СПОСОБ РАДИОВОЛНОВОГО ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике и предназначено для прогноза в длинноволновом (ДВ) диапазоне радиоволн коровых землетрясений [1] и локации областей динамичных сейсмоионосферных взаимодействий в надэпицентральных зонах сейсмоактивных регионов Земли, для которых характерны землетрясения с магнитудой М>4.

Известен способ [2] определения места предполагаемого землетрясения, в частности сильного, включающий ряд разнесенных во времени последовательных серий измерений электрической и магнитной компонент электромагнитного поля, индуцированного низкочастотным излучением околоземной плазмы на высотах верхней атмосферы, и выработке, при наличии зон устойчивого наблюдения индуцированных излучений, превышающих более чем на 15-20 дБ уровень фона естественных излучений, суждений о существовании предвестников землетрясения, пространственное положение источников которых отождествляют с надэпицентральным районом предполагаемого землетрясения.

Устройство, реализующее этот способ, содержит размещенные на искусственном спутнике Земли (ИСЗ) спектроанализаторы низких частот, запоминающее устройство штатной телеметрии и размещенные в пункте управления движением ИСЗ регистратор, вычислительный комплекс (ВК) и каналы обмена данными между приемопередатчиками ИСЗ и ВК.

Точность определения координат для эпицентра предполагаемого землетрясения известным способом часто не удовлетворяет практическим требованиям вследствие большой скважности между сериями измерений компонент электромагнитного поля и малой информативности данных измерений. В способе не учитывается, кроме того, в должной мере подтвержденный экспериментально механизм сейсмоионосферного взаимодействия.

Известен также [3] способ предсказания времени наступления землетрясения, в частности сильного, включающий измерение в сейсмоопасном районе на фиксированных частотах мощности для инфранизкочастотных флуктуации токов в верхних слоях земной коры, определение зависимости спектральной плотности мощности инфранизкочастотной составляющей тока в земной коре от частоты, установление значения опорных частот по максимуму изменения относительной спектральной плотности мощности, выработку суждений о времени наступления землетрясения по скорости аномального возрастания относительной спектральной плотности мощности инфранизкочастотной составляющей тока в земной коре на опорных частотах.

Достоверность прогноза времени землетрясения при использовании этого способа не удовлетворяет запросам и требованиям практики вследствие слабой чувствительности устройства, реализующего способ, к сейсмодеформационным процессам в земной коре и сильной корреляции флуктуации приповерхностных токов и, следовательно, корреляции результатов измерений мощности для соответствующих составляющих токов с вариацией проводимости в верхних слоях земной коры, обусловленной техногенными, погодными, сезонными и другими природными явлениями, не коррелированными с сейсмоактивностью.

Известен также [4-6] способ радиоволнового прогноза землетрясения, основывающийся на использовании данных о вариациях параметров поля сигналов сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона (10-30 кГц) радиоволн в волноводе Земля-ионосфера.

Сущность способа заключается в периодическом излучении в точке пространства моночастотного сигнала на несущей частоте СДВ диапазона, его приеме в другой точке пространства, многократном измерении разности фаз принятого сигнала и сигнала эталонной частоты, вычислении превышений измеренной разностью фаз заданной величины, их регистрации и, при наличии в заданном временном интервале вычисленных превышений, определении эпицентра и момента начала предполагаемого землетрясения по трассе излучение-прием.

Рациональная реализация данного способа предполагает использование передатчика сигналов СДВ диапазона радиоволн и радиоприемного измерительно-вычислительного комплекса (РП-ИВК), размещенных на земной поверхности таким образом, чтобы трасса излучение-прием пересекала заданный сейсмоопасный район.

В случае, когда трасса распространения сигнала проходит в окрестностях эпицентрального района и сигнал принимают в ближней от него зоне, ошибка определения координат эпицентра предполагаемого землетрясения характеризуется значительной дисперсией из-за нелинейных эффектов взаимодействия поля излучения с очаговой зоной и не удовлетворяет запросам практики. При приеме в волновой зоне точность и достоверность определения эпицентральной зоны обусловлена лишь масштабным сейсмоионосферным взаимодействием вследствие слабой чувствительности сигнала СДВ диапазона к локальным вариациям и миграциям локальных областей ионосферы над эпицентральным районом.

Достоверность определения момента начала предполагаемого землетрясения данным способом также не удовлетворяет требованиям практики, так как в способе не отражены характерные закономерности между проявлениями в заданном временном интервале фазовыми превышениями, соответствующими заключительной стадии подготовки землетрясений, и актом основного сейсмического толчка.

Вследствие этого устройство, реализующее данный способ, не обеспечивает необходимую чувствительность к развитию критических состояний в литосфере и приземной атмосфере не только в направлении, коллинеарном трассе излучение-прием, но и в области пространства в направлении нормали к трассе с линейными размерами, превышающими размеры первой зоны Френеля. Из-за невысокой помехозащищенности для устройства характерна чувствительность к излучениям, которые вызваны солнечной активностью и влиянием на нижнюю ионосферу промышленных взрывов и др. техногенных процессов.

Наиболее близким к предложенному является способ [7] радиоволнового прогноза сильных землетрясений, включающий создание сети пересекающихся трасс излучение-прием, перекрывающей сейсмоопасную зону, периодическое излучение по сигналам единого времени из М точек приземного пространства одновременно не менее трех разночастотных сигналов СДВ диапазона, содержащих целое число фазовых циклов и синхронизированных по фазе и времени, прием сигналов в N точках приземного пространства, М и N - натуральные числа, М>1, N>2, многократное измерение и регистрацию их фаз, обнаружение и дополнительную регистрацию времени аномальных отклонений фаз для принятых сигналов, выделение трасс с аномальным отклонением фаз, имеющих не менее двух пересечений с другими трассами, на которых зарегистрированы аномальные фазовые отклонения сигналов, и при наличии последовательного уменьшения временных интервалов между тремя и более аномальными отклонениями фаз, зарегистрированными на выделенных трассах, определение района и времени землетрясения.

Устройство, реализующее этот способ, содержит М радиопередатчиков сигналов СДВ диапазона и N радиоприемных измерительно-вычислительных комплексов (РП-ИВК), М и N - натуральные числа, М>1, N>2, разнесенных в дальней зоне от границ сейсмоопасного района, сеть выделенных каналов связи между каждым РП-ИВК и центром радиоволнового прогноза землетрясений (ЦРВПЗ), содержащим последовательно соединенные приеморегистратор и вычислительный комплекс (ВК), выполняющий функции устройства для обработки прогностической информации.

Приеморегистратор ЦРВПЗ содержит стандартное приемно-передающее устройство (E-mail, факс-модем), соединенное с ВК, с помощью которого производят прием и регистрацию на соответствующем носителе прогностических параметров, переданных с каждого РП-ИВК, и передачу распорядительных и иных данных на каждый пункт излучения сигналов и РП-ИВК.

Вычислительный комплекс ЦРВПЗ, оснащенный общим и специальным прикладным программным обеспечением, содержит частные прикладные программы прогноза места и времени землетрясений, архив аномальных отклонений фаз для разночастотных сигналов по каждой из M×N возможных трасс их распространения, архив времени и интервалов времени проявления аномальных фазовых отклонений, архив сопоставления времени и интервалов времени проявления аномальных фазовых отклонений с координатами эпицентров и времени землетрясений, зафиксированных соответствующими службами срочных донесений, а также банк данных для часовых, суточных, недельных и сезонных пороговых значений для каждой радиотрассы.

