CC BY
27
3-
Г
Гх2
rZ
0
4000 3000 2000 1000 0 Г, М
Рис. 8. Мера наблюдаемости
3
Кпг 2 Кгг Квг 1
0
4000 3000 2000 1000 0 Г, М
Рис. 9. Геометрический фактор Из представленных результатов следует, что рассмотренный вариант применения системы ССОД (оп-
тимальное перемещение ВС-НОТ№4) позволяет достичь наилучшей точности определения координат ВС относительно ВПП. Среднеквадратическая ошибка определения высоты в данном случае сопоставима с точностью определения плановых координат и составляет около 2,5 м. При этом наблюдаемость данной координаты и вертикальный геометрический фактор имеют хорошие показатели на протяжении всей траектории снижения ВС, вплоть до точки касания ВПП.
Библиографический список
1. Скрыпник О.Н., Ерохин В.В. Возможности использования воздушных судов как источников навигационной информации в локальном навигационно-временном поле // Научный вестник МГТУ ГА, серия Навигация и УВД. 2008. №136.
2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования/ под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова; изд. 3-е перераб. М.: Радиотехника, 2005.
3. Карапетян Р.М. Алгоритмы оценки качества и синтеза линейных систем управления. Рига, 1989.
4. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами. М.: Радио и связь, 1982.
4
1
УДК 528.8.04
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ СЕТИ ДВУХЧАСТОТНЫХ GPS-ПРИЕМНИКОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ИОНОСФЕРЫ
К.В.Черкашин1
Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
Рассмотрены основные этапы обработки спутниковых данных формата RINEX. В качестве примера приведены результаты анализа сигналов навигационных ИСЗ во время подземного ядерного взрыва в Северной Корее 25 мая 2009 г. и сейсмических событий в Японии 13 июня 2008 г. Ил.1. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: Rinex; GPS; TEC; обработка больших массивов данных; автоматизация действий; ионосфера; диагностика.
APPLICATION OF DATA OF DOUBLE-FREQUENCY GPS-RECEIVER NETWORK FOR THE IONOSPHERE
CONDITION DIAGNOSTICS
K.V.Cherkashin
Irkutsk State University of Railway Engineering 15 Chernyshevskii St., Irkutsk, 664074
The author considers the main stages of satellite data processing of RINEX format. As an example he presents the results of artificial Earth satellites navigation signal analysis during the underground nuclear explosion in the North Korea in May,25 2009 and seismic events in Japan in June,13 2008. 1 figure. 5 sources.
Key words: Rinex; GPS; TEC; processing of big data arrays; automation of operations; ionosphere; diagnostics.
Для анализа сигналов системы GPS необходимо прежде получить данные от какой-либо региональной или международной сети GPS-приемников. Данные суточных наблюдений GPS-приемников за всеми видимыми спутниками записываются с общепринятым интервалом 30 с в файлы стандартного формата
RINEX [1], которые содержат измерения псевдодальности P1 и P2 на частотах 11 и 12, фазы сигналов L1, L2 и некоторые другие параметры.
Первичная обработка подразумевает извлечение (вычисление) необходимых параметров из исходных RINEX-файлов. Для этого используется программа
1Черкашин Константин Валерьевич, аспирант, тел.: 89027667711, e-mail: [email protected] Cherkashin Konstantin Valerjevich, a postgraduate, tel.: 89027667711, e-mail: [email protected]
TEQC (Translate / Edit / Quality Check) [2], которая «умеет» работать как с RINEX-файлами, так и со специальными форматами GPS-приемников (т.н. «сырые» данные).
Основными задачами вторичной обработки являются: анализ данных в формате COMPACT для восстановления геометрии эксперимента и пространственно-временных параметров полного электронного содержания (ПЭС) при различных геофизических условиях, определение статистических характеристик погрешностей определения координат (а), сглаживание временных рядов, снятие нелинейного тренда и др. В качестве платформы для вторичной обработки данных выбрана среда MatLab, которая является мощным инструментом научно-технических расчетов.
Диагностика состояния трансионосферного радиоканала на примере подземного ядерного взрыва. По сообщениям СМИ, 25 мая 2009 г. в 04:45 МСК на полигоне в районе города Кильчжу на северо-востоке КНДР было испытано ядерное взрывное устройство. Согласно информации службы Специального контроля Министерства обороны РФ, сила подземного взрыва составила от 10 до 20 Кт. По данным геологической службы США U.S. Geological Survey (USGS) взрыв породил землетрясение магнитудой 4,7 балла по шкале Рихтера, при этом сейсмическая волна распространялась на глубине 10 км и на поверхности Земли практически не ощущалась.
Для анализа ионосферных откликов события было выбрано пять рабочих GPS-станций, находящихся в Южной Корее и Китае. По понятным причинам получить какую-либо информацию непосредственно с территории КНДР не представляется возможным. Согласно информации USGS землетрясение произошло в 00:54:43 UTC, с координатами эпицентра 41.3060 северной широты и 129.0290 восточной долготы. Для
следованиях отмечается, что ионосферные эффекты, возникающие при взрывах, визуально схожи с возмущениями, генерируемыми землетрясениями. Выяснено, что скорость распространения возмущений на среднеширотных трассах составляет в среднем 600800 м/с. Наиболее сильные эффекты взрывов наблюдаются при слабой геомагнитной активности. Акустические сигналы, зарегистрированные на земной поверхности на расстояниях больше 50 км, превращаются в волновой пакет с изменяющейся амплитудой [3]. На графиках производной ПЭС наблюдаются возмущения длительностью 25 мин и амплитудой 0.0250.03 ТЕСи через 20-30 мин после взрыва, при этом колебания хорошо заметны и превышают обычный фоновый уровень.
