Радиоволновой способ прогнозирования землетрясения

(51) 01 5/02 (2006.01) 01 9/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ отклику ионосферы на воздействие источника ионосферного возмущения, причем используют решетку с числом(3) пространственно разнесенных приемников и с апертурой,удовлетворяющей условию зоны Френеля, решение об обнаружении ионосферного возмущения принимают при превышении сигналом порогового уровня, а координаты источника ионосферного возмущения (хи уи) находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство сигналов измеренными отдельных приемников, при этом измеряют амплитуду принятого со спутника сигнала и по данным измерений амплитуды выявляют неоднородности в электронном содержании в ионосфере, а в качестве источников сигналов используют геостационарные спутники,расположенные на фиксированных позициях относительно поверхности Земли, для того чтобы до каждого приемного устройства радиосигналы всегда проходили одни и те же участки ионосферы,причем на каждой приемной станции одновременно принимают сигналы, не менее чем от двух геостационарных спутников. Использование заявляемого способа позволяет достоверно предсказывать момент удара стихии и организовать своевременное оповещение населения.(72) Адамов Талгат Несипбаевич Васильев Иван Вениаминович Козин Игорь Дмитриевич Проценко Владимир Александрович Федулина Инна Николаевна(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Специальное конструкторско-технологическое бюро Гранит(54) РАДИОВОЛНОВОЙ СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ(57) Изобретение относится к геофизике и радиофизике и может быть использовано при космическом мониторинге ионосферы, тропосферы,а также в региональных системах прогноза сейсмической активности. Технический результат - повышение точности и достоверности прогноза землетрясения. Согласно заявленному способу анализируют данные об электронном содержании в ионосфере Земли, которые получают в результате обработки сигналов, принятых приемниками спутниковой системы, расположенными в узлах решетки, с последующим формированием временных рядов электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний, соответствующих 20589 Изобретение относится к геофизике и радиофизике и может быть использовано при космическом мониторинге ионосферы, тропосферы,а также в региональных системах прогноза сейсмической активности. Очаг землетрясения аккумулирует огромную энергию тектонических напряжений. В потенциальном поле механических напряжений земной коры зоны подготавливаемого землетрясения возникают аномалии других природных сред магнитосферы, ионосферы, атмосферы. Установлено,что одним из наиболее достоверных и высокочувствительных признаковпредвестников подготовки разрушительных с магнитудой более 5,5 баллов землетрясений являются ионосферные аномалии. Они проявляются в изменении плотности электронной концентрации 1/м 3 слоев ионосферы на десятки процентов и в одновременном появлении низкочастотных квазипериодических колебаний атмосферной ионизации, которые захватывают области вблизи эпицентральной части грядущего землетрясения порядка 15 по широте и до 30 по долготе. Эти два вида ионосферных возмущений можно обнаружить по реакции радиосигналов, распространяющихся в ионосфере. Большое распространение получили способы прогнозирования землетрясений, основанные на регистрации параметров радиоволн ДВ- и СДВдиапазонов, распространяющихся над районами ожидаемого землетрясения. Известен способ радиоволнового прогноза землетрясений (Патент 2037162, кл.01 3/12, 1994 г.), в котором сейсмоопасном районе создают пересекающиеся трассы передатчикприемник СВД диапазона, передают одновременно не менее трех разночастотных радиосигналов в диапазоне 330 кГц, содержащих целое число фазовых циклов и синхронизированных по времени и фазе, дополнительно регистрируют времена аномальных отклонений фаз принимаемых радиосигналов, выделяют трассы с аномальным отклонением фазы, имеющие не менее двух пересечений с другими трассами, на которых зарегистрированы аномальные отклонения фазы, и при наличии последовательного уменьшения временных интервалов между, по крайней мере,тремя аномальными отклонениями фаз,зарегистрированными на выделенных трассах,судят о готовящемся землетрясении, рассчитывают коэффициенты корреляции фазовых отклонений на выделенных пересекающихся трассах,по максимальным значениям которых определяют район готовящегося землетрясения с магнитудой М более 5,5, а время землетрясения определяют по установленной зависимости 23,2/(2,1-3,2),где- интервал времени от третьего зарегистрированного аномального отклонения фазы до землетрясения,2,1, 3,2 - интервалы времени между первым и вторым и между вторым и третьим 2 зарегистрированными аномальными отклонениями фаз соответственно. Способ имеет ряд существенных недостатков использовавшаяся ранее сеть СДВ-станций Омега прекратила сво существование- создание специализированных низкочастотных передатчиков требует значительных финансовых затрат- большие габариты антенных и приемопередающих устройств- трудности оптимального размещения передающих устройств, создаваемые рельефом исследуемой области, расположением населенных пунктов и источников электроэнергии. Известен другой способ радиоволнового прогноза землетрясений (Патент 2231090, кл.01 3/12, 2002 г.), в котором создают сеть пересекающихся радиотрасс, перекрывающую сейсмоопасную зону состоящих из набора передатчиков и приемников ДВ-диапазона, при этом М точек излучения иточек приема разносят в пространстве, образуя при неоднократном пересечении радиотрасс сетку ячеек, поперечные размеры которых соизмеримы с поперечными размерами для приоритетных районов сейсмоопасной зоны. Излучают сигнал в ДВдиапазоне радиоволн по заданному для каждой из М точек формату в виде кодированной пачки когерентных радиоимпульсов на несущей частоте в полосе 80-120 кГц, фаза которой в каждом радиоимпульсе пачки изменяется согласно предписанному коду, в точках приема производят по каждой радиотрассе согласованную с соответствующим форматом фильтрацию аддитивной смеси сигналов,переносимых поверхностной и пространственной волнами,многократно измеряют задержку сигнала пространственной волны относительно времени приема сигнала поверхностной волны,регистрируют задержки, абсолютные отклонения которых от эталонного порогового значения превышают заданную величину, идентифицируют аномальные задержки, регистрируют дату, время и продолжительность их проявления, выделяют радиотрассы,возмущенные аномальными задержками, и при последовательном уменьшении промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, зарегистрированными последовательно во времени на одной или на нескольких радиотрассах, судят о возможном районе землетрясения, а дату землетрясения вычисляют по формуле(-)2/(-)-(-),где- дата регистрации -й аномальной задержки,- натуральное число, 2- дата регистрации -й аномальной задержки,-1- дата регистрации р-й аномальной задержки,р-1, для интервала времени Т-. Дополнительно выделяют совокупность пространственно возмущенных трасс, включающую выделенные радиотрассы с последовательным 20589 уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками и радиотрассы, на которых в интервале времени Т зарегистрированы аномальные задержки, для выделенной совокупности рассчитывают взаимную корреляцию аномальных задержек,по максимальным значениям которой определяют эпицентр предполагаемого землетрясения. Широкое использование этого способа затруднено тем, что резко уменьшилась сеть ДВрадиовещания, использовавшаяся ранее для проведения измерений. Кроме того, существенные размеры зон Френеля ограничивают точность определения координат ожидаемого землетрясения и исключают возможность обнаружения реакции среды на появление акустико-гравитационных волн. Известен также другой способ обнаружения предвестников землетрясений по регистрации на спутниковой орбите трансионосферных низкочастотных электромагнитных колебаний (Молчанов О.А. Прохождение электромагнитных полей от сейсмических источников в верхнюю ионосферу Земли //Геомагнетизм и аэрономия, 1991, т. 31,с.111-119). В этом способе незадолго до начала землетрясения приемники, установленные на ИСЗ,обнаруживают появление низкочастотных радиосигналов с квазипериодическими колебаниями амплитуды. Измеряют частоту этих сигналов. Соответствие регистрируемой частоты ожидаемой дает право прогноза о приближающемся землетрясении в пункте, расположенном вдоль проекции магнитной силовой линии на поверхности Земли. Недостатками этого способа-аналога являются- малое время нахождения движущегося спутника у магнитной силовой линии, проходящей через сейсмоактивный район- узкий контролируемый географический диапазон особенно по широте. Вероятные размеры зоны регистрации излучений относительно эпицентра составляют 2- требуется специализированное оборудование,устанавливаемое на борту ИСЗ, по обработке регистрируемой информации, проведению анализа,вынесению решения и передачи его на земную станцию. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является используемый для предсказания землетрясений способ обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника(Патент 2189051, кл.01 5/06, 2002 г.). Способ основан на анализе данных о полном электронном содержании в ионосфере Земли,которые получают в результате обработки сигналов, принятых двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/, расположенными в узлах решетки,с последующим формированием временных рядов полного электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний,соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника ионосферного возмущения,при этом используют решетку с числом(3) пространственно разнесенных приемников и с апертурой, удовлетворяющей условию зоны Френеля, а сигналы, полученные после фильтрации временных рядов полного электронного содержания, когерентно суммируют с временными сдвигами 1 которые обеспечивают максимальную амплитуду суммарного сигнала. Решение об обнаружении ионосферного возмущения принимают при превышении суммарным сигналом порогового уровня, а координаты источника ионосферного возмущения (хи уи) находят из численного решения системы уравнений описывающих в избранной системе координат семейство сферических волновых фронтов,отстоящих друг от друга на расстояние,определяемое измеренными относительными временными сдвигамисигналов отдельных приемников, одним из известных методов (Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. Численные методы. - М. Наука. 1987). Однако, в связи с ограниченным числом навигационных спутников вероятность того, что спутники будут находиться непосредственно над зоной землетрясения перед его началом, очень мала. Кроме этого, из-за того, что навигационных спутники постоянно движутся и уровень сигнала от них постоянно меняется, нельзя использовать для обнаружения ионосферных неоднородностей более простые амплитудные методы. Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности определения времени и эпицентра ожидаемого землетрясения. Технический результат - повышение точности и достоверности предсказания момента удара стихии для организации своевременного оповещения населения. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе обнаружения ионосферного возмущения и определения местоположения его источника, основанном на анализе данных об электронном содержании в ионосфере Земли,которые получают в результате обработки сигналов, принятых приемниками спутниковой системы, расположенными в узлах решетки, с последующим формированием временных рядов электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний, соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника 3 20589 ионосферного возмущения, причем используют решетку с числом(3) пространственно разнесенных приемников и с апертурой,удовлетворяющей условию зоны Френеля, решение об обнаружении ионосферного возмущения принимают при превышении сигналом порогового уровня, а координаты источника ионосферного возмущения (хи уи) находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство сигналов измеренными отдельных приемников согласно изобретению в качестве источников сигналов используют геостационарные спутники, расположенные на фиксированных позициях относительно поверхности Земли, для того чтобы до каждого приемного устройства радиосигналы всегда проходили через одни и те же участки ионосферы,измеряют амплитуду принятого со спутника сигнала, при этом на каждой приемной станции одновременно принимают сигналы, не менее чем от двух геостационарных спутников и по данным измерений амплитуды выявляют неоднородности в электронном содержании в ионосфере. Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором представлена схема размещения сети приемных устройств, где 1 геостационарные спутники, С 1 С - станции непрерывного наблюдения, содержащие аппаратуру для приема и обработки сигналов. Предлагаемый радиоволновой способ реализован следующим образом. Перед началом землетрясения над очагом будущего землетрясения возникает акустикогравитационная волна (АГВ), которая приводит к образованию неоднородностей электронного содержания (НЭС) в ионосфере над очагом будущего землетрясения. Если у ионосферы стабильное состояние, то сигналы от геостационарных спутников (1), принимаемые станциями непрерывного наблюдения (С 1 С), будут иметь постоянный уровень или изменяться одновременно и одинаково из-за изменения уровня излучаемого спутниками сигналов и изменения полной электронной концентрации ионосферы. При появлении в ионосфере неоднородности уровни сигналов в радиолиниях, которые будут проходить через эту неоднородность, будут отличаться от данных тех приемных станций, чьи радиолинии не будут проходить через неоднородность. Сопоставлением вариаций амплитуды сигналов, принятыхприемными станциями от М спутников, учитывая априорные знания о месте расположения, как спутников, так и приемных станций, можно локализовать место появления ионосферной неоднородности с использованием известного разработанного математического аппарата (Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. Численные методы. - М. Наука. 1987). Предлагаемый способ может быть реализован с помощью известных средств, таких как стандартная аппаратура станций спутниковой связи или спутникового телевидения. Использование заявляемого способа позволяет достоверно предсказывать момент удара стихии и организовать своевременное оповещение населения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Радиоволновой способ прогнозирования землетрясения, включающий анализ данных об электронном содержании в ионосфере Земли,которые получают в результате обработки сигналов,принятых приемниками спутниковой системы,расположенными в узлах решетки, с последующим формированием временных рядов электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний, соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника ионосферного возмущения,причем используют решетку с числом(3) пространственно разнесенных приемников и с апертурой, удовлетворяющей условию зоны Френеля, решение об обнаружении ионосферного возмущения принимают при превышении сигналом порогового уровня, а координаты источника ионосферного возмущения (хи уи) находят из решения системы уравнений, описывающих в избранной системе координат семейство сигналов,измеренных отдельными приемниками,отличающийся тем, что измеряют амплитуду принятого со спутника сигнала и по данным измерений амплитуды выявляют неоднородности в электронном содержании в ионосфере, а в качестве источников сигналов используют геостационарные спутники, расположенные на фиксированных позициях относительно поверхности Земли для того,чтобы до каждого приемника радиосигналы всегда проходили одни и те же участки ионосферы, при этом на каждом приемнике одновременно принимают сигналы, не менее чем от двух геостационарных спутников.