Способ оценивания полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции сигналов глобальной навигационной спутниковой системы GPS

Цели. Решается задача разработки эффективного по аппаратурным затратам способа оценивания полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции сигналов глобальной навигационной спутниковой системы GPS на двух частотах L1, L2 когерентных сигналов с использованием малогабаритного наноспутника-ретранслятора.
Методы. Показано, что при ретрансляции навигационных сигналов на выделенные для геофизических исследований частоты 150/400 МГц образуется когерентная многопозиционная радиолокационная система, включающая навигационные спутники (НС) – источники сигналов, наноспутник-ретранслятор (СР) и наземные приемные пункты (ПП). Время задержки и фазы четырех принимаемых сигналов содержат информацию о суммарном полном электронном содержании на трассах распространения НС – СР и СР – ПП. За счет последующей обработки сигналов возможно выделение полного электронного содержания на каждой из трасс распространения, а также нахождение координат CР.
Результаты. Определены способ и порядок оценивания полного электронного содержания по результатам обработки ретранслированных сигналов и технические требования к аппаратуре ретрансляции. Представлены характеристики точности предлагаемого метода и результаты моделирования.
Заключение. Приведенные в статье сведения могут быть полезны для специалистов и исследователей, интересующихся вопросами радиотомографического изучения ионосферы и прогнозирования опасных природных явлений.

1. Куницын, В. Е. Радиотомография ионосферы / В. Е. Куницын, Е. Д. Терещенко, Е. С. Андреева. – М. : Физматлит, 2007. – 336 с.

2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А. И. Перова, В. Н. Харисова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : ИПРЖР, 2010. – 800 с.

3. Афраймович, Э. Л. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э. Л. Афраймович, Н. П. Перевалова. – Иркутск : ГУ НЦ ВСНЦ СО РАН, 2006. – 480 с.

4. Семейство наноспутников изучения ионосферы на базе платформы SamSat разработки Самарского университета / И. В. Белоконов [и др.] // Восьмой Белорусский космический конгресс : материалы конгресса : в 2 т., Минск, 25–27 окт. 2022 г. – Минск : ОИПИ НАН Беларуси, 2022. – Т. 1. – С. 167–170.

5. Application of FORMOSAT-3/COSMIC mission to global Earth monitoring / C.-J. Fong [et al.] // Space 2005, Long Beach, California, 30 Aug. – 01 Sept. 2005. – Long Beach, 2005. – Р. 6774. https://doi.org/10.2514/6.2005-6774

6. Романов, А. А. Измерение полного электронного содержания ионосферы Земли с помощью многочастотного когерентного зондирующего сигнала / А. А. Романов, А. В. Новиков // Вопросы электромеханики. Тр. НПП ВНИИЭМ. – М. : ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2009. – Т. 111. – С. 31–36.

7. Анализ современных возможностей создания малых космических аппаратов для дистанционного зондирования Земли / Н. Н. Севастьянов [и др.] // Тр. МФТИ. – 2009. – Т. 1, № 3. – C. 15–23.

8. Использование сигналов ГНСС для исследования состояния ионосферы / И. В. Белоконов [и др.] // Навигация и управление движением : тез. докл. Междунар. семинара, Самара, 28 сент. – 2 окт. 2020 г. / Самар. нац. исслед. ун-т им. С. П. Королѐва. – Самара, 2020. – С. 85–86.

9. Николаев, П. Н. Алгоритм быстрой обратной проекции с фильтрацией в 2D-ионосферной радиотомографии с использованием межспутниковых измерений / П. Н. Николаев, О. В. Филонин, И. В. Белоконов // Advances in Space Research. – 2021. – Т. 68, № 10. – С. 4167–4188. https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.07.042

10. Ширман, Я. Д. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех / Я. Д. Ширман, В. Н. Манжос. – М. : Радио и связь, 1981. – 416 с.

11. Саврасов, Ю. С. Алгоритмы и программы в радиолокации / Ю. С. Саврасов. – М. : Радио и связь, 1985. – 216 с.

12. Купряшкин, И. Ф. Малогабаритные многофункциональные РЛС с непрерывным частотно-модулированным излучением. – М. : Радиотехника, 2020. – 280 с.

13. Ле, В. К. Алгоритмы длительного когерентного накопления отраженного сигнала при ненулевых высших производных дальности до радиолокационной цели в спектральной области / В. К. Ле, С. В. Козлов // Докл. БГУИР. – 2021. – № 5. – С. 35–44. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-5-35-44

14. Куан, Н. В. Пассивная радиолокационная система мониторинга движения судов в прибрежных районах с использованием спутниковых сигналов подсвета / Н. В. Куан // Изв. высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2020. – Т. 23, № 3. – C. 41–52. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-3-41-52

15. Beacon satellite receiver for ionospheric tomography / J. Vierinen [et al.] // Radio Science. – 2014. – Vol. 49, iss. 12. – P. 1141–1152. https://doi.org/10.1002/2014RS005434

16. Дэвис, К. Радиоволны в ионосфере : пер. с англ. / К. Дэвис. – М. : Мир, 1973. – 502 с.

17. Тихонов, В. И. Оптимальный прием сигналов. – М. : Радио и связь, 1983. – 320 с.

18. Генике, А. А. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии / А. А. Генике, Г. Г. Побединский. – М. : Картгеоцентр, 2004. – 355 c.