Радиопередатчик содержит последовательно соединенные цезиевый эталон частоты, форматный генератор и синтезатор высокостабильных нормированных, автоматически контролируемых, разночастотных сигналов, которые поступают на соответствующий вход блока усиления, выполненного в виде последовательно соединенных входного и предконечного усилителей и усилителя мощности, соединенного с соответствующим входом антенного устройства (АУ), излучающего согласно установленному формату последовательно во времени разночастотные сигналы.

РП-ИВК содержит [8, с.398-399] последовательно соединенные АУ, входной высокочастотный блок, радиокомпаратор, в котором производится генерирование формата для поступивших на вход АУ разночастотных сигналов, частотный селектор, три выхода которого соединены с соответствующими разночастотными входами М-канального коммутатора, тактовый вход которого соединен с соответствующим выходом радиокомпаратора. По тактовым импульсам радиокомпаратора осуществляется периодическая последовательная во времени коммутация соответствующих разночастотных выходов частотного селектора с соответствующими входами каждого из М трассовых измерителей (ТИ) прогностических параметров. Выходы каждого ТИ соединены с соответствующими входами М-канального порогового устройства, подсоединенного к соответствующему входу ВК. Информационный выход ВК соединен с соответствующим входом стандартного приемно-передающего устройства.

Каждый ТИ выполнен в виде трех параллельных моночастотных фазометров (ФМ), выходы которых служат соответствующими выходами ТИ. Конкретный ФМ содержит последовательно соединенные устройство фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), на выходе которого формируется текущая оценка фазы моночастотного сигнала, и измеритель значения этой оценки, выход которого служит одним из трех выходов ТИ.

Устройство ФАПЧ содержит последовательно соединенные смеситель, фильтр нижних частот, подсоединенный к входу управляемого кварцевого гетеродина, выход которого соединен с другим входом смесителя, выход фильтра нижних частот служит выходом устройства.

При апробации способа в качестве источников излучения разночастотных сигналов СДВ диапазона использованы соответствующие штатные передатчики четырех передающих станций отечественной фазовой радионавигационной системы (ФРНС) "Альфа" и нескольких (до восьми) станций глобальной [8, с.390-399] ФРНС "Омега" (США), для приема распространяющихся по N трассам сигналов - два опытных образца РП-ИВК, комплекс с соответствующими общим и специальным программным обеспечением, преобразователь сетевого напряжения частоты 50 Гц в заданное. Каждый опытный образец - приемный измерительный комплекс ПИК-2 [9] - содержит в своем составе модификацию штатного приемоиндикатора РСДН-85 ФРНС "Альфа", блок контроля над состоянием функциональных элементов приемоиндикатора, вычислительный комплекс, источник бесперебойного питания и коммутирующие элементы.

На этапе “полевых” испытаний опытные образцы, размещенные по одному соответственно в С-Петербурге и Москве (ВНИИ ГОЧС МЧС РФ), обеспечивали надежный прием сигналов по восьми - по четырем, различным для каждого образца, - трассам. Одновременно в системе единого времени производилось отслеживание, регистрация и архивирование прогностических параметров сигналов - фазовых аномалий для совокупности принятых по каждой трассе разночастотных сигналов. Сопоставление времени проявления фазовых аномалий на одной трассе и (или) на совокупности трасс, покрывающих заданный сейсмоактивный район, со временем землетрясения, координаты эпицентра которого зафиксированы “службой срочных донесений” (Подмосковье) в пределах заданного района или в его окрестностях, позволило установить практически важные закономерности для проявления фазовых аномалий в интервалах времени, которые предшествуют моменту основного сейсмического толчка.

По результатам трассовых испытаний создана, развернута в составе пускового комплекса из двух опытных образцов и принята (апрель 1998 г.) МЧС России в опытную эксплуатацию первая очередь система радиоволновой системы краткосрочного прогноза землетрясений (РВС КПЗ).

Сила и действенность способа и устройства-прототипа обусловлены возможностью извлечения избыточной информации из сигналов, поступивших в приемные тракты РП-ИВК по совокупности трасс, пересекающих один и тот же сейсмоактивный район. Использование этой информации оказалось достаточным в формировании ряда правдоподобных прогнозов землетрясений для южных и юго-восточных регионов России и СНГ.

В связи со снятием с эксплуатации ФРНС “Омега”, вынужденным прекращением работы одной передающей станции ФРНС “Альфа” и невозможностью развертывания в рамках первой очереди РВС КПЗ дополнительных пунктов передачи и приема сигналов СДВ диапазона рациональное использование потенциала способа-прототипа на базе поля сигналов, излучаемых лишь тремя передатчиками ФРНС "Альфа", в настоящее время затруднительно. Проблема заключается как в недостаточной информативности принимаемых сигналов, так и, главное, в значительной погрешности фазовых измерений, обусловленной нестабильностью частоты кварцевых гетеродинов в каналах моночастотных фазометров каждого РП-ИВК.

Случайный и нестационарный во времени дрейф частоты кварцевого гетеродина в контуре устройства ФАПЧ относительно ее номинального значения приводит к уменьшению времени когерентности гетеродина, к сужению полосы захвата и, при изменении помеховой обстановки на трассе, вызванной техногенными и природными явлениями, к рассинхронизации несущей частоты каждого моночастотного сигнала приема с частотой гетеродина. Вследствие этого погрешность фазовых измерений превышает в несколько раз погрешность измерений обычных, характерных для трасс распространения сигналов, шумовых процессов и помех. Одновременно ухудшаются рабочие характеристик и для процедур оценивания-измерения истинных значений фазовых аномалий и, в конечном итоге, понижаются достоверность и точность прогноза землетрясения.

Задача изобретения заключается в повышении точности и достоверности прогноза места и времени преимущественно сильных землетрясений, причем ожидаемый технический результат должен основываться не на развертывании дополнительных пунктов передачи и приема сигналов СДВ диапазона радиоволн, а на эффективном использовании имеющихся технических возможностей в ДВ диапазоне радиоволн.

При реализации изобретения достигается следующий технический результат:

- прогноз времени (преимущественно сильного) землетрясения в интервале от двух-трех недель до суток и семи-десяти часов при достоверности не хуже 0,7-0,75 и вероятности ложной тревоги в пределах 0,2-0,25;

- прогноз эпицентра (преимущественно сильного) землетрясения с отклонением в пределах половины максимального поперечного размера для приоритетного района сейсмоопасной зоны.

Согласно п.1 формулы изобретения ожидаемый технический результат достигается благодаря тому, что:

- в способе радиоволнового прогноза землетрясения, включающем создание сети пересекающихся радиотрасс излучение-прием, перекрывающей сейсмоопасную зону, размещение точек излучения и приема в приземном пространстве вне пределов сейсмоопасной зоны, периодическое излучение в заданном диапазоне радиоволн по сигналу единого времени из М точек синхронизированного сигнала, прием сигналов в N точках, М и N - натуральные числа, М>1, N>2, выделение трасс с аномальными отклонениями прогностических параметров, пересекающих не менее двух других радиотрасс с аномальными отклонениями прогностических параметров, и при последовательном уменьшении интервалов времени между аномальными отклонениями прогностических параметров определение времени и района предполагаемого землетрясения, точки излучения и приема разносят в пространстве, образуя при неоднократном пересечении радиотрасс сетку ячеек, поперечные размеры которых соизмеримы с поперечными размерами для приоритетных районов сейсмоопасной зоны.

