RU2421753C1 - Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421753C1 RU2421753C1 RU2010105907/28A RU2010105907A RU2421753C1 RU 2421753 C1 RU2421753 C1 RU 2421753C1 RU 2010105907/28 A RU2010105907/28 A RU 2010105907/28A RU 2010105907 A RU2010105907 A RU 2010105907A RU 2421753 C1 RU2421753 C1 RU 2421753C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ionosphere
- radio signals
- determining
- electron concentration
- satellite
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области геофизики и может применяться для определения параметров ионосферы. Сущность: принимают радиосигналы от навигационных спутников на двух когерентных частотах F1 и F2. Определяют по принятым радиосигналам псевдодальностей DF1 и DF2 до навигационного спутника, измеренных соответственно на частотах F1 и F2. Определяют по ним разности псевдодальностей ΔD12. Определяют полную электронную концентрацию Le вдоль трассы «спутник - наземный пункт». Определяют в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z). Измеряют значения фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов. Определяют разности псевдодальностей ΔD12 с учетом значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов. Применяют итерационную процедуру решения обратной задачи, основанную на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы для определения в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z). Устройство для определения электронной концентрации ионосферы содержит антенну для приема радиосигналов от навигационных спутников, выход которой подключен к входу двухчастотного приемника спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS. Устройство также снабжено блоком обработки и отображения, вход которого подключен к выходу двухчастотного приемника. При этом блок обработки и отображения выполнен с возможностью определения вышеуказанных параметров. Технический результат - повышение точности и обеспечение возможности автоматизации процесса определения параметров ионосферы. 2 н.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и геофизике, а именно к средствам мониторинга состояния ионосферы и измерения ее параметров с использованием космических аппаратов глобальных навигационных систем. Подобные средства мониторинга и определения параметров ионосферы могут использоваться, например, для оценки максимально применимой частоты с целью планирования сеансов декаметровой (коротковолновой) радиосвязи; краткосрочного прогнозирования катастрофических землетрясений с целью принятия необходимых мер по предупреждению возможных последствий и т.д.
Известен способ определения параметров ионосферы, реализованный в устройстве измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации (Патент РФ на полезную модель №76462, опубл. 20.09.2008) на базе одночастотного радионавигационного приемника спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS (НАВСТАР) и включающий в себя: прием радиосигналов частотой F1 от навигационных спутников, усиление и частотную селекцию, а также понижение несущей частоты принятых радиосигналов, их аналого-цифровое преобразование и определение текущего значения полного электронного содержания ионосферы по известным выражениям. Устройство включает: приемную антенну, соединенную со входом радиочастотного блока, радиочастотный блок, соединенный с выходом синтезатора частот и со входом аналого-цифрового процессора, блок вычисления полного электронного содержания, соединенный с выходами аналого-цифрового процессора и синтезатора частот, а также со входом устройства вывода информации.
Недостатком данного способа и устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как способ позволяет определить лишь полное электронное содержание ионосферы, т.е. интегральную характеристику ионосферы, в то время как решение большинства прикладных задач в области радиосвязи и геофизики требует знания высотного распределения электронной концентрации ионосферы.
Наиболее близким к предлагаемым является способ определения электронной концентрации ионосферы Земли, реализованный в ионосферном зонде (Патент РФ на изобретение №2042129, опубл. 20.08.1995 - [1]) на базе двухчастотной навигационной аппаратуры пользователей спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS (НАВСТАР).
Данный способ включает в себя следующие действия, выполняемые для каждого i-го момента времени:
прием радиосигналов от навигационных спутников на двух когерентных частотах F1 и F2,
определение псевдодальностей до навигационного спутника DF1 и DF2, измеренных соответственно на частотах F1 и F2,
определение разности псевдодальностей ΔD12,
определение полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник-наземный пункт»,
определение в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) методом решения обратной задачи по Тихонову.
Устройство для реализации способа включает в себя последовательно соединенные антенну для приема радиосигналов от навигационных спутников и двухчастотный приемник спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS.
