Научная статья на тему 'Дискретные полярные сияния на Шпицбергене как индикатор влияния состояния полярной ионосферы на навигационные сигналы'

Дискретные полярные сияния на Шпицбергене как индикатор влияния состояния полярной ионосферы на навигационные сигналы Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
158
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАВИГАЦИОННЫЕ СИГНАЛЫ / СЦИНТИЛЛЯЦИИ / ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Черноус Сергей Александрович, Филатов Михаил Валерьевич, Шагимуратов Ирк Ибрагимович, Ефишов Иван Иванович

Приводятся результаты анализа данных приема навигационных сигналов высокоорбитальных спутников при развитии полярных сияний на станциях Баренцбург и Нью-Алезунд. Показано, что дискретные формы полярных сияний, существующие в полярной ионосфере, могут являться независимым признаком присутствия ионосферных авроральных неоднородностей, которые влияют на распространение трансионосферных радиосигналов. Обсуждается сосуществование двух типов авроральных возмущений в полярной ионосфере, оказывающих это влияние и регистрируемых оптическими методами ³ дискретных форм (лучистые дуги и полосы) и крупномасштабных светящихся пятен. Анализируются конкретные измерения, включающие наблюдения этих форм сияний оптическими методами совместно с параметрами и характеристиками приема навигационных сигналов, и представлены доказательства нарушений в работе навигационных систем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Черноус Сергей Александрович, Филатов Михаил Валерьевич, Шагимуратов Ирк Ибрагимович, Ефишов Иван Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DISCRETE AURRA AS INDICATOR OF POLAR IONOSPHERE IMPACT ON GNSS SIGNALS AT SPITSBERGEN

Analysis of navigation signals data received by high orbiting satellites during the development of aurora at Barentsburg and New Aalesund stations at Spitsbergen are presented. It is shown that the discrete forms of auroras existing in the polar ionosphere can be an independent sign of the presence of ionospheric auroral inhomogeneities affecting the propagation of transionospheric radio signals. The coexistence of two types of auroral perturbations in the polar ionosphere, which demonstrate impact and recorded by optical methods, is under consideration. There are discrete forms (radiant arcs and bands) and large-scale luminous patches. Specific observations of these auroras by optical methods in conjunction with the parameters and characteristics of receiving navigation signals are analyzed and evidence of violations in the operation of navigation systems is presented.

Текст научной работы на тему «Дискретные полярные сияния на Шпицбергене как индикатор влияния состояния полярной ионосферы на навигационные сигналы»

DOI: 10.25702/KSC.2307-5228.2018.10.3.106-114 УДК 550.388.8:627.723 (481-922.1)

ДИСКРЕТНЫЕ ПОЛЯРНЫЕ СИЯНИЯ НА ШПИЦБЕРГЕНЕ

КАК ИНДИКАТОР ВЛИЯНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОЛЯРНОЙ ИОНОСФЕРЫ

НА НАВИГАЦИОННЫЕ СИГНАЛЫ

С. А. Черноус1, М. В. Филатов1, И. И. Шагимуратов2, И. И. Ефишов2

ХФГБНУ «Полярный геофизический институт», г. Апатиты, Мурманск 2Калининградский филиал ИЗМИРАН, г. Калининград

Аннотация

Приводятся результаты анализа данных приема навигационных сигналов высокоорбитальных спутников при развитии полярных сияний на станциях Баренцбург и Нью-Алезунд. Показано, что дискретные формы полярных сияний, существующие в полярной ионосфере, могут являться независимым признаком присутствия ионосферных авроральных неоднородностей, которые влияют на распространение трансионосферных радиосигналов. Обсуждается сосуществование двух типов авроральных возмущений в полярной ионосфере, оказывающих это влияние и регистрируемых оптическими методами — дискретных форм (лучистые дуги и полосы) и крупномасштабных светящихся пятен. Анализируются конкретные измерения, включающие наблюдения этих форм сияний оптическими методами совместно с параметрами и характеристиками приема навигационных сигналов, и представлены доказательства нарушений в работе навигационных систем. Ключевые слова:

навигационные сигналы, сцинтилляции, полярные сияния.

