В работе изложены методические основы грозолокации с помощью однопунктового ОНЧ-пеленгатора, разработанного в ИКИР ДВО РАН. Рассмотрены ограничения многопунктовых разностно-дальномерных систем, прежде всего NLDN и WWLLN, при регистрации слаботочных разрядов и вулканических молний. Показано, что однопунктовая пеленгация может служить эффективным дополнением к сетевым системам, особенно в удалённых и труднодоступных регионах, где создание плотной сети датчиков затруднено.
Описана аппаратная реализация пеленгатора, включающая ортогональные рамочные антенны и вертикальную электрическую антенну, а также программный комплекс, обеспечивающий приём, оцифровку, временную привязку и архивирование данных. Применение GPS/ГЛОНАСС-синхронизации с точностью до 1 мкс позволяет согласовывать измерения с данными других систем грозолокации, в частности WWLLN.
Для определения азимута источника предложен спектральный метод, основанный на анализе амплитудно-фазовых характеристик и эллипса поляризации, погрешность которого достигает 0,2°. Основной вклад в остаточную ошибку вносят несимметричность и неортогональность антенн, что определяет необходимость дальнейшей калибровки антенной системы.
Для определения дальности предложен подход, основанный на модели многомодового TM-волновода Земля–ионосфера. Показано, что с ростом расстояния спектр принимаемого сигнала деформируется вследствие частотно-зависимого затухания мод, а на больших дальностях может доминировать низшая TM-мода. В многомодовом режиме спектр имеет интерференционную структуру, что усложняет оценку расстояния, но одновременно открывает возможности для модового анализа и повышения информативности измерений.
Таким образом, однопунктовый ОНЧ-пеленгатор представляет собой перспективный инструмент для мониторинга грозовой и вулканической активности, регистрации высотных молниевых разрядов и свистящих атмосфериков. Дальнейшее развитие метода связано с уточнением модели распространения ОНЧ-волн, учётом высших мод, автоматической калибровкой антенн, валидацией по данным WWLLN, а также с применением нейросетевых методов для классификации и локализации источников ИЭИ.
Работа выполнена за счет гос. задания ИКИР ДВО РАН (рег. No НИОКТР 124012300245-2)

Ключевые слова: импульсное электромагнитное излучение, молния, вулканические грозы, свистящие атмосферики, высотные молниевые разряды, ОНЧ-пеленгатор, нейросетевой анализ, pulsed electromagnetic radiation, lightning, volcanic thunderstorms, whistlers, high-altitude lightning discharges, VLF direction finder, neural network analysis

Литература:

Дружин Г. И., Малкин Е. И. , Капустина О. В. Атмосферики, связанные со спрайтами, по КНЧ/ОНЧ-наблюдениям на п-ове Камчатка // Геомагнетизм и аэрономия. 2023. Т. 63, № 5. С. 657-666. DOI 10.31857/S001679402260051X.
2. 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. V. 93, No 20, P. 193–194. https://doi.org/10.1029/2012EO200001
3. Малкин Е. И., Чернева В. И., Махлай Д. О., Чернева Н. В., Акбашев Р. Р., Санников Д. В. Дистанционные методы наблюдений за извержениями вулканов Шивелуч и Безымянный. Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. 2023. Т. 43, № 2. С. 141-165. DOI 10.26117/2079-6641-2023-43-2-141-165.
4. Malkin E. I., Shevtsov B. M., Cherneva N. V., Kazakov E. A., Lichtenberger J. High-Altitude Discharges and Whistlers of Volcanic Thunderstorms. Atmosphere. 2024. V. 15, No. 12. P. 1503. DOI 10.3390/atmos15121503.
5. 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.
6. 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. Vol. 24, No. 12. P. 3197–3214. DOI: 10.5194/angeo-24-3197-2006.
7. Abarca S. F., Corbosiero K. L., Galarneau T. J. Jr. 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. Vol. 115, I.D18. P. D18206. DOI: 10.1029/2009JD013411.
8. Cummins K. L., Murphy, M. J. An Overview of Lightning Locating Systems: History, Techniques, and Data Uses, With an In-Depth Look at the U.S. NLDN. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2009. V. 51(3), 499–518. DOI: 10.1109/TEMC.2009.2023450
9. Малкин Е. И., Дружин Г. И. Аппаратно-программный комплекс и методика наблюдений ОНЧ–излучений на Камчатке // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. 2025. Т. 51, № 2. С. 122-141. DOI 10.26117/2079-6641-2025-51-2-122-141.
10. Malkin E., Druzhin G., Firstov P., Cherneva N., Uvarov V., Sannikov D., Stasiy I. Principles of Creation of Local Network for Lightning Discharge Observations on Active Volcanoes of Kamchatka Peninsula // E3S Web of Conf. 127, 02021(5) (2019) https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912702021

XXIV.A.271

Спектральный метод однопунктовой грозолокации в ОНЧ-диапазоне

Методы и алгоритмы обработки спутниковых данных