RU2655164C2 - System for determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance - Google Patents
System for determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655164C2 RU2655164C2 RU2016126683A RU2016126683A RU2655164C2 RU 2655164 C2 RU2655164 C2 RU 2655164C2 RU 2016126683 A RU2016126683 A RU 2016126683A RU 2016126683 A RU2016126683 A RU 2016126683A RU 2655164 C2 RU2655164 C2 RU 2655164C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- phase
- input
- frequency
- low
- Prior art date
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000005433 ionosphere Substances 0.000 abstract description 5
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 abstract description 2
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 abstract description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 2
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 206010037844 rash Diseases 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001191 orthodromic effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 239000005436 troposphere Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YSBXBQCTTIOQOO-BPNNUEQISA-N COC(=O)C1CC[C@@]2(C)[C@H](CC[C@H]3[C@@H]4CC[C@H]([C@H](C)CCC(O)=O)[C@@]4(C)CC[C@H]23)C1 Chemical compound COC(=O)C1CC[C@@]2(C)[C@H](CC[C@H]3[C@@H]4CC[C@H]([C@H](C)CCC(O)=O)[C@@]4(C)CC[C@H]23)C1 YSBXBQCTTIOQOO-BPNNUEQISA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 1
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
- G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая система относится к области радиофизики и может быть использована для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, предвестников землетрясений, извержений вулканов, цунами, процессов грозовой активности, динамики мощных циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков космических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами и т.п.The proposed system belongs to the field of radiophysics and can be used to monitor solar, geomagnetic and seismic activity, precursors of earthquakes, volcanic eruptions, tsunamis, thunderstorm processes, the dynamics of powerful cyclones, as well as to detect nuclear and other major explosions and fires, large emergency emissions from nuclear power plants, launches of spacecraft and rockets, emissions of powerful radio-transmitting complexes of radar and communication purposes, means of special impact Twi on the ionosphere in order to control its parameters, etc.
Известны способы и устройства для определения направления прихода и скорости перемещения ионосферных возмущений естественного и техногенного характера (авт. свид. СССР №№1.451.688, 1.709.263; патенты РФ №№2.003.136, 2.085.965, 2.189.051, 2.189.052, 2.193.495, 2.267.139, 2.379.709, 2.560.094; патенты США №№4.761.650, 6.061.013; патент ЕР №0.622.639; патент WO №0.045.192; Afraimovich E.L., Kosogorov Е.А., Perevalova N.P. The use of GPS arrays in defecting shoch-acoustic waves generated during rocket launchings. J. Atmos. Solar-Terr. Phys., V. 63, 1941-1957, 2001 и другие).Known methods and devices for determining the direction of arrival and speed of movement of ionospheric disturbances of a natural and technogenic nature (ed. Certificate of the USSR No. 1.451.688, 1.709.263; RF patents No. 2.003.136, 2.085.965, 2.189.051, 2.189 .052, 2.193.495, 2.267.139, 2.379.709, 2.560.094; U.S. Patent Nos. 4,761,650, 6,061.013; EP Patent No. 0.622.639; WO Patent No. 0.045.192; Afraimovich EL, Kosogorov E A.A., Perevalova NP The use of GPS arrays in defecting shoch-acoustic waves generated during rocket launchings. J. Atmos. Solar-Terr. Phys., V. 63, 1941-1957, 2001 and others).
Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является система, реализующая «Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения» (патент РФ №2.560.094, G01S 13/95, 2013), которая и выбрана в качестве прототипа.Of the known systems and devices closest to the proposed one is a system that implements the "Method for determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance" (RF patent No. 2.560.094, G01S 13/95, 2013), which is selected as a prototype.
Известная система обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения решеткой приемных станций спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS путем восстановления пространственного распределения полного электронного содержания ионосферы по данным радиопросвечивания атмосферы сигналами ГЛОНАСС/GPS.The known system provides an increase in the detection sensitivity and the accuracy of determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance by the grating of the receiving stations of the GLONASS / GPS satellite navigation systems by restoring the spatial distribution of the total electronic content of the ionosphere from the atmospheric radio illumination data using GLONASS / GPS signals.
Система содержит спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС/GPS и протяженную решетку двухчастотных приемников, обеспечивающих прием и обработку сигналов.The system contains GLONASS / GPS satellite radio navigation systems and an extended array of dual-frequency receivers that provide signal reception and processing.
Каждый двухчастотный приемник содержит последовательно включенные приемный тракт 1, преобразователь частоты 2, демодулятор фазоманипулированных (ФМ) сигналов 3 и блок регистрации и анализа 4 (фиг. 3).Each two-frequency receiver contains a serially connected
Преобразователь частоты 3 построен по супергетеродинной схеме, в которой одно и то же значение промежуточной частоты ωпр может быть получено при приеме сигналов на частотах ωС1, ωЗ1, ωС2, ωЗ2, т.е. ωпр=ωС1-ωГ1; ωпр=ωГ1-ωЗ1, ωпр=ωС2-ωГ2; ωпр=ωГ1-ωЗ2.
Следовательно, если частоты настройки ωС1 и ωС2 принять за основные каналы приема, то наряду с ними имеют место зеркальные каналы приема, частоты ωЗ1 и ωЗ2 которых расположены симметрично (зеркально) относительно частот гетеродинов ωГ1 и ωГ2 (фиг. 4). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Kпр, что и по основным каналам приема. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.Therefore, if the tuning frequencies ω C1 and ω C2 are taken as the main receiving channels, then along with them there are mirror receiving channels, the frequencies ω З1 and ω З2 of which are located symmetrically (mirror) with respect to the frequencies of the local oscillators ω Г1 and ω Г2 (Fig. 4 ) The conversion of the mirror channels of reception occurs with the same conversion coefficient K ol as for the main channels of reception. Therefore, they most significantly affect the selectivity and noise immunity of receivers.
Кроме зеркальных, существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. Любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условий:In addition to mirrored, there are other additional (combination) reception channels. Any Raman receive channel takes place when the following conditions are met:
ωпр=(±m⋅ωKi±n⋅ωГ1),ω ave = (± m⋅ω Ki ± n⋅ω G1),
ωпр=(±m⋅ωKj±n⋅ωГ2),ω pr = (± m⋅ω Kj ± n⋅ω Г2 ),
где ωKi, ωКj - частоты i-го и j-го каналов приема,where ω Ki , ω Кj are the frequencies of the i-th and j-th reception channels,
m, n, i, j - целые положительные числа.m, n, i, j are positive integers.
Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первых гармоник частот сигналов с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов приема. Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:The most harmful combinational reception channels are those generated by the interaction of the first harmonics of the signal frequencies with the harmonics of the frequencies of small local oscillators (second, third), since the sensitivity of the receivers on these channels is close to the sensitivity of the main reception channels. So, four combination channels with m = 1 and n = 2 correspond to frequencies:
ωК1=2ωГ1-ωпр, ωК2=2ωГ2+ωпр,ω K1 = 2ω G1 -ω pr , ω K2 = 2ω G2 + ω pr
ωК3=2ωГ3-ωпр, ωК4=2ωГ4+ωпр.ω К3 = 2ω Г3 -ω пр , ω К4 = 2ω Г4 + ω пр .
Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам приема, приводит к снижению чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками.The presence of false signals (interference) received via additional reception channels leads to a decrease in the detection sensitivity and the accuracy of determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance recorded by two-frequency receivers.
Демодулятор ФМ сигналов построен по схеме Пистолькорга А.А., в которой необходимое опорное напряжение выделяется непосредственно из принимаемого ФМ сигнала. При этом отсутствует признак, который позволял бы привязать фазу опорного напряжения к одной из фаз принимаемого ФМ сигнала. Поэтому фаза опорного напряжения под воздействием помех может переходить из одного состояния в другое в случайные моменты времени, что приводит к явлению «обратной работы» и к искажению выделяемого модулирующего кода MCtl.The FM signal demodulator is constructed according to the A.A. Pistolkorg scheme, in which the necessary reference voltage is extracted directly from the received FM signal. In this case, there is no sign that would allow you to bind the phase of the reference voltage to one of the phases of the received FM signal. Therefore, the phase of the reference voltage under the influence of interference can transition from one state to another at random times, which leads to the phenomenon of "reverse operation" and to the distortion of the allocated modulating code MCtl.
Наличие явления «обратной работы» также приводит к снижению чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками.The presence of the “reverse work” phenomenon also leads to a decrease in the detection sensitivity and the accuracy of determining the propagation velocity and the arrival direction of the ionospheric disturbance recorded by two-frequency receivers.
Технической задачей изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы».An object of the invention is to increase the sensitivity of detection and the accuracy of determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance recorded by two-frequency receivers by suppressing spurious signals (interference) received through additional channels and eliminating the phenomenon of "reverse operation".
Поставленная задача решается тем, что система для определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС/GPS и протяженную решетку двухчастотных приемников, обеспечивающих прием и обработку сложных сигналов с фазовой манипуляцией, при этом каждый двухчастотный приемник содержит последовательно включенные приемный тракт, преобразователь частоты, демодулятор сложных сигналов с фазовой манипуляцией и блок регистрации, приемный тракт содержит последовательно включенные приемную антенну, входной фидер, широкополосный фильтр-преселектор, малошумящий усилитель и два полосовых фильтра, преобразователь частоты содержит первый и второй смесители, подключенные к выходу первого и второго полосовых фильтров соответственно, вторые входы которых соединены с первыми выходами первого и второго гетеродинов соответственно, демодулятор сложных сигналов с фазовой манипуляцией содержит первый и второй фазовые детекторы, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена двумя фильтрами нижних частот, двумя перемножителями и двумя фазовращателями на 90°, причем к выходу первого смесителя последовательно подключены первый фильтр нижних частот, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, и первый фазовый детектор, второй вход которого через первый фазовращатель на 90° соединен со вторым выходом первого гетеродина, а выход подключен к управляющему входу первого гетеродина, выход первого фильтра нижних частот подключен к первому входу блока регистрации, к выходу второго смесителя последовательно подключены второй фильтр нижних частот, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, и второй фазовый детектор, второй вход которого через второй фазовращатель на 90° соединен со вторым выходом второго гетеродина, а выход подключен к управляющему входу второго гетеродина, выход второго фильтра нижних частот подключен ко второму входу блока регистрации, частоты ωГ1 и ωГ2 первого и второго гетеродинов выбраны равными частотам ωС1 и ωС2 принимаемых сигналов ωГ1=ωС1 и ωГ2=ωС2 и указанные равенства поддерживаются автоматически.The problem is solved in that the system for determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance, containing, in accordance with the closest analogue, GLONASS / GPS satellite radio navigation systems and an extended array of dual-frequency receivers that provide reception and processing of complex signals with phase shift keying, each The dual-frequency receiver contains a series-connected receiving path, a frequency converter, a demodulator of complex signals with phase shift keying and a block reg traction, the receiving path contains a receiving antenna, an input feeder, a broadband filter preselector, a low-noise amplifier and two bandpass filters in series, the frequency converter contains the first and second mixers connected to the output of the first and second bandpass filters, respectively, the second inputs of which are connected to the first outputs of the first and second local oscillators, respectively, the demodulator of complex signals with phase shift keying contains the first and second phase detectors, different from the closest analogue t m, that it is equipped with two low-pass filters, two multipliers and two phase shifters 90 °, and the first low-pass filter, the first multiplier, the second input of which is connected to the output of the first band-pass filter, and the first phase detector, the second, are connected to the output of the first mixer whose input is connected through the first phase shifter 90 ° to the second output of the first local oscillator, and the output is connected to the control input of the first local oscillator, the output of the first low-pass filter is connected to the first input of p the second mixer, the second input of which is connected to the output of the second bandpass filter, and the second phase detector, the second input of which is connected through the second phase shifter 90 ° to the second output of the second local oscillator, and the output is connected to the control input of the second local oscillator, the output of the second low-pass filter is connected to the second input of the registration unit, the frequencies ω G1 and ω G2 of the first and second local oscillators are chosen equal to the frequencies ω C1 and ω C2 imaemyh signals ω = ω C1 G1 and G2 ω = ω C2 and said equality maintained automatically.
