаратно-программный комплекс и методика наблюдений ОНЧ–излучений на Камчатке // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2025. Т. 51. № 2. C. 122-141. EDN: YIHWLI. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2025-51-2-122-141.

Финансирование. Работа выполнена за счет гос. задания ИКИР ДВО РАН (рег. № НИОКТР 124012300245-2)

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут
ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

^{\ast}Корреспонденция: E-mail: malkin@ikir.ru

Контент публикуется на условиях Creative Commons Attribution 4.0 International License

© Малкин Е. И., Дружин Г. И., 2025

© ИКИР ДВО РАН, 2025 (оригинал-макет, дизайн, составление)

Список литературы

  1. Альперт Я. Л. Распространение электромагничных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972. 564 с.
  2. Александров М. С. и др. Флуктуации электромагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ. М.: Наука, 1972. 195 с.
  3. Распопов О. М., Клейменова Н. Г. Возмущения электромагнитного поля Земли: в 3 ч. Часть 3. ОНЧ-излучения. Ленинград: Изд-во Ленинградского университета, 1977. 144 с.
  4. Дружин Г. И., Чернева Н. В., Мельников А. Н. Гроза в районе полуострова Камчатка по данным наблюдений за ОНЧ-излучением // Метеорология и гидрология, 2011. Т. 7, С. 32–39.
  5. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. М.: Мир, 1973. 504 с.
  6. Storey L. R. O. An investigation of whistling atmospherics // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 1953. Т. 246, №908, С. 113-141 https://doi.org/10.1098/rsta.1953.0011.
  7. Угаров В. А., Гершман Б. Н.Распространение и генерация низкочастотных электромагнитных волн в верхней атмосфере // Успехи физических наук, 1960. Т. 72, №10, С. 235-271 https://doi.org/10.3367/UFNr.0072.196010c.02355.
  8. Collier A. B., Bremner S., Lichtenberger J., Downs J. R., Rodger C. J., Steinbach P., McDowell G. Global lightning distribution andwhistlers observed at dunedin, new zealand // Annales Geophysicae, 2010. Т. 28, №2, С. 499–513 https://doi.org/10.5194/angeo-28-499-2010.
  9. Behnke S. A., Thomas, R. J., Krehbiel P. R., McNutt S. R. Spectacular lightning revealed in 2009 Mount Redoubt eruption // Eos, Transactions American Geophysical Union, 2012. Т. 93, №20, С. 193–194 https://doi.org/10.1029/2012EO200001.
  10. Behnke S. A., Thomas, R. J., McNutt S. R., Schneider D. J, Krehbiel P. R, Rison William, Edens H. E. Observations of volcanic lightning during the 2009 eruption of redoubt volcano // Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2013. Т. 259, С. 214–234 https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2011.12.010.
  11. Behnke S. A., McNutt S. R. Using lightning observations as a volcanic eruption monitoring tool // Bull. Volcanol, 2014. Т. 76, С. 847 https://doi.org/10.1007/s00445-014-0847-1.
  12. Antel C., Collier A. B., Lichtenberger J., Rodger C. J. Investigating Dunedin whistlers using volcanic lightning // Geophysical Research Letters, 2014. Т. 41, №13, С. 4420-4426 https://doi.org/10.1002/2014GL060332.
  13. Shevtsov B. M, Firstov P.P., Cherneva N. V., Holzworth R. H., Akbashev R. R. Lightning and electrical activity during the Shiveluch volcano eruption on 16 November 2014 // Natural Hazards and Earth System Sciences, 2016. Т. 16, №3, С. 871–874 https://doi.org/10.5194/nhess-16-871-201.
  14. Malkin E. I., Shevtsov B. M., Cherneva N.V., Kazakov E. A., Lichtenberger J. High-Altitude Discharges and Whistlers of Volcanic Thunderstorms // Atmosphere, 2024. vol. 15, pp. 1503 https://doi.org/10.3390/atmos15121503.