Таким образом, проведенное исследование выявило отклик ионосферы на ядерный взрыв и последующее землетрясение. Полученные результаты хорошо согласуются с данными других исследований.
Диагностика состояния трансионосферного радиоканала на примере сейсмического события М>6.0. Согласно информации иБСБ, землетрясение магнитудой М=6.3 произошло в 23:43:46 иТС на глубине около 10 км, с координатами эпицентра 39.1220 северной широты и 140.6780 восточной долготы в северной части острова Хонсю. Информация о землетрясении взята из каталога геологической службы иБСБ, доступного в Интернет по адре-су:http://earthquake.usgs.gov/recenteqsww/Quakes/quak es_all.html. Результаты измерений ПЭС получены от сети двухчастотных СРБ-приемников, расположенных в районе землетрясения.
Наилучшие углы возвышения над станциями в момент землетрясения имеют спутники РРЫ 10 и РРЫ 26. РРЫ 10 в момент землетрясения находился на угле возвышения 60о, а РРЫ 26 - 40о. Для анализа
- DAEJ. PRN24 ^fli •а DAEJ. PRN 15
Значения производной ПЭС по да
восстановления пространственно-временной картины мы вычисляли проекции подионосферных точек SIP (Sub-Ionospheric Point) для спутников с наилучшими углами возвышения PRN 15, PRN 18, PRN 24, PRN 26 и PRN 27.
Далее, получив необходимые данные с выбранного созвездия спутников, мы построили и проанализировали графики производной ПЭС по каждой из рабочих GPS-станций. На рисунке показаны графики значений производной ПЭС по данным PRN24 и PRN15, наблюдаемых на станции DAEJ. В предыдущих ис-
PRN24 и PRN15 станции йДЕи
состояния ионосферы над сейсмоопасными регионами достаточно использовать результаты наблюдений за пять суток [4]. Необходимо отметить, что имеющиеся в Интернет данные имеют достаточно низкое временное разрешение. СРБ-приемники рабочих станций принимают сигналы со спутников с общепринятым временным интервалом в 30 с, поэтому выявление быстроизменяющихся процессов в ионосфере затруднено.
Производная ПЭС в день события при наблюдении как на РРЫ10, так и на РР1М26 имеет своеобраз-
ный характер. Определенная неоднородность проявляется в промежутке между 200-300 отсчетами, она обладает большой амплитудой, W-образной формой и наблюдается в течение 100 отсчетов (50 мин). Во время землетрясения PRN26 находился прямо над неоднородностью, а на PRN10 она проявилась еще раньше. По этим данным можно сказать, что область к юго-западу от эпицентра землетрясения характеризуется W-аномалией. Рассматриваемая неоднородность надежно детектируется на PRN26 за сутки до сейсмического события, однако по PRN10 трудно сделать какие-то определенные выводы. Проанализировав данные этих же спутников за предыдущие дни, можно сказать, что подобных неоднородностей не наблюдалось [5].
Таким образом, определено формирование возмущенной зоны в ионосфере в течение 2-х дней до сейсмического события, окончательное оформление аномалии в день события и последующее ее исчезновение. Выявленные аномалии определены как изолированные ионосферные неоднородности (ИИН). Результаты предыдущих исследований говорят о том, что в эпицентральных районах на стадии подготовки землетрясений наблюдаются вариации ПЭС, по форме и амплитуде аналогичные отклику на главный толчок. Для всех случаев характерен слабый или средний уровень геомагнитной возмущенности [3]. По исследуемому землетрясению можно надежно детектировать ИИН за сутки до события. Важно заметить, что ИИН наблюдается в темное время суток, когда вариации ПЭС, как правило, ниже. Считаем возможным предположить, что наблюдаемые явления в ионосфере, скорее всего, связаны с последующим землетрясением. Стоит отметить, что наблюдаемые после землетрясений, ударно-акустические волны в ходе исследования обнаружить не удалось.
Выводы. Получаемые из сети Интернет файлы RINEX не всегда поддаются обработке стандартными
средствами. Ряд файлов наблюдений содержит данные, получаемые как от системы GPS, так и от ГЛО-НАСС. Упомянутая ранее программа TEQC является универсальной по своим функциям, но не "умеет" обрабатывать подобные смешанные файлы. Аналоги программы TEQC имеют ограниченный инструментарий и зачастую предназначены для работы с GPS-приемниками конкретной фирмы (напр. Trimble).
Также отмечается отсутствие или недостаточная функциональность программного обеспечения для вторичной обработки больших массивов данных. Наиболее серьезные по функциональности программы и модули MatLab представлены только в коммерческих версиях, при этом их стоимость доходит до $7000 и выше.
В целом темпы изменений в сфере обработки данных и совершенствование программного инструментария позволяют надеяться, что методика диагностики состояния ионосферы по данным сети двухчас-тотных GPS-приемников будет востребована в научной среде.
Библиографический список
1. Werner Gurtner, RINEX: The Receiver Independent Exchange Format// Ресурс Internet: http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/rinex2.txt
2. TEQC: The toolkit for GPS/GLONASS Data// Ресурс Internet: http://www.unavco.org/facility/software/teqc/teqc.html
3. Афраймович Э.Л. Перевалова Н.П. GPS мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск, 2006.
4. Смирнов В.М., Смирнова Е.В. Детектирование сейсмои-оносферных вариаций в период геомагнитных возмущений по данным навигационных систем / Институт радиотехники и электроники РАН. М., 2005.
5. Современные проблемы радиоэлектроники и связи: материалы VIII Всерос. науч-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (Иркутск, 19 мая, 2009 г.) / под. ред. А.И. Агарышева, Е.М. Фискина. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. С. 275-281.