DISCRETE AURRA AS INDICATOR OF POLAR IONOSPHERE IMPACT ON GNSS SIGNALS AT SPITSBERGEN

Sergei A. Chernous1, Mikhail V. Filatov1, Irk I. Shagimuratov2, Ivan I. Efishov2

1Polar Geophysical Institute, Murmansk - Apatity

2Kaliningrad department of Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of RAS, Kaliningrad, Russia

Abstract

Analysis of navigation signals data received by high orbiting satellites during the development of aurora at Barentsburg and New Aalesund stations at Spitsbergen are presented. It is shown that the discrete forms of auroras existing in the polar ionosphere can be an independent sign of the presence of ionospheric auroral inhomogeneities affecting the propagation of transionospheric radio signals. The coexistence of two types of auroral perturbations in the polar ionosphere, which demonstrate impact and recorded by optical methods, is under consideration. There are discrete forms (radiant arcs and bands) and large-scale luminous patches. Specific observations of these auroras by optical methods in conjunction with the parameters and characteristics of receiving navigation signals are analyzed and evidence of violations in the operation of navigation systems is presented.

Keywords:

navigation systems, auroral disturbances, aurora.

Введение

Проблема связи полярных сияний с областями ионосферы, ответственными за нарушения в приеме навигационных сигналов высокоорбитальных спутников, широко обсуждается, например в работах [1-4]. В основном это касается синхронности вариаций полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере и пространственно-временных вариаций интенсивности полярных сияний, которая может быть использована для диагностики и прогноза неоднородностей ПЭС [4-6].

Одним из эффективных средств диагностики полярной ионосферы является измерение задержек сигналов навигационных спутников систем GPS/Глонасс на двух когерентных частотах АЛ2 = 1,6/1,2 ГГц. Дифференциальная задержка является мерой ПЭС ионосферы, а ионосфера, в свою очередь, является основным источником погрешностей позиционирования. Наиболее существенные отклонения от регулярного поведения ионосферы связаны с геомагнитными бурями и полярными сияниями. Во время геомагнитных возмущений в ионосфере развиваются неоднородности различных масштабов, которые вызывают флуктуации амплитуды и фазы трансионосферных сигналов. Интенсивность и частота флуктуаций существенно увеличиваются во время магнитных бурь. Эти флуктуации приводят к срывам приема сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и затрудняют разрешение фазовой неоднозначности, что в конечном итоге приводит ухудшению точности позиционирования и местоопределения.

Поскольку полярные сияния как по своей форме, пространственной структуре и интенсивности, так и по расположению в пространстве обладают большим разнообразием, то необходимо исследование особенностей изменений навигационного сигнала при прохождении его сквозь области полярной ионосферы, маркером состояния которых являются отдельные формы сияний. В настоящем исследовании предпринята попытка экспериментальных исследований детального соответствия дискретных форм полярных сияний (лучистые дуги и полосы) и состояния трансионосферных сигналов ГНСС, причем на основании измерений, проведенных в самой высокоширотной области планеты (на Шпицбергене), где происходят высыпания заряженных частиц из разных областей магнитосферы.

Материалы и методы

Для проведения данной работы были использованы данные синхронных измерений параметров приема сигнала во время развития полярных сияний на Шпицбергене — на станциях Баренцбург (78,09^ 14,2Ш) и Нью-Алезунд (78,92^ 11.92E) [7, 8].

Приемники трансионосферных сигналов и камеры полного обзора неба работали там в непрерывном режиме, для анализа, с учетом погодных условий (в первую очередь облачности) и гелиогеофизических возмущений, были выбраны два дня — 24 ноября 2009 г. и 13 января 2013 г. Часть первичных материалов по этим наблюдениям опубликована в работах [6-8].

Планетарная геофизическая обстановка 24 ноября 2009 г. приводится на рис. 1, а. Планетарные индексы Кр (рис. 1) показывают, что выбранные события являют собой типичное развитие магнитной бури средней интенсивности (Кр — 4). Планетарная геофизическая обстановка 13 января 2013 г. приводится на рис. 1, б. Планетарные индексы Кр показывают, что выбранные события являют собой типичное развитие магнитной бури средней интенсивности (максимальный Кр — 4).