Геометрия определения координат удаленного точечного источника ионосферного возмущения представлена на фиг. 1. Схема радиопросвечивания атмосферы показана на фиг. 2. Структурная схема базового двухчастотного приемника представлена на фиг. 3. Частотные диаграммы, поясняющие образование дополнительных каналов приема, показаны на фиг. 4. Структурная схема предлагаемого двухчастотного приемника изображена на фиг. 5.The geometry of determining the coordinates of a remote point source of ionospheric disturbance is shown in FIG. 1. An atmospheric radiolocation pattern is shown in FIG. 2. A block diagram of a basic dual frequency receiver is shown in FIG. 3. Frequency diagrams explaining the formation of additional receiving channels are shown in FIG. 4. The block diagram of the proposed dual-frequency receiver is shown in FIG. 5.
Базовый двухчастотный приемник содержит последовательно включенные приемный тракт 1, преобразователь частоты 2, демодулятор сложных сигналов с фазовой манипуляцией 3 и блок регистрации 4.The basic two-frequency receiver contains a
Приемный тракт 1 содержит последовательно включенные приемную антенну 5, входной фидер 6, широкополосный фильтр-преселектор 7, малошумящий усилитель 8 и два полосовых фильтра 9.1 и 9.2. Преобразователь частоты 2 содержит последовательно подключенные к выходу первого 9.1 (второго 9.2) полосового фильтра первого смесителя 11.1 (второго смесителя 11.2), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 10.1 (второго гетеродина 10.2) и первого усилителя 12.1 (второго усилителя 12.2) промежуточной частоты. Демодулятор сложных сигналов с фазовой манипуляцией содержит последовательно подключенные к выходу первого усилителя 12.1 (второго усилителя 12.2) промежуточной частоты первого удвоителя фазы 13.1 (второго удвоителя фазы 13.2), первого делителя фазы 14.1 на два (второго делителя фазы 14.2 на два), первого узкополосного фильтра 15.1 (второго узкополосного фильтра 15.2), первого фазового детектора 16.1 (второго фазового детектора 16.2), второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты 12.1 (второго усилителя промежуточной частоты 12.2), а выход подключен к первому (второму) входу блока 4 регистрации.The
Предлагаемый двухчастотный приемник содержит последовательно включенные приемную антенну 5, входной фидер 6, широкополосный фильтр-преселектор 7, малошумящий усилитель 8, полосовой фильтр 9.1 (9.2), смеситель 11.1 (11.2), второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 10.1 (10.2), фильтр нижних частот 12.1 (12.2), перемножитель 13.1 (13.2), второй вход которого соединен с выходом полосового фильтра 9.1 (9.2), и фазовый детектор 15.1 (15.2), второй вход которого через фазовращатель 14.1 (14.2) соединен со вторым выходом гетеродина 10.1 (10.2), а выход подключен к управляющему входу гетеродина 10.1 (10.2).The proposed dual-frequency receiver contains a
Система для определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения работает следующим образом.The system for determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance works as follows.
Система содержит спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС/GPS и протяженную решетку двухчастотных приемников, обеспечивающих прием и обработку сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМ).The system contains GLONASS / GPS satellite radio navigation systems and an extended array of dual-frequency receivers that provide reception and processing of complex signals with phase shift keying (FM).
Спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС/GPS состоят из трех частей: космической, наземной и пользовательского оборудования.GLONASS / GPS satellite navigation systems consist of three parts: space, ground and user equipment.
Космическая часть - это 24 спутника, вращающихся по 6 орбитам. Наклон орбит к земному экватору - 55°, угол между плоскостями орбит - 60°, высота орбит 20180 км, период обращения 12 ч, мощность спутникового передатчика 50 Вт. Спутники GPS способны, передвигаясь, заполнять бреши в системе, если один из них вышел из строя. Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом. Спутники идентифицируются номером PRN (Pseudo Random Number), который отображается на приемнике GPS.The space part consists of 24 satellites orbiting in 6 orbits. The inclination of the orbits to the Earth's equator is 55 °, the angle between the planes of the orbits is 60 °, the height of the orbits is 20180 km, the revolution period is 12 hours, and the power of the satellite transmitter is 50 W. GPS satellites are capable of moving, filling in gaps in the system if one of them is out of order. An important element of the satellite is the atomic clock, rubidium and cesium, four on each. Satellites are identified by a PRN (Pseudo Random Number), which is displayed on the GPS receiver.
За спутниками тщательно следят с помощью наземного сегмента управления - станции управления и слежения. В задачи последнего входит техническое обслуживание орбитальной системы, определение системного времени, предвычисление элементов орбит спутника (эфемерид), моделирование поведения часов спутника, передача навигационных данных спутника и их загрузка в память спутников.Satellites are carefully monitored using the ground-based control segment - the control and tracking station. The latter's tasks include maintenance of the orbital system, determination of system time, pre-calculation of satellite orbit elements (ephemeris), modeling of the satellite’s clock behavior, transmission of satellite navigation data and its loading into the satellite’s memory.
