RU2516239C2 - Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication - Google Patents
Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516239C2 RU2516239C2 RU2012118978/07A RU2012118978A RU2516239C2 RU 2516239 C2 RU2516239 C2 RU 2516239C2 RU 2012118978/07 A RU2012118978/07 A RU 2012118978/07A RU 2012118978 A RU2012118978 A RU 2012118978A RU 2516239 C2 RU2516239 C2 RU 2516239C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- radio
- coordinates
- range
- ionosphere
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ионосферной радиосвязи и предназначается для определения максимально применимой частоты, знание которой необходимо для осуществления надежной и достоверной радиосвязи в заданное время на дальние расстояния. Техническая реализация изобретения может использоваться на приемо-передающих центрах, радиостанциях коротковолновой профессиональной связи, при передаче цифровых данных и программ регионального и зарубежного радиовещания в коротковолновом диапазоне частот, а также для автоматического управления сеансами ионосферной радиосвязи при построении адаптивных радиосистем различного назначения, в том числе систем автоматического экстренного оповещения.The invention relates to the field of ionospheric radio communications and is intended to determine the maximum applicable frequency, the knowledge of which is necessary for reliable and reliable radio communications at a given time over long distances. The technical implementation of the invention can be used at transceiver centers, short-wave professional radio stations, for the transmission of digital data and regional and foreign broadcasting programs in the short-wave frequency range, as well as for automatic control of ionospheric radio communication sessions when constructing adaptive radio systems for various purposes, including systems automatic emergency alerts.
Изобретение применимо в стационарных и мобильных коротковолновых (КВ) передатчиках, когда необходима периодическая смена рабочих частот в течение суток или когда время работы КВ передатчиков априорно неизвестно, и они могут включаться и выключаться автоматически по заданному алгоритму в любое время текущих суток для передачи информации.The invention is applicable to stationary and mobile short-wave (HF) transmitters, when a periodic change in operating frequencies is required during the day or when the operating time of HF transmitters is a priori unknown, and they can be switched on and off automatically according to a predetermined algorithm at any time of the current day to transmit information.
Работа средств радиосвязи и радиовещания КВ диапазона во многом зависит от рефракционных свойств ионосферы на траектории распространения радиосигнала. Состояние ионосферы, как электрически заряженной среды, зависит от многих факторов естественного и антропогенного характера. Основное влияние на состояние ионосферы вносит ее электронная концентрация, которая постоянно меняется в зависимости от времени (часа суток, сезона, фазы цикла солнечной активности), географических координат, высоты над уровнем моря, от солнечной активности. Их суточные вариации могут приводить как к ухудшению качества радиосвязи и радиовещания в КВ диапазоне, так и полному ее исчезновению для постоянно выбранной несущей частоты радиопередатчика.The operation of the HF radio and radio broadcasting facilities largely depends on the refractive properties of the ionosphere on the propagation path of the radio signal. The state of the ionosphere, as an electrically charged medium, depends on many factors of a natural and anthropogenic nature. The main influence on the state of the ionosphere is made by its electron concentration, which constantly changes depending on time (hour of the day, season, phase of the solar activity cycle), geographical coordinates, altitude, and solar activity. Their daily variations can lead to both a deterioration in the quality of radio communications and broadcasting in the HF band, and its complete disappearance for the constantly selected carrier frequency of the radio transmitter.
Преимуществом работы в КВ диапазоне по сравнению с работой на более длинных волнах является то, что в этом диапазоне можно создать направленные антенны. Волны в КВ диапазоне распространяются на дальние расстояния путем однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли. Поэтому системы КВ связи могут обеспечивать направленную передачу информации на сравнительно большие расстояния (единицы и десятки тысяч километров).The advantage of working in the HF range compared to working at longer wavelengths is that directional antennas can be created in this range. Waves in the HF range propagate over long distances by single or multiple reflection from the ionosphere and the Earth's surface. Therefore, HF communication systems can provide directional information transfer over relatively large distances (units and tens of thousands of kilometers).
Способ распространения радиоволн путем их отражения от ионосферы называют скачковым и характеризуют расстоянием скачка, числом скачков, углами выхода и прихода, а также максимально применимой частотой (МПЧ) и наименьшей применимой частотой (НПЧ). МПЧ это частота, при которой еще отражаются радиоволны, посланные антенной радиопередатчика в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ слой вообще перестает отражать радиоволны, посланные с поверхности Земли, и они уходят сквозь ионосферу в космос. Радиосвязь в КВ диапазоне длин волн играет важную роль как средство внутренней, зоновой, подвижной и производственно-диспетчерской связи общего, ведомственного и специального пользования и назначения, а также широко используется для профессиональной и любительской радиосвязи.The method of propagation of radio waves by reflection from the ionosphere is called hopping and is characterized by the distance of the jump, the number of jumps, the angles of exit and arrival, as well as the maximum applicable frequency (MUF) and the lowest applicable frequency (NFC). MUF is the frequency at which the radio waves sent by the antenna of the radio transmitter are still reflected in the direction to the horizon. At frequencies above the MUF, the layer generally ceases to reflect radio waves sent from the Earth’s surface, and they travel through the ionosphere into space. Radiocommunication in the HF wavelength range plays an important role as a means of internal, zone, mobile and production-dispatch communication of general, departmental and special use and purpose, and is also widely used for professional and amateur radio communications.
Для определения МПЧ известны различные методы и варианты радиозондирования. Здесь следует выделить вертикальное, наклонное, возвратно-наклонное зондирование с различными видами модуляции сигналов, которые могут быть узкополосными или широкополосными. В последние десятилетия, данные о состоянии и волновых процессах в ионосфере, удается получать и с использованием глобальной спутниковой сети типа GPS/ГЛОНАСС.Various radio sounding methods and options are known for determining MUFs. Here it is necessary to distinguish vertical, oblique, reciprocal-oblique sounding with various types of signal modulation, which can be narrow-band or wide-band. In recent decades, data on the state and wave processes in the ionosphere have been obtained using a global satellite network such as GPS / GLONASS.
Высокую точность в определение МПЧ имеет метод трассового (наклонного) зондирования. Передатчик и приемник сигналов разносятся на расстояние одного или нескольких скачков. В заранее установленное время или с каким-то периодом времени радиопередатчик посылает последовательно в эфир радиосигнал на нескольких частотах КВ диапазона. На приемном конце оценивается слышимость и качество сигналов и делается вывод о подходящих частотах для данного времени суток и месяца. Накопленная статистика затем используется для организации радиосвязи. В данном случае точность определения МПЧ будет определяться шагом перестройки излучаемой частоты передатчиком. Заслуживает внимание для целей определения МПЧ использование сети КВ радиовещательных станций, для каждой из которых известны - ее местоположение, частота несущей радиопередатчика и направление вещания.The method of trace (inclined) sounding has high accuracy in the determination of MUFs. The transmitter and receiver of signals are spaced one or more hops apart. At a predetermined time or with a certain period of time, the radio transmitter sequentially broadcasts the radio signal at several frequencies of the HF range. At the receiving end, the audibility and quality of the signals are evaluated and a conclusion is made about suitable frequencies for a given time of day and month. The accumulated statistics are then used to organize radio communications. In this case, the accuracy of determining the MUF will be determined by the step of tuning the emitted frequency by the transmitter. For the purposes of determining the MUF, the use of the HF network of broadcasting stations deserves attention, for each of which its location, frequency of the carrier of the radio transmitter and direction of broadcasting are known.
Суть известных активных способов определения МПЧ заключается в том, что на передающей стороне последовательно (параллельно) излучают радиосигнал на различных частотах КВ диапазона, а на приемной стороне принимают этот радиосигнал на каждой из частот, обрабатывают и регистрируют. При этом за МПЧ принимается либо та частота зондирования, на которой был зафиксирован наибольший уровень принимаемого сигнала, либо наибольшая по номиналу частота, сигнал на которой был принят в точке приема.The essence of the known active methods for determining the MUF is that on the transmitting side, a radio signal is emitted sequentially (parallel) at different frequencies of the HF band, and on the receiving side, this radio signal is received at each frequency, processed and recorded. In this case, either the sounding frequency at which the highest level of the received signal was fixed, or the highest frequency at the nominal value at which the signal was received at the receiving point, is taken as the MUF.
В ходе вертикального зондирования (ВЗ) радиоволны передатчика, находящегося в определенном месте, излучаются вверх и затем отражаются от ионосферы. Зная скорость их распространения, равную скорости света, и время от момента передачи до момента приема, можно определить высоту отражающего слоя. Вертикальные ионозонды определяют состояние ионосферы непосредственно над пунктом расположения передающей радиостанции. Позволяя получать зависимость распределения электронной концентрации от высоты, они не очень хорошо подходят для исследований динамических процессов в ионосфере, а их применение является достаточно затратным из-за необходимости обеспечения работы радиопередающих и приемных систем. В случае возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ) используется эффект, характеризующий отражение радиоволны от Земли в обратном направлении, так называемое "эхо".During vertical sounding (VZ), the radio waves of a transmitter located in a specific place are emitted upward and then reflected from the ionosphere. Knowing the speed of their propagation, equal to the speed of light, and the time from the moment of transmission to the moment of reception, you can determine the height of the reflective layer. Vertical ionosondes determine the state of the ionosphere directly above the point of location of the transmitting radio station. Allowing us to obtain the dependence of the distribution of electron concentration on height, they are not very suitable for studying dynamic processes in the ionosphere, and their use is quite expensive because of the need to ensure the operation of radio transmitting and receiving systems. In the case of reciprocating sensing (VNZ), an effect is used that characterizes the reflection of radio waves from the Earth in the opposite direction, the so-called "echo".
На практике зачастую перед сеансом нет возможности проводить процедуру зондирования по соображениям дефицита времени или иным причинам. Кроме того, для проведения ВЗ и ВНЗ помимо наличия передатчика и приемной антенны с заданной диаграммой направленности требуются высокая точность определения времени между моментами передачи и приема радиоимпульсов, а также синхронизация работы передающих и приемных комплексов, что является основным их недостатком.In practice, it is often not possible to conduct a sounding procedure before a session for reasons of time pressure or other reasons. In addition, in order to conduct airspace and airborne detection, in addition to a transmitter and a receiving antenna with a given radiation pattern, high accuracy is required in determining the time between the moments of transmission and reception of radio pulses, as well as synchronization of the operation of transmitting and receiving complexes, which is their main drawback.
Известны принципы дистанционного зондирования и мониторинга состояния ионосферы, определения рабочих частот для ионосферной радиосвязи [1-4].The principles of remote sensing and monitoring the state of the ionosphere, determining the operating frequencies for the ionospheric radio communication are known [1-4].