Использование этого признака обеспечивает не только необходимые условия к приближенному прогнозу места землетрясения с ошибкой в пределах половины максимального поперечного размера для приоритетного района сейсмоопасной зоны, но и достаточные условия для последующей оптимизации процедур прогноза эпицентра и времени землетрясения.

- Сигнал излучают в ДВ диапазоне 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 трассе согласованную с соответствующим форматом фильтрацию аддитивной смеси сигналов, переносимых поверхностной и пространственной волнами.

Поверхностная волна в ДВ диапазоне слабо чувствительна [8, с.386-389; 10] к геофизическим параметрам земной поверхности, над которой она распространяется, и не чувствительна к изменениям в ионосфере, в том числе к изменениям высоты слоев ионосферы при восходе и заходе Солнца. Пространственная волна, напротив, инвариантна к геофизическим параметрам земной коры и высокочувствительна к вариациям концентрации электронов в нижних слоях Е или D ионосферы, особенно к миграции пространственных скоплений электронов, размеры которых соизмеримы с длиной волны несущей частоты радиосигналов излучения. При изменениях высоты и других вариациях нижних слоев ионосферы, вызванных природными и (или) техногенными явлениями, протяженность трассы для сигнала пространственной волны между заданными точками его излучения и приема изменяется, а протяженность трассы для сигнала поверхностной волны остается неизменной. Следовательно, высокоинформативным носителем предвестниковых явлений, обусловленных сейсмоионосферным взаимодействием в периоды, предшествующие коровому землетрясению, может служить признак проявления аномальной задержки кодированной пачки когерентных радиоимпульсов, переносимой пространственной волной, относительно времени приема кодированной пачки когерентных радиоимпульсов, переносимой поверхностной волной.

За счет использования при приеме по каждой трассе указанных признаков обеспечивается надежное обнаружение-различение сигналов, излученных в разных точках, однозначное селектирование сигналов поверхностной и пространственной волн и, следовательно, высокая чувствительность способа к сейсмоионосферному взаимодействию.

- 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.

Регистрация задержек, абсолютные отклонения которых от “эталонного” в статистическом смысле порога превышают априори заданную величину, последующая идентификация аномальных задержек, регистрация даты, времени и продолжительности их проявления позволяет оперативно корректировать по каждой радиотрассе суточные, недельные и сезонные пороговые эталоны и обеспечивает, следовательно, высокий доверительный уровень при выработке суждений о предвестниковых процессах в пределах сейсмоопасной зоны.

- Выделяют радиотрассы, возмущенные аномальными задержками с последовательным уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, зарегистрированными последовательно во времени на одной или на нескольких радиотрассах.

Использование этого признака позволяет выработать правдоподобные суждения о районе землетрясения, по крайней мере, в окрестностях выделенных радиотрасс, и обобщить установленную в [7] зависимость для даты предполагаемого землетрясения в форме

T_d=t_m+(t_m-t_n)²/[(t_n-t_p)-(t_m-t_n)],

где t_m - дата регистрации m-ой аномальной задержки, m - натуральное число, m>2, t_n - дата регистрации n-ой аномальной задержки, n=m-1, t_p - дата регистрации p-ой аномальной задержки, p=n-1.

- Для интервала времени Т=Т_d-t_m между датами предполагаемого землетрясения и m-го проявления аномальной задержки дополнительно выделяют совокупность пространственно возмущенных трасс, включающую выделенные радиотрассы с последовательном уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, и радиотрассы, на которых в интервале времени Т зарегистрированы аномальные задержки. Для выделенной совокупности радиотрасс рассчитывают взаимную корреляцию аномальных задержек.

Использование этого признака позволяет получить информацию об оперативных аномальных задержках, проявившихся в интервале времени Т в сейсмоопасном районе, охваченном дополнительно выделенной совокупностью радиотрасс. Корреляция этих задержек с задержками, которые зарегистрированы на совокупности пространственно возмущенных радиотрасс с последовательным уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, обеспечивает возможность формирования достоверного прогноза с потенциально малой ошибкой для эпицентра возможного землетрясения.

Практическая реализация совокупности признаков, содержащихся в п.1 формулы изобретения, обеспечивает, таким образом, необходимые и достаточные условия: для надежного обнаружения-различения сигналов излучения, распространяющихся по локальным и пересекающимся радиотрассам, однозначной селекции сигналов, переносимых поверхностной и пространственной волнами, и последующего использования аномальной задержки сигнала пространственной волны относительно времени приема сигнала поверхностной волны в качестве высокоинформативного носителя предвестниковых явлений, обусловленных сейсмоионосферным взаимодействием в периоды, предшествующие коровому землетрясению. Многократные в заданном интервале времени проявления аномальных задержек, различные в общем случае для разных трасс, и закономерность их проявления на локальных и совокупности пересекающихся трасс позволяют, очевидно, выработать с оцениваемыми достоверностью и точностью прогнозы как о возможном районе и масштабности землетрясения, так и определить дату для основного сейсмического толчка.

Согласно п.2 формулы изобретения ожидаемый технический результат достигается также за счет того, что:

- в устройстве радиоволнового прогноза землетрясения, содержащем М радиопередатчиков и N радиоприемных измерительно-вычислительных комплексов (РП-ИВК), где М, N - натуральные числа, М>1, N>2, объединенных в сеть каналами связи с центром радиоволнового прогноза землетрясений (ЦРВПЗ), причем каждый радиопередатчик содержит эталон нормированной частоты и усилитель мощности, подключенный к входу антенного устройства (АУ), каждый РП-ИВК содержит последовательно соединенные АУ и входной высокочастотный блок, М трассовых измерителей (ТИ), выходы которых подсоединены к соответствующим входам М-канального порогового устройства, коммутированного к вычислительному комплексу (ВК). ЦРВПЗ содержит приемно-передающее устройство, подключенное к ВК. Каждый радиопередатчик дополнительно содержит форматор излучения, выход которого соединен с входом запуска эталона нормированной частоты. К выходу эталона нормированной частоты подсоединены последовательно соединенные эталон последовательности видеоимпульсов, формирователь кодированных пачек когерентных видеоимпульсов, другой вход которого соединен с другим выходом форматора излучения, модулятор, другой вход которого соединен с выходом кодера фазы несущей частоты, подсоединенного к эталону нормированной частоты, а другой его вход подключен к выходу формирователя кодированных пачек когерентных видеоимпульсов, и усилитель кодированных пачек когерентных радиоимпульсов, подсоединенный к соответствующему входу усилителя мощности. Антенное устройство выполнено для излучения сигналов ДВ диапазона радиоволн.

Использование этого признака обеспечивает регламентированный ввод в исходное рабочее состояние каждого передатчика и передачу согласно установленному формату высокопомехоустойчивых сигналов излучения, а также исключает возможность одновременного поступления в каждую точку приема информативных сигналов от нескольких передатчиков.

- В РП-ИВК к входному высокочастотному блоку, выполненному для ДВ диапазона радиоволн, подключен дополнительно введенный полосовой в диапазоне 80-120 кГц фильтр. К полосовому фильтру подсоединены параллельно М>1 трассовых измерителей, каждый из которых содержит канал поверхностной волны и канал пространственной волны, параллельно подключенные к входу ТИ, дополнительно введенные трассовый форматор приема и измеритель задержки, причем трассовый форматор приема подключен ко вторым входам каналов. Каждый канал содержит последовательно соединенные согласованный с заданным форматом приема фильтр и фильтр нижних частот, подключенный к соответствующему входу трассового форматора приема и измерителя задержки, выход которого служит выходом ТИ.