Недостатками данных способа и устройства являются:
1. Значительная погрешность определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) вследствие того, что в известном способе [1] для определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы используется метод решения обратной задачи по Тихонову, который очень чувствителен к любым ошибкам измерений (Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. - М.: Наука, 1986, с.11, с.105; Андрианов В.А., Смирнов В.М. О точности решения обратной задачи радиопросвечивания тропосферы Земли. // Радиотехника и электроника, 1991, №6, с.1081-1087 - [2]), а прием радиосигналов от навигационных спутников сопровождается помехами, приводящими к неустойчивости получаемых решений обратной задачи методом регуляризации по Тихонову и, как следствие, значительным ошибкам при определении высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) (Андрианов В.А., Смирнов В.М. Определение высотного профиля электронной концентрации ионосферы Земли по двухчастотным измерениям радиосигналов искусственных спутников Земли. // Радиотехника и электроника, 1993, т.38. №7, с.1326-1327 - [3]; Андрианов В.А., Арманд Н.А., Мосин Е.Л., Смирнов В.М. Применение радиосигналов спутниковой навигационной системы для зондирования ионосферы Земли. Препринт ИРЭ РАН, 1995, №5 (605), 24 с. - [4]).
2. Невозможность автоматизации процесса определения параметров ионосферы, так как из-за указанной неустойчивости метода решения обратной задачи по Тихонову для получения (восстановления) высотных профилей электронной концентрации ионосферы в известном способе [1] необходимо участие оператора при подборе параметра регуляризации с целью минимизации модуля невязки получаемого решения обратной задачи в зависимости от погрешностей определения исходных данных (измерений).
Практическая реализация метода регуляризации по Тихонову при решении обратной задачи радиопросвечивания ионосферы показала, что минимизация модуля невязки трудно выполнима [2-4] и, как следствие, автоматизация процесса определения параметров ионосферы практически невозможна.
3. Значительное время определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z), поскольку определение высотного профиля электронной концентрации ионосферы в известном способе [1] осуществляется только с участием оператора, то общее время определения параметров ионосферы может достигать единиц часов. В то же время известно (Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. - М.: Наука, 1988, с.404-486; Э.Л.Афраймович, Н.П.Перевалова. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. - Иркутск: ГУ НЦ РВХ СО РАМН, 2006, с.41), что ионосфера имеет достаточно быстрые (порядка 10…20 минут) вариации, поэтому способ-прототип не обеспечивает требуемой оперативности определения параметров ионосферы.
По этой же причине при работе по всем наблюдаемым одновременно навигационным спутникам (в настоящее время количество одновременно наблюдаемых спутников двух систем ГЛОНАСС и GPS достигает 16) участие оператора с целью определения в реальном масштабе времени высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) физически невозможно.
4. Ограниченный диапазон углов наблюдения навигационных спутников, при котором известный способ [1] оказывается работоспособным, как следствие, незначительное количество измерений электронной концентрации ионосферы Земли. Используемый в известном способе [1] метод регуляризации Тихонова для решения обратной задачи радиопросвечивания ионосферы Земли позволяет получить решение обратной задачи лишь для ограниченного диапазона углов наблюдения навигационных спутников: приемлемая для практического применения точность определения высотного распределения электронной концентрации ионосферы достигается только в диапазоне зенитных углов наблюдения спутников 50…80 град (угол места 10-40 град), а при углах, близких к зениту (0…50 град), отличия по измерениям незначительны и, следовательно, система решаемых уравнений - вырождается [3].
Техническим результатом изобретения является повышение точности и обеспечение возможности автоматизации процесса определения параметров ионосферы, а также уменьшение времени определения параметров ионосферы при увеличении количества измерений электронной концентрации ионосферы Земли.
Технический результат достигается благодаря тому, что в способе определения электронной концентрации ионосферы, включающем в себя прием радиосигналов от навигационных спутников на двух когерентных частотах F1 и F2, определение по принятым радиосигналам псевдодальностей DF1 и DF2 до навигационного спутника, измеренных соответственно на частотах F1 и F2, определение по ним разности псевдодальностей ΔD12, определение по разности псевдодальностей полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник-наземный пункт» и высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) в области измерения, согласно изобретению измеряют значения фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, определение разности псевдодальностей ΔD12 осуществляют с учетом значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, а определение в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) осуществляют путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы.
Технический результат достигается также благодаря тому, что устройство для определения электронной концентрации ионосферы, содержащее антенну для приема радиосигналов от навигационных спутников, выход которой подключен к входу двухчастотного приемника спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS, согласно изобретению снабжено блоком обработки и отображения, вход которого подключен к выходу двухчастотного приемника, при этом блок обработки и отображения выполнен с возможностью определения разности псевдодальностей ΔD12 по комбинации измеренных двухчастотным приемником псевдодальностей DF1 и DF2 до навигационного спутника и значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, а также последовательного определения полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник-наземный пункт» и высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) в области измерения путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы.
В отличие от известного способа [1] определение в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) осуществляется не путем решения обратной задачи по методу Тихонова, а путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов (Мину М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы. - М.: Наука, 1990, с.15-37, 102-104 - [5]; Тихонов Н.А., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация. - М.: Наука, 1993, с.89-94 - [6]) и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы.
При этом указанная процедура реализована для измерений разности псевдодальностей ΔD12, получаемой в результате комбинации дальномерных измерений и дополнительных фазовых измерений, позволяющей оценивать значения разности псевдодальностей с точностью фазовых измерений, которые имеют более высокую точность по сравнению с другими видами измерений, что объясняется меньшей длиной волны этого сигнала относительно кодового (дальномерного) сигнала.
На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая последовательность действий предложенного способа.
На фиг.2 представлена схема устройства для реализации предложенного способа.
На фиг.3 представлен вид высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z), полученный предлагаемым способом.
Предлагаемый способ определения параметров ионосферы Земли включает в себя следующие действия, выполняемые для каждого i-ro момента времени:
прием радиосигналов от навигационных спутников на двух когерентных частотах F1 и F2,
определение псевдодальностей до навигационного спутника DF1 и DF2, измеренных соответственно на частотах F1 и F2, и соответствующих значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов,
определение разности псевдодальностей ΔD12 по комбинации выполненных измерений псевдодальностей до навигационного спутника DF1 и DF2 и соответствующих значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов,
определение полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник-наземный пункт», определение в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы.
В предлагаемом способе определение разности псевдодальностей ΔD12 по комбинации выполненных измерений DF1, DF2 и ψF1, ψF2 производится следующим образом: в каждый i-й момент времени после определения псевдодальностей до навигационного спутника DF1 и DF2, измеренных соответственно на частотах F1 и F2, и соответствующих значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, производится определение разности псевдодальностей ΔD12 по формуле:
ΔD12(i)=(λ1ΨF1(i)-λ2ΨF2(i))+(Σ[(λ1ΨF1(i)-λ2ΨF2(i)]+[DF1(i)-DF2(i)])/M,
где Σ - знак суммирования по переменной i от 1 до M;
M - количество временных измерений, принятых в обработку;
λ1, λ2 - длина волны излучения соответственно на частотах F1 и F2.
В предлагаемом способе определение полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник - наземный пункт» осуществляется по формуле:
где δ - погрешность фазовых измерений (реально величина погрешности в линейной мере составляет единицы миллиметров).
В предположении сферически слоистой среды (справедливого для ионосферы Земли в пределах интервала наблюдений) разность псевдодальностей ΔD12 связана с функцией высотного распределения электронной концентрации ионосферы N(z) следующим образом:
где z1 и z2 - предполагаемые высоты нижней и верхней границы ионосферы соответственно,
ϑ - зенитный угол наблюдения спутника с пункта измерений в каждый i-й момент времени,
a - радиус Земли,
z - текущая высота от поверхности Земли.
Решение этого уравнения относительно неизвестной (искомой) функции N(z) относится к классу некорректно поставленных задач - определению функции N(z) по измеренному значению влияния среды распространения - и
осуществляется методом сопряженных градиентов [5, 6].
В операторном виде это уравнение можно переписать в следующем виде:
Aφ=U,
где A - интегральный оператор; φ - функция, описывающая распределение параметров среды распространения (распределение электронной концентрации); U - влияние среды, в данном случае разность псевдодальностей.
При этом решение приведенного уравнения относительно неизвестной функции N(z) сводится к поиску такой функции φ, при которой функционал достигает минимума, значение которого определяется в основном погрешностью фазовых измерений.
Суть метода сопряженных градиентов заключается в следующем. Элементы φi минимизирующей последовательности определяются по следующей схеме. Каждый последующий элемент последовательности φi+1 связан с предыдущим φi соотношением φi+1=φi-αipi, где pi=-gradϕ(zi)+βipi-1 - направление градиента функции, p0=-gradϕ(z0), - величина оптимального шага вдоль направления градиента, z0 - нулевое приближение решения задачи (в общем случае z0 - произвольная допустимая точка), означает скалярное произведение.
В предлагаемом способе в качестве априорной информации о фоновом состоянии ионосферы (в качестве нулевого приближения решения задачи) может использоваться, например, долгосрочный прогноз ионосферы, основанный на какой-либо модели ионосферы, например IRI-2007 (International Reference Ionosphere).
При достижении минимума функционала элементы φi минимизирующей последовательности представляют собой искомое решение и соответствуют высотному профилю электронной концентрации ионосферы N(z).
Блок-схема устройства, реализующего заявленный способ, представлена на фиг.2 и включает в себя: антенну 1 для приема радиосигналов от навигационных спутников, двухчастотный приемник 2 спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS, а также блок 3 обработки и отображения. При этом выход антенны 1 подключен к входу двухчастотного приемника 2, а выход последнего подключен к входу блока 3 обработки и отображения.
Антенна 1 для приема радиосигналов от навигационных спутников может быть выполнена, например, в виде антенны типа GPS-702-GGL (производитель NovAtel, Канада).
Двухчастотный приемник 2 спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS может быть выполнен, например, в виде приемника типа ProPak-V3 (производитель NovAtel, Канада).
Блок 3 обработки и отображения 3 может быть выполнен, например, в виде стандартного персонального компьютера.
Устройство, реализующее заявленный способ, функционирует следующим образом.
Сигналы от навигационных спутников, излучаемые на двух когерентных частотах F1 и F2, принимаются антенной 1 и поступают на вход двухчастотного приемника 2, в котором происходит стандартная обработка принятых сигналов с целью определения псевдодальностей до того или иного навигационного спутника DF1 и DF2, а также определения значений фаз ΨF1 и ΨF2 принятых радиосигналов (измеренных соответственно на частотах F1 и F2).
Выходные сигналы двухчастотного приемника 2, несущие информацию о псевдодальностях DF1 и DF2 до того или иного навигационного спутника, измеренных соответственно на частотах F1 и F2 и соответствующих значений фаз ΨF1 и ΨF2 принятых радиосигналов, поступают на вход блока 3 обработки и отображения.
Блок 3 обработки и отображения определяет разность псевдодальностей ΔD12 по комбинации сделанных двухчастотным приемником 2 дальномерных и фазовых измерений, а также выполняет определение полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник - наземный пункт» описанным выше образом.
По полученным значениям разности псевдодальностей ΔD12 блок 3 обработки и отображения проводит определение в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы Ne(h) путем применения итерационной процедуры [5, 6] решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы, получаемой на основе какой-либо модели ионосферы, например IRI-2007 (International Reference Ionosphere).
Пример реализации предлагаемого способа определения параметров ионосферы приведен ниже.
После приема радиосигналов (на двух когерентных частотах F1 и F2) и их обработки в двухчастотном приемнике спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS определяется совокупность соответствующих значений псевдодальностей DF1 и DF2, а также значений фаз ΨF1 и ΨF2 для каждого навигационного спутника, находящегося в зоне видимости приемника. Пример исходного массива данных для одного спутника приведен в таблице.
Время, UT час/мин/сек | Время, сек | DF1, м | DF2, м | ΨF1, рад | ΨF2, рад | Угол места, град | Азимут, град |
17:57:57 | 64677.0 | 21750210.307 | 21750211.683 | 114298170.044 | 89063496.902 | 40 | 32 |
17:57:58 | 64678.0 | 21750373.143 | 21750375.054 | 114299024.913 | 89064163.034 | 40 | 32 |
17:57:59 | 64679.0 | 21750536.662 | 21750538.744 | 114299880.412 | 89064829.642 | 40 | 32 |
17:58:00 | 64680.0 | 21750700.511 | 21750702.151 | 114300736.564 | 89065496.749 | 40 | 32 |
17:58:01 | 64681.0 | 21750864.181 | 21750865.602 | 114301593.350 | 89066164.408 | 40 | 32 |
17:58:02 | 64682.0 | 21751027.577 | 21751029.209 | 114302450.872 | 89066832.603 | 40 | 32 |
17:58:03 | 64683.0 | 21751191.263 | 21751194.277 | 114303309.205 | 89067501.426 | 40 | 32 |
17:58:04 | 64684.0 | 21751354.477 | 21751358.009 | 114304168.226 | 89068170.779 | 40 | 32 |
17:58:05 | 64685.0 | 21751518.052 | 21751520.914 | 114305027.841 | 89068840.615 | 40 | 32 |
17:58:06 | 64686.0 | 21751682.495 | 21751684.014 | 114305888.153 | 89069510.984 | 40 | 32 |
17:58:07 | 64687.0 | 21751847.377 | 21751847.534 | 114306749.144 | 89070181.865 | 40 | 32 |
17:58:08 | 64688.0 | 21752011.458 | 21752010.962 | 114307610.897 | 89070853.370 | 40 | 32 |
17:58:09 | 64689.0 | 21752175.143 | 21752174.563 | 114308473.283 | 89071525.368 | 40 | 32 |
17:58:10 | 64690.0 | 21752338.698 | 21752339.803 | 114309336.345 | 89072197.887 | 40 | 32 |
17:58:11 | 64691.0 | 21752502.602 | 21752503.532 | 114310199.969 | 89072870.891 | 40 | 32 |
17:58:12 | 64692.0 | 21752666.664 | 21752668.409 | 114311064.338 | 89073544.406 | 40 | 32 |
17:58:13 | 64693.0 | 21752831.128 | 21752832.557 | 114311929.355 | 89074218.459 | 40 | 32 |
17:58:14 | 64694.0 | 21752995.984 | 21752997.243 | 114312794.974 | 89074892.972 | 40 | 32 |
17:58:15 | 64695.0 | 21753161.651 | 21753163.611 | 114313661.305 | 89075568.018 | 40 | 32 |
17:58:16 | 64696.0 | 21753325.777 | 21753328.607 | 114314528.453 | 89076243.713 | 40 | 32 |
17:58:17 | 64697.0 | 21753490.996 | 21753493.553 | 114315396.396 | 89076920.039 | 40 | 32 |
17:58:18 | 64698.0 | 21753656.430 | 21753658.290 | 114316265.154 | 89077596.988 | 40 | 32 |
17:58:19 | 64699.0 | 21753822.548 | 21753824.158 | 114317134.608 | 89078274.488 | 40 | 32 |
17:58:20 | 64700.0 | 21753988.240 | 21753990.231 | 114318004.706 | 89078952.467 | 40 | 32 |
17:58:21 | 64701.0 | 21754154.307 | 21754157.077 | 114318875.529 | 89079631.023 | 40 | 32 |
17:58:22 | 64702.0 | 21754320.593 | 21754322.762 | 114319747.023 | 89080310.117 | 40 | 32 |
По приведенной совокупности значений DF1, DF2, ΨF1 и ΨF2 осуществляется определение высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) описанным выше образом.
Вид высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z), полученный предлагаемым способом по результатам обработки вышеприведенных значений DF1, DF2, ΨF1 и ΨF2, представлен на фиг.3.
Таким образом, благодаря заявленной совокупности существенных признаков достигается технический результат изобретения, заключающийся в повышении точности и обеспечении возможности автоматизации процесса определения параметров ионосферы, а также уменьшении времени определения параметров ионосферы при увеличении количества измерений электронной концентрации ионосферы Земли.
Повышение точности определения параметров ионосферы достигается за счет:
- использования в качестве исходных данных для определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) результатов измерений разности псевдодальностей ΔD12, получаемых в результате комбинации дальномерных и фазовых измерений и позволяющих оценивать значения разности псевдодальностей ΔD12 с более высокой точностью;
- уменьшения погрешности определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) вследствие использования в заявленном способе итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы, которая менее чувствительна к любым ошибкам измерений по сравнению с методом решения обратной задачи по Тихонову [2, 5, 6].