В качестве пользовательского оборудования используются двухчастотные приемники спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS.As user equipment, two-frequency receivers of the GLONASS / GPS satellite radio navigation system are used.
Все частоты в системе кратны основной частоте часов спутника, 10,23 МГц. Спутник передает на двух частотах ƒ1=1575,42 и ƒ2=1227,6 МГц специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного сигнала. В сигнале зашифровываются два вида кода. Один из них код С/А - доступен широкому кругу потребителей. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения, поэтому называется «грубым» кодом. Передача кода С/А осуществляется на частоте ƒ1 с использованием фазовой манипуляции псевдочастотной последовательности длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения С/A-кода - 1 мс, тактовая частота - 1,023 МГц.All frequencies in the system are multiples of the fundamental frequency of the satellite clock, 10.23 MHz. The satellite transmits, at two frequencies ƒ 1 = 1575.42 and ƒ 2 = 1227.6 MHz, a special navigation signal in the form of a binary phase-shifted signal. Two types of code are encrypted in the signal. One of them is C / A code - available to a wide range of consumers. It allows you to get only a rough estimate of the location, therefore it is called a “rough” code. The C / A code is transmitted at a frequency of ƒ 1 using phase manipulation of a pseudofrequency sequence 1023 characters long. Error protection is provided using the Gould code. The repetition period of the C / A code is 1 ms, the clock frequency is 1.023 MHz.
Другой код - Р обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все, доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS. Этот код передается на частоте ƒ2 с применением сверхдлинной псевдослучайной последовательности с периодом повторения 267 дней. Тактовая частота - 10,23 МГц.Another code - P provides a more accurate calculation of coordinates, but not everyone is able to use it, access to it is limited by the GPS service provider. This code is transmitted at a frequency of ƒ 2 using an extra-long pseudo-random sequence with a repetition period of 267 days. The clock frequency is 10.23 MHz.
Радиопросвечивание атмосферы с помощью сигналов спутниковых радионавигационных систем и семи наземных станций является легкодоступным и не требующим больших затрат способом мониторинга ее параметров в реальном времени.Radio transillumination of the atmosphere using the signals of satellite radio navigation systems and seven ground stations is an easily accessible and low-cost way to monitor its parameters in real time.
Просвечивание атмосферы двухчастотными радиосигналами ГЛОНАСС/GPS основано на существовании явления дисперсии радиоволн микроволнового диапазона в атмосфере Земли.Transmission of the atmosphere with two-frequency GLONASS / GPS radio signals is based on the existence of the microwave dispersion phenomenon in the Earth’s atmosphere.
Полное микрофизическое содержание вдоль луча визирования от фазового центра антенны приемника на антенну передатчика пропорционально разности набегов фазы на двух частотах. Учитывая, что фазовая скорость равна по знаку и противоположна по величине групповой скорости, микрофизическое содержание пропорционально разности псевдодальности, определяемой из навигационных сигналов на двух частотах. Однако для фазовых измерений микрофизическое содержание может быть определено лишь с точностью до постоянной (в пределах одного сеанса) константы. Стоит отметить также, что измерения сдвига фазы на несколько порядков точнее кодовых измерений псевдодальности, поэтому для определения абсолютного микрофизического содержания целесообразно использовать кодовые и фазовые измерения совместно.The total microphysical content along the line of sight from the phase center of the receiver antenna to the transmitter antenna is proportional to the difference in phase incursions at two frequencies. Considering that the phase velocity is equal in sign and opposite in magnitude to the group velocity, the microphysical content is proportional to the pseudorange difference determined from the navigation signals at two frequencies. However, for phase measurements, the microphysical content can only be determined accurate to a constant (within one session) constant. It is also worth noting that phase shift measurements are several orders of magnitude more accurate than pseudorange code measurements; therefore, it is advisable to use code and phase measurements together to determine the absolute microphysical content.
Многолучевость появляется в результате вторичных отражений сигнала спутника от крупных препятствий, расположенных в непосредственной близости от приемника. При этом возникает явление интерференции, и измерить расстояние достаточно трудно, а наилучшим способом борьбы с нею считается рациональное размещение приемника относительно препятствий. В результате воздействия этого фактора ошибки определения псевдодальности могут увеличиться на 2 м.Multipath occurs as a result of secondary reflections of a satellite signal from large obstacles located in the immediate vicinity of the receiver. In this case, the phenomenon of interference occurs, and it is difficult to measure the distance, and the best way to deal with it is the rational placement of the receiver relative to obstacles. As a result of this factor, the errors in determining the pseudorange can increase by 2 m.
Ионосфера - это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50-500 км, который содержит свободные электроны. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала.The ionosphere is an ionized atmospheric layer in the altitude range of 50-500 km, which contains free electrons. The presence of these electrons causes a delay in the propagation of the satellite signal, which is directly proportional to the electron concentration and inversely proportional to the square of the frequency of the radio signal.
Для вычисления ионосферной поправки используется измерение псевдодальности на Р-коде на двух частотах:To calculate the ionospheric correction, the measurement of pseudorange on the P-code at two frequencies is used:
где 
ƒ1 и ƒ2 - частоты сигналов GPS,ƒ 1 and ƒ 2 - GPS signal frequencies,
Dp2, Dp1 - измерение псевдодальности на Р-коде на частотах ƒ1 и ƒ2 соответственно.D p2 , D p1 - measurement of pseudorange on the P-code at frequencies ƒ 1 and ƒ 2, respectively.
Ионосферная поправка псевдодальности устраняет систематическую ошибку порядка 5 метров в определении вектора положения покоящегося наблюдателя.The ionospheric correction of the pseudorange eliminates a systematic error of the order of 5 meters in determining the position vector of the observer at rest.
Тропосфера - самый нижний слой атмосферы (до высоты 8-13 км). Она также обуславливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Задержка сигнала в тропосфере также вызвана эффектами рефракции. В отличие от ионосферной задержки тропосферная задержка не зависит от частоты сигнала, она зависит от метеорологических параметров (давления, температуры, влажности), а также от высоты спутника над горизонтом. Для вычисления тропосферной поправки измерения псевдодальности используют измерения температуры, давления воздуха и парциального давления водяного пара. Эти измерения доступны в сети Internet для каждой базовой GPS станции.The troposphere is the lowest layer of the atmosphere (up to an altitude of 8-13 km). It also causes a delay in the propagation of the radio signal from the satellite. Signal delay in the troposphere is also caused by refraction effects. Unlike the ionospheric delay, the tropospheric delay does not depend on the signal frequency, it depends on meteorological parameters (pressure, temperature, humidity), as well as on the satellite’s height above the horizon. To calculate the tropospheric correction, measurements of pseudorange use measurements of temperature, air pressure, and partial pressure of water vapor. These measurements are available on the Internet for each base GPS station.
Соотношение для вычисления тропосферной поправки псевдодальности наземного наблюдателя имеет вид:The ratio for calculating the tropospheric correction of the pseudorange of the ground observer has the form:
где Т - температура [К];where T is the temperature [K];
Р - давление воздуха [мб];P is the air pressure [mb];
В - парциальное давление водяного пара [мб];In - partial pressure of water vapor [mb];
θ - зенитный угол направления на НКА.θ is the zenith angle of direction to the satellite.
Тропосферные задержки вызывают ошибки измерения псевдодальности в 1 м.Tropospheric delays cause 1 m pseudorange measurement errors.
Наиболее эффективным средством исключения ошибок является дифференциальный способ наблюдений. Его суть состоит в выполнении измерений двумя приемниками: один устанавливается в определяемой точке, а другой - в точке с известными координатами - базовой (контрольной) станции. В дифференциальном режиме измеряют не абсолютные координаты первого приемника, а его положение относительно базового (вектор базы). Использование дифференциального режима позволяет довести точность кодовых измерений до десятков сантиметров, а фазовых - до единиц миллиметров.The most effective means of eliminating errors is the differential method of observation. Its essence consists in performing measurements by two receivers: one is installed at a defined point, and the other at a point with known coordinates - the base (control) station. In differential mode, it is not the absolute coordinates of the first receiver that are measured, but its position relative to the base (base vector). Using the differential mode allows you to bring the accuracy of code measurements to tens of centimeters, and phase - to units of millimeters.
Определение значения полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы осуществляется по двухчастотным измерениям дальности между навигационным спутником и наземным приемникомThe determination of the value of the total electronic content (TEC) of the ionosphere is carried out by two-frequency measurements of the distance between the navigation satellite and the ground receiver
где ƒ1=1575,42 МГц, ƒ2=1227,6 МГц, λ1, λ2 - частоты и длины волн навигационных сигналов:where ƒ 1 = 1575.42 MHz, ƒ 2 = 1227.6 MHz, λ 1 , λ 2 are the frequencies and wavelengths of navigation signals:
L1λ1, L2λ2 - фазовый путь трансионосферных радиосигналов (L1, L2 - число полных оборотов фазы);L 1 λ 1 , L 2 λ 2 - phase path of transionospheric radio signals (L 1 , L 2 - the number of full rotations of the phase);
θ - зенитный угол луча «приемник-навигационный спутник».θ - zenith angle of the beam "receiver-navigation satellite".
Совокупность лучей «приемник-навигационный спутник» в заданном регионе образует приемную решетку, каждый i-й элемент которой в момент времени t характеризуется изменением значения ПЭС Yi(t) и положением соответствующей ионосферной точки (Xi(t), Yi(t), Zi(t)). Временные ряды ПЭС отражают как регулярные изменения ПЭС в точке регистрации, так и вариации ПЭС, вызванные ионосферными возмущениями различного характера.The set of beams “receiver-navigation satellite” in a given region forms a receiving array, each i-th element of which at time t is characterized by a change in the TEC value Y i (t) and the position of the corresponding ionospheric point (X i (t), Y i (t ), Z i (t)). The time series of TECs reflect both regular changes in TECs at the registration point and variations in TECs caused by ionospheric disturbances of a different nature.
Для выделения характерных ионосферных возмущений ряды ПЭС подвергаются процедуре специальной фильтрации в диапазоне периодов, соответствующих масштабу возмущения.To distinguish characteristic ionospheric disturbances, the TEC series undergo a special filtering procedure in the range of periods corresponding to the scale of the disturbance.
Обнаружение и определение пространственно-временных параметров ионосферного возмущения осуществляется путем последовательной проверки гипотез о значениях направления прихода и скорости распространения ионосферного возмущения.The detection and determination of the spatio-temporal parameters of the ionospheric disturbance is carried out by sequentially testing hypotheses about the values of the direction of arrival and propagation velocity of the ionospheric disturbance.
Для каждой пары проверяемых значений (α, V) формируется диаграмма направленности приемной решетки и соответствующим образом ориентируется в фазовом пространстве [α, V] за счет синфазного суммирования отдельных рядов ΔYi(t) приемной решетки к некоторому нейтральному ряду ΔY0(t), выбранному в качестве опорного, с временными сдвигами τi и формировании выходного сигнала приемной решетки:For each pair of checked values (α, V), the radiation pattern of the receiver array is formed and accordingly oriented in the phase space [α, V] due to the in-phase summation of the individual rows ΔY i (t) of the receiver array to a certain neutral row ΔY 0 (t), selected as a reference, with time shifts τ i and the formation of the output signal of the receiving array:
где Р - количество элементов приемной решетки.where P is the number of elements of the receiving grid.