  15. Кононов И. И., Петренко И. А., Снегуров В. С. Радиотехнические методы местоопределения грозовых очагов. Ленинград: «Гидрометеоиздат», 1986.
  16. Козлов В. И., Маркова А. Ю., Шабаганова С. Н. Погрешности методов наблюдения грозовых разрядов одно- и двухпунктовыми системами грозолокации // Наука и образование, 2010. Т. 1, С. 7–12.
  17. Дружин Г. И., Козлов В. И., Лаптев А. Д., Муллаяров В. А. Измерение углов прихода квазигармонических ОНЧ-сигналов // Геомагнетизм и аэрономия, 1988. Т. 28, №1, С. 164-168.
  18. Козлов В. И., Муллаяров В. А., Каримов Р.Р. Инструментальные наблюдения гроз в Якутии в 2003–2006 годах // Известия вузов. Радиофизика, 2008. Т. LI, №10, С. 825–829.
  19. Козлов В. И., Муллаяров В. А., Каримов Р.Р. Пространственное распределение плотности грозовых разрядов на Востоке России по данным дистанционных наблюдений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2011. Т. 8, С. 257-262.
  20. Капустина О. В., Дружин Г. И., Никифоров В. Е. Передвижной комплекс регистрации низкочастотных электромагнитных волн // Электромагнитные волны и электронные системы, 2024. Т. 29, С. 76–81.
  21. Rodger C. J., Werner S., Brundell J. B., Lay E. H., Thomson N. R., Holzworth R. H., Dowden R. L. Detection efficiency of the VLF World-Wide Lightning Location Network (WWLLN): initial case study // Annales Geophysicae, 2006. Т. 24, №12, С. 3197–3214, https://doi.org/10.5194/angeo-24-3197-2006.
  22. Козлов В. И., Муллаяров В. А., Тарабукина Л. Д., Торопов А.А. Временной интервал между ОНЧ- и КНЧ-радиоимпульсами разрядовой молнии // Вестник Якутского государственного университета, 2009. Т. 6, С. 13-18.
  23. Abarca Sergio F., Corbosiero Kristen L., Galarneau Thomas J. An evaluation of the Worldwide Lightning Location Network (WWLLN) using the National Lightning Detection Network (NLDN) as ground truth // Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2010. Т. 115 https://doi.org/10.1029/2009JD013411.
  24. Hutchins M. L., Jacobson Abram R., Holzworth Robert H., Brundell James B. Azimuthal dependence of VLF propagation // Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2013. Т. 118, С. 5808-5812 https://doi.org/10.26117/2079-6641-2019-27-2-95-104.
  25. Дружин Г. И., Пухов В. М., Санников Д. В., Малкин Е.И. ОНЧ-пеленгатор грозовых разрядов // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки, 2019. Т. 27, №2, С. 95–104 https://doi.org/10.26117/2079-6641-2019-27-2-95-104.
  26. Дружин Г. И., Пухов В. М., Санников Д. В., Малкин Е.И. ОНЧ-регистратор грозовых разрядов // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки, 2019. Т. 27, №2, С. 105–116 https://doi.org/10.26117/2079-6641-2019-27-2-105-1164.
  27. Akbashev R. R., Malkin E. I., Cherneva N. V.A Characteristic Electrostatic Structure of Eruptive Plumes Emitted by Large Explosive Eruptions of Shiveluch and Bezymianny Volcanoes, Kamchatka // Journal of Volcanology and Seismology, 2024. №2 (11), С. 323–339 https://doi.org/10.1134/S0742046324700672.

Малкин Евгений Ильич – научный сотрудник Лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, c. Паратунка, Россия, ORCID 0000-0001-8037-1335.

Дружин Геннадий Иванович – кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Лаборатории электромагнитных излучений Института космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, c. Паратунка, Россия, ORCID 0000-0002-1009-1044.

Читать статьюСкачать статью