В работе широко использован метод сравнения полученных оптических изображений высокочувствительными камерами полного неба с положением навигационных спутников [6]. Он основан на том, что поле зрения оптической камеры практически полностью совпадает с диаграммой направленности приемной антенны сигналов навигационных спутников. Это позволяет представлять в едином угловом поле зрения позиции полярных сияний в ионосфере и позицию навигационных спутников на высокой орбите (порядка 20 000 км) в том случае, если приемник и камера размещены в одной точке. Если мы на такой картине проведем луч от космического передатчика до наземного приемника, то сразу увидим, проходит ли радиосигнал сквозь область полярных сияний, то есть сквозь возмущенную полярную ионосферу.

В работе использованы данные камеры NORUSKA [9], установленной на ст. Баренцбург. Она представляет собой гиперспектральную камеру, оснащенную акустико-оптическим светофильтром без движущихся оптико-механических частей. Высокая скорость переключения спектральных полос и их произвольная выборка позволяют производить последовательную съемку избранных рабочих эмиссий с темпом, определяемым только необходимыми временами

экспозиции, то есть с высоким временным разрешением (1 с). Следует отметить, что оптическая камера всего неба на ст. Баренцбург позволяет также снимать различные формы полярных сияний с высоким пространственным разрешением. Камера в Нью-Алезунде использовалась для регистрации красной эмиссии атомарного кислорода с интеграцией по времени, которое соизмеримо со временем жизни эмиссии 630,0 нм (~ 100 с), для повышения чувствительности. В данном исследовании частично использованы первичные материалы из работ [7, 8].

а

Kp

4

3

2

1

0 -I-----------------—

12.01.2013 13.01.2013 14.01.2013

б

Рис. 1. Планетарная геофизическая обстановка, характеризуемая индексом Кр: а — 24 ноября 2009 г.; б — 13 января 2013 г.

Fig. 1. Planetary geophysical situation characterized by Kp index: a — November 24, 2009; б — January 13, 2013

Результаты измерений

1. Анализ приема ГНСС-сигналов в период авроральных возмущений 24 ноября 2009 г.

В этом случае проведен анализ событий в полярной ионосфере, при которых ухудшается точность ГНСС, в частности GPS/ГЛОНАСС, в ситуации практически полного перекрытия диаграммы направленности приемника ионосферными возмущениями, связанными с полярными сияниями. В такой ситуации ошибка позиционирования навигационной системы, по нашему мнению, должна увеличиться даже при применении высокоточных двухчастотных приемников, то есть сигналы каждого спутника из рабочего созвездия будут искажаться или отсутствовать, а сигналы от остальных спутников системы тоже будут подвержены влиянию ионосферных возмущений. Это предположение было проверено в эксперименте, проведенном с помощью двухчастотного приемника, установленного Полярным геофизическим институтом и работающего на ст. Баренцбург на Шпицбергене. Позиция этой станции исключительно удобна для исследования влияния авроральных возмущений на сигналы навигационных спутников GPS/ГЛОНАСС, так как

вероятность охвата поля зрения приемника сияниями аврорального овала при средней геомагнитной активности на широте Шпицбергена гораздо выше, чем, например, в Мурманске, где хорошо наблюдается овал полярных сияний в периоды больших возмущений.

Была выбрана достаточно редкая геофизическая ситуация в день 24 ноября 2009 г., когда сигналы с каждого спутника в рабочем созвездии проходили сквозь возмущенную полярную ионосферу, маркером которой являются полярные сияния [7]. Путем одновременной визуализации положения спутников и полярных сияний мы получили прямые доказательства рассматриваемого эффекта. Из рис. 2 можно видеть, что полярные сияния покрывают большую часть небосвода и почти полностью перекрывают поле зрения навигационного приемника в Баренцбурге около 18:20 иТ. Из рис. 3, на котором показаны данные, полученные с отдельного спутника рабочего созвездия, можно видеть, что вблизи рассматриваемого интервала времени сигнал спутника G20 вообще полностью пропадает. Сигналы, полученные от других спутников, демонстрируют эффекты, подобные приведенному на рис. 3, около 18.20 иТ или же рост вариабельности ПЭС. Сигнал от спутника G20 также исчезает в 19:25 ЦТ, но сигналы других спутников менее подвержены воздействию авроральных ионосферных возмущений, чем в 18:20 ЦТ.