Обеспечение возможности автоматизации процесса определения параметров ионосферы достигается за счет использования в заявленном способе итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов, который в отличие от метода решения обратной задачи по Тихонову, не требует участия оператора при его реализации, т.к. существуют стандартные математические подходы к автоматическому вычислению градиентов функций [5, 6].
Уменьшение времени определения параметров ионосферы достигается за счет обеспечения возможности автоматизации процесса определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов. Заявляемый способ обеспечивает на практике уменьшение времени определения параметров ионосферы с единиц часов до 1…2 минут при количестве одновременно наблюдаемых спутников до 12…16, что позволяет обеспечить требуемую оперативность определения параметров ионосферы не только в условиях меленных, но в условиях быстрых вариаций ионосферы.
Увеличение количества измерений электронной концентрации ионосферы Земли достигается за счет:
- уменьшения времени определения параметров ионосферы в каждой области проводимых измерений (для каждого спутника) путем автоматизации процесса определения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) и, как следствие, увеличения количества измерений за единицу времени;
- расширения диапазона углов наблюдения навигационных спутников, при котором заявленный способ оказывается работоспособным.
Заявленный способ в отличие от способа [1] за счет применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов, оказывается работоспособным практически во всем диапазоне зенитных углов наблюдения спутников (от 0 до 80 град).
Claims (2)
1. Способ определения электронной концентрации ионосферы, включающий в себя прием радиосигналов от навигационных спутников на двух когерентных частотах F1 и F2, определение по принятым радиосигналам псевдодальностей DF1 и DF2 до навигационного спутника, измеренных соответственно на частотах F1 и F2, определение по ним разности псевдодальностей ΔD12, определение по разности псевдодальностей полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник-наземный пункт» и высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) в области измерения, отличающийся тем, что измеряют значения фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, определение разности псевдодальностей ΔD12 осуществляют с учетом значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, а определение высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) в области измерения осуществляют путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы.
2. Устройство для определения электронной концентрации ионосферы, содержащее антенну для приема радиосигналов от навигационных спутников, выход которой подключен к входу двухчастотного приемника спутниковых навигационных систем типа ГЛОНАСС и/или GPS, отличающееся тем, что оно снабжено блоком обработки и отображения, вход которого подключен к выходу двухчастотного приемника, при этом блок обработки и отображения выполнен с возможностью определения разности псевдодальностей ΔD12 по комбинации измеренных двухчастотным приемником псевдодальностей DF1 и DF2 до навигационного спутника и значений фаз ψF1 и ψF2 принятых радиосигналов, а также последовательного определения полной электронной концентрации Le вдоль трассы «спутник-наземный пункт» и высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z) в области измерения путем применения итерационной процедуры решения обратной задачи, основанной на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105907/28A RU2421753C1 (ru) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105907/28A RU2421753C1 (ru) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421753C1 true RU2421753C1 (ru) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105907/28A RU2421753C1 (ru) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421753C1 (ru) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502080C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-12-20 | Александр Васильевич Тертышников | Способ зондирования ионосферы, тропосферы, геодвижений и комплекс для его реализации |
RU2516239C2 (ru) * | 2012-05-10 | 2014-05-20 | Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации. | Способ определения максимально применимой частоты для ионосферной радиосвязи |
RU2529355C2 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-09-27 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Способ определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей |
RU2564450C1 (ru) * | 2014-03-31 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Способ приема и комплексной обработки данных от спутниковых навигационных приемников космических аппаратов для диагностики возмущения ионосферы и аппаратно-программный комплекс для его реализации |
RU2604696C2 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-12-10 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ пассивного определения параметров ионосферы |
