priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-4-368-374pribor-165Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ АНАЛИЗА И КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR MONITORING AND DIAGNOSTICS OF MATERIALS, PRODUCTS, SUBSTANCES AND THE NATURAL ENVIRONMENTМодельные оценки параметров пассивных радиотехнических систем мониторинга грозовой активностиModel Estimates of Parameters of Passive Radio Systems for Monitoring Lightning ActivityПострыбайлоМ. В.PostrybayloM. V.

Макар Витальевич Пострыбайло — аспирант, кафедра прикладной информатики

Санкт-Петербург

Makar V. Postrybaylo — Post-Graduate Student, Department of Applied Informatics

St. Petersburg

m.postrybaylo@yandex.ruТатарниковаТ. М.TatarnikovaT. M.

Татьяна Михайловна Татарникова — д-р техн. наук, профессор, кафедра прикладной информатики

Санкт-Петербург

Tatyana M. Tatarnikova — Dr. Sci., Professor, Department of Applied Informatics

St. Petersburg

tm-tatarn@yandex.ruСанкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроенияРоссияSt. Petersburg State University of Aerospace InstrumentationRussian Federation202428112024674368375Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/165

Рассмотрена задача проектирования системы мониторинга грозовой активности на основе датчиков, оценивающих параметры молниевых разрядов путем приема электромагнитного излучения, формируемого при движении электрического заряда по каналу молнии. Показано, что для обеспечения основных характеристик проектируемых систем мониторинга грозовой активности, таких как вероятность обнаружения, точность определения координат и тока молниевого разряда для выбранной рабочей зоны, может быть использовано математическое моделирование. Предложена модель, позволяющая спроектировать конфигурацию системы, способной обеспечить заданные характеристики посредством получения модельных оценок и их последующего анализа. Созданная модель системы мониторинга грозовой активности применена для оценивания вероятности обнаружения молниевого разряда экспериментальной сетью, развернутой в Санкт-Петербурге.

The problem of designing a system for monitoring lightning activity is considered. The designed system is based on sensors that evaluate lightning discharge parameters by receiving electromagnetic radiation generated when an electric charge moves along the lightning channel. It is shown that mathematical modeling can be used to ensure the basic characteristics of the designed systems for monitoring lightning activity, such as the probability of detection, the accuracy of determining the coordinates and current of a lightning discharge for a selected working area. A model is proposed that makes it possible to design a system configuration capable of providing specified characteristics by obtaining model estimates and their subsequent analysis. The created model of a lightning activity monitoring system is used to estimate the probability of detecting a lightning discharge by an experimental network deployed in St. Petersburg.