Рассмотрим отдельные патенты и технические решения, которые по совокупности операций и действий над сигналами наиболее полно отражают существо задачи по определению МПЧ для ионосферной радиосвязи. Для зондирования ионосферы могут использоваться собственные радиоволны частот КВ диапазона или радиоволны с частотой значительно выше КВ диапазона. Условно процесс зондирования ионосферы может быть разделен на активный и пассивный способы, с точки зрения возможности приема таких радиосигналов типовым приемником КВ диапазона.Consider individual patents and technical solutions that, in terms of the totality of operations and actions on signals, most fully reflect the essence of the task of determining the MUF for ionospheric radio communications. For sounding the ionosphere, one can use intrinsic radio waves of the HF band frequencies or radio waves with a frequency well above the HF band. Conventionally, the process of sensing the ionosphere can be divided into active and passive methods, from the point of view of the possibility of receiving such radio signals by a typical HF band receiver.
Рассмотрим активные способы зондирование ионосферы. Так, например, известен патент РФ 94028469 от 20.05.1996 года на устройство определения максимальной применимой частоты для КВ радиолинии [5]. Изобретение относится к системам радиосвязи, в частности к системам, обеспечивающим определение частотного диапазона прохождения радиосигналов в КВ диапазоне, т.е. определения максимально и наименьших применимых частот. Суть зондирования заключается в последовательном излучении радиопередающим устройством наклонных зондирующих сигналов на группе частот КВ диапазона, их приеме с последующей обработкой и регистрацией. При этом, по результатам обработки, за МПЧ принимается либо частота зондирования, на которой был зафиксирован максимальный уровень принятого сигнала, либо наибольшая по номиналу частота, сигнал на которой был принят в точке приема, либо частота, уровень сигнала на которой аналитически связан с максимальным уровнем принятого сигнала. Недостаток - потеря значительного времени на проведение зондирования ионосферы во всем частотном диапазоне, за счет увеличения числа необходимых измерений для достижения заданной точности измерений.Consider the active methods of sounding the ionosphere. So, for example, the patent of the Russian Federation 94028469 dated 05/20/1996 for a device for determining the maximum applicable frequency for an HF radio link is known [5]. The invention relates to radio communication systems, in particular to systems providing the determination of the frequency range of the passage of radio signals in the HF range, i.e. determining the maximum and lowest applicable frequencies. The essence of sounding is the sequential radiation of the inclined probe signals on the frequency band of the HF range by a radio transmitting device, their reception with subsequent processing and registration. In this case, according to the processing results, either the sensing frequency at which the maximum level of the received signal was fixed, or the highest frequency at which the signal was received at the receiving point, or the frequency at which the signal level is analytically associated with the maximum level received signal. The disadvantage is the loss of significant time for conducting sounding of the ionosphere in the entire frequency range, due to an increase in the number of necessary measurements to achieve a given measurement accuracy.
Известен патент РФ 2154910 от 20.08.2000 года на систему автоматического управления коротковолновой связью [6]. Предложена система автоматического управления коротковолновой связью как в автономный от канальной аппаратуры комплекс средств связи, на основе ЭВМ, предназначенный для управления коротковолновой связью. Используя всего 9 фиксированных частот для тестирования КВ диапазона, комплекс адаптирует работу канальной аппаратуры к суточной динамике ионосферы и радиопомехам. В результате аппаратура всегда работает на оптимальных частотах. Используя свойство инерционности ионосферы, и контролируя динамику сигналов корреспондента на оптимальной рабочей частоте (ОРЧ), комплекс прогнозирует время возникновения постоянных отказов и заблаговременно, еще до возникновения отказа, перестраивает средства связи обеих корреспондентов на новые оптимальные частоты. Недостаток системы - необходимость передачи тестирующих (зондирующих) радиосигналов, излучаемых на 9 частотах КВ диапазона, через небольшие промежутки времени, что постоянно создает определенные радиопомехи другим радиостанциям.Known patent of the Russian Federation 2154910 from 08/20/2000 for a system for automatic control of short-wave communication [6]. A system is proposed for automatic control of short-wave communication as a computer-based communications system, autonomous from channel equipment, designed to control short-wave communication. Using only 9 fixed frequencies for testing the HF range, the complex adapts the operation of channel equipment to the daily dynamics of the ionosphere and radio interference. As a result, the equipment always operates at optimal frequencies. Using the property of inertia of the ionosphere, and controlling the dynamics of the correspondent signals at the optimum operating frequency (ORC), the complex predicts the time of occurrence of constant failures and, in advance, even before the occurrence of the failure, reconstructs the communication means of both correspondents to new optimal frequencies. The disadvantage of the system is the need to transmit testing (probing) radio signals emitted at 9 frequencies of the HF range, at short intervals, which constantly creates certain radio interference to other radio stations.
Известен патент РФ 2307463 от 27.09.2007 года на способ выбора рабочих частот для радиолиний ионосферных волн [7]. Достигаемым техническим результатом изобретения является разработка способа выбора рабочих частот для радиолиний ионосферных волн, обеспечивающего повышение достоверности определения пригодности радиочастот. Выбор рабочих частот осуществляют по условиям пригодности частот в результате отражения от ионосферы и сигнально-помеховой обстановки.Known patent of the Russian Federation 2307463 from 09/27/2007 on a method for selecting operating frequencies for radio lines of ionospheric waves [7]. Achievable technical result of the invention is the development of a method of selecting operating frequencies for radio lines of ionospheric waves, providing increased reliability of determining the suitability of radio frequencies. The choice of operating frequencies is carried out according to the conditions of suitability of frequencies as a result of reflection from the ionosphere and signal-noise environment.
Недостатком способа является учет условия, при котором соотношения напряженности сигнала и помехи меньше минимально допустимого отношения уровня сигнал/помеха а также, когда текущая вероятность ошибки приема меньше предварительно заданной максимально допустимой вероятностью ошибки.The disadvantage of this method is to take into account the condition under which the ratio of signal strength and interference is less than the minimum allowable signal-to-noise ratio and also when the current probability of a reception error is less than a predetermined maximum allowable error probability.
Мониторинг ионосферы с использованием навигационных спутников GPS/ГЛОНАСС излучающих радиоволны, которые проходят через ионосферу, обеспечивает возможность определения пространственного распределения параметров ионосферы. Использование этих параметров позволяет в принципе осуществить возможность прогнозирования МПЧ с целью эффективного планирования и проведения сеансов КВ связи.Monitoring of the ionosphere using GPS / GLONASS navigation satellites emitting radio waves that pass through the ionosphere provides the ability to determine the spatial distribution of ionosphere parameters. The use of these parameters allows, in principle, the possibility of predicting MUFs in order to effectively plan and conduct HF communication sessions.
В патенте РФ 2181490 от 20.04.2002 на устройство и способ спутникового радиоопределения [8] используются спутники глобальной навигационной службы, как, например, спутники системы GPS, которые формируют дальномерные сигналы, геостационарные спутники, которые ретранслируют дальномерные сигналы, сформированные в навигационной земной станции, содержащие вспомогательную информацию А, а также среднеорбитальные спутники, которые формируют дальномерные сигналы, содержащие региональную вспомогательную информацию RA, передаваемую из узла доступа к спутникам. Приемник оценивает значения ионосферных задержек для дальномерных сигналов, передаваемых на одной частоте.In the patent of the Russian Federation 2181490 dated 04/20/2002 for a satellite radiodetermination device and method [8], satellites of the global navigation service are used, for example, GPS system satellites that generate ranging signals, geostationary satellites that relay ranging signals generated in a navigation earth station, containing auxiliary information A, as well as medium-orbit satellites that generate rangefinding signals containing regional auxiliary information RA transmitted from the satellite access node ICAM. The receiver estimates the ionospheric delays for the ranging signals transmitted at the same frequency.
Наземный приемник системы GPS/ГЛОНАСС обеспечивает получение сигналов с нескольких навигационных спутников. Созвездие спутников организовано таким образом, что почти в каждой точке на поверхности Земли и почти постоянно на протяжении суток одновременно в зоне радиовидимости находится не менее четырех спутников. Фиксируя разности времен прихода сигналов от различных спутников, для чего используется принятое бортовое время, и с учетом координат спутников (передаваемых с борта), приемники спутниковых систем вычисляют относительные дальности до каждого спутника, а затем на основе полученных четырех относительных дальностей вычисляет свое местоположение по трем координатам и калибрует местные часы. Колебания в запаздывании сигналов, обусловленные изменением состояния ионосферы, могут снизить точность радиоопределения, и, соответственно, для компенсации этого нежелательного эффекта с каждого спутника сигналы передаются на двух частотах. Основной недостаток способа - необходимость совместного использования разнородных групп спутников, включающих навигационные, геостационарные и среднеорбитальные спутники, что приводит к снижению надежности работы устройства.The GPS / GLONASS ground receiver provides signals from several navigation satellites. The constellation of satellites is organized in such a way that at least four satellites are located in the radio visibility zone at almost every point on the Earth’s surface and almost constantly throughout the day. By fixing the differences in the arrival times of signals from different satellites, for which the adopted flight time is used, and taking into account the coordinates of the satellites (transmitted from the board), the receivers of satellite systems calculate the relative ranges to each satellite, and then, based on the obtained four relative ranges, calculates their location in three coordinates and calibrates the local clock. Fluctuations in the delay of signals caused by a change in the state of the ionosphere can reduce the accuracy of radio detection, and, accordingly, to compensate for this undesirable effect, signals are transmitted from each satellite at two frequencies. The main disadvantage of this method is the need for joint use of heterogeneous groups of satellites, including navigation, geostationary and mid-orbit satellites, which leads to a decrease in the reliability of the device.
Известен патент РФ 1840572 от 20.08.2007 года на фазовый способ измерения интегральной электронной концентрации в ионосфере [9]. Изобретение относится к способам измерений в радиолокации и может быть использовано для исключения ионосферных ошибок в РЛС. В нем осуществляют одновременное измерение разности фазовых задержек сигналов на двух парах частот, имеющих одинаковый разнос. По разности полученных разностей фазовых задержек определяют интегральную электронную концентрацию в ионосфере.The patent of the Russian Federation 1840572 dated 08/20/2007 is known for a phase method for measuring the integrated electron concentration in the ionosphere [9]. The invention relates to methods of measurements in radar and can be used to eliminate ionospheric errors in the radar. It carries out the simultaneous measurement of the difference in phase delays of the signals at two frequency pairs having the same spacing. The difference in the obtained phase delay differences determines the integral electron concentration in the ionosphere.
