Алгоритм оценки абсолютного полного электронного содержания ионосферы по данным двухчастотных фазовых и дальностных спутниковых измерений

Цели. Решается задача разработки алгоритма оценки абсолютного полного электронного содержания ионосферы по данным двухчастотных фазовых и дальностных спутниковых измерений для одиночной приемной станции глобальных навигационных спутниковых систем.

Методы. Для получения оценки корректируются данные фазовых измерений методами цифровой обработки сигналов, применяются и комбинируются известные формулы полного электронного содержания для фазовых и дальностных измерений, оценивается дифференциальная кодовая задержка приемной станции методