Способ пассивной локации близко расположенных источников электромагнитного излучения на фоне мощных излучений удаленных источников
Владельцы патента RU 2473101:
Учреждение Российской академии наук Институт космофизических исследований и распространения радиоволн Дальневосточного отделения РАН (RU)
Изобретение относится к области пассивной локации и может быть использовано при измерении параметров электромагнитного поля Земли; при электромагнитном мониторинге землетрясений для определения стадии развития геодинамической обстановки; в геофизической разведке полезных ископаемых и инженерной геологии; при диагностике напряженно-деформированного состояния инженерных и геологических объектов. Сущность: измеряют вертикальную компоненту магнитной составляющей естественного электромагнитного поля и ее производную по выбранному вдоль поверхности земли направлению, а также ее производную по направлению, перпендикулярному выбранному. Определяют азимут источника как арктангенс отношения модулей производных вертикальных компонент магнитного поля по перпендикулярному направлению и выбранному направлению и расстояние до источника, пропорциональное отношению модуля вертикальной проекции магнитной компоненты к модулю горизонтальной проекции градиента вертикальной составляющей магнитной компоненты. Технический результат: возможность определения азимута источника и расстояния до источника. 1 ил.
Изобретение относится к области способов пассивной локации и может быть использовано: при измерении параметров электромагнитного поля Земли; при электромагнитном мониторинге землетрясений для определения стадии развития геодинамической обстановки; в геофизической разведке полезных ископаемых и инженерной геологи; при диагностике напряженно-деформированного состояния инженерных и геологических объектов.
Цель изобретения - обнаружение и определение местоположения близкорасположенных источников электромагнитного излучения на фоне мощных сигналов от излучений удаленных источников.
Известно «Устройство для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при трещинообразовании горных пород», патент №2155973 (аналог). Изобретение может быть использовано в горной промышленности для контроля разрушения участков массива горных пород при изменении их напряженно-деформированного состояния. Оно также может использоваться для регистрации электромагнитного излучения, возникающего при разрушении образцов горных пород в лабораторных условиях. Технический результат - увеличение чувствительности устройства за счет концентрации поля в пространстве измерений. Сущность изобретения: содержит ферритовый тороидальный сердечник с обмоткой и металлический экран, окружающий ее. Однако применение данного устройства с целью обнаружения и определения местоположения близкорасположенных источников электромагнитного излучения затруднительно, поскольку требуется установка множества таких устройств в зоне излучения полезного сигнала, что не всегда возможно и требует больших материальных затрат.
Известен также «Способ измерения напряженности электромагнитного поля», патент №2164028 (аналог). Способ заключается в помещении в измеряемое электромагнитное поле K антенн-датчиков и регистрации напряжений на элементе нагрузки K антенн-датчиков U1…UK, пропорциональных напряженности воздействующего электромагнитного поля, все K антенны-датчики имеют отличительные друг от друга амплитудно-частотные характеристики, число антенн-датчиков K равняется числу источников излучения N или превышает его, K≥N, напряженности всех N составляющих электромагнитного поля E1…EN определяют из решения системы линейных уравнений. Технический результат заключается в увеличении точности измерений, определении напряженности всех составляющих поля. Однако применение этого способа также затруднительно, поскольку требуется установка множества антенн-датчиков в зоне излучения полезного сигнала, что не всегда возможно и требует больших материальных затрат.
Известен «Способ обнаружения зон трещиноватых пород в скважинах», патент №99121049 (аналог). Способ основан на измерении естественного электромагнитного поля и отличается от аналогичных тем, что производится регистрация сигналов электромагнитного излучения на частотах 50-120 кГц в течение 2-3 мин на выбранных интервалах в скважине, осуществляется детектирование сигналов, выполняется гармонический анализ детектированного сигнала и по наличию в спектре этого сигнала периодов 4-20 с выделяют зоны трещиноватых пород. Однако применение этого способа затруднительно, поскольку регистрация сигналов электромагнитного излучения производится в скважинах, что не всегда возможно осуществлять.
Наиболее близким к заявляемому способу является «Метод обнаружения близкорасположенных источников естественного электромагнитного излучения», приведенный в журнале «Приборы и техника эксперимента», 2010, №6. С.131-137 (прототип). Суть этого метода состоит в том, что проводят измерения вертикальной компоненты магнитной составляющей естественного электромагнитного поля и с помощью квадрупольной антенны проводят измерения производной вертикальной компоненты по выбранному вдоль поверхности земли направлению. В результате чего достигается выделение сигналов близкорасположенных источников излучения и подавление сигналов удаленных источников. Однако применение этого метода не позволяет определять местоположение близкорасположенных источников, поскольку способ не предусматривает локацию источников излучения.
Этот недостаток устраняется тем, что дополнительно проводят синхронные измерения производной вертикальной компоненты естественного электромагнитного поля по направлению, перпендикулярному выбранному. Это позволяет определять направление на источник излучения и расстояние до него.
Сущность способа пассивной локации близкорасположенных источников поясняется с помощью рис.1, на котором в прямоугольной системе координат изображено: 0, r1, r2 - точки измерения поля, ri - положение источника излучения, α - угол между направлениями 0r1 и 0r2 (на источник). Направления 0r1 и 0r2 взаимно перпендикулярны. Начало системы координат (точка 0) совмещено с положением измерительного датчика вертикальной компоненты электромагнитного поля H(0).
В рассматриваемом случае расстояние до источника значительно меньше длины волны ri<<λ, поэтому, раскладывая выражение для амплитуды поля в ряд Тейлора, ограничимся двумя наибольшими членами. При этом зависимость амплитуды поля от расстояния будет линейна:
.
Компоненты пространственной производной поля по направлениям 0r1 и 0r2 соответственно представим в виде:
Направление на источник излучения:
Расстояние до источника излучения определим из закона изменения амплитуды поля от расстояния:
,
где A - константа, пропорциональная амплитуде поля в окрестности источника, r - расстояние между источником и приемником, n>1 - медленно меняющаяся и убывающая с расстоянием функция, асимптотически стремящаяся к единице с увеличением расстояния.
Из предыдущего выражения найдем:
В данном случае 
- максимальное значение производной по направлению, совпадающее с направлением на источник излучения:
Приравнивая значения для производной из предыдущих выражений, получаем:
Расстояние до источника излучения:
.
Здесь в правой части известны все величины, кроме n, которая может быть найдена в ходе проведения отдельного эксперимента по ее определению.
Способ пассивной локации близко расположенных источников электромагнитного излучения на фоне мощных излучений удаленных источников, заключающийся в том, что проводят измерения вертикальной компоненты магнитной составляющей естественного электромагнитного поля и ее производной по выбранному вдоль поверхности земли направлению, отличающийся тем, что, с целью локации близко расположенных источников, дополнительно проводят синхронные измерения производной вертикальной компоненты естественного электромагнитного поля по направлению, перпендикулярному выбранному, и определяют: азимут источника, как арктангенс отношения модулей производных вертикальных компонент магнитного поля по перпендикулярному направлению к выбранному направлению; расстояние до источника, пропорциональное отношению модуля вертикальной проекции магнитной компоненты к модулю горизонтальной проекции градиента вертикальной составляющей магнитной компоненты.