RU177277U1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-02-15 | Юрий Игоревич Галушко | Устройство измерения коэффициента глубины общих замираний в трансионосферном канале связи при двухчастотном режиме работы спутниковых систем радионавигации |
RU2662014C1 (ru) * | 2017-09-18 | 2018-07-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") | Способ радиозондирования ионосферы спиральными электромагнитными волнами |
RU2814464C2 (ru) * | 2023-08-16 | 2024-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ПРИМА" | Способ и сетецентрическая система определения параметров ионосферы |
-
2010
- 2010-02-19 RU RU2010105907/28A patent/RU2421753C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502080C2 (ru) * | 2011-07-07 | 2013-12-20 | Александр Васильевич Тертышников | Способ зондирования ионосферы, тропосферы, геодвижений и комплекс для его реализации |
RU2516239C2 (ru) * | 2012-05-10 | 2014-05-20 | Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации. | Способ определения максимально применимой частоты для ионосферной радиосвязи |
RU2529355C2 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-09-27 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Способ определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей |
RU2564450C1 (ru) * | 2014-03-31 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (ОАО "Российские космические системы") | Способ приема и комплексной обработки данных от спутниковых навигационных приемников космических аппаратов для диагностики возмущения ионосферы и аппаратно-программный комплекс для его реализации |
RU2604696C2 (ru) * | 2015-03-23 | 2016-12-10 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Способ пассивного определения параметров ионосферы |
RU177277U1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-02-15 | Юрий Игоревич Галушко | Устройство измерения коэффициента глубины общих замираний в трансионосферном канале связи при двухчастотном режиме работы спутниковых систем радионавигации |
RU2662014C1 (ru) * | 2017-09-18 | 2018-07-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") | Способ радиозондирования ионосферы спиральными электромагнитными волнами |
RU2814464C2 (ru) * | 2023-08-16 | 2024-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ПРИМА" | Способ и сетецентрическая система определения параметров ионосферы |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108317949B (zh) | 一种rtk高精度差分定位形变监测系统及方法 | |
RU2421753C1 (ru) | Способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления | |
RU2565386C2 (ru) | Способ, устройство и система для определения позиции объекта, имеющего приемник глобальной навигационной спутниковой системы, посредством обработки неразностных данных, подобных измерениям фазы несущей, и внешних данных, подобных ионосферным данным | |
RU2502080C2 (ru) | Способ зондирования ионосферы, тропосферы, геодвижений и комплекс для его реализации | |
RU93995U1 (ru) | Аппаратно-программный комплекс ионосферного мониторинга | |
Tomaštík et al. | Practical applicability of processing static, short-observation-time raw GNSS measurements provided by a smartphone under tree vegetation | |
US11209552B2 (en) | Method and apparatus for improving the quality of position determination using GNSS data | |
Strangeways et al. | On determining spectral parameters, tracking jitter, and GPS positioning improvement by scintillation mitigation | |
MacGougan et al. | Accuracy and reliability of tightly coupled GPS/ultra-wideband positioning for surveying in urban environments | |
Blanco-Delgado et al. | Multipath analysis using code-minus-carrier for dynamic testing of GNSS receivers | |
CN114879222A (zh) | 一种基于自适应随机模型的全球电离层建模方法 | |
van der Wal | Evaluation of strategies for estimating residual neutral-atmosphere propagation delay in high precision Global Positioning System data analysis | |
Luo et al. | Improving the stochastic model of GNSS observations by means of SNR-based weighting | |
Angrisano et al. | Testing the test satellites: the Galileo IOV measurement accuracy | |
Brenot et al. | GNSS meteorology and impact on NRT position | |
RU2584243C1 (ru) | Способ определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере | |
RU2333507C2 (ru) | Способ для определения ионосферной ошибки дальностей по двухчастотным измерениям | |
Karetnikov et al. | Prospects of application of mass-produced GNSS modules for solving high-precision navigation tasks | |
Krawinkel et al. | Applying miniaturized atomic clocks for improved kinematic GNSS single point positioning | |
Innac et al. | Multi-GNSS single frequency precise point positioning | |
Cho et al. | Assessment of the Quality of Raw Measurement from Samsung SOC GNSS Chip and Analysis of Positioning Accuracy Using PPP | |
RU2523912C1 (ru) | Устройство пеленгации исскуственных ионосферных образований | |
Schaer | GNSS ionosphere analysis at CODE | |
Pudlovskiy | Ionospheric slant total electron content determination from multi-frequency GNSS signals carrier-phase measurements | |
Shang et al. | A single difference-based multi-GNSS inter-system model with consideration of inter-frequency bias and inter-system bias |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200220 |