Известен патент на способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления. Это патент РФ 2421753 от 20.06.2011 года с использованием сигналов от навигационных спутников [10]. Сущность изобретения следующая. Вначале принимают радиосигналы от навигационных спутников на двух когерентных частотах F1 и F2. Затем определяют по принятым радиосигналам псевдодальности DF1 и DF2 до навигационного спутника. По ним находят разности псевдодальностей D12. Определяют полную электронную концентрацию Le вдоль трассы «спутник - наземный пункт». Определяют в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z). Измеряют значения фаз F1 и F2 принятых радиосигналов. Определяют разности псевдодальностей D12 с учетом значений фаз F1 и F2 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).A patent is known for a method for determining the parameters of the ionosphere and a device for its implementation. This is a patent of the Russian Federation 2421753 from 06/20/2011 using signals from navigation satellites [10]. The invention is as follows. First, receive radio signals from navigation satellites at two coherent frequencies F 1 and F 2 . Then, the pseudorange D F1 and D F2 are determined from the received radio signals to the navigation satellite. Using them, the differences of the pseudorange D 12 are found . The total electron concentration L e is determined along the satellite – ground point path. It is determined in the field of measuring the altitude profile of the electron concentration of the ionosphere N (z). The phase values F 1 and F 2 of the received radio signals are measured. The pseudorange differences D 12 are determined taking into account the phase values F 1 and F 2 of the received radio signals. An iterative procedure is used to solve the inverse problem, based on the use of the conjugate gradient method and a priori information on the background state of the ionosphere to determine N (z) in the measurement domain of the altitude profile of the ionosphere electron concentration.
На основе получаемых значений электронной концентрации ионосферы по данному способу, в дальнейшем может быть определено значение МПЧ. Устройство снабжено блоком обработки и отображения, вход которого подключен к выходу двухчастотного приемника. При этом блок обработки и отображения выполнен с возможностью определения вышеуказанных параметров.Based on the obtained values of the electron concentration of the ionosphere by this method, the MUF value can be further determined. The device is equipped with a processing and display unit, the input of which is connected to the output of the dual-frequency receiver. In this case, the processing and display unit is configured to determine the above parameters.
В данном способе в качестве априорной информации о фоновом состоянии ионосферы (в качестве нулевого приближения решения задачи) используется долгосрочный прогноз ионосферы, основанный на какой-либо модели ионосферы, например IRI-2007 (International Reference Ionosphere).In this method, as a priori information about the background state of the ionosphere (as a zero approximation of the solution to the problem), a long-term forecast of the ionosphere is used, based on some model of the ionosphere, for example, IRI-2007 (International Reference Ionosphere).
Недостатком рассмотренного способа является необходимость использования априорной информации о фоновом состоянии ионосферы для определения в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z). Однако этот способ обладают еще одним существенным недостатком - измеренные значения полной электронной концентрации (total electron content - ТЕС) определены с точностью до произвольной константы, что приводит к невозможности однозначной интерпретации измерений. Для проведения двухчастотных измерений требуется сложная процедура калибровки измерительной аппаратуры и стабильный температурный режим, для неизменности калибровочных коэффициентов.The disadvantage of the considered method is the need to use a priori information about the background state of the ionosphere to determine in the measurement area the altitude profile of the electron concentration of the ionosphere N (z). However, this method has another significant drawback - the measured values of the total electron concentration (total electron content (TEC) are determined accurate to an arbitrary constant, which makes it impossible to unambiguously interpret the measurements. For carrying out two-frequency measurements, a complex calibration procedure of measuring equipment and a stable temperature regime are required, for the calibration coefficients to remain unchanged.
Точный расчет калибровочных коэффициентов является трудоемкой задачей, но без использования этих коэффициентов, невозможно получить величины ТЕС, имеющие физический смысл (при использовании неверной калибровки, как правило, получаемые значения ТЕС либо отрицательны, либо превышают физически возможные максимальные значения).Accurate calculation of calibration coefficients is a time-consuming task, but without using these coefficients, it is impossible to obtain TEC values that have physical meaning (when using incorrect calibration, as a rule, the obtained TEC values are either negative or exceed the physically possible maximum values).
Следует отметить, что для решения задач персональной навигации широкое распространение получили приемники ГНСС, производящие измерения только лишь псевдодальностей на единственной частоте. Разработка алгоритма обработки этих измерений позволит отказаться от необходимости использования дорогостоящих точных двухчастотных приемных станций ГНСС и проведения калибровки этих станций. Замена дорогостоящей высокоточной аппаратуры «бытовыми» приборами откроет возможности для быстрого развертывания сети измерительных навигационных приемников.It should be noted that for solving personal navigation problems, GNSS receivers were widely used, making measurements of only pseudorange at a single frequency. The development of an algorithm for processing these measurements will eliminate the need to use expensive accurate dual-frequency GNSS receiving stations and calibrate these stations. Replacing expensive high-precision equipment with “household” devices will open up opportunities for the rapid deployment of a network of measuring navigation receivers.
Одночастотная аппаратура гражданского назначения работает только по сигналам GPS/ГЛОНАСС поддиапазона L1 и в ней отсутствует возможность исключения ионосферных погрешностей измерений с помощью работы по двум частотам. Двухчастотная GPS, доступная гражданским потребителям, может быть в любое время отключена от второй частоты путем смены Р-кода на Y-код на второй частоте (режим «Anti-Spoofing»), Одночастотная GPS/ГЛОНАСС гражданского назначения в настоящее время получила наибольшее распространение, по сравнению с двухчастотной.Single-frequency civilian equipment works only on GPS / GLONASS signals of the L1 subband and there is no possibility of eliminating ionospheric measurement errors using work on two frequencies. Dual-frequency GPS, accessible to civilian consumers, can be disconnected from the second frequency at any time by changing the P-code to the Y-code on the second frequency (Anti-Spoofing mode). Civilian single-frequency GPS / GLONASS is currently the most widely used, compared to dual frequency.
Известен патент РФ 2208809 от 20.07.2003 года на способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере [11]. Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения ионосферной задержки распространения сигналов от навигационных спутников с помощью навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы, работающей на одной частоте. В предлагаемом способе определение задержки сигналов в ионосфере производится путем решения системы уравнений, составленной по разностям приращений псевдодальностей, измеренных по дальномерному коду и по фазе несущей частоты для каждого навигационного спутника. Недостаток способа заключается в том, что необходимо дополнительно определять приращения псевдодальностей за время между текущим и предыдущим измерениями, затем определять разности приращений псевдодальностей, которые могут иметь незначительную величину, что приводит к ухудшению точности измерений.A known patent of the Russian Federation 2208809 from 07.20.2003 on the method of single-frequency determination of the delay of the signals of a navigation satellite system in the ionosphere [11]. The invention relates to the field of satellite navigation and can be used to determine the ionospheric delay propagation of signals from navigation satellites using navigation equipment of consumers of the global navigation satellite system operating on a single frequency. In the proposed method, the determination of the delay of signals in the ionosphere is made by solving a system of equations composed of the differences in the increments of pseudorange, measured by the rangefinder code and the phase of the carrier frequency for each navigation satellite. The disadvantage of this method is that it is necessary to additionally determine the increment of the pseudorange for the time between the current and previous measurements, then to determine the difference in the increment of the pseudorange, which may be insignificant, which leads to a deterioration in the accuracy of the measurements.
При использовании одночастотных навигационных приемников (НП) типа GPS/ГЛОНАСС ионосферная задержка радиосигналов, излучаемых со спутников, является наибольшим источником погрешности измерений псевдодальностей и существенным образом оказывает влияние на погрешность определения координат и времени.When using single-frequency navigation receivers (NP) of the GPS / GLONASS type, the ionospheric delay of radio signals emitted from satellites is the largest source of error in pseudorange measurements and significantly affects the error in determining coordinates and time.
Технический результат - обеспечение по данным одночастотных НП типа GPS/ГЛОНАСС формирование управляющих сигналов для нахождения значений максимально применимой частоты ионосферной радиосвязи и упрощение способа ее определения.EFFECT: providing, according to the data of single-frequency GPS / GLONASS type NPs, the formation of control signals for finding the values of the maximum applicable ionospheric radio frequency and simplifying the method for determining it.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа одночастотного определения задержки сигналов навигационных спутниковых систем в ионосфере [11], включающего передачу радиосигналов на заданных частотах от навигационных спутников типа GPS/ГЛОНАСС на Землю, прием радиосигналов, прошедших дистанционную среду "спутник-Земля" на приемной стороне одночастотным навигационным приемником, стандартную обработку принятых радиосигналов для определения координат местоположения (xi,yi) одночастотного навигационного приемника, а также отображение результатов вычисления, согласно изобретению, полученные посредством одночастного навигационного приемника координаты местонахождения этого навигационного приемника (xi,yi) сравнивают с заранее сформированными на основе априорной геодезической съемки координатами местонахождения навигационного приемника, (х0,y0), и получают разностные величины координат навигационного приемника Δxi и Δyi, далее образуют нормирующие коэффициенты S1 и S2 которые равны величинам:The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the known method of single-frequency determination of the delay of the signals of navigation satellite systems in the ionosphere [11], including the transmission of radio signals at predetermined frequencies from navigation satellites of the GPS / GLONASS type to Earth, the reception of radio signals that have passed the satellite-to-Earth remote environment "on the reception side one-frequency navigation receiver, standard processing of the received signals to determine the position coordinates (x i, y i) single-frequency navigation reception ika and mapping calculation results according to the invention obtained by one movement of the navigation receiver coordinates for the location of the navigation receiver (x i, y i) is compared with pre-generated based on a priori surveying navigation receiver location coordinates (x 0, y 0) and get the differential values of the coordinates of the navigation receiver Δx i and Δy i , then form the normalizing coefficients S 1 and S 2 which are equal to the values:
S1=Δxi/Δxmax иS 1 = Δx i / Δx max and
S2=Δyi/Δymax,S 2 = Δy i / Δy max ,
где Δxi и Δyi - текущая ошибка определения координат навигационного приемника, Δxmax и Δymax - задаваемое максимально возможное значение ошибки при определении координат местонахождения навигационного приемника, при этом величины текущей ошибки принимают значения 0≤Δxi≤Δxmax и 0≤Δyi≤ymax;where Δx i and Δy i are the current error in determining the coordinates of the navigation receiver, Δx max and Δy max are the maximum possible error values when determining the coordinates of the location of the navigation receiver, while the values of the current error are 0≤Δx i ≤Δx max and 0≤Δy i ≤y max ;
на основе значений величин S1 и S2 формируют обобщенный нормирующий коэффициент S, значение которого определяется исходя из условия:based on the values of the quantities S 1 and S 2 form a generalized normalizing coefficient S, the value of which is determined based on the condition:
затем осуществляют вычисление значение критической частоты КВ диапазона fкp согласно выражению:then calculate the value of the critical frequency of the HF range f kp according to the expression:
fкр=(fmin+S·Δf);f cr = (f min + S · Δf);
где fmin - минимальная частота КВ диапазона,where f min - the minimum frequency of the HF range,
Δf - полоса частот КВ диапазона (Δf=fmax-fmin),Δf is the frequency band of the HF range (Δf = f max -f min ),
fmax - максимальная частота КВ диапазона;f max - the maximum frequency of the HF range;
максимально применимая частота fмпч определяется на основе выражения:the maximum applicable frequency f Mpc is determined based on the expression:
fмпч=fкp·secφ0=(fmin+S·Δf)·secφ0,f mpc = f kp · secφ 0 = (f min + S · Δf) secφ 0 ,
где φ0=π/2-θ0 - угол падения радиолуча на ионосферу;where φ 0 = π / 2-θ 0 is the angle of incidence of the radio beam on the ionosphere;
коэффициент, значение оптимальной рабочей частоты fорч радиоприемника и радиопередатчика КВ диапазона определяют из значений максимально применимой частоты КВ диапазона согласно выражению:the coefficient, the value of the optimal operating frequency f orc of the HF radio transmitter and receiver is determined from the values of the maximum applicable HF frequency according to the expression:
fорч=0,9·fмпч.f ORC = 0.9 · f Mpch .