Использование этого признака обеспечивает высокую помехозащищенность РП-ИВК, оптимальную по критерию отношения сигнал/шум фильтрацию аддитивной смеси сигналов, переносимых поверхностной и пространственной волнами, однозначную селекцию составляющих в каждой кодированной пачке когерентных радиоимпульсов, последующее измерение с оцениваемой ошибкой задержки сигнала пространственной волны относительно времени приема сигнала поверхностной волны и формирование результатов измерения на соответствующем выходе трассового измерителя.

Использование совокупности признаков, содержащихся в п.2 формулы изобретения, обеспечивает, таким образом, получение технического результата, выражающегося в возможности адаптации устройства к изменениям условий распространения сигналов, в повышении его чувствительности к случайному характеру аномальных задержек сигнала пространственной волны относительно времени приема сигналов поверхностной волны, обусловленным сейсмоионосферными взаимодействиями в периоды подготовки землетрясений, и, следовательно, в повышении достоверности и точности краткосрочного прогноза коровых землетрясений.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами:

на фиг.1 изображена схема устройства радиоволнового прогноза землетрясения;

на фиг.2 - схема радиопередатчика;

на фиг.3 - схема РП-ИВК;

на фиг.4 - блок-схема алгоритма работы устройства.

Способ по настоящему изобретению реализуют следующим образом.

По сигналу единого времени периодически излучают согласно установленному формату из М>1 точек приземного пространства сигнал в ДВ диапазоне радиоволн, прием осуществляют в N>2 точках пространства. Точки излучения и приема разносят вне пределов сейсмоопасного региона, по возможности в волновой зоне от границ региона, образуя при неоднократном пересечении радиотрасс сетку ячеек, покрывающую сейсмоактивные районы. Поперечные протяженности ячеек соизмеримы с поперечными протяженностями для приоритетных районов сейсмоопасной зоны.

Вследствие сейсмоионосферных взаимодействий в нижних слоях ионосферы над сейсмоактивным регионом и его окрестностях появляются пространственно динамичные области повышенной ионизации. Изменяются условия распространения сигналов, наиболее заметные на радиотрассах в ночное время. Интегральный эффект изменения условий приема в конкретной точке проявляется в стохастических вариациях фазовой и групповой скоростей принятого сигнала.

Для информативного выявления закономерностей такого рода вариаций сигналы излучают, по возможности, в направлении меридианов. Тем самым ежесуточно увеличивают интервалы приема сигналов в ночное время, для которого характерно ослабление солнечной активности, и обеспечивают условия к повышению чувствительности и информативности сигналов приема к сейсмоионосферным взаимодействиям.

Чтобы исключить одновременный приход в любую из N точек сигналов, излученных из М точек, и свести при этом к минимуму возможную интерференцию сигналов, переносимых поверхностной и пространственной волнами, сигнал в разных точках излучают последовательно во времени в виде кодированных пачек когерентных радиоимпульсов на несущей частоте в полосе 80-120 кГц. Скважность и количество радиоимпульсов в пачке сигнала, излученного в одной точке, могут отличаться от скважности и количества радиоимпульсов в пачке сигнала, излученного в другой точке. Фаза в каждом радиоимпульсе пачки изменяется при этом согласно предписанному коду, различному для разных точек излучения, и составляет, преимущественно, 0 или 180 градусов относительно исходной фазы стабильной нормированной несущей частоты радиоимпульса.

В произвольном РП-ИВК для каждой из М возможных радиотрасс задают формат приема, соответствующий формату излучения из конкретной точки приземного пространства, и устанавливают адекватное трассе эталонное пороговое значение. Производят согласованную с заданным 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, например, по критерию максимального правдоподобия или максимальной апостериорной вероятности [13, с.192-210], регистрируют дату, время и продолжительность их проявления. Одновременно с идентификацией и регистрацией аномальных задержек уточняют в периоды, кратные часу и суткам, среднеквадратические отклонения текущих задержек от эталонного порогового значения.

Для выявления закономерностей проявления аномальных задержек и формирования прогнозов землетрясения используют соответствующую каждой трассе двухмерную ортогональную систему координат, осями абсцисс и ординат которой служат соответственно текущее время и значения промежутков времени в сутках между двумя последовательно зарегистрированными аномальными на трассе задержками.

За начало координат принимают дату первого проявления аномальной задержки, зарегистрированного после перехода трассы из обычного фонового состояния, адекватного условиям приема аддитивной смеси сигналов в отсутствие сейсмоионосферных взаимодействий, в нестационарное - возмущенное сейсмоионосферным взаимодействием - состояние. Второе проявление аномальной задержки, зарегистрированное при приеме после перехода трассы из стационарного состояния в соответствующее второе нестационарное состояние, отображают в системе координат точкой, абсциссой которой служит дата этого проявления, а ординатой - интервал времени между вторым и первым проявлениями. Переход сейсмоактивной трассы из обычного состояния в третье нестационарное состояние отображают второй точкой, абсцисса которой - это дата третьего проявления аномальной задержки, а ордината - промежуток времени между третьей и второй аномальными задержками. Если ордината второй точки меньше ординаты первой точки, то возможное местоположение очага землетрясения прогнозируют в окрестностях трассы, а дату Т_d землетрясения вычисляют согласно приведенной формуле, где m>2.

Последующий переход возмущенной трассы из обычного состояния в возмущенное отображают в системе координат третьей точкой, абсцисса которой - это дата перехода трассы в новое возмущенное состояние, а ордината - интервал времени между последним и предшествующим ему проявлением аномальной задержки. Если ордината отображения этой точки меньше ординаты предшествующей точки, то уточняют дату Т_d землетрясения согласно указанной формуле, в которой m>3, а промежуток времени Т от даты t_m проявления последней аномальной задержки - до начала землетрясения определяют при этом согласно соотношению Т=Т_d-t_m.

Если в одном и том же интервале времени, включающем момент времени t_m, трасса, возмущенная тремя и более аномальными задержками с последовательным убыванием промежутков между ними, пересекает не менее двух других трасс, на которых зарегистрировано хотя бы по одной аномальной задержке, то очаговый район землетрясения определяют в окрестностях точек пересечения возмущенных трасс.

Для интервала времени Т дополнительно выделяют совокупность пространственно возмущенных трасс, включающую хотя бы одну трассу с последовательным уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, и трассы, на которых зарегистрированы аномальные задержки, для выделенной совокупности рассчитывают взаимную корреляцию аномальных задержек, по максимальным значениям которой уточняют эпицентр предполагаемого землетрясения.

Устройство для осуществления способа (Фиг.1) содержит М>1 радиопередатчиков 1 ДВ диапазона радиоволн и N>2 РП-ИВК 2, где М и N - натуральные числа, объединенных в сеть выделенными каналами связи 3 с центром радиоволнового прогноза землетрясений 4, содержащим стандартное приемно-передающее устройство 5 (E-mail, факс-модем), вход-выход которого служит соответствующим входом-выходом ЦРВПЗ 4, подключенное к вычислительному комплексу 6.

В качестве ВК в ЦРВПЗ целесообразно использовать совместимый персональный компьютер - IBM PC [11], оснащенный сопутствующими локальными устройствами и программным обеспечением. Оперативную (RAM) и постоянную (BIOS) память компьютера можно ограничить значениями до 512 Мбайт и до 5 Гбайт соответственно, тактовую частоту - пределом до одного ГГц.

Радиопередатчик (Фиг.2) содержит последовательно соединенные эталон нормированной частоты 7, вход запуска которого соединен с выходом форматора излучения 10, эталон последовательности видеоимпульсов 8, формирователь кодированных пачек когерентных видеоимпульсов 9, другой вход которого подсоединен к другому выходу форматора излучения 10, модулятор 11, другой вход которого соединен с выходом кодера фазы 12 несущей частоты, подсоединенного к выходу эталона нормированной частоты 7, а другой его вход соединен с выходом формирователя кодированных пачек когерентных видеоимпульсов 9, усилитель кодированной пачки когерентных радиоимпульсов 13, усилитель мощности 14 и антенное устройство 15 ДВ диапазона радиоволн.

Эталон нормированной частоты 7, как и эталон последовательности видеоимпульсов 8, радиопередатчика могут быть изготовлены на базе прецизионного генератора колебаний ICL8038 [12, с.142-147], представляющего собой монолитную и интегральную схему (ИС), обеспечивающую генерирование с высокой точностью синусоидальных, прямоугольных и импульсных колебаний при минимуме внешних компонентов в диапазоне от 0,001 Гц до 300 кГц.

Формирователь кодированных пачек когерентных видеоимпульсов 9 рационально синтезировать как трех- либо пятиэлементный код (13, с.346-355] Баркера в виде последовательного сдвигающего регистра [14, с. 192-194] на D- либо JR-триггерах. Ветвь обратной связи регистра должна содержать при этом соответственно одну или две схемы двоичного сложения. В качестве элементной базы для изготовления формирователя 9 можно использовать широко распространенные микросхемы 7475, 7493, 7492 [14, с. 152-154, 176-180] и их отечественные аналоги.

При изготовлении форматора излучения 10, выполняющего функции запуска радиопередатчика и задания формирователю 9 периода следования кодированной пачки когерентных видеоимпульсов, в качестве элементной базы можно использовать монолитные ИС NE555, NE556 и SE556.

Для построения модулятора 11 естественно использовать широкополосную ИС ICL8013, которая представляет собой [12, с. 190] четырехквадрантный аналоговый умножитель, сигнал на выходе которого пропорционален алгебраическому произведению сигнала, поступающего на его один вход с выхода формирователя кодированных пачек когерентных видеоимпульсов 9, на сигнал, который подается с кодера фазы несущей частоты 12 на его другой вход. В качестве кодера фазы 12 можно использовать фазоинвертор, исполненный на базе элементарной транзисторной схемы с единичным коэффициентом передачи.

Усилитель кодированных пачек когерентных радиоимпульсов 12 рационально основывать на использовании высокоточной ИС INA102 с переменным коэффициентом усиления в пределах 10-100.

В качестве усилителя мощности 14 и антенного устройства 15 радиопередатчика (Фиг.2) целесообразно использовать одноименные устройства передающих станций импульсно-фазовой радионавигационной системы (РНС) “Лоран-С” [8, с. 386-387] или ее аналога - отечественной РНС “Чайка”.

Каждый радиоприемный измерительно-вычислительный комплекс (Фиг.3) содержит последовательно соединенные антенное устройство 16, входной высокочастотный блок 17, выполненный для ДВ диапазона радиоволн, полосовой в диапазоне 80-120 кГц фильтр (ПФ) 18, к которому подсоединены параллельно М>1 трассовых измерителей (ТИ) 19, каждый из которых содержит параллельно подключенные к его входу канал поверхностной волны 20 и канал пространственной волны 21, а также дополнительно введенные трассовый форматор приема 22 и измеритель задержки 23. Причем трассовый форматор 22 подключен к вторым входам каналов 20 и 21, а каждый канал содержит последовательно соединенные согласованный с соответствующим форматом фильтр 24 и ФНЧ 25, подключенный к соответствующему входу трассового форматора 22 и измерителя задержки 23. Выход измерителя задержки 23, служащий выходом ТИ 19, через соответствующий вход-выход М-канального порогового устройства 26 коммутирован к вычислительному комплексу 27.

В качестве последовательно соединенных антенного устройства 16, входного высокочастотного блока 17 и ПФ 18 РП-ИВК (Фиг.3) рационально использовать соответственно антенный блок, режекторный фильтр и полосовой высокочастотный фильтр, входящие в состав приемника импульсно-фазовой РНС “Лоран-С” [8, с. 387-388]. Согласованный с форматом приема фильтр 24 и ФНЧ 25, входящие в состав канала поверхностной волны 20 и канала пространственной волны 21, могут быть исполнены соответственно на базе ИС ICL8013 [12, с.190] и ИС INА105 [12, с.61].

Исполнение в ТИ 19 форматора приема 22 может быть реализовано на микросхемах 7475, 7492, 7493, ИС NE555, NE556, SE556 и широко распространенных в цифровой технике триггерных и логических схемах типа И, ИЛИ, И-НЕ и др. Их применение рационально также и для вторых входов в каналах 20 и 21. В качестве измерителя задержки 23 можно использовать известный [15, с. 350-352] высокоточный прибор И-2-23(24) с цифровым выходом, измерение временных интервалов в котором основывается на счетно-импульсном методе прямого счета.

Пороговое устройство (ПУ) 26 являет собой сочетание последовательного М-разрядного регистра сдвига с двоичным g-разрядным, g=7,...,11, вычитающим счетчиком (ВС) [14, с. 218-223] и цифровым компаратором, содержащим двоичный сумматор-вычитатель [14, с.246-248] в соответствующей комбинации с операционными усилителями, триггерными и логическими элементами И-НЕ. Через g-разрядный выход ВС, служащий одним выходом ПУ, и двоичный выход цифрового компаратора, служащий другим выходом ПУ, обеспечивается трансляция с каждого ТИ в ВК 27 соответственно текущих и аномальных результатов измерений. Исполнение порогового устройства можно осуществить на ИС типа 74147, 7483, 7492, 7493, DC-7(7A) и ED-11 [14, с. 168-174, 192-194, 225-266, 381-382].

Использование современного IBM PC в качестве ВК 27 в РП-ИВК, основные параметры (RAM, BIOS, тактовая частота и др.) которого сопоставимы с аналогичными параметрами IBM PC, входящего в состав ЦРВПЗ 4 устройства, представляется рациональным техническим решением.

Алгоритм работы устройства (Фиг.1), блок-схема функционирования которого приведена на Фиг.4, предполагает выполнение следующих действий.

1. В центре радиоволнового прогноза землетрясений устройства (Фиг.1) на электронной карте сейсмоопасного региона в соответствии с ограничительной частью и п.1 формулы изобретения отображают границы для приоритетных районов, местоположения пунктов излучения и приема, а также совокупность M×N радиотрасс с указанием для каждой трассы приоритетных признаков. Для каждого из М>1 радиопередатчиков (Фиг.2) задают трассовый формат излучения кодированной пачки когерентных радиоимпульсов (КПКГР), согласованной с форматом приема соответствующего трассового измерителя (ТИ) в каждом РП-ИВК (Фиг.3). Скважность локальных радиоимпульсов в пачке регламентируют таким образом, чтобы при распространении по каждой из N>2 возможных радиотрасс радиоимпульсы сигнала пространственной волны не интерферировали с радиоимпульсами сигнала поверхностной волны. Устанавливают также запаздывание сигналов излучения, различное для разных радиопередатчиков, относительно соответствующего сигнала единого времени. В каждый РП-ИВК передают по каналам связи электронную карту и М>1 форматов приема, различных для разных ТИ, а также соответствующие каждой радиотрассе почасовые, суточные и сезонные эталонные пороговые значения.

