Л.С. Чудновский1, В.М. Агеев2, А.Н. Плешанов3

1 АО «НПК «Системы прецизионного приборостроения» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Задача обнаружения молниевых разрядов и определения их координат имеет важное значение для обеспечения безопасности авиационных полетов, при составлении метеорологических прогнозов, при оценке возможных экономических и социальных ущербов, а также для проведения научных исследований. Мониторинг грозовых фронтов на больших территориях осуществляется на борту космических аппаратов (КА), которые в большинстве случае, расположены на геостационарных орбитах, что дает возможность осуществлять мониторинг заданного региона земного шара. Локация координат молниевого разряда на этих орбитах, как правило, осуществляется с помощью оптических матриц. Однако тактовая частота опроса матрицы не превышает сотни герц, что усложняет детальный анализ оптического излучения молниевого разряда.

Цель. Обосновать возможность реализации оптического датчика регистрации молниевых разрядов, установить границы применимости определения физического времени прихода с использованием решения обратной задачи и разработать правила восстановления входного оптического сигнала.

Результаты. Подтверждена значимость регистрации оптического импульсного источника при помощи фотодиодов с тактовой частотой в единицы мегагерц, включая обратные задачи. С применением разностно-дальномерного способа выполнена засечка координат источника. В качестве обратной задачи рассмотрены исходный сигнал и трассовые искажения в виде решения дифференциального уравнения n-го порядка. Предложен способ корректного решения обратной задачи с помощью отсечки расходящихся решений. Показано, что погрешность определения физического времени прихода оптического излучения, прошедшего априорно неизвестную трассу, позволяет регистрировать оптические излучения от 10-9 Вт, т.е. подавляющее число разрядов.

Практическая значимость. Использование данного способа анализа оптических излучений молниевых разрядов (например, на борту низкоорбитальной группировки «Сфера») позволит определять координаты одиночных молниевых разрядов с погрешностью 0,3-0,6 км при общем числе КА более 64 с возможностью восстановления как оптического осциллограммы излучения, так и импульсной характеристики трассы распространения. 

Чудновский Л.С., Агеев В.М., Плешанов А.Н. Определение времени прихода и восстановление источника импульсного опти-ческого излучения молниевых разрядов в системе космической локации // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 4. С. 88−97.
DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202304-11

1. Ullrich Finke Lightning observations from space; Time and space characteristics of optical events // FH Hannover 5th December 2007. 3rd MTG Workshop TU METSAT.
2. Чудновский В.С., Чудновский Л.С., Вагин Ю.П., Плешанов А.Н., Тюпиков К.Э. Глобальная регистрация оптических излучений молниевых разрядов на борту космического аппарата // Электромагнитные волны и электронные системы. 2021. Т. 26. № 1. С. 5-11. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202101-01.
3. Чудновский В.С., Чудновский Л.С., Агеев В.М., Бусыгин В.П., Вагин Ю.П., Грознов И.В., Грознов А.В., Кархов А.Н., Колодочкин Е.С., Мозгов К.С., Панов С.А., Пузанов Ю.В., Сталь Н.Л. Регистрация излучений молниевых разрядов в разностно-дальномерных системах космического мониторинга // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16. № 3. С. 51-57.
4. Агеев В.М., Плешанов А.Н., Поляков В.Т., Тюпиков К.Э., Чудновский А.Л., Чудновский Л.С. Низкоорбитальный космический регистратор молниевых разрядов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2018. Т. 23. № 2. С. 64–67.
5. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1986.
6. Чудновский Л.С., Агеев В.М. Метод определения времени прихода априорно неизвестных импульсных сигналов с малой базой // Вестник РАЕН. 2011. № 1. С. 38–40.
7. Chudnovsky A. The Gauge of Optical Pulse Radiation with an Additive Background Flare // AIS-2008 «ATMOSPHERE, IONO-SPHERE, SAFETY». Kaliningrad. July 7-12 2008. P. 205-206.
8. Бусыгин В.П., Краснокутская Л.Д., Кузьмина И.Ю. Перенос оптического излучения подоблачных молний в космос // Известия РАН. Сер. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 33. № 5. С. 85-93.