грозовая активностьмолниевый разрядсистема мониторингачувствительность датчиканапряженность электрического полярасстояние до молниевого разрядавероятность обнаруженияthunderstorm activitylightning dischargemonitoring systemsensor sensitivityelectric field strengthdistance to lightning dischargedetection probabilityReferencesПономарёв Е. И. Оценка рисков возникновения лесных пожаров в результате гроз на основе гис-ориентированной технологии // География и природные ресурсы. 2011. № 1. С. 150—154.Ponomarev E.I. Geografiya i prirodnyye resursy (Geography and Natural Resources), 2011, no. 1, pp. 150–154. (in Russ.)Бабикова Н. Н., Котелина Н. О., Тентюков Ф. Н. Анализ данных о лесных пожарах в республике Коми с помощью excel и python // Вестн. Сыктывкарского университета. Сер. 1. Математика. Механика. Информатика. 2023. № 4(49). С. 29—46.Babikova N.N., Kotelina N.O., Tentyukov F.N. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 1: Matematika. Mekhanika. Informatika (Bulletin of Syktyvkar University. Series 1: Mathematics. Mechanics. Computer science), 2023, no. 4(49), pp. 29–46. (in Russ.)Гайворонский А. Актуальные проблемы молниезащиты ВЛ110-500 кВ // Новости электротехники. 2019. № 1(115). С. 18—23.Gayvoronskiy A. Novosti elektrotekhniki, 2019, no. 1(115), pp. 18–23. (in Russ.)Сагитов Д. И., Драгова Т. А., Булдакова И. А., Алимов А. В. Противодействие грозовым разрядам на фюзеляже воздушных судов // Актуальные проблемы науки и образования в условиях современных вызовов. Сборник материалов XXV Международной научно-практической конференции. М., 2023. С. 191—193.Sagitov D.I., Dragova T.A., Buldakova I.A., Alimov A.V. Aktual'nyye problemy nauki i obrazovaniya v usloviyakh sovremennykh vyzovov (Current Problems of Science and Education in the Context of Modern Challenges), Collection of materials of the XXV International Scientific and Practical Conference, Moscow, 2023, рр. 191–193. (in Russ.)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.Malkin E.I., Cherneva V.I., Makhlai D.O., Cherneva N.V., Akbashev R.R., Sannikov D.V. Vestnik KRAUNTS. Fiziko-matematicheskiye nauki (Vestnik KRAUNTS. Physical and Mathematical Sciences), 2023, no. 2(43), pp. 141–165. (in Russ.)Хегай В. В., Карелин А. В. О связи интенсивности тропических ураганов с грозовой активностью. Взгляд из космоса // Вопросы электромеханики. Тр. ВНИИЭМ. 2021. Т. 180, № 1. С. 26—32.Khegai V.V., Karelin A.V. Electromechanical matters. VNIIEM studies, 2021, no. 1(180), pp. 26–32. (in Russ.)Аджиева А. А., Шаповалов В. А. Совершенствование прогнозирования и контроля развития опасных явлений погоды с использованием радиолокационных и грозопеленгационных методов на примере отдельного грозового очага // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Сер. Естественные науки. 2017. № 1(193). С. 80—88.Adjieva A.A., Shapovalov V.A. Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Natural Sciences, 2017, no. 1(193), pp. 80–88. (in Russ.)Аджиева А. А., Кокоева М. Н. Динамический мониторинг данных параметров токов молний на территории юга европейской части России // Инженерный вестник Дона. 2019. № 5(56). С. 3.Adzhieva A.A., Kokoeva M.N. Ingineering Journal of Don, 2019, no. 5(56), pp. 3. (in Russ.)Денисенков Д. А., Коровин Е. А. Универсальный датчик системы мониторинга грозовой активности // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2016. № 653. С. 164—168.Denisenkov D.A., Korovin E.A. Proceedings of the A.F. Mozhaisky Military Space Academy, 2016, no. 653, pp. 164–168. (in Russ.)Миклуш В. А., Татарникова Т. М., Палкин И. И. Решение задачи экологического мониторинга акватории порта с помощью распределенной системы датчиков // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64, № 5. С. 404—411.Miklush V.A., Tatarnikova T.M., Palkin I.I. Journal of Instrument Engineering, 2021, no. 5(64), pp. 404–411. (in Russ.)Татарникова Т. М., Богданов П. Ю., Миклуш В. А. Алгоритм размещения датчиков системы экологического мониторинга // Телекоммуникации. 2022. № 3. С. 2—9.Tatarnikova T.M., Bogdanov P.Yu., Miklush V.A. Telecommunications, 2022, no. 3, pp. 2–9. (in Russ.)Миклуш В. А., Татарникова Т. М. Решение задачи расположения датчиков различной физической природы при организации беспроводной сенсорной сети с топологией mesh // Успехи современной радиоэлектроники. 2022. Т. 76, № 12. С. 15—20.Miklush V.A., Tatarnikova T.M. Uspekhi sovremennoy radioelektroniki, 2022, no. 12(76), pp. 15–20. (in Russ.)Готюр И. А., Коровин Е. А., Чернышев С. В., Щукин Г. Г., Юсупов И. Е. Экспериментальная сеть датчиков мониторинга грозовой активности // Труды Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2022. № S685. С. 66—74.Gotyur I.A., Korovin E.A., Chernyshev S.V., Shchukin G.G., Yusupov I.E. Proceedings of the A.F. Mozhaisky Military Space Academy, 2022, no. S685, pp. 66–74. (in Russ.)Rakov V. A., Uman M. A. Lightning Physics and Effects. Cambridge University Press, 2014.Rakov V.A., Uman M.A. Lightning Physics and Effects, Cambridge University Press, 2014.Юсупов И. Е. Исследование импульсного электромагнитного излучения грозового процесса в приложении к мониторингу грозовой активности: Дис. … канд. физ. мат. наук. СПб, 2018. 202 с.Yusupov I.E. Issledovaniye impul'snogo elektromagnitnogo izlucheniya grozovogo protsessa v prilozhenii k monitoringu grozovoy aktivnosti (Study of Pulsed Electromagnetic Radiation of a Thunderstorm Process as Applied to Monitoring of Lightning Activity), Candidate’s thesis, St. Petersburg, 2018, 202 р. (in Russ.)Снегуров А. В., Снегуров В. С. К экспериментальной оценке токов молний // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. 2021. № 603. С. 79—129.Snegurov A.V., Snegurov V.S. Proceedings of Voeikov Main Geophysical Observatory, 2021, no. 603, pp. 79–129. (in Russ.)Поздняков Е. К., Ткаченко В. Н., Коротков В. В. Увеличение точности определения координат пассивными трехпозиционными комплексами в условиях избыточности // Радиотехника и информатика. 2013. № 3(62). С. 3—6.Pozdnyakov E.K., Tkachenko V.N., Korotkov V.V. Radiotekhnika i informatika, 2013, no. 3(62), pp. 3–6. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.