2. По командным сигналам ЦРВПЗ 4 производят в заданные интервалы времени пробную серию сеансов излучения и приема, по результатам которой корректируют форматы и периоды излучения сигналов, а также установленное запаздывание для сигналов излучения относительно сигнала единого времени, в каждом РП-ИВК по каждой радиотрассе корректируют форматы приема, а также соответствующие трассам эталонные пороговые значения.

3. В конкретном радиопередатчике (Фиг.2) с одного выхода форматора излучения 10 на вход эталона нормированной частоты 7 поступает с установленным запаздыванием относительно сигнала единого времени сигнал запуска. На выходе эталона 7 формируется гармоническое нормированное по амплитуде колебание с частотой f в полосе 80-120 кГц, которое подается на вход эталона последовательности видеоимпульсов 8 и на один вход кодера фазы 12. В эталоне 8 колебание преобразуется в синфазную последовательность нормированных видеоимпульсов, которая поступает на один вход формирователя кодированной последовательности видеоимпульсов 9, на другой вход которого подается сигнал с другого выхода форматора излучения 10. В результате преобразования поступающих в формирователь 9 сигналов с его выхода на один вход модулятора 11 и на другой вход кодера фазы 12 будет периодически подаваться кодированная пачка когерентных видеоимпульсов. Так как сигнал с кодера 12 поступает на другой вход модулятора 11, то на выходе модулятора периодически формируется кодированная пачка когерентных радиоимпульсов (КПКГР), фаза несущей частоты f в каждом радиоимпульсе которой изменяется в соответствии с предписанным кодом. После усиления по амплитуде и по мощности соответственно в усилителях 13 и 14 сигнал в виде КПКГР излучается антенным устройством 15.

4. Излученный конкретным из М>1 возможных радиопередатчиков сигнал поступает по N>2 радиотрассам в антенные устройства 16 соответствующих радиотрассам РП-ИВК (Фиг.3). Сигнал поступает с запаздыванием относительно времени его излучения, различным для разных радиотрасс, в виде аддитивной смеси сигналов поверхностной и пространственной волн. После преобразования в АУ 16 какого-либо из N возможных РП-ИВК сигнал подается во входной ВЧ блок 17, в котором предварительно усиливается и “очищается” от разного рода помех и искажений. С выхода ВЧ блока поступает в ПФ 18, в котором устраняются ВЧ помехи, и далее - на входы М>1 трассовых измерителей 19.

Поскольку время распространения сигнала пространственной волны по трассе “излучение-прием” всегда превышает время распространения сигнала поверхностной волны, то аддитивная смесь на входе каждого ТИ, служащего сигнальным входом для канала поверхностной волны 20 и канала пространственной волны 21, представляет собой чередующуюся последовательность радиоимпульсов. Нечетные радиоимпульсы в смеси соответствуют КПКГР, переносимой поверхностной волной, а четные радиоимпульсы в последовательности - КПКГР, переносимой пространственной волной.

В исходном состоянии сигнальный вход в канале 20 открыт, а в канале 21 закрыт; в вычитающем счетчике (ВС) порогового устройства 26 установлено двоичное число, соответствующее эталонному пороговому значению (ЭПЗ), в сумматоре-вычитателе цифрового компаратора установлен двоичный эквивалент для заданной величины отклонения относительно ЭПЗ.

Если формат приема в конкретном ТИ, заданный форматором 22 по вторым входам каналов 20 и 21, адекватен кодированной пачке когерентных радиоимпульсов, излученной радиопередатчиком, то в каналах производится последовательно во времени “поимпульсная” согласованная фильтрация аддитивной смеси, поступившей на вход этого ТИ.

При поступлении на “открытый” вход канала 20 первого радиоимпульса, содержащегося в чередующейся последовательности, на выходе фильтра 24 в канале сформируется первый опорный импульс, который через ФНЧ 25 поступит на соответствующий вход форматора приема 22 и один вход измерителя задержки 23. С выхода измерителя, т.е. с выхода конкретного ТИ, на вход порогового устройства (ПУ) 26, коммутируемого через распределитель с тактовым входом ВС, начнут поступать с периодом следования T_j тактовые импульсы. Одновременно по сигналам управления, поступившим с форматора 22 на вторые входы каналов 20 и 21, канал 20 перейдет в закрытое состояние, а канал 21 - в открытое состояние.

По приходе в открытый канал 21 второго радиоимпульса, содержащегося в последовательности на входе ТИ, на выходе согласованного фильтра 24 канала сформируется второй опорный импульс, который через ФНЧ 25 поступит на соответствующий вход форматора 22 и другой вход измерителя задержки 23. В результате каналы 20 и 21 перейдут в исходное состояние. Прекратится подача тактовых импульсов на вход ВС, а на его выходах образуется двоичное отображение алгебраического остатка между уменьшаемым - двоичным эквивалентом исходного эталонного порогового значения и вычитаемым - количеством J тактовых импульсов, которое поступило в ВС. Двоичная последовательность, адекватная абсолютному отклонению от ЭПЗ, с выходов ВС транслируется через один выход ПУ в файл “трассовых поимпульсных абсолютных отклонений”, созданный в ВК 27, и на вход сумматора-вычитателя в цифровом компараторе. По окончании трансляции в ВС установится исходное эталонное пороговое значение.

Интервал времени между моментами поступления первого и второго опорных импульсов на соответствующие входы измерителя 23 равен промежутку времени между началом и окончанием подачи тактовых импульсов на вход ВС и составляет Т=JT_j долей секунды. Формально он адекватен модулю абсолютного отклонения алгебраического остатка от ЭПЗ, физически - задержке первого радиоимпульса кодированной пачки когерентных радиоимпульсов, переносимой пространственной волной, относительно времени приема первого радиоимпульса КПКГР, переносимой поверхностной волной. Так что, если числовой аналог двоичной последовательности на входе сумматора-вычитателя превысит величину, заданную в цифровом компараторе, то эта последовательность через другой выход ПУ поступит в конкретный файл “трассовых поимпульсных задержек”, созданный в соответствующем каталоге ВК.

Поимпульсная фильтрация каждой последующей пары, состоящей из нечетного (третьего, пятого и т.п.) и смежного с ним четного (четвертого, шестого и т.п.) радиоимпульсов, содержащихся в аддитивной смеси на входе ТИ, производится согласно алгоритму фильтрации первой пары радиоимпульсов.

Фильтрация начинается с поступления в канал 20 ТИ нечетного радиоимпульса и завершается по приходе в канал 21 четного радиоимпульса.

Всякий раз по окончании цикла двоичная последовательность, адекватная абсолютному отклонению от ЭПЗ, с выходов ВС подается через один выход ПУ 26 в соответствующий трассовый файл поимпульсных измерений. Трансляция “абсолютного отклонения” в трассовый файл поимпульсных задержек осуществляется лишь в случаях, когда его модуль превышает величину, заданную в цифровом компараторе.