17 17

у У У Xjr J

18 \J о <д J J , ^^ ^ А 18

19 ' 1 19

00 10 20 30 «< 2009/11/24 »> 40 50

Рис. 2. Последовательность снимков камеры всего неба с 10-минутным разрешением, сделанных на ст. Баренцбург 24 ноября 2009 г. за 3 часа от 17.00 до 20.00 UT. Цифры по горизонтальной оси — шкала времени внутри одного часа в минутах. Верхняя часть снимка — Север Fig. 2. Frames of the all-sky camera obtained with 10 minute resolution in November 24 from 17.00 to 20.00 UT at Barentsburg station. Scale of time is on the horizontal axis in minutes. North is on the top of all-sky pictures

Такая ситуация имеет место, потому что полярные сияния не полностью перекрывают поле зрения приемника от сигналов других спутников. Карты местоположения навигационных спутников в угловых координатах и полярных сияний в этих же координатах были построены для различных моментов времени с различной авроральной активностью. Из этих иллюстраций можно сделать заключение о том, что погрешности позиционирования возрастают в то время, когда навигационный сигнал распространяется через возмущенную полярную ионосферу, маркером которой являются полярные сияния.

На рис. 4 можно видеть резкие изменения погрешности позиционирования в направлении В-З, происходящие в 18:20 UT, которые выглядят как пульсации или сцинтилляции. По времени они совпадают с тем интервалом на кеограмме, когда полярные сияния почти полностью охватывают диаграмму направленности наземного навигационного приемника. Можно полагать, что это совпадение событий во времени и угловом пространстве и является доказательством воздействия на навигационный сигнал ионосферных авроральных возмущений.

VTEC TrendvTEC G17 24112009, 18:00-21:00(UT), hF2=250

18:00 18:20 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 x 101S dVTEC G17 24112009, 18:00-21:00(UT), hF2=250

18:00 18:20 18:40 19:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 .. .n,s difTEC G17 24112009, 18:00-21:00(UT) , hF2=250

N

Л 0(-

Ш

Mi .- J

РЧр.......

18:00 18:20 18:40

9:00 19:20 19:40 20:00 20:20 20:40 21:00 Time observation,(UT)

x 10

15

10

5

Рис. 3. Истинный вертикальный TEC (VTEC) по фазе и его сглаженное значение (TrendvTEC) с учетом аппаратных задержек спутника и приемника (верхний график), вариации вертикального TEC (dVTEC) (отклонение относительного наклонного TEC от его фонового значения — средний график), скорость изменения вертикального TEC (difTEC) —нижний график. Правая часть рисунка — положение сияний и

навигационных спутников на камере всего неба

Fig. 3. Genuine vertical TEC (VTEC) obtained by phase variations and their smoothing values (TrendvTEC) with accounting of the device time delays by satellite transmitter and ground based receiver (Top picture). Variations of vertical TEC (dVTEC) in the middle picture show the deviation of the TEC relative inclination from the background level. Variations of vertical TEC (dVTEC) presented in the low picture. Navigation satellite positions with the GPS and position of the aurora in the all-sky optical camera frames are in the right part of the figure

В III 'V

■p f 1 1 aAV i I I I

18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00

UT, ч

Рис. 4. Кеограмма (развитие меридионального сечения снимка камеры всего неба по линии С-Ю во времени) — верхняя часть рисунка (по оси ординат — зенитный угол); вариации погрешности позиционирования по линии В-З (в градусах долготы) — нижняя часть рисунка

Fig. 4. Keogram (temporal development of the all-sky cross-section in the N-S direction) is on the top part of the figure. Positioning deviation variations in the E-W direction are in the low part of figure

2. Анализ приема ГНСС-сигналов в период авроральных возмущений 13 января 2013 г.

