Vývoj, implementace a testování algoritmů pro měření elektromagnetických signálů detekovaných na palubě stratosférického balónu nad bouřkovými oblastmi

Student: Amrich Samuel
Vedoucí: Prof. RNDr. Ondřej Santolík, Dr.
Konzultant: Ing. Ivana Kolmašová, Ph.D.
Stav práce: obhájená

Abstrakt:

Z oblastí s intenzivní bleskovou aktivitou se šíří elektromagnetické signály v širokém pásmu frekvencí. Tyto signály jsou vyzařovány nejen během vývoje bleskových výbojů, ale své elektromagnetické stopy zanechávají také nadoblačné přechodné světelné jevy (TLE – Transient Luminous Events), jako jsou např. elfové či skřítci. Analýza elektromagnetických signálů vyzařovaných bleskovými výboji a s nimi souvisejícími jevy se používá ke zkoumání jejich vlastností. Signály pocházející z bouřek lze zaznamenat radiovými přijímači umístěnými na pozemních observatořích, balonech či družicích. Design radiových přijímačů a předzpracování naměřených dat je vždy třeba přizpůsobit rozsahu frekvencí zaznamenávaných signálů, charakteru zkoumaných jevů a umístění přijímače. V případě balónových či družicových měření bývá množství dat přenášených na zem významně omezeno. Z tohoto důvodu jsou balónové a družicové přijímače vybaveny algoritmy pro efektivní výběr a předzpracování zajímavých dat. Pro implementaci algoritmů se používají programovatelná hradlová pole. Na rok 2024 je plánován start francouzského stratosférického balonu STRATEOLE pro pozorování projevů bouří v rovníkové oblasti z výšky okolo 20 km. Součástí plánovaného palubního přístrojového vybavení je širokospektrální přijímač radiových vln. Přenos dat z balonu na zem bude zprostředkován satelitem Iridium a bude velmi omezen, ovšem s možností povelování v průběhu mise, jejíž předpokládaná doba trvání bude několik měsíců.

Zásady pro vypracování:

1. Studium literatury a sepsání přehledu měření elektromagnetických signálů pozorovaných v souvislosti s bleskovou aktivitou;
2. Seznámení se s programovatelnými hradlovými poli a jejich programováním;
3. Analýza širokospektrálních pozemních měření elektromagnetických signálů emitovaných bleskovými výboji a vytvoření testovací sady záznamů;
4. Návrh palubních algoritmů pro výběr a předzpracování zajímavých událostí;
5. Ověření funkčnosti palubních algoritmů pomocí testovací sady záznamů z pozemních měření.

Seznam odborné literatury:

1. Rakov , V. A. and M. A. Uman (2003), Lightning – Physics and effects, Cambridge University, Press, ISBN:9780521583275.
2. Corray, V., (2015) An Introduction to Lightning, Springer, ISBN 978-94-017-8938-7.
3. Kolmašová, I., Santolík, O., Farges, T., Cummer, S. A., Lán, R. & Uhlíř, L. (2016). Subionospheric propagation and peak currents of preliminary breakdown pulses before negative cloud-to-ground lightning discharges, Geophys. Res. Lett., 43, 1382–1391. doi:10.1002/2015GL067364
4. Chen, A. B., C.-L. Kuo, Y.-J. Lee, H.-T. Su, R.-R. Hsu et al. (2008), Global distributions and occurrence rates of transient luminous events, J. Geophys. Res., 113, A08306, https://doi.org/doi:10.1029/2008JA013101.