Временной сдвиг τi определяется как разность времени tj j-го отсчета i-го суммарного ряда ПЭС и времени t0 регистрации ионосферного возмущения центральным элементом приемной решетки τi=tj-t0 и выбирается исходя из минимизации выражения, описывающего динамику распространения возмущения:The time shift τ i is defined as the difference between the time t j of the j-th count of the i-th total series of TEC and the time t 0 of recording the ionospheric disturbance by the central element of the receiving grating τ i = t j -t 0 and is selected based on the minimization of the expression describing the dynamics of propagation of the disturbance :
где Δpi - расстояние, пройденное фронтом волны между i-м и центральным элементом приемной решетки.where Δp i is the distance traveled by the wave front between the ith and the central element of the receiving array.
Для протяженных приемных решеток расстояние Δpi. рассчитывается с учетом кривизны Земли. С этой целью в заданном направлении α прихода волны ионосферного возмущения на высоте hmax задается удаленный точечный источник (обозначен точкой Е на фиг. 1), который будет являться полюсом ортодромической системы координат, экватор которой (жирная линия на фиг. 1) проходит через центральный элемент приемной решетки (точка А на фиг. 1). Тогда фронт волны, распространяющийся от удаленного точечного источника и приходящий через i-й элемент приемной решетки (точка В на фиг. 1), будет представлять собой широтный круг (жирная прерывистая линия), параллельный экватору полученной ортодромической системы. Такая модель соответствует плоской волне ионосферного возмущения, распространяющейся на сфере Земли.For extended receiving gratings, the distance Δp i . calculated taking into account the curvature of the Earth. To this end, in a given direction α of the arrival of the ionospheric disturbance wave at a height h max, a remote point source (indicated by point E in Fig. 1) is set, which will be the pole of the orthodromic coordinate system, the equator of which (bold line in Fig. 1) passes through the central element of the receiving grate (point A in Fig. 1). Then the wave front propagating from a remote point source and arriving through the ith element of the receiving array (point B in Fig. 1) will be a latitudinal circle (a thick broken line) parallel to the equator of the resulting orthodromic system. Such a model corresponds to a plane wave of ionospheric disturbance propagating over the Earth's sphere.
Геоцентрические координаты (Хe, Ye, Ze) удаленного источника ионосферного возмущения определяются с использованием правил сферической тригонометрии. При этом рассматриваются сферический треугольник, вершиной А которого является центральный элемент приемной решетки с известными координатами (Х0, Y0, Z0).The geocentric coordinates (X e , Y e , Z e ) of a remote source of ionospheric disturbance are determined using the rules of spherical trigonometry. In this case, we consider a spherical triangle, the vertex A of which is the central element of the receiving grating with known coordinates (X 0 , Y 0 , Z 0 ).
Вершиной С этого треугольника является северный полюс геоцентрической системы координат (0, 0, R + hmax), где R - радиус Земли. Необходимо определить координаты третьей вершины Е, которая и будет являться удаленным источником. Чтобы удаленный источник Е являлся полюсом ортодромической системы координат, угловой размер стороны АЕ сферического треугольника задается равным π/2. В полученном сферическом треугольнике известны две стороны АС и АЕ, а также угол между ними <LCAE=α, что является типовой задачей решения сферического треугольника. С использованием теоремы косинусов в сферическом треугольнике определяется третья сторона и координаты (Хe, Ye, Ze) удаленного источника Е.The vertex C of this triangle is the north pole of the geocentric coordinate system (0, 0, R + h max ), where R is the radius of the Earth. It is necessary to determine the coordinates of the third vertex E, which will be the remote source. So that the remote source E is the pole of the orthodromic coordinate system, the angular size of the side AE of the spherical triangle is set to π / 2. In the obtained spherical triangle, two sides AC and AE are known, as well as the angle between them <LCAE = α, which is a typical problem for solving a spherical triangle. Using the cosine theorem in a spherical triangle, the third side and the coordinates (X e , Y e , Z e ) of the remote source E.
Расстояние, пройденное фронтом волны между i-м и центральным элементом приемной решетки, определяется как разность расстояний АЕ и BE (фиг. 1) и записывается в виде:The distance traveled by the wave front between the ith and the central element of the receiving array is determined as the difference between the distances AE and BE (Fig. 1) and is written in the form:
где (Xi, Yi, Zi) - координаты i-го элемента приемной решетки в момент времени tj.where (X i , Y i , Z i ) are the coordinates of the ith element of the receiver array at time tj.
Решение о правильности проверяемой гипотезы принимается при превышении суммарным сигналом заданного порогового уровня. При этом считается, что обнаружено ионосферное возмущение, а соответствующие значения α и V, для которых суммарный сигнал приемной решетки превысил пороговое значение, считаются оценками направления прихода и фазовой скорости распространения обнаруженного ионосферного возмущения.The decision on the correctness of the tested hypothesis is made when the total signal exceeds a predetermined threshold level. In this case, it is believed that an ionospheric disturbance is detected, and the corresponding values of α and V, for which the total signal of the receiving grating exceeded the threshold value, are considered as estimates of the direction of arrival and the phase propagation velocity of the detected ionospheric disturbance.