Второй случай связан с публикацией данных синхронных измерений параметров приема сигнала во время развития полярных сияний на Шпицбергене (Нью-Алезунд) 13 января 2013 г. [8]. В этот период дискретные полярные сияния были зарегистрированы камерой всего неба, работающей в Нью-Алезунде, одновременно со свечением красных пятен, приходящих с северо-запада. В работе утверждается, что нарушения приема GPS-сигнала проявляются именно тогда, когда дискретные сияния по данным камеры всего неба соединяются с приходящими красными пятнами. В то же время ранее представлены доказательства того, что на прием навигационных сигналов заметное влияние оказывают области ионосферы, которые содержат дискретные формы сияний.

Проверим оба этих утверждения путем сравнения данных, полученных как на станции Нью-Алезунд, так и на станции Баренцбург, расположенной южнее.

Согласно магнитограммам сети IMAGE (http://space.fmi.fi/image), рассматриваемое событие происходило в период времени, когда максимальная отрицательная бухта в Х-компоненте была отмечена на меридиане Баренцрегиона в районе о. Хоупена (76,51N, 25,01E), а спад интенсивности приходился как на более северные и более южные станции.

Данные ст. Нью-Алезунд включают в себя:

1) картины всего неба в эмиссии атомарного кислорода 630,0 нм и кеограммы развития полярных сияний в этой эмиссии, позволяющие наблюдать крупномасштабные красные пятна свечения;

2) фазовые сцинтилляции GPS-сигнала (в том числе их усредненные значения);

3) местоположение навигационных спутников на снимках камеры всего неба.

Данные ст. Баренцбург включают в себя:

1) картины всего неба, полученные гиперспектральной камерой в основных авроральных эмиссиях N2+470,9 нм, OI 557,7 нм, OI 630,0 нм и позволяющие наблюдать цвет и структуру сияний;

2) местоположение навигационных спутников на снимках камеры всего неба;

3) данные изменения ПЭС (difTEC) со спутников G9, G17, G18 и G24 на ст. Баренцбург:

а) кеограмма эмиссии 630,0 нм в Нью-Алезунде;

б) фазовые сцинтилляции GPS-сигнала в Нью-Алезунде (по оси ординат номер спутника, для каждого спутника на графике свой цвет);

в) усредненные фазовые сцинтилляции в Нью-Алезунде;

г-ж) вариации полного электронного содержания (difTEC) для навигационных спутников, сигнал с которых зарегистрирован в Баренцбурге и проходит сквозь полярные сияния;

з-к) вариации ПЭС (difTEC) для навигационных спутников, сигнал с которых зарегистрирован в Баренцбурге, не проходит сквозь дискретные формы сияний и не имеет значимых флуктуаций;

л-н) вариации ПЭС (difTEC) для навигационных спутников, сигнал с которых зарегистрирован в Баренцбурге, не проходит сквозь дискретные формы и имеет значимые флуктуации.

На рис. 5 представлено расположение навигационных спутников на фоне полярных сияний, снятых камерой NORUSKA [3], располагающейся в обс. Баренцбург. Следует отметить, что оптическая камера всего неба на ст. Баренцбург позволяет хорошо дифференцировать различные формы полярных сияний (рис. 5), в отличие от камеры в Нью-Алезунде (рис. 6), интегрирующей их интенсивность по времени, соизмеримом со временем жизни эмиссии 630,0 нм (~ 100 с). В нижней (южной) части снимков хорошо просматриваются лучистые дуги с высокими красными лучами (красные сияния типа А).

BARENTSBURG 13.01.13 21:10:05UT Зк

RGB=[6300 5577 470<¡j^

. ™......' , N

BARENTSBURG 13.01.13 21:14:04UT Зк

RGB=[6300 5577 470<¡j^

.....

BARENTSBURG 13.01.13 21:18:0SUT 3k

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

RGB=[6300 5577 470^

......

■es

-G18

G24

G11

3k

GI':NE ■

G9 G28

sw- Щ S15 .

Шк G17

w -- G18

$ '

G15.