Способ может реализовываться так, что на основе оптимальной рабочей частоты fорч формируют цифровой сигнал управления, представленный в последовательном двоичном коде, разрядность которого определяется максимально возможным числом организуемых частотных каналов n для ионосферной радиосвязи КВ диапазона из выражения:The method can be implemented in such a way that, based on the optimal operating frequency f orc , a digital control signal is generated, presented in a sequential binary code, the bit depth of which is determined by the maximum possible number of frequency channels organized n for ionospheric radio communication of the HF range from the expression:
n=(fмпч-fнпч)/Δf0, где fнпч - наименьшая применимая частота,n = (f Mpc -f npc ) / Δf 0 , where f npc is the lowest applicable frequency,
Δf0 - полоса частот, которую занимает один канал радиопередачи,Δf 0 - frequency band, which is one channel of radio transmission,
n≤2m, m - число разрядов цифрового сигнала управления,n≤2 m , m is the number of bits of the digital control signal,
m=1,2,3, …, Z.m = 1,2,3, ..., Z.
Способ может быть реализован так, что при наличии изменения максимально применимой частоты fмпч через определенные интервалы времени Δti, за счет ее увеличения или уменьшения, относительно первоначального исходного ее значения на моменты времени t1, t2, … tn, которые характеризуют начало проведения сеансов радиосвязи на новых оптимальных рабочих частотах в КВ диапазоне для автоматического переключения несущей частоты радиопередатчика и радиоприемника осуществляют формирование цифрового управляющего сигнала на другую новую оптимальную рабочую частоту.The method can be implemented so that if there is a change in the maximum applicable frequency f Mpc at certain time intervals Δt i , due to its increase or decrease, relative to its initial value at time t 1 , t 2 , ... t n , which characterize the beginning conducting radio communication sessions at new optimal operating frequencies in the HF range for the automatic switching of the carrier frequency of the radio transmitter and receiver, the digital control signal is generated to another new optimal hydrochloric operating frequency.
Использование существующих одночастотных НП типа GPS/ГЛОНАСС и формируемых ими сигналов позволяет оперативно, относительно просто и без больших затрат, наряду с выполнением целевой задачи определения координат местонахождения объекта (приемника) определять значение максимально применимой частоты, причем непрерывно, поскольку группа навигационных КА достаточное время будет находиться в зоне видимости НП. За счет низкой стоимости одночастотных НП типа GPS/ГЛОНАСС можно организовывать большое число приемных пунктов (что важно для протяженной территории РФ), одновременно работающих по нескольким направлениям (радиотрассам) вместо одного, как при использовании аппаратуры вертикального, наклонного, возвратно-наклонного или трансионосферного зондирования.The use of existing single-frequency GPS / GLONASS type NPs and the signals generated by them makes it possible to quickly, relatively simply and without high costs, along with performing the task of determining the coordinates of the location of the object (receiver), determine the value of the maximum applicable frequency, and continuously, since the group of navigation spacecraft will have sufficient time be in the field of view of the NP. Due to the low cost of single-frequency GPS / GLONASS-type NPs, it is possible to organize a large number of reception centers (which is important for the extended territory of the Russian Federation) that simultaneously operate in several directions (radio paths) instead of one, as when using equipment of vertical, inclined, reciprocal-inclined or transionospheric sounding .
Технический результат достигается за счет исключения в известных способах операций, включающих косвенное определение электронной плотности или задержки радиосигналов в ионосфере для их последующего использования для нахождения МПЧ. В данном способе вводится новая конкретная операция, включающая определение расхождения в измерении параметров текущих координат одночастотным НП типа GPS/ГЛОНАСС по сравнению с заранее известными априорными данными о координатах местоположения НП, значение которых служат исходным эталоном для проведения сопоставительной оценки данных измерений.The technical result is achieved due to the exclusion in the known methods of operations, including the indirect determination of the electron density or delay of the radio signals in the ionosphere for their subsequent use to find the MUF. In this method, a new specific operation is introduced, which includes determining the discrepancy in the measurement of the parameters of the current coordinates by single-frequency GPS / GLONASS type NPs in comparison with previously known a priori data on the coordinates of the location of the NPs, the values of which serve as the initial standard for conducting a comparative assessment of the measurement data.
Такой подход приводит к обеспечению необходимой калибровки для отсчета сигналов и привязки результатов измерений, что в явном виде отсутствует в известных способах, далее обеспечивает упрощение способа оценки МПЧ, позволяет достичь необходимой точности при высоком быстродействии обеспечения измерения данных. При этом достигается объективный учет суточных и сезонных вариаций состояния ионосферы, проявляющихся в реальном изменении задержки радиосигналов навигационных спутников.This approach leads to the provision of the necessary calibration for reading signals and linking the measurement results, which is explicitly absent in the known methods, further provides a simplification of the method for estimating the MUF, allows to achieve the necessary accuracy with high speed data measurement. In this case, objective accounting of the daily and seasonal variations in the state of the ionosphere, which are manifested in the real change in the delay of the radio signals of navigation satellites, is achieved.
Предлагаемый способ определения МПЧ базируется на следующих положениях. Из теории распространения радиоволн известно, что ионизированные слои полностью характеризуются высотой максимума электронной концентрации h и критической частотой fкp - максимальной частотой отражающейся волны при вертикальном зондировании. Критическая частота зависит только от электронной концентрации в ионосферном слое и определяется в виде:The proposed method for determining MUF is based on the following provisions. From the theory of propagation of radio waves, it is known that ionized layers are completely characterized by the height of the maximum electron concentration h and the critical frequency f kp - the maximum frequency of the reflected wave during vertical sounding. The critical frequency depends only on the electron concentration in the ionospheric layer and is determined as:
где Ne - число электронов в 1 м3 (fкр определяется в Гц) или если число электронов в 1 см3 (fкр определяется в кГц). Так, например, если в летний полдень концентрация электронов в слое Е достигла 1012 электронов/м3, то fkp≈9·106 Гц или 9 МГц.where N e is the number of electrons in 1 m 3 (f cr determined in Hz) or if the number of electrons in 1 cm 3 (f cr determined in kHz). So, for example, if at summer noon the electron concentration in layer E reached 10 12 electrons / m 3 , then f kp ≈ 9 · 10 6 Hz or 9 MHz.
При увеличении частоты сигнала, вертикально падающие волны перестают отражаться, но полого падающие волны еще отражаются. При этом вокруг радиопередатчика образуется «мертвая зона», в которой сигнал не слышен. На больших же расстояниях сигнал может быть достаточно сильным.With increasing signal frequency, vertically incident waves cease to be reflected, but hollow incident waves are still reflected. At the same time, a “dead zone" is formed around the radio transmitter, in which the signal is not heard. At large distances, the signal can be quite strong.
Поскольку коэффициент преломления ионосферы зависит от частоты, то частота радиоволн fмпч, испытывающей полное внутреннее отражение на высоте h при значении угла возвышения θ0 может быть определена из выраженияSince the refractive index of the ionosphere depends on the frequency, the frequency of the radio waves f Mpc , experiencing total internal reflection at a height h at a value of the elevation angle θ 0 can be determined from the expression
где Ne - электронная концентрация в точке поворота, fкр - критическая (собственная) частота ионосферы, φ0=π/2-θ0 - угол падения радиолуча на ионосферу.where N e is the electron concentration at the turning point, f cr is the critical (intrinsic) frequency of the ionosphere, φ 0 = π / 2-θ 0 is the angle of incidence of the radio beam on the ionosphere.
МПЧ это та частота, при которой еще отражаются волны, посланные антенной радиопередатчика в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ слой вообще перестает отражать волны, посланные с поверхности Земли, и они уходят сквозь ионосферу в космос.MUF is the frequency at which the waves sent by the antenna of the radio transmitter in the direction to the horizon are still reflected. At frequencies above the MUF, the layer generally ceases to reflect waves sent from the Earth’s surface, and they go through the ionosphere into space.
Обычно на ионосферных радиолиниях связь возможна на рабочих частотах от НПЧ до МПЧ. На рабочей частоте формируется радиосигнал с полосой частот, равной Δf0. Таким образом, на линии радиосвязи возможна организация нескольких радиоканалов, число которыхTypically, on ionospheric radio links, communication is possible at operating frequencies from NFC to MUF. At the operating frequency, a radio signal is generated with a frequency band equal to Δf 0 . Thus, on the radio link, it is possible to organize several radio channels, the number of which
Каждый канал характеризуется рабочей частотой, за которую принимается средняя частота из полосы Δf0. Из-за изменчивости ионосферы - среды отражения радиосигнала и многолучевого характера его приема, надежность КВ радиосвязи на отдельных рабочих частотах может быть недостаточно высокой. Решение задачи обеспечения установленных требований по надежности и помехоустойчивости радиосвязи связано с адаптацией по рабочей частоте системы КВ связи к изменяющимся условиям распространения радиоволн.Each channel is characterized by an operating frequency, for which the average frequency from the band Δf 0 is taken. Due to the variability of the ionosphere - the reflection medium of the radio signal and the multipath nature of its reception, the reliability of HF radio communications at individual operating frequencies may not be high enough. The solution to the problem of ensuring the established requirements for the reliability and noise immunity of radio communications is associated with the adaptation of the HF communication system to the changing frequency of propagation of radio waves in terms of operating frequency.
Навигационная аппаратура потребителей (НАП) или навигационных приемников (НП) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) применяется при создании современных систем навигации и ориентации. Это обусловлено, в первую очередь, такой их характеристикой, как возможность определения с высокой точностью координат, скорости и ориентации объекта, расположенного в любой точке земного шара.Navigation equipment of consumers (NAP) or navigation receivers (NP) of global navigation satellite systems (GNSS) is used to create modern navigation and orientation systems. This is due, first of all, to their characteristic, such as the ability to determine with high accuracy the coordinates, speed and orientation of an object located anywhere in the world.