Завершение фильтрации последней пары радиоимпульсов из аддитивной смеси импульсов, поступившей на вход ТИ, являющееся по существу окончанием однократного цикла, согласно которому на вход радиотрассы поступает сигнал с известными параметрами, а на выходе трассы принимают ослабленную копию этого сигнала и следующий за ней с неизвестной задержкой, возможно, искаженный аналог ослабленной копии, сопровождается:

- оцениванием и регистрацией математического ожидания - mо и среднеквадратической ошибки - sko оценивания для абсолютного отклонения (Ао) от ЭПЗ задержки сигнала пространственной волны относительно времени приема сигнала поверхностной волны,

- идентификацией (по критерию максимального правдоподобия либо максимума апостериорной плотности вероятности [13, с. 192-210]) аномальной задержки (Аз) сигнала пространственной волны относительно времени приема сигнала поверхностной волны, регистрацией mо и sko для идентифицированной Аз вместе с оценкой времени mt ее проявления.

Фильтрация второго и последующих сигналов, излученных одним из М возможных радиопередатчиков, аналогична рассмотренной ситуации, когда на вход конкретного трассового измерителя 19 в каком-либо из N возможных РП-ИВК поступает сигнал в виде аддитивной смеси сигналов поверхностной и пространственной волн. В соответствующих каналах этого ТИ производится последовательно во времени “поимпульсная” согласованная фильтрация аддитивной смеси.

Итоговый результат фильтрации сигналов излучения, как и результат фильтраций первого сигнала излучения, поступившего на вход АУ и далее в трассовый измеритель, может содержать зарегистрированные mо и sko для трассового Ао от ЭПЗ, а также mо и sko для идентифицированных трассовых Аз вместе с оценками времени их проявления.

Адекватным образом производится фильтрация сигналов в других трассовых измерителях конкретного из N возможных РП-ИВК, которые излучены другими из М-совокупности радиопередатчиками, равно как и фильтрация в соответствующих ТИ сигнала, который поступил с выхода конкретного радиопередатчика на АУ каждого из N - совокупности РП-ИВК.

Данные итоговых параметров фильтрации (mо, sko, время проявления) фиксируются в ВК 27 каждого РП-ИВК, в соответствующих трассовых файлах для абсолютных отклонений задержек от ЭПЗ и идентифицированных аномальных задержек.

5. Если хотя бы в одном трассовом файле ВК 27 конкретного РП-ИВК (Фиг.3) зарегистрированы Аз для не менее трех последовательных во времени циклов “посигнальной” фильтрации, то mо, sko и время проявления Аз вместе с соответствующими оценками для Ао передают в центр радиоволнового прогноза землетрясений 4 устройства (Фиг.1). При этом не прерывают фильтрацию последующих сигналов в аддитивной смеси, поступающей на вход ТИ, и переходят к выполнению действий согласно п.6. В ином случае реализуется циклический переход к операциям п.4.

6. Передают также время прерывания фильтрации Аз, т.е. время проявления лишь абсолютных отклонений задержек от ЭПЗ, время возобновления регистрации аномальных задержек и промежутки времени между ними. Аналогичные действия выполняются при проявлении Аз в других ТИ конкретного РП-ИВК и в трассовых измерителях других РП-ИВК.

7. Поступившие по каналам связи 3 в центр радиоволнового прогноза землетрясений 4 данные регистрируют в M×N - совокупности трассовых файлов ВК 6 устройства (Фиг.1). На электронной карте сейсмоопасного региона выделяют радиотрассы, возмущенные аномальными задержками, на каждой из них отмечают в едином времени моменты времени и продолжительность проявления аномальных задержек.

Передают с ЦРВПЗ в РП-ИВК, используя приемно-передающие устройства, рекомендации по изменению ЭПЗ в соответствующих ТИ. Дополнительно выделяют на электронной карте другие радиотрассы, возмущенные аномальными задержками.

8. В ЦРВПЗ проверяют гипотезу о пересечении по крайней мере одной радиотрассой, возмущенной аномальными задержками, двух других радиотрасс, возмущенных Аз, против альтернативы, что такого рода пересечение отсутствует. Если правдоподобна вторая гипотеза, то осуществляется циклический переход к п.4, если правомерна первая гипотеза - то переходят к операциям п.9.

9. В ЦРВПЗ выделяют радиотрассы с последовательным уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, зарегистрированными в заданном временном интервале. При выделении хотя бы одной радиотрассы, для которой характерна последовательность из трех и более аномальных задержек с последовательным уменьшением промежутков времени между ними переходят к операциям по п.10. Если условие последовательного уменьшения промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками не выполняется, то производится циклический переход на операции по п.4.

10. Судят о возможном районе землетрясения, вычисляют (согласно п.1 формулы землетрясения) его дату T_d.

Данные прогноза о дате возможного землетрясения в окрестностях выделенных радиотрасс передают, не прерывая фильтрации сигналов по всем радиотрассам, в соответствующие службы МЧС и администрации сопредельных с возмущенными радиотрассами районов.

Производят расчет интервала Т между вычисленной датой предполагаемого землетрясения Т_d и датой t_m регистрации последней во времени аномальной задержки, Т=T_d-t_m, T>0.

11. Для интервала времени Т=Т_d-t_m между датами предполагаемого землетрясения и m-го проявления аномальной задержки, дополнительно выделяют совокупность пространственно возмущенных трасс, включающую выделенные радиотрассы с последовательным 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 район и координаты эпицентра предполагаемого землетрясения.

Данные прогноза передают, не прерывая фильтрации по всем радиотрассам, в соответствующие службы МЧС и администрации сейсмоопасного и сопредельного с ним районов.

12. Если по истечении интервала времени Т прогноз оказался “ложным”, то производят циклический переход к операциям согласно п.4 и информируют соответствующие службы о снятии прогноза.

С помощью созданного в единичном экземпляре макета РП-ИВК в июле-сентябре 2002 г. проводилась экспериментальная апробация частных процедур фильтрации сигналов, излучаемых по соответствующим рабочим зонам отечественной ИФРНС “Чайка” и Российско-Американской системой “Лоран-С”. В качестве носителей возможных предвестников землетрясений использованы кодированные пачки когерентных радиоимпульсов, излучаемые на несущей частоте f=100 кГц.

Прием сигналов излучения проводился (в пункте контроля радионавигационных систем ДВ диапазона “Дальстандарт”) по четырем веерным радиотрассам: Александровск - Хабаровск, Уссурийск - Хабаровск, Токатибуто - Хабаровск, Петропавловск-Камчатский - Хабаровск. По всем трассам зафиксировано четкое разделение пачек радиоимпульсов, переносимых поверхностной и пространственной волнами. По наиболее протяженной трассе (Петропавловск-Камчатский - Хабаровск) в периоды восхода и захода Солнца в сигналах пространственной волны проявлялись интерференционные взаимодействия, обусловленные, пожалуй, переотражениями от нижних слоев ионосферы. В период с 2002-07-12 по 2002-09-27 по радиотрассам Александровск - Хабаровск, Уссурийск - Хабаровск и Токатибуто - Хабаровск, пересекающим сейсмоактивные зоны, зарегистрированы аномальные для этих трасс задержки сигналов пространственной волны относительно времени приема сигналов поверхностной волны. В этот же период и последующую календарную декаду службой срочных донесений зафиксированы в рабочих зонах радионавигационных систем “Чайка” и “Лоран-С” и их окрестностях несколько коровых и глубинных землетрясений с силой до трех-четырех баллов (по шкале Рихтера). Из-за отсутствия сети пересекающихся радиотрасс, создание которой обусловлено финансовой проблемой, не удалось, к сожалению, однозначно установить однозначную корреляцию зарегистрированных “необычных” задержек с происшедшими землетрясениями.