G24

G11

GIT ■

. G9 G28

G17

w -"G18

G24

G11

3k

G9 G28

[El 4 08'. Az -S3 80°)

78.09'N 14.21'E Luna(-15.6,300.3)" 6.1% Sun(-31.4.326 4)'

BARENTSBURG 13.01 13 21:22:05UT RGB=[6300 5577 47091 A

[El 4 08*. Az -S3 80")

78.09'N 14.21'E Luna(-15.8,301.3)" 6.1% Sun(-31.5.327.4)°

BARENTSBURG 13.01 13 21 26 05UT

w . . G18

"Ц.....

G22

G24

G11 >G1--NE

,G9 G28

G17

B=[6300 5577 470|j^

G22

W ' . G18

(El 4.08*. Az-53.80']

78.09'N 14.21'E Luna(-15.9,302.3)" 6.1% Sun(-31.7.328.5)°

BARENTSBURG 13.01.13 21:30:05UT 3k

RGB=[6300 5577 470|j^

G11

3k

G11 I

G24

G9 G28

&

3k

w . . G18

G22

G11

G11 G1-NE m

G24

G9 G2S :

3k

\\G15.

G17

3k

[El 4.08°. Az -53.80°)

78.09'N 14.21'E Luna(-16.1,303.3)° 6.1% Sun(-31.8.329.6)°

[El 4.08°. Az -53.80°)

78.09'N 14.21'E Luna(-16.2.304.2)° 6.1% Sun(-31.9.330.7)°

[El 4.08°. Az -53.80°)

78.09'N 14.21'E Luna(-16.4.305.2)° 6.2% Sun(-32.0.331.8)°

Рис. 5. Положение полярных сияний, наблюдаемых гиперспектральной камерой всего неба в Баренцбурге в основных авроральных эмиссиях N2+ 470,9 нм, OI 557,7 нм, OI 630,0 нм и позиции навигационных

спутников ГЛОНАСС и GPS

Fig. 5. Positions of aurora observed by the Hyperspectral all-sky camera NORUSKA in general auroral emissions N2+ 470,9 nm, OI 557,7 nm, OI 630,0 nm at Barentsburg station together with positions of navigation satellite

by GPS - GLONASS systems

Из рис. 5 и 6 следует, что более предпочтительной является гипотеза, интерпретирующая нарушение приема навигационных сигналов наличием флуктуаций параметров полярной ионосферы, связанных с развитием дискретных полярных сияний.

Появление вариаций полного электронного содержания (difTEC) для навигационных спутников, сигнал с которых зарегистрирован в Баренцбурге и проходит сквозь полярные сияния и интенсивных фазовых сцинтилляций в Нью-Алезунде, в большинстве сюжетов действительно совпадает во времени с появлением и ростом интенсивности дискретных полярных сияний по данным камер всего неба на обеих станциях.

Обсуждение результатов

В работах [3, 6] было обнаружено, что при ограничении поля зрения (диаграммы направленности) навигационного приемника с экваториальной стороны, при появлении в этом поле дискретных полярных сияний ошибки позиционирования увеличиваются или происходит нарушение целостности системы (сигнал полностью исчезает). Этот результат, полученный при измерениях на одночастотном приемнике, авторы предложили распространить на регистраторы навигационных сигналов при работе с полной диаграммой направленности, в том числе и на двухчастотные приемники, при условии, что полярные сияния полностью охватывают поле зрения приемника. Это предположение встретило возражения, так как, во-первых, чувствительность и избирательность двухчастотного приемника уже учитывают текущее состояние ионосферы, а во-вторых, можно выбрать созвездие навигационных спутников к экватору от зоны полярных сияний, чтобы обеспечить нормальную работу системы.

Рис. 6. Данные, полученные в Нью-Алезунде (Шпицберген) 13 января 2013 г.

Fig. 6. The data obtained in January 13, 2013 at New-Alesund (Spitsbergen)

Приведенные возражения снимаются нашей экспериментальной проверкой гипотезы в редкой геофизической ситуации, когда полярные сияния охватывают полностью диаграмму направленности приемника. Действительно, в рассмотренном случае сигналы всех спутников, включая экваториальные, блокируются возмущенной полярной ионосферой.