Одной из основных проблем при использовании НП ГНСС является подверженность сигналов навигационных космических аппаратов ГНСС влиянию окружающей среды и помех. Заметное влияние на точность навигационных определений по сигналам систем ГЛОНАСС/GPS оказывают условия прохождения сигнала "сверху-вниз". Как показывают исследования, наибольшее влияние на погрешность измерения сигналов систем ГЛОНАСС/GPS оказывает ионосфера.One of the main problems when using GNSS NPs is the susceptibility of GNSS navigation satellite signals to the environment and interference. Significant influence on the accuracy of navigation determinations by the signals of the GLONASS / GPS systems is exerted by the conditions of the passage of the signal "top-down". Studies show that the ionosphere has the greatest influence on the measurement error of GLONASS / GPS systems.
Дальность ρ(t) при радиотехнических измерениях характеризуется временем распространения сигнала от спутника до НП. В случае, когда это время точно известно (с исключением задержки радиосигнала ионосферой) истинная дальность составит величинуThe range ρ (t) in radio engineering measurements is characterized by the propagation time of the signal from the satellite to the NP. In the case when this time is precisely known (with the exception of the delay of the radio signal by the ionosphere), the true range will be
где с - скорость распространения радиоволн в космическом вакууме; Δt - интервал между моментом излучения сигнала КА и моментом его приема ПИ. За счет задержки радиосигнала ионосферой появляется псевдодальность ρп(t), которая отличается от истиннойwhere c is the speed of propagation of radio waves in space vacuum; Δt is the interval between the moment of emission of the spacecraft signal and the moment of its reception PI. Due to the delay of the radio signal by the ionosphere, a pseudorange ρ p (t) appears, which differs from the true
где Δtз - задержка радиосигнала ионосферой. При этомwhere Δt s is the delay of the radio signal by the ionosphere. Wherein
Учитывая выражение (5) можно записать, чтоGiven expression (5), we can write that
Величина запаздывания сигналов в ионосфере, зависит от периода 11-летнего цикла солнечной активности, сезонных и ежедневных вариаций электронной концентрации в ионосфере, угла места и азимута спутника, а так же от широты и долготы расположения НП.The magnitude of the signal delay in the ionosphere depends on the period of the 11-year cycle of solar activity, seasonal and daily variations in the electron concentration in the ionosphere, elevation and azimuth of the satellite, as well as on the latitude and longitude of the location of the NP.
Ионосферная рефракция радиосигнала спутника, вызванная различиями диэлектрической проницаемости слоев, расположенных на разных высотах, а также локальными неоднородностями, изменяется в широких пределах. В зависимости от района Земли, где расположен НП, времени суток, года, солнечной и геомагнитной активности и т.д., задержка спутникового радиосигнала в ионосфере может составлять величину 5…500 нс, что эквивалентно ошибке измерения дальности в 1,5…150 м.The ionospheric refraction of the satellite radio signal, caused by differences in the dielectric constant of layers located at different heights, as well as local inhomogeneities, varies over a wide range. Depending on the region of the Earth where the NP is located, time of day, year, solar and geomagnetic activity, etc., the delay of the satellite radio signal in the ionosphere can be 5 ... 500 ns, which is equivalent to a range measurement error of 1.5 ... 150 m .
Среднее значение этой погрешности для углов возвышения близких к 90° составляет в ночное время 5…10 нс и 30…50 нс - в дневное. При углах возвышения порядка 15° эти величины возрастают в 2…3 раза. При этом надо отметить, что величина задержки радиосигнала равной 1,0 нс вносит погрешность в измерении истинной дальности на 1,5 метра.The average value of this error for elevation angles close to 90 ° is 5 ... 10 ns at night and 30 ... 50 ns at daytime. At elevation angles of the order of 15 °, these values increase by 2 ... 3 times. It should be noted that a radio signal delay of 1.0 ns introduces an error in the measurement of the true range by 1.5 meters.
Надо отметить, что чем большая концентрация электронов будет в ионосфере, то тем большая задержка радиосигналов будет при их приеме и соответственно увеличится погрешность измерения дальности. Эта особенность может быть использована для определения fмпч.It should be noted that the higher the concentration of electrons in the ionosphere, the greater the delay of the radio signals when they are received and, accordingly, the error in measuring the range will increase. This feature can be used to determine f MPH .
Предлагаемый способ определения МПЧ для ионосферной радиосвязи базируются на следующих положениях.The proposed method for determining the MUF for ionospheric radio communications is based on the following provisions.
Во, первых, априорно известно, что КВ диапазон, это частоты от fmin=3 МГц (100 м) до fmax=30 МГц (10 м). При этом также известно, что радиоволны с рабочей частотой fраб>fmax не отражаются от ионосферы, а проходят через ионосферу в космическое пространство, и наоборот частоты, для которых fраб<fmax отражаются от ионосферы, как от зеркальной поверхности.First, it is a priori known that the HF range is frequencies from f min = 3 MHz (100 m) to f max = 30 MHz (10 m). It is also known that radio waves with an operating frequency f slave > f max are not reflected from the ionosphere, but pass through the ionosphere into outer space, and vice versa frequencies for which f slave <f max are reflected from the ionosphere, as from a mirror surface.
Предлагаемый способ определения максимально применимой частоты учитывает эти объективные особенности. Критическая частота представляется выражением, в котором содержится информация об известной ее фиксированной части и изменяющейся составляющей в видеThe proposed method for determining the maximum applicable frequency takes into account these objective features. The critical frequency is represented by an expression that contains information about its fixed part and its changing component in the form
при этом максимальное значение величины Δfi известно и равно величине Δfmax=(fmax-fmin). Величина Δfi в первую очередь зависит от параметров ионосферы, которые могут быть определены через ее электронную плотность, величину задержки сигнала и т.д.the maximum value of Δf i is known and equal to Δf max = (f max -f min ). The value of Δf i primarily depends on the parameters of the ionosphere, which can be determined through its electron density, the value of the signal delay, etc.
Представим величину Δfi в виде Δfi=S·Δfmax, где величина S представляет собой вводимый нормирующий коэффициент. Величина S определяется исходя из величины задержки радиосигнала в ионосфере (которая в свою очередь зависит от ее электронной плотности) и выражается в данном способе через ошибку определения координат Δxi, Δyi навигационным приемником, истинное положение которого на местности известно априорно.We represent the value Δf i in the form Δf i = S · Δf max , where the value S is the input normalizing coefficient. The value of S is determined based on the delay value of the radio signal in the ionosphere (which in turn depends on its electron density) and is expressed in this method through the error in determining the coordinates Δx i , Δy i by the navigation receiver, the true position of which on the ground is known a priori.
Рассмотрим, как определяются величины Δxi и Δyi. Пусть НП радиосигналов находится в точке А с координатами (x,y), определяющих априорно известную широту и долготу его местоположения. За счет ошибки измерения истинных дальностей (из-за задержки сигнала в ионосфере) будет ошибка и в точном определении координат НП на величину Δxi и Δyi (фиг.1).Consider how the quantities Δx i and Δy i are determined. Let the radio signal NP be located at point A with coordinates (x, y) determining the a priori known latitude and longitude of its location. Due to the error in measuring the true ranges (due to the delay of the signal in the ionosphere), there will be an error in the exact determination of the coordinates of the NP by Δx i and Δy i (Fig. 1).
При этом можно записать, что при наличии ошибки в измерении координат точки А (местоположение НП) от истинного сместится на величинуAt the same time, it can be written that if there is an error in measuring the coordinates of point A (location of the NP) from the true one it will shift by
где Δxi и Δyi - ошибка определения истинных координат объектов, выраженная в метрах.where Δx i and Δy i is the error in determining the true coordinates of objects, expressed in meters.
Тогда зная априорно истинное местонахождение НП (его координаты), и возможное их смещение за счет ошибок измерения дальностей (запаздывания радиосигнала из-за ионосферы) можно определить величины Δxi и Δyj, характеризующие ошибку в измерении координат точки А (х0,y0)Then, knowing a priori the true location of the NP (its coordinates), and their possible displacement due to range measurement errors (delay of the radio signal due to the ionosphere), we can determine the quantities Δx i and Δy j characterizing the error in measuring the coordinates of point A (x 0 , y 0 )
Представим согласно выражению (9) положение НП в декартовой системе координат. При этом условно зафиксируем истинное положение НП в точке А, принимая, что величины Δх0=0 и Δy0=0 (фиг.1).Let us represent, according to expression (9), the position of the NP in the Cartesian coordinate system. In this case, we conditionally fix the true position of the NP at point A, assuming that the quantities Δx 0 = 0 and Δy 0 = 0 (Fig. 1).
Тогда зная истинное значение координат можно определить значения Δxi, Δyj, которые будут характеризовать отклонение координат от истинного значения по результатам измерений с использованием НП типа GPS/ГЛОНАСС.Then, knowing the true value of the coordinates, it is possible to determine the values Δx i , Δy j , which will characterize the deviation of the coordinates from the true value according to the measurement results using GPS / GLONASS NP.
С учетом сказанного, выражение (8), определяющее критическую частоту можно представить в видеWith that said, expression (8), which determines the critical frequency, can be represented as
где S - нормирующий коэффициент, характеризующий задержку радиосигнала, в зависимости от электронной плотности ионосферы. При этом принимается, чтоwhere S is the normalizing coefficient characterizing the delay of the radio signal, depending on the electron density of the ionosphere. It is assumed that
где Δxi и Δyi - текущая ошибка определения координат объекта, Δxmax и Δymax - максимально возможное значение ошибки при определении координат местонахождения навигационного приемника, которое задается априорно. При этом соблюдается, что 0≤Δxi≤Δxmax и 0≤Δyi≤ymax, а значение нормирующего коэффициента может принимать значения в диапазоне 0≤S≤1 в зависимости от состояния ионосферы.where Δx i and Δy i - the current error in determining the coordinates of the object, Δx max and Δy max - the maximum possible error when determining the coordinates of the location of the navigation receiver, which is set a priori. It is observed that 0≤Δx i ≤Δx max and 0≤Δy i ≤y max , and the value of the normalizing coefficient can take values in the
Выражение (11) можно переписать в видеExpression (11) can be rewritten as
Когда S=1, fкр=fкр(max)=30,0 МГц и когда S=0, fкр=fкр(min)=3,0 МГц.When S = 1, f cr = f cr (max) = 30.0 MHz and when S = 0, f cr = f cr (min) = 3.0 MHz.
