Адаптация ионосферной модели по данным глобальных навигационных спутниковых систем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Использование космических средств и технологий для мониторинга окружающей природной среды

УДК 551.510.535

АДАПТАЦИЯ ИОНОСФЕРНОЙ МОДЕЛИ ПО ДАННЫМ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

А. А. Васенина, К. А. Сидоренко

ОАО «Омский научно-исследовательский институт приборостроения» Российская Федерация, 644009, г. Омск, ул. Масленникова, 231 E-mail: vas.al.an@rambler.ru, sidorenko.klim@yandex.ru

Проведена оценка эффективности использования индекса солнечной активности и полного электронного содержания в качестве адаптирующих параметров при моделировании ионосферы.

Ключевые слова: спутниковое радиозондирование ионосферы, полное электронное содержание (ПЭС), ионосферная модель NeQuick.

ADAPTATION OF IONOSPHERIC MODEL ACCORDING TO GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS

А. А. Vasenina, К. А. Sidorenko

JSC «Omsk scientific and research Institute for instrumentation engineering» 231, Maslennikova str., Omsk, 644009, Russian Federation E-mail: vas.al.an@rambler.ru, sidorenko.klim@yandex.ru

The efficiency of using an index of solar activity and total electron content as adapting the parameters in the modeling of the ionosphere was evaluated.

Keywords: satellite radio-sounding of the ionosphere, total electron content (TEC), NeQuick ionospheric model.

Актуальность задачи по развитию методов непрерывного мониторинга состояния ионосферной плазмы обусловлена существенным влиянием ионосферы на работу радиотехнических систем связи, локации и навигации. Одним из современных подходов к решению этой проблемы является трансионосферное зондирование, связанное с развитием глобальных навигационных спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС. Применение моделированных сигналов позволяет измерить запаздывание радиоволн, вызванное плазмой, и рассчитать одну из важнейших характеристик среды - полное электронное содержание (ПЭС). Как следствие, для корректного прогнозирования ввиду отсутствия глобальной сети ионосферных станций, в частности на территории России, широкое применение получили адаптивные ионосферные модели. Таким образом, цель данной работы заключается в оценке эффективности использования данных навигационных приемников при прогнозировании параметров ионосферы.

В рамках проводимых исследований для восстановления профиля концентрации электронов была реализована аналитическая модель №Ршск [1-2]. В качестве адаптирующего параметра в ходе ранее проведенных исследований [3] был выбран индекс солнечной активности F10 7 (поток солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см). Значения этого индекса обновляются каждый день и находятся в свободном доступе на сайте http://www.spaceweather.com. Для оценки точностных характеристик модели проводилось сравнение с экспериментальными значениями критической частоты слоя F2( ^F2 ) на период первого полугодия 2014 года для станции вертикального

зондирования (ВЗ) BOULDER (40,0° с.ш., 105.3° з.д.). Для этого использовалась база данных цифровых ио-нограмм DIDBase (DigitalIonogramDatabase), расположенная на сайтеhttp://ulcar.uml.edu/DIDBase. Погрешность вычислений составила 0,7-1,1 МГц в зависимости от уровня солнечной активности.

На следующем этапе исследований применялись методики оценки индекса солнечной активности по данным навигационных спутников, для чего использовались материалы Национального управления океанических и атмосферных исследований (National Oce-anicand Atmospheric Administration, NOAA) США, публикуемые на сайте http://www.swpc.noaa.gov/ Data/index.html. При этом среднеквадратичное отклонение (СКО) критической частоты относительно данных ионозонда составило 0,5-0,75 МГц.

Рассчитанный индекс F10,7 может быть использован для нахождения критической частоты в любой точке земного шара. Проведенные расчеты и их сравнение с данными других станций (ВЗ) показали, что средняя погрешность прогнозирования f0F2 с применением данных навигационных спутников составила 0,9 МГц.