Заключение

В представленной работе проведен детальный анализ влияния гелиогеофизических возмущений на качество приема навигационных сигналов в двух экстремальных ситуациях, когда с большой полнотой удалось осуществить необходимые измерения на Шпицбергене. Показаны воздействия возмущений полярной ионосферы, которые визуализируются в виде дискретных полярных сияний на навигационные сигналы отдельных высокоорбитальных спутников ГНСС. Оно осуществляется даже на при приеме сигнала двухчастотным приемником, реализуется в изменчивости фазовых задержек сигнала, определяющих флуктуации ПЭС вплоть до полного исчезновения приема и появления пульсаций (сцинтилляций) погрешности позиционирования.

Сравнение экспериментальных радиофизических и оптических данных, полученных на станциях Баренцбург и Нью-Алезунд, разнесенных по широте, в проанализированном случае показало, что доминирующим источником воздействия на навигационный сигнал на широтах ~ 80° являются флуктуации ПЭС, связанные с дискретными формами сияний, а не с крупномасштабными красными пятнами в F-области ионосферы.

ЛИТЕРАТУРА

1. GPS phase fluctuations and ultraviolet images from the Polar satellite / J. Aarons [et al.] // J. Geophys. Res. 2000. Vol. 105, No. A3. Р. 5201. 2. Афраймович Э., Перевалова Н. П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 3. Chernouss S. A., Kalitenkov N. V. The dependence of GPS positioning deviation on auroral activity // Inter. J. Remote Sensing. 2011. Vol. 32, No. 1. Р. 3005. 4. Conjugate and inter-hemispheric occurrence of GPS TEC fluctuations in high latitude ionosphere / I. Shagimuratov[et al.]// Physics of Auroral Phenomena: Proc. XXXIII Annual Sem.Apatity. 2011. Р. 151. 5. GPS scintillation in the high Arctic associated with an auroral arc / A. M. Smith [et al.] // Space Weather. 2008. No. 6. S03D01. 6. Способ определения местоположения: пат. № 2484494 Рос. Федерация / Н. В. Калитенков [и др.]; ФИПС. 2013. C. 1. 7. Исследования особенностей навигационных сигналов в период авроральных возмущений / C. А. Черноус [и др.] // Химическая физика. 2015. Т. 34, № 10. С. 1-7. 8. GPS scintillation effects associated with pilar cap patches and substorm auroral activity: direct comparison / Y. Jin [et al.]// J. Space Weather Space Clim. 2014. 4. A23. 9. Real time aurora oval forecasting / F. Sigernes [et al.] // Optica Pura y Aplicada (OPA). 2011. Vol. 44. P. 599.

Сведения об авторах

Черноус Сергей Александрович — старший научный сотрудник Полярного геофизического института E-mail: chernouss@pgia.ru

Филатов Михаил Валерьевич — младший научный сотрудник Полярного геофизического института E-mail: mijgun@yandex.ru

Шагимуратов Ирк Ибрагимович — директор Калининградского филиала ИЗМИРАН E-mail: shagimuratov@mail.ru

Ефишов Иван Иванович — старший научный сотрудник Калининградского филиала ИЗМИРАН E-mail: efishov@mail.ru

Author Affiliation

Sergei A. Chernous — Senior Researcher of the Polar Geophysical Institute E-mail: chernouss@pgia.ru

Mikhail V. Filatov — Junior Researcher of the Polar Geophysical Institute E-mail: mijgun@yandex.ru

Irk I. Shagimuratov — Director of Kaliningrad Department of Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of RAS E-mail: shagimuratov@mail.ru

Ivan I. Efishov — Senior Researcher of Kaliningrad Department of Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of RAS E-mail: efishov@mail.ru

Библиографическое описание статьи

Дискретные полярные сияния на Шпицбергене как индикатор влияния состояния полярной ионосферы на навигационные сигналы / С. А. Черноус [и др.] // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2018. — № 3 (10). С. 106-114.

Reference

Chernous Sergei A., Filatov Mikhail V., Shagimuratov Irk I., Efishov Ivan I. Discrete Aurra as Indicator of Polar Ionosphere Impact on GNSS Signals at Spitsbergen. Herald of the Kola Science Centre of the RAS, 2018, vol. 3 (10), pp. 106-114 (In Russ.).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.