Максимально применимая частота ионосферной радиосвязи определяется согласно выражениюThe maximum applicable frequency of the ionospheric radio communication is determined according to the expression
а значение оптимальной рабочей частоты определяют согласно выражениюand the value of the optimal operating frequency is determined according to the expression
Под оптимальной рабочей частотой (ОРЧ) понимается такая частота, на которой обеспечивается максимальная длительность работы КВ передатчика без перестройки на другие частоты.The optimal operating frequency (ORC) is understood to mean such a frequency that ensures the maximum duration of the HF transmitter without tuning to other frequencies.
В соответствие с (14) МПЧ наклонно падающая на ионосферу, будет в secφ0 раз превышать критическую частоту. С учетом сферичности Земли и ионосферы, которая ограничивает угол падения волны на ионосферу, максимальное значение secφ0≈4,1, то есть отношение М=fмпч/fкp<4,1.In accordance with (14), the MUF obliquely incident on the ionosphere will be secφ 0 times higher than the critical frequency. Given the sphericity of the Earth and the ionosphere, which limits the angle of incidence of the wave on the ionosphere, the maximum value of secφ 0 ≈ 4.1, that is, the ratio M = f mpc / f kp <4.1.
Система определения максимально применимой частоты для ионосферной связи, реализующее предлагаемый способ (фиг.2), содержит выносную приемную спутниковую антенну 1, одночастотный навигационный приемник 2, формирователь разностного сигнала 3, источник сигналов истинных координат по долготе и широте 4, формирователь сигнала нормирующего коэффициента 5, источник сигналов максимальной ошибки определения координат 6, вычислитель значений критической частоты 7, вычислитель значений максимально применимой частоты и оптимальной рабочей частоты 8, вычислитель параметров радиосигнала 9, формирователь сигналов графических и табличных данных 10. отображающее устройство для визуального восприятия информации 11. пульт ввода априорных данных и управления 12, блок ввода, хранения и выборки данных 13, анализатор и формирователь управляющих сигналов для режима автоматического управления работой радиопередатчика и радиоприемника 14, канал связи 15 и 18, радиопередатчик 16, передающую КВ антенну 17, радиоприемник 19, приемную КВ антенну 20.The system for determining the maximum applicable frequency for ionospheric communication that implements the proposed method (Fig. 2) comprises a remote receiving satellite antenna 1, a single-frequency navigation receiver 2, a differential signal shaper 3, a source of true coordinates for longitude and latitude 4, a signal shaper of a normalizing coefficient 5 , a source of signals of the maximum error in determining coordinates 6, a calculator of critical frequency values 7, a calculator of values of the maximum applicable frequency and optimal operating frequencies s 8, a calculator of the parameters of the radio signal 9, a signal generator of graphic and tabular data 10. a display device for the visual perception of information 11. a remote control for input of a priori data and control 12, a data input, storage and retrieval unit 13, an analyzer and driver of control signals for automatic control the operation of the radio transmitter and the radio 14, the communication channel 15 and 18, the radio transmitter 16 transmitting the HF antenna 17, the radio 19, the receiving
Система работает следующим образом. Радиосигнал с выхода приемной антенны 1 поступает на вход приемника 2. С выхода приемника 2, сигналы, характеризующие измеренные координаты (по долготе и широте) поступают на первый и второй входы формирователя разностного сигнала 3, на третий и четвертый входы которого поступают сигналы истинных координат от источника сигналов 4. Разностный сигнал определяется согласно выражению (10). Сравнивая в формирователе 3 известные координаты, полученные априорно в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными координатами, на выходе формирователя 3 получают разностные сигналы (по x и y), которые поступают на первый и второй входы формирователя 5. На третий и четвертый входы формирователя 5 подаются от источника 6 сигналы, которые характеризуют максимально возможное значение ошибки Δxmax и Δymax при определении координат местонахождения навигационного приемника. Алгоритм работы формирователя сводится к нахождению нормирующего коэффициента S в соответствии с выражением (12), который в зависимости от ошибки определения координат (большей или меньшей степени задержки радиосигнала) будет изменять свои значения в интервале 0≤S≤1. Это приведет к тому, что значения критической частоты будут изменяться в диапазоне частот от fmin до fmax.The system operates as follows. The radio signal from the output of the receiving antenna 1 is fed to the input of the receiver 2. From the output of the receiver 2, signals characterizing the measured coordinates (in longitude and latitude) are fed to the first and second inputs of the differential signal generator 3, the third and fourth inputs of which receive true coordinate signals from signal source 4. The difference signal is determined according to expression (10). Comparing the known coordinates in a shaper 3 a priori as a result of a precision geodetic survey with the measured coordinates, differential signals (x and y) are received at the output of the shaper 3, which are fed to the first and second inputs of the shaper 5. The third and fourth inputs of the shaper 5 signals are supplied from source 6 that characterize the maximum possible error value Δx max and Δy max when determining the coordinates of the location of the navigation receiver. The shaper operation algorithm is reduced to finding the normalizing coefficient S in accordance with expression (12), which, depending on the error in determining the coordinates (a greater or lesser degree of delay of the radio signal), will change its values in the
С выхода формирователя 5 сигнал поступает на вход вычислителя значений критической частоты 7, который реализует операции, согласно выражению (13). С выхода вычислителя 7 сигнал, определяющий значение критической частоты fкр, поступает на вход вычислителя 8, в котором определяется значение максимально применимой частоты fмпч согласно выражению (14) и оптимальная рабочая частота fорч, согласно выражению (15).From the output of the shaper 5, the signal is fed to the input of the calculator of critical frequency values 7, which implements the operations, according to expression (13). From the output of the calculator 7, the signal determining the value of the critical frequency f cr is fed to the input of the calculator 8, in which the value of the maximum applicable frequency f Mpc is determined according to expression (14) and the optimal operating frequency f orc , according to expression (15).
Сигнал с первого выхода вычислителя 8 поступает на первый вход вычислителя параметров радиосигнала 9, со второго и третьего выходов вычислителя 8 на первый и второй входы формирователя сигналов графических и табличных данных 10. Расчет параметров сигналов в вычислителе 9 необходим для оценки помехоустойчивости сигнала (при известной мощности передатчика и чувствительности радиоприемника, коэффициента усиления антенны и др.). На основе данных вычислителей 8 и 9 в формирователе 10 осуществляется формирование сигналов табличных данных, построение графиков, показывающих зависимость fмпч от текущего времени и другие зависимости.The signal from the first output of the calculator 8 enters the first input of the calculator of the parameters of the radio signal 9, from the second and third outputs of the calculator 8 to the first and second inputs of the shaper of graphic and tabular data 10. The calculation of the parameters of the signals in the calculator 9 is necessary to assess the noise immunity of the signal (at known power transmitter and radio sensitivity, antenna gain, etc.). Based on the data of calculators 8 and 9, the shaper 10 generates tabular data signals, constructs graphs showing the dependence of f MPH on the current time and other dependencies.
С четвертого выхода вычислителя 8 сигнал поступает на третий вход блока ввода, хранения и выборки данных 13, на первый вход которого поступает сигнал с выхода вычислителя 7, на второй вход сигнал с четвертого выхода пульта ввода априорных данных и управления 12, а на четвертый вход блока 13 сигнал с первого выхода формирователя 10. Сигналы с первого, второго, третьего и пятого выходов пульта 12 поступают соответственно на входы источника сигналов 4, источника сигналов 6, второй вход вычислителя 9 и второй вход анализатора и формирователя 14. С помощью ввода априорных данных через источник 6 может корректироваться значение коэффициента S в формирователе 5 для последующего вычислении значения критической частоты в вычислителе 7. Ввод априорных данных с пульта 12 необходим также для задания алгоритма и автоматической работы анализатора и формирователя 14.From the fourth output of the calculator 8, the signal is fed to the third input of the input, storage and data retrieval unit 13, the first input of which receives the signal from the output of the calculator 7, the second input is the signal from the fourth output of the a priori data input and control panel 12, and the fourth input of the unit 13 the signal from the first output of the shaper 10. The signals from the first, second, third and fifth outputs of the console 12 are received respectively at the inputs of the signal source 4, the signal source 6, the second input of the calculator 9 and the second input of the analyzer and shaper 14. Using From the input of a priori data through source 6, the value of the coefficient S in the shaper 5 can be adjusted for subsequent calculation of the critical frequency value in the calculator 7. The input of a priori data from the remote control 12 is also necessary for setting the algorithm and automatic operation of the analyzer and the shaper 14.
Сигнал с первого выхода блока 13 поступает на второй вход вычислителя 7, а также со второго выхода на второй вход вычислителя 8. При необходимости в блок ввода, хранения и выборки информации 13 могут поступать сигналы от внешних источников информации (других приемников GPS и т.д.) через пятый вход (а). В блоке 13 осуществляется ввод, запоминание данных, их хранение и выборка по мере необходимости с возможностью долгосрочного накопления данных (день, ночь, лето, зима и др.).The signal from the first output of block 13 is fed to the second input of the calculator 7, and also from the second output to the second input of the calculator 8. If necessary, signals from external sources of information (other GPS receivers, etc.) can be received in the input, storage and retrieval unit 13. .) through the fifth entrance (a). In block 13, data is entered, stored, stored and sampled as necessary with the possibility of long-term data storage (day, night, summer, winter, etc.).
Сигнал с выхода вычислителя 9 поступает на третий вход формирователя 10, со второго выхода которого сигнал поступает на вход отображающего устройства для визуального восприятия информации 11.The signal from the output of the calculator 9 goes to the third input of the shaper 10, from the second output of which the signal goes to the input of the display device for the visual perception of information 11.
Оператор данной системы, на основе анализа получаемой информации о МПЧ и ОРЧ принимает, например, необходимые организационно-технические мероприятия по установке оптимальной рабочей частоты в радиопередатчике, и доводит эту информацию известными способами по установке такой же частоты на приемной стороне.The operator of this system, on the basis of the analysis of the received information about the MFR and ORCH, takes, for example, the necessary organizational and technical measures for setting the optimal operating frequency in the radio transmitter, and brings this information in known ways to set the same frequency on the receiving side.
Наряду с назначением системы для работы в операторном режиме, автоматизация процессов установления сеансов радиосвязи актуальна и необходима при непрерывном действии стационарных и мобильных КВ передатчиков, когда необходима периодическая смена рабочих частот в течение суток или когда время работы КВ передатчиков априорно неизвестно, и они могут включаться и выключаться автоматически по заданному алгоритму в любое время текущих суток для передачи информации.Along with the purpose of the system for operating in the on-line mode, automation of the processes of establishing radio communication sessions is relevant and necessary for continuous operation of stationary and mobile HF transmitters, when a periodic change of operating frequencies is required during the day or when the operating time of HF transmitters is a priori unknown, and they can turn on and turn off automatically according to the specified algorithm at any time of the current day to transmit information.