Исходя из проведенных расчетов, следует отметить актуальность дальнейшей разработки методик коррекции адаптирующего параметра для увеличения точности ионосферного моделирования. Для этих целей на базе навигационного приемника ProPak 6 создан экспериментальный стенд, который позволяет получать достоверную информацию о состоянии среды в режиме реального времени и повышает эффективность проводимых работ.

Решетневскуе чтения. 2014

Библиографические ссылки

1. Memarzadeh Y. Ionospheric modeling for precise GNSS applications. PhD thesis, Delft University of Technology, 2009. 208 p.

2. Leitinger R., Zhang M.L., Radicella S. M. An improved bottom side for the ionospheric electron density model NeQuick // Annals of Geophysics. 2005. Vol. 48, № 3. P. 525-534.

3. Васенина А. А. Методика коррекции индексов солнечной активности // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. Омск, 2013. № 2(20). С. 27-34.

References

1. Memarzadeh Y. Ionospheric modeling for precise GNSS applications. PhD thesis, Delft University of Technology, 2009. 208 p.

2. Leitinger R., Zhang M. L., Radicella S. M. An improved bottomside for the ionospheric electron density model NeQuick Annals of Geophysics, 2005, vol. 48, № 3, p. 525-534.

3. Vasenina A. A. Tekhnika radiosvyazi. Omskiy NII priborostroeniya, 2013, vol. 2(20), p. 27-34.

© Васенина А. А., Сидоренко К. А., 2014

УДК 629.78

РАДИОЗАТМЕННЫЙ МОНИТОРИНГ ИОНОСФЕРЫ И АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ НАНОСПУТНИКОВ

П. А. Инчин, М. Ю. Шпади, Г. М. Аязбаев

ДТОО «Институт космической техники и технологий» АО «Национальный центр космических исследований и технологий» Республика Казахстан, 050061, г. Алматы, ул. Кисловодская, 34 E-mail: paul.inchin@yahoo.com

Рассмотрен метод выборочных радиозатменных измерений для применения на наноспутниках с целью мониторинга состояния атмосферы и ионосферы.

Ключевые слова: радиозатменный метод, наноспутник, программа планирования эксперимента.

RADIO OCCULTATION MEASUREMENTS OF ATMOSPHERE AND IONOSPHERE USING NANOSATELLITES

P. Inchin, M. Shpadi, G. Ayazbayev

AALR «Institute of space technique and technologies» CA «National Center of Space Research and Technologies» 34, Kislovodskaya str., Almaty, 050061, Republic of Kazakhstan E-mail: paul.inchin@yahoo.com

Selective method of radio occultation measurements of atmosphere and ionosphere for nanosatellites is considered.

Keywords: radio occultation, nanosatellite, experiment's planning program.

Использование сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) позволяет решать задачи не только геоинформационного характера, но и многие задачи геодезии, метеорологии, геодинамики, климатологии, геофизики. Широкое распространение получил метод радиозатменного зондирования атмосферы и ионосферы, позволяющий по характеристикам сигналов ГНСС определять такие параметры, как температура, влажность, давление и плотность атмосферы, а также полное электронное содержание в ионосфере.

За последние 15 лет интерес к методу вырос многократно, сегодня исследователи имеют свободный доступ к обширной базе данных радиозатменных измерений [1]. Разрабатываются и новые группировки спутников для этих целей [2-4]. Бурное развитие космической техники позволяет проводить подобные

измерения на наноспутниках, что существенно сокращает затраты на изготовление и развертывание таких группировок спутников. Успешность миссий CANX-2 [5], PSSCT-2 [6], Sense SV 1,2 [7] подтверждает такую возможность.

Радиозатменный мониторинг ионосферы планируется и на разрабатываемом Казахстанском наноспут-нике научного назначения. Однако ограниченные возможности наноспутников по энергетике и объемам передаваемой информации на Землю не позволяют полноценно проводить подобные эксперименты. Возникает необходимость планирования программы измерений, например, только над определенными регионами Земли и в определенных диапазонах высот. Современные навигационные приемники (НП) позволяют настраивать каналы на прием только необходи-