Каждый двухчастотный приемник работает следующим образом. Принимаемые ФМ сигналы с приемной антенны 5 поступают во входной фидер 6, который представляет собой четвертьволновой замкнутый на одной стороне отрезок коаксиальной линии и служит для согласования параметров антенны 5 и входных цепей приемника. С выхода фидера 6 ФМ сигналы поступают на вход широкополосного фильтра-преселектора 7, который служит / для ограничения полосы частот принимаемых сигналов в диапазоне 1574,42-1621 МГц. Указанный фильтр, выполненный на микроволновых линиях, реализует эллиптический полосовой фильтр Кауэра 5-го порядка. Широкополосный фильтр-преселектор 7 обладает важным достоинством, а именно практически линейной фазовой характеристикой в полосе пропускания фильтра, что является большим преимуществом при работе со сложными ФМ сигналами, передаваемыми со спутников. Это приводит, например, к тому, что фильтр-преселектор 7 имеет одинаковое линейное время группового запаздывания τ в полосе пропускания, равное примерно 2,5 не. Такая реализация приводит к тому, что нет необходимости использовать специальный калибратор для обеспечения одинакового времени группового запаздывания τ для всех сигналов, принимаемых от спутников.Each two-frequency receiver operates as follows. Received FM signals from the receiving
С выхода фильтра-преселектора 7 ФМ сигналы поступают на вход малошумящего усилителя 8, который выполнен на основе арсенид-галлиевых транзисторов с барьером Шоттки и обеспечивает основное усиление приемного тракта 1.From the output of the
С выхода малошумящего усилителя 8 ФМ сигналы поступают на входы полосовых фильтров 9.1 и 9.2, которые выделяют их:From the output of the low-
UC1(t)=UC1⋅cos[(ωC1±ΩД1)t+ϕK1(t)+ϕC1],U C1 (t) = U C1 ⋅cos [(ω C1 ± Ω Д1 ) t + ϕ K1 (t) + ϕ C1 ],
UC2(t)=UC2⋅cos[(ωC2±ΩД2)t+ϕK2(t)+ϕC2],U C2 (t) = U C2 ⋅cos [(ω C2 ± Ω Д2 ) t + ϕ K2 (t) + ϕ C2 ],
где UC1, UC2, ωC1, ωC2, ϕC1, ϕC2, TC - амплитуды, несущие частоты, начальные фазы и длительность сигналов;where U C1 , U C2 , ω C1 , ω C2 , ϕ C1 , ϕ C2 , T C are the amplitudes, carrier frequencies, initial phases and signal duration;
0≤t≤ТC;0≤t≤T C ;
±ΩД1, ±ΩД2 - доплеровские смещения частоты;± Ω D1 , ± Ω D2 - Doppler frequency shifts;
ϕK1(t)={0, π}, ϕК2(t)={0, π} - манипулированные составляющие фаз, отображающие законы фазовой манипуляции в соответствии с модулирующими кодами М1(t) и М2(t) соответственно.ϕ K1 (t) = {0, π}, ϕ K2 (t) = {0, π} are the manipulated phase components that display the laws of phase manipulation in accordance with the modulating codes M 1 (t) and M 2 (t), respectively.
Указанные ФМ сигналы поступают на первые входы гетеродинов 11.1 и 11.2, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 10.1 и 10.2:These FM signals are fed to the first inputs of the local oscillators 11.1 and 11.2, to the second inputs of which the voltage of the local oscillators 10.1 and 10.2 is supplied:
UГ1(t)=UГ1⋅cos(ωГ1t±ϕГ1),U G1 (t) = U D1 ⋅cos (ω t ± φ r1 r1)
UГ2(t)=UГ2⋅cos(ωГ2t±ϕГ2).U Г2 (t) = U Г2 ⋅cos (ω Г2 t ± ϕ Г2 ).
На выходах смесителей 11.1 и 11.2 образуются напряжения комбинационных частот:At the outputs of the mixers 11.1 and 11.2, the voltages of the combination frequencies are formed:
UΣ1(t)=UH1⋅cosϕК1(t)+UH1⋅cos[(2ωГ1±Ωд1)t+ϕК1(t)+2ϕС1],U Σ1 (t) = U H1 ⋅cosϕ К1 (t) + U H1 ⋅cos [(2ω Г1 ± Ω д1 ) t + ϕ К1 (t) + 2ϕ С1 ],
UΣ2(t)=UH2⋅cosϕК2(t)+UН2⋅cos[(2ωГ2±Ωд2)t+ϕК2(t)+2ϕС2],U Σ2 (t) = U H2 ⋅cosϕ К2 (t) + U Н2 ⋅cos [(2ω Г2 ± Ω д2 ) t + ϕ К2 (t) + 2ϕ С2 ],
где 
Фильтрами 12.1 и 12.2 нижних частот выделяются низкочастотные напряжения (напряжения нулевой частоты)Low-pass filters 12.1 and 12.2 emit low-frequency voltages (zero-frequency voltages)
пропорциональные модулирующим кодам М1(t) и М2(t) соответственно.proportional to the modulating codes M 1 (t) and M 2 (t), respectively.