Для автоматического управления режимом работы возбудителя КВ передатчика и настройки радиоприемника на оптимальную рабочую частоту в системе (фиг.2) дополнительно введен анализатор и формирователь управляющих сигналов 14 для режима автоматического управления работой радиопередатчика и радиоприемника. С его помощью формируется цифровой сигнал управления в последовательном двоичном коде, разрядность которого определяется максимально возможным числом организуемых частотных каналов для ионосферной радиосвязиTo automatically control the operating mode of the exciter of the HF transmitter and tune the radio receiver to the optimal operating frequency in the system (Fig. 2), an analyzer and a driver of control signals 14 are additionally introduced for the automatic control mode of the operation of the radio transmitter and radio receiver. With its help, a digital control signal is generated in a serial binary code, the bit depth of which is determined by the maximum possible number of organized frequency channels for ionospheric radio communication
где m - число разрядов цифрового сигнала управления m=1,2,3,4,…Z.where m is the number of bits of the digital control signal m = 1,2,3,4, ... Z.
Для этих целей сигнал с пятого выхода вычислителя 8, отражающий оптимальную рабочую частоту fорч поступает на вход формирователя 14, с первого выхода которого сигнал поступает в канал связи 15, а со второго выхода сигнал поступает на вход канала связи 18. Каналы связи 15, 18 содержат необходимую передающую и приемную каналообразующую аппаратуру.For these purposes, the signal from the fifth output of the calculator 8, reflecting the optimal operating frequency f ч r, is fed to the input of the shaper 14, from the first output of which the signal enters the communication channel 15, and from the second output the signal enters the input of the communication channel 18. Communication channels 15, 18 contain the necessary transmitting and receiving channel-forming equipment.
С выхода канала связи 15 управляющий сигнал поступает на вход радиопередатчика 16 (в блок синтезатора частот), с выхода которого радиосигнал поступает на вход передающей КВ антенны 17 и излучается в эфир. С выхода канала связи 18 управляющий сигнал поступает на второй вход радиоприемника 19. По данному управляющему сигналу осуществляется настройка радиоприемника на прием оптимальной рабочей частоты КВ передатчика. Радиосигнал, излучаемый передатчиком, с помощью антенны 17 достигает ионосферы, и, отражаясь от нее, поступает на вход приемной антенны 20, с выхода которой поступает на первый вход радиоприемника 19.From the output of the communication channel 15, the control signal is fed to the input of the radio transmitter 16 (to the frequency synthesizer unit), the output of which the radio signal is fed to the input of the transmitting HF antenna 17 and is broadcast. From the output of the communication channel 18, the control signal is supplied to the second input of the radio 19. By this control signal, the radio is tuned to receive the optimal operating frequency of the HF transmitter. The radio signal emitted by the transmitter, through the antenna 17 reaches the ionosphere, and, reflected from it, is fed to the input of the receiving
Автоматическое переключение несущей частоты радиопередатчика на другую новую оптимальную рабочую частоту, при проведении сеансов радиосвязи, может осуществляться по разным принятым алгоритмам анализа их хода в течение суток. Это может осуществляться, например, путем формирования цифрового управляющего сигнала для автоматического переключения несущей частоты радиопередатчика и радиоприемника, при наличии изменения максимально применимой частоты через определенные интервалы времени Δti, за счет ее увеличения или уменьшения, относительно первоначального исходного ее значения на моменты времени t1, t2,… tn, которые характеризуют начало проведения сеанса радиосвязи на новых оптимальных рабочих частотах в КВ диапазоне в течение суток.Automatic switching of the carrier frequency of the radio transmitter to another new optimal operating frequency, when conducting radio communication sessions, can be carried out according to various accepted algorithms for analyzing their progress during the day. This can be done, for example, by generating a digital control signal for automatically switching the carrier frequency of the radio transmitter and receiver, if there is a change in the maximum applicable frequency at certain time intervals Δt i , due to its increase or decrease, relative to its initial value at time t 1 , t 2 , ... t n , which characterize the beginning of a radiocommunication session at the new optimal operating frequencies in the HF range during the day.
Необходимые алгоритмы и режимы работы по изменению оптимальной рабочей частоты задаются с использованием блока 12. Цифровой сигнал определенной кодовой последовательности, несущий информацию об оптимальной рабочей частоте на текущий момент времени передается до радиопередатчика и радиоприемника по типовым каналам связи или сети Интернет.The necessary algorithms and operating modes for changing the optimal operating frequency are set using block 12. A digital signal of a certain code sequence that carries information about the optimal operating frequency at the current time is transmitted to the radio transmitter and receiver via standard communication channels or the Internet.
На фиг.2 показано, что система определения МПЧ, включающая основные блоки 1-14, имеет свое местоположение в точке А(x,y). Радиопередатчик (блоки 16-17) и радиоприемник (блоки 19-20) имеют свое месторасположение в точках B(x,y) и С(x,y). Выделим следующие ситуации по излучению радиоволн в направление приемника (корреспондента):Figure 2 shows that the MFC determination system, including the main units 1-14, has its location at point A (x, y). The radio transmitter (blocks 16-17) and the radio receiver (blocks 19-20) have their location at points B (x, y) and C (x, y). Let us single out the following situations of radiation of radio waves in the direction of the receiver (correspondent):
- передающая антенна передатчика излучает до ионосферы радиоволны направленные вертикально;- the transmitting antenna of the transmitter emits vertically directed to the ionosphere of the radio wave;
- передающая антенна передатчика излучает до ионосферы радиоволны направленные наклонно. Прием отраженных радиоволн осуществляется на расстоянии одного скачка.- the transmitting antenna of the transmitter radiates obliquely to the ionosphere of the radio wave. Reception of reflected radio waves is carried out at a distance of one jump.
Для первого случая радиоволны излучаются вверх. Затем они отражаются от ионосферы в обратном направлении вниз. При этом определяется состояние ионосферы и соответственно МПЧ непосредственно над пунктом расположения передающей радиостанции. Прием радиосигналов для данного случая возможен на расстояниях до нескольких сот километров в любые стороны от радиопередатчика (с радиусом порядка 500 км). Согласно принятым обозначениям на фиг.2, местоположение системы А(x,y) и радиопередатчика B(x,y) практически одинаковое. Расположение радиоприемника в точке С(x,y) может отстоять от радиопередатчика на расстоянии до 500 км.For the first case, radio waves are emitted upward. Then they are reflected back from the ionosphere. In this case, the state of the ionosphere and, accordingly, MUF is determined directly above the point of location of the transmitting radio station. Receiving radio signals for this case is possible at distances of up to several hundred kilometers in any direction from the radio transmitter (with a radius of about 500 km). According to the accepted notation in figure 2, the location of the system A (x, y) and the radio transmitter B (x, y) is almost the same. The location of the radio at point C (x, y) can be up to 500 km from the radio transmitter.
Для второго случая радиоволны излучаются наклонно (например, с углом излучения от 80°…20°) в заданном направлении. При односкачковом отражении радиоволны от ионосферы, они будут отражаться от ионосферы примерно на расстояниях от 1000 до 2000 км от радиопередатчика. Прием радиосигналов для данного случая возможен примерно на расстояниях от 2000 до 4000 км от радиопередатчика. Система определения МПЧ должна располагаться в месте B(x,y), где вверху происходит непосредственное отражение радиоволны от ионосферы (это место зависит от угла излучения радиоволн в ионосферу передатчиком из точки А(x,y)). В этом случае навигационный приемник и система определения МПЧ находится примерно на середине радиотрассы между радиопередатчиком и радиоприемником, то есть между точками А(x,y) и С(x.y). В табл.1 показаны местоположения взаимодействующих компонент при двух вариантах направления радиолуча до ионосферы.For the second case, the radio waves are emitted obliquely (for example, with an emission angle of 80 ° ... 20 °) in a given direction. With a single-hop reflection of the radio wave from the ionosphere, they will be reflected from the ionosphere at approximately distances from 1000 to 2000 km from the radio transmitter. Reception of radio signals for this case is possible approximately at distances from 2000 to 4000 km from the radio transmitter. The MUF detection system should be located at location B (x, y), where direct reflection of the radio wave from the ionosphere occurs at the top (this location depends on the angle of radiation of the radio waves into the ionosphere by the transmitter from point A (x, y)). In this case, the navigation receiver and the MUF detection system are located approximately in the middle of the radio path between the radio transmitter and the radio receiver, that is, between points A (x, y) and C (x.y). Table 1 shows the locations of the interacting components in two variants of the direction of the radio beam to the ionosphere.
Предложенный способ затрагивает прием радиосигналов не только от спутниковых систем типа GPS/ГЛОНАСС. Предложенные технические решения могут быть распространены и на другие космические системы, например, на европейскую глобальную навигационную спутниковую систему GALILEO.The proposed method affects the reception of radio signals not only from satellite systems such as GPS / GLONASS. The proposed technical solutions can be extended to other space systems, for example, to the European global navigation satellite system GALILEO.
Принцип действия и описание работы рассматриваемой системы, включающей пути нахождения МПЧ, обработки сигналов и других вопросов можно найти в следующих публикациях [1-4, 12]:The principle of operation and a description of the operation of the system under consideration, including ways to find MUFs, signal processing, and other issues can be found in the following publications [1-4, 12]:
Источники информации Information sources
1. Родос Л.Я. Электродинамика и распространение радиоволн: учебное пособие / Л.Я. Родос. - Сан.-Пб.: Из-во СЗТУ, 2007, - 90 с.1. Rhodes L.Ya. Electrodynamics and radio wave propagation: a training manual / L.Ya. Rhodes. - San.-Pb.: Because of NWTU, 2007, - 90 p.
2. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. М.: Эко-Трендз, 2000. - 268 с.2. Soloviev Yu.A. Satellite navigation systems. M .: Eco-Trends, 2000 .-- 268 p.
3. Казанцев М.Ю., Фатеев Ю.Л. Определение ионосферной погрешности измерения псевдодальностей в одночастотной аппаратуре систем ГЛОНАСС и GPS // Журнал радиоэлектроники №12, 2002 г.3. Kazantsev M.Yu., Fateev Yu.L. Determination of the ionospheric error of measuring pseudorange in single-frequency equipment of GLONASS and GPS systems // Journal of Radio Electronics No. 12, 2002
4. Пат. 6163295 США, МКИ7 Н04В 7/185. Ionospheric correction for single frequency GPS receivers using two satellites / V. Nagasamy, М. Usman, J. Sun (США); VSIS, Inc. (США). Заявл. 09.04.99; Опубл. 19.12.2000, и др.).4. Pat. 6163295 USA, MKI7 H04B 7/185. Ionospheric correction for single frequency GPS receivers using two satellites / V. Nagasamy, M. Usman, J. Sun (USA); VSIS, Inc. (USA). Claim 04/09/99; Publ. 12/19/2000, etc.).
5. Патент РФ 94028469 от 20.05.1996 года на устройство определения максимальной применимой частоты для КВ радиолинии.5. RF patent 94028469 dated 05/20/1996 for a device for determining the maximum applicable frequency for an HF radio link.
6. Патент РФ 2154910 от 20.08.2000 года на систему автоматического управления коротковолновой связью.6. RF patent 2154910 dated 08/20/2000 for an automatic short-wave communication control system.
7. Патент РФ 2307463 от 27.09.2007 года на способ выбора рабочих частот для радиолиний ионосферных волн.7. RF patent 2307463 from 09/27/2007 on a method for selecting operating frequencies for radio lines of ionospheric waves.
8. Патент РФ 2181490 от 20.04.2002 на устройство и способ спутникового радиоопределения.8. RF patent 2181490 dated 04/20/2002 for a device and method for satellite radiodetermination.
9. Патент РФ 1840572 от 20.08.2007 года на фазовый способ измерения интегральной электронной концентрации в ионосфере.9. RF patent 1840572 dated 08/20/2007 for a phase method for measuring the integrated electron concentration in the ionosphere.
10. Патент РФ 2421753 от 20.06.2011 года на способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления.10. RF patent 2421753 from 06/20/2011 on a method for determining the parameters of the ionosphere and a device for its implementation.
11. Патент РФ 2208809 от 20.07.2003 года на способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере.11. RF patent 2208809 of July 20, 2003 for a method for single-frequency determination of the delay of signals of a navigation satellite system in the ionosphere.
12. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. Учеб. пособие для радио-техн. спец. вузов. М., Высшая школа, 1975. 260 с.12. Grudinskaya G.P. Propagation of radio waves. Textbook allowance for radio tech. specialist. universities. M., Higher School, 1975.260 p.
Claims (3)
S1=Δxi/Δxmax и
S2=Δyi/Δymax,
где Δxi и Δyi - текущая ошибка определения координат навигационного приемника, Δxmax и Δymax - задаваемое максимально возможное значение ошибки при определении координат местонахождения навигационного приемника, при этом величины текущей ошибки принимают значения 0≤Δxi≤Δxmax и 0≤Δyi≤Δymax;
на основе значений величин Si и S2 формируют обобщенный нормирующий коэффициент S, значение которого определяется исходя из условия:
затем осуществляют вычисление значения критической частоты KB диапазона fкр согласно выражению:
fкр=(fmin+S·Δf);
где fmin - минимальная частота KB диапазона,
Δf - полоса частот KB диапазона (Δf=fmax-fmin),
fmax - максимальная частота KB диапазона;
максимально применимая частота fмпч определяется на основе выражения:
fмпч=fкр·secφ0=(fmin+S·Δf)·secφ0,
где φ0=π/2-θ0 - угол падения радиолуча на ионосферу;
коэффициент, значение оптимальной рабочей частоты fорч радиоприемника и радиопередатчика KB диапазона определяют из значений максимально применимой частоты KB диапазона согласно выражению:
fорч=0,9·fмпч.1. A method for determining the maximum applicable frequency for ionospheric radio communications of the KB range, including transmitting radio signals at predetermined frequencies from GPS / GLONASS navigation satellites to Earth, receiving radio signals that have passed the satellite-to-Earth remote environment on the receiving side by a single-frequency navigation receiver, standard processing received signals to determine position coordinates (x i, y i) single-frequency navigation receiver, and displaying the results of computation, characterized in that the obtained s via one movement navigation receiver coordinates for the location of the navigation receiver (x i, y i) is compared with pre-generated based on a priori surveying navigation receiver location coordinates (x 0, y 0) to obtain difference values navigation receiver coordinates Δx i and Δy i, then form normalizing coefficients S 1 and S 2 , which are equal to the values:
S 1 = Δx i / Δx max and
S 2 = Δy i / Δy max ,
where Δx i and Δy i are the current error in determining the coordinates of the navigation receiver, Δx max and Δy max are the maximum possible error values when determining the coordinates of the location of the navigation receiver, while the values of the current error are 0≤Δx i ≤Δx max and 0≤Δy i ≤Δy max ;
based on the values of the values of S i and S 2 form a generalized normalizing coefficient S, the value of which is determined based on the condition:
then carry out the calculation of the critical frequency values KB range f cr according to the expression:
f cr = (f min + S · Δf);
where f min is the minimum frequency of the KB range,
Δf is the frequency band of the KB range (Δf = f max -f min ),
f max - the maximum frequency of the KB range;
the maximum applicable frequency f Mpc is determined based on the expression:
f mpc = f cr · secφ 0 = (f min + S · Δf) secφ 0 ,
where φ 0 = π / 2-θ 0 is the angle of incidence of the radio beam on the ionosphere;
the coefficient, the value of the optimal operating frequency f orch of the radio receiver and radio transmitter of the KB range is determined from the values of the maximum applicable frequency of the KB range according to the expression:
f ORC = 0.9 · f Mpch .
n=(fмпч·fнпч)/Δf0,
где fнпч - наименьшая применимая частота,
Δf0 - полоса частот, которую занимает один канал радиопередачи, n≤2m, m - число разрядов цифрового сигнала управления, m=1,2,3, …, Z.2. The method for determining the maximum applicable frequency for ionospheric radio communication of the KB range according to claim 1, characterized in that on the basis of the optimal operating frequency f orc , a digital control signal is generated, presented in a serial binary code, the bit depth of which is determined by the maximum possible number of organized frequency channels n for ionospheric radio communication KB range from the expression:
n = (f mph · f npc ) / Δf 0 ,
where f NPC is the lowest applicable frequency,
Δf 0 is the frequency band occupied by one radio transmission channel, n≤2 m , m is the number of bits of the digital control signal, m = 1,2,3, ..., Z.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012118978/07A RU2516239C2 (en) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012118978/07A RU2516239C2 (en) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012118978A RU2012118978A (en) | 2013-11-20 |
RU2516239C2 true RU2516239C2 (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=49554926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012118978/07A RU2516239C2 (en) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2516239C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564993C1 (en) * | 2014-12-17 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | System for automatic control of short-wave communication |
RU2662014C1 (en) * | 2017-09-18 | 2018-07-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") | Method of ionosphere radiosounding by spiral electromagnetic waves |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105699997B (en) * | 2016-03-17 | 2018-05-29 | 武汉际上导航科技有限公司 | A kind of method that Differential positioning is carried out using GLONASS simple signals |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94028469A (en) * | 1994-07-17 | 1996-05-20 | Войсковая часть N 25871 | Device for determination of maximum usable frequency for shortwave radio lines |
RU2154910C2 (en) * | 1997-03-18 | 2000-08-20 | Жданов Борис Борисович | Computer-aided short-wave communications control system |
RU2181490C2 (en) * | 1995-10-24 | 2002-04-20 | Интернэшнл Мобайл Сэтеллайт Организейшн | Device and process of radio positioning |
RU2307463C1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-09-27 | Военная академия связи | Method for selecting working frequencies for radio-lines of ionosphere waves |
RU2421753C1 (en) * | 2010-02-19 | 2011-06-20 | Владимир Михайлович Смирнов | Method of determining ionosphere characteristics and device for realising said method |
-
2012
- 2012-05-10 RU RU2012118978/07A patent/RU2516239C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94028469A (en) * | 1994-07-17 | 1996-05-20 | Войсковая часть N 25871 | Device for determination of maximum usable frequency for shortwave radio lines |
RU2181490C2 (en) * | 1995-10-24 | 2002-04-20 | Интернэшнл Мобайл Сэтеллайт Организейшн | Device and process of radio positioning |
RU2154910C2 (en) * | 1997-03-18 | 2000-08-20 | Жданов Борис Борисович | Computer-aided short-wave communications control system |
RU2307463C1 (en) * | 2006-05-24 | 2007-09-27 | Военная академия связи | Method for selecting working frequencies for radio-lines of ionosphere waves |
RU2421753C1 (en) * | 2010-02-19 | 2011-06-20 | Владимир Михайлович Смирнов | Method of determining ionosphere characteristics and device for realising said method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564993C1 (en) * | 2014-12-17 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | System for automatic control of short-wave communication |
RU2662014C1 (en) * | 2017-09-18 | 2018-07-23 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") | Method of ionosphere radiosounding by spiral electromagnetic waves |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012118978A (en) | 2013-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sabatini et al. | Global navigation satellite systems performance analysis and augmentation strategies in aviation | |
US7656352B2 (en) | Troposphere corrections for ground based positioning systems | |
US5831576A (en) | Integrity monitoring of location and velocity coordinates from differential satellite positioning systems signals | |
US5812961A (en) | Method and reciever using a low earth orbiting satellite signal to augment the global positioning system | |
US6734821B2 (en) | Method and apparatus for processing of satellite signals without time of day information | |
US7889122B2 (en) | Refractivity retrieval via direct measurement of GNSS bending angle | |
CN109358487A (en) | A kind of pseudolite systems and method based on GNSS accurate time transmission | |
RU2615172C2 (en) | Adaptive method for electron content evaluation of ionosphere | |
US9488729B2 (en) | Detection of scintillations in signals of global navigation satellite systems caused by ionospheric irregularities | |
Morales et al. | DGPS, RTK-GPS and StarFire DGPS performance under tree shading environments | |
US20150226855A1 (en) | Mitigation of Scintillations in Signals of Global Navigation Satellite Systems Caused by Ionospheric Irregularities | |
US20110050494A1 (en) | Network and Method for Calculating Ionosphere Corrections | |
US20220082707A1 (en) | Techniques for Determining Geolocations | |
WO2010117303A1 (en) | Method for providing ephemeris support to the process of controlling the spacecraft of the global navigation satellite system | |
US20070273580A1 (en) | Navigation Signal Group Delay Calibration | |
Olynik | Temporal characteristics of GPS error sources and their impact on relative positioning | |
Demyanov et al. | The second-order derivative of GPS carrier phase as a promising means for ionospheric scintillation research | |
RU2516239C2 (en) | Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication | |
MacGougan et al. | Tightly-coupled GPS/UWB integration | |
Park et al. | Performance of ionospheric maps in support of long baseline GNSS kinematic positioning at low latitudes | |
JPWO2019208592A1 (en) | Satellite positioning system | |
RU2286584C2 (en) | Method for independent instantaneous determination by users of co-ordinates of location, velocity vector components, angular orientation in space and phase of carrier phase of radio signals of ground radio beacons retransmitted by satellites | |
KR20190017555A (en) | Method and apparatus for processing differential information of global navigation satellite system | |
CN111007490A (en) | Sky wave over-the-horizon radar coordinate registration method based on buoy geographic information | |
RU2656617C1 (en) | Method of sensing the plasma layer of the geomagnetic tail and ionosphere of the earth |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140511 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160210 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200511 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210406 |