Тем не менее, статистическая закономерность регистрации аномальных задержек по веерным радиотрассам, сходная с аналогичной, но с запаздывающей во времени закономерностью проявления сейсмических толчков в окрестностях этих трасс, подтверждает потенциальные возможности заявленного способа прогноза землетрясений.

Соответствующим размещением десяти - двенадцати измерительно-вычислительных комплексов, изготовление которых на доступной элементной базе не вызывает принципиальных затруднений, и использованием радиополей действующих РНС “Чайка” и “Лоран-С” можно будет охватить наиболее сейсмоактивные регионы Дальневосточного округа России и другие сейсмоактивные районы сопредельных с Дальневосточным округом государств.

В настоящее время на территориях России, Китая, Кореи, Японии, Средиземного моря, в Северной и Северо-западной частях Тихого океана, в восточном побережье США и в других сейсмоактивных регионах Земли расположено боле 160 действующих наземных РНС класса “Лоран-С” и “Чайка”. Так что использование сигналов этих станций позволит выполнять, помимо навигационной функций также функции радиоволнового прогноза землетрясений.

Источники информации

1. Резниченко Ю.В. Проблемы величины землетрясений. Магнитуда и энергетическая классификация землетрясения - М.: Наука, 1974, с. 98-103.

2. SU 1171737 А, G 01 V 9/00, 07.08.85.

3. SU 1349535 A1, G 01 V 3/121, 12.03.85.

4. Гуфельд И.Л., Маренко В.Ф., Пономарев Е.А., Ямпольский. Исследование возмущений амплитуд и фаз сигналов ФРНС “Омега” на сейсмоактивных трассах. В сб. Поиск электромагнитных предвестников землетрясений - М.: ИФЗ АН СССР, 1988, с. 149-169.

5. Гуфельд И.Л., Маренко В.Ф. Краткосрочный прогноз времени сильных землетрясений с использованием радиоволновых методов. ДАН 1992, т. 323, №6, с. 1064-1067.

6. Маренко В.Ф. Исследование связи сейсмотектонических процессов с возмущениями нижней ионосферы методом радиопросвечивания на сверхдлинных волнах. Автореферат диссертации на соискание уч. ст. к. ф.-м. н. Иркутск, 1989.

7. RU 2037162 С, G 01 V 3/12, 02.09.94.

8. Лаурила С. Электронные измерения и навигация. - М.: Недра, 1981, 480 с.

9. Конструкторская документация на ПИК-2. - М.: АООТ “Интерсейсмопрогноз”, 1988, 39 с.

10. Использование радиоспектра. Перевод с английского под ред. М.С. Гуревича. - М.: Связь, 1969, с. 31-39, 41-43, 95-111.

11. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя - М.: ИНФА-М, 1997.

12. Уитсон Дж. 500 практических схем на ИС. Перевод с англ. - М.: Мир, 1992, 376 с., ил.

13. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том 3. Обработка сигналов в радио- и гидролокации и прием случайных гауссовых сигналов на фоне помех. Нью-Йорк, 1971. Перевод с английского под редакцией проф. В.Т. Горяинова. - М.: Советское радио, 1977, 664 с.

14. Токхейм Р. Основы цифровой электроники. Перевод с английского. - М.: Мир, 1988, 392 с.

15. Измерения в электронике: Справочник. Под редакцией В.А. Кузнецова. - М.: Энергоиздат, 1987, 512 с., ил.

Изобретение относится к геофизике и предназначено для прогноза в ДВ диапазоне радиоволн коровых землетрясений и локации областей сейсмоионосферных взаимодействий в сейсмоактивных регионах Земли, для которых характерны землетрясения с амплитудой М>4. Сущность изобретения: создают сеть радиотрасс, перекрывающих сейсмоопасную зону. Радиотрассы, неоднократно пересекаясь, образуют сетку ячеек с поперечными размерами, соизмеримыми с поперечными размерами для приоритетных районов зоны. Периодически излучают по заданному для каждой из М точек (М>1) формату кодированную пачку когерентных радиоимпульсов на несущей частоте в ДВ диапазоне радиоволн, фаза которой в каждом радиоимпульсе пачки изменяется в соответствии с предписанным кодом. Осуществляют в каждой из N точек приема (N>2), по каждой трассе, согласованной с соответствующим форматом, фильтрацию аддитивной смеси сигналов, переносимых поверхностной и пространственной волнами. Многократно измеряют задержки сигнала пространственной волны относительно времени приема сигнала поверхностной волны. Регистрируют и идентифицируют аномальные задержки, абсолютные отклонения которых от эталонного значения превышают заданную величину. Регистрируют время и продолжительность их проявления. Дополнительно выделяют возмущенные радиотрассы, для которых характерно чередование во времени обычных и аномальных задержек, и при последовательном уменьшении промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, зарегистрированными последовательно во времени на одной или на нескольких возмущенных радиотрассах, пересекающих не менее двух других радиотрасс с аномальными задержками, судят о возможном районе землетрясения. Дату землетрясения вычисляют по формуле T_d=t_m+(t_m-t_n)²/[(t_n-t_p)-(t_m-t_n)], где t_m - дата m-го проявления аномальной задержки, m - натуральное число, m>2, n=m-1, p=n-1, (t_m-t_n)<(t_n-t_p). Для интервала времени Т=T_d-t_m дополнительно выделяют совокупность пространственно возмущенных трасс, включающую хотя бы одну радиотрассу с последовательным уменьшением промежутков времени между не менее чем тремя аномальными задержками, и радиотрассы, на которых зарегистрированы аномальные задержки. Для выделенной совокупности рассчитывают взаимную корреляцию аномальных задержек. По максимальным значениям задержек определяют эпицентр предполагаемого землетрясения. Устройство содержит М>1 радиопередатчиков и N>2 радиоприемных измерительно-вычислительных комплексов, объединенных в сеть каналами связи с центром радиоволнового прогноза землетрясений. Технический результат: повышение точности и достоверности прогноза места и времени землетрясения. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ радиоволнового прогноза землетрясения, включающий создание сети пересекающихся радиотрасс, перекрывающей сейсмоопасную зону, размещение точек излучения и приема в приземном пространстве вне пределов сейсмоопасной зоны, периодическое излучение в заданном диапазоне радиоволн по сигналу единого времени из М точек синхронизированного сигнала, прием сигналов в N точках, М и N - натуральные числа, М>1, N>2, выделение радиотрасс с аномальными отклонениями прогностических параметров, пересекающих не менее двух других радиотрасс с аномальными отклонениями прогностических параметров, и при последовательном уменьшении интервалов времени между аномальными отклонениями прогностических параметров определение времени и района предполагаемого землетрясения, отличающийся тем, что точки излучения и приема разносят в пространстве, образуя при неоднократном пересечении радиотрасс сетку ячеек, поперечные размеры которых соизмеримы с поперечными размерами для приоритетных районов сейсмоопасной зоны, сигнал излучают в ДВ-диапазоне 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

T_d=t_m+(t_m-t_n)²/[(t_n-t_p)-(t_m-t_n)],

где t_m - дата регистрации m-й аномальной задержки, m - натуральное число, m>2;

t_n - дата регистрации n-й аномальной задержки, n=m-1;

t_p - дата регистрации p-й аномальной задержки, p=n-1, для интервала времени Т=T_d-t_m между датами предполагаемого землетрясения и m-го проявления аномальной задержки,

дополнительно выделяют совокупность пространственно возмущенных трасс, включающую выделенные радиотрассы с последовательным 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.