Эти напряжения фиксируются блоком регистрации 4. Частоты ωГ1 и ωГ2 гетеродинов выбираются равными частотам ωС1 и ωС2 принимаемых ФМ сигналов: ωГ1=ωС1, ωГ2=ωС2. Это обеспечивает совмещение двух процедур: преобразование принимаемых ФМ сигналов на нулевую частоту и выделение низкочастотных напряжений UH1(t) и UH2(t), пропорциональных модулирующим кодам M1(t) и M2(t), т.е. синхронное детектирование принимаемых ФМ сигналов с помощью гетеродина 10.1, смесителя 11.1, фильтра 12.1 нижних частот и гетеродина 10.2, смесителя 11.2, фильтра 12.2 нижних частот. Такие схемные конструкции позволяют избавиться от дополнительных каналов приема (зеркальных каналов на частотах ωЗ1 и ωЗ2, комбинационных каналов на частотах ωК1, ωК2, ωК3, и ωК4).These voltages are fixed by the
Так как частоты ωС1 и ωС2 принимаемых ФМ сигналов могут изменяться под воздействием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера (±Ωд1, ±Ωд2), то для выполнения и поддержания равенств ωГ1=ωС1, ωГ2=ωС2 используются системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 16.1 и 16.2, состоящие из перемножителя 13.1, фазовращателя 14.1 на 90°, фазового детектора 15.1 и перемножителя 13.2, фазовращателя 14.2 на 90°, фазового детектора 15.2.Since the frequencies ω C1 and ω C2 of the received FM signals can change under the influence of various destabilizing factors, including the Doppler effect (± Ω d1 , ± Ω d2 ), to fulfill and maintain the equalities ω Г1 = ω С1 , ω Г2 = ω C2 phase-locked loop systems (PLL) 16.1 and 16.2 are used, consisting of a multiplier 13.1, a phase shifter 14.1 by 90 °, a phase detector 15.1 and a multiplier 13.2, a phase shifter 14.2 by 90 °, a phase detector 15.2.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы» с помощью простых схемных конструкций, которые обладают новизной, оригинальностью и могут найти широкое практическое применение.Thus, the proposed system, in comparison with the prototype and other technical solutions of a similar purpose, provides an increase in the detection sensitivity and the accuracy of determining the propagation velocity and direction of arrival of the ionospheric disturbance recorded by two-frequency receivers. This is achieved by suppressing false signals (interference) received via additional channels, and eliminating the phenomenon of “reverse operation” using simple circuit designs that are novel, original, and can find wide practical application.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126683A RU2655164C2 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | System for determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016126683A RU2655164C2 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | System for determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655164C2 true RU2655164C2 (en) | 2018-05-24 |
Family
ID=62202484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016126683A RU2655164C2 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | System for determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655164C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4761650A (en) * | 1985-12-06 | 1988-08-02 | Communications Research Laboratory, Ministry Of Posts And Telecommunications | System for measuring height distributions of atmospheric temperature, wind direction and wind speed |
| EP0622639A2 (en) * | 1993-04-30 | 1994-11-02 | International Business Machines Corporation | Meteorological workstation |
| US6061013A (en) * | 1995-12-26 | 2000-05-09 | Thomson-Csf | Method for determining the precipitation ratio by double polarization radar and meteorological radar for implementing such process |
| RU2379709C1 (en) * | 2008-06-25 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance |
| US20130186127A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-07-25 | Pukyong National University lndustry-University Cooperation Foundation | Ice floater for facilitating ice-freezing on water surface |
| RU2560094C2 (en) * | 2013-12-03 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова" (ФГБУ "ИПГ") | Method of determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric perturbation |
| RU2560525C1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-08-20 | Александр Васильевич Тертышников | Method of determining position of epicentral area of source and propagation speed of travelling ionospheric disturbances |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126683A patent/RU2655164C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4761650A (en) * | 1985-12-06 | 1988-08-02 | Communications Research Laboratory, Ministry Of Posts And Telecommunications | System for measuring height distributions of atmospheric temperature, wind direction and wind speed |
| EP0622639A2 (en) * | 1993-04-30 | 1994-11-02 | International Business Machines Corporation | Meteorological workstation |
| US6061013A (en) * | 1995-12-26 | 2000-05-09 | Thomson-Csf | Method for determining the precipitation ratio by double polarization radar and meteorological radar for implementing such process |
| RU2379709C1 (en) * | 2008-06-25 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище (военный институт)" Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance |
| US20130186127A1 (en) * | 2012-01-25 | 2013-07-25 | Pukyong National University lndustry-University Cooperation Foundation | Ice floater for facilitating ice-freezing on water surface |
| RU2560094C2 (en) * | 2013-12-03 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова" (ФГБУ "ИПГ") | Method of determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric perturbation |
| RU2560525C1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-08-20 | Александр Васильевич Тертышников | Method of determining position of epicentral area of source and propagation speed of travelling ionospheric disturbances |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Komjathy | Global ionospheric total electron content mapping using the Global Positioning System | |
| US10962651B2 (en) | Ionospheric delay correction method for LEO satellite augmented navigation systems | |
| US5812961A (en) | Method and reciever using a low earth orbiting satellite signal to augment the global positioning system | |
| El-Mowafy | Advanced receiver autonomous integrity monitoring using triple frequency data with a focus on treatment of biases | |
| RU2560094C2 (en) | Method of determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric perturbation | |
| Demyanov et al. | The second-order derivative of GPS carrier phase as a promising means for ionospheric scintillation research | |
| Bhardwaj et al. | Study of temporal variation of vertical TEC using NavIC data | |
| Muradyan et al. | GPS/INS navigation precision and its effect on airborne radio occultation retrieval accuracy | |
| Kumar et al. | The global positioning system: Popular accuracy measures | |
| Al-Franek | Ionospheric imaging for Canadian polar regions | |
| Hwang et al. | TDOA-based ASF map generation to increase Loran positioning accuracy in Korea | |
| RU2624634C1 (en) | Method of determining speed of distribution and direction of ionospheric perturbation | |
| Bernhardt et al. | Ionospheric applications of the scintillation and tomography receiver in space (CITRIS) mission when used with the DORIS radio beacon network | |
| RU2622511C1 (en) | Method of clock synchronization and device for its implementation | |
| RU2655164C2 (en) | System for determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance | |
| RU2656617C1 (en) | Method of sensing the plasma layer of the geomagnetic tail and ionosphere of the earth | |
| RU2516239C2 (en) | Method of determining maximum usable frequency for ionospheric radio communication | |
| Kunitsyn et al. | Earthquake prediction research using radio tomography of the ionosphere | |
| Durmaz | Non-parametric and semi-parametric regional modeling of the ionospheric vertical total electron content using ground-based gps observations | |
| Desai et al. | Ionodelay models for satellite based navigation system | |
| Martin | Gps carrier phase tracking in difficult environments using vector tracking for precise positioning and vehicle attitude estimation | |
| Luo et al. | Mathematical models for GPS positioning | |
| Morel et al. | Diagnostic of the dayside ionosphere of Mars using the total electron content measurement by the NEIGE/Netlander experiment: An assessment study | |
| Malik et al. | Cost‐effective and novel regional navigation system using HEO/GEO and GEO/IGS Constellations | |
| Preston | GPS Multipath Detection and Mitigation Timing Bias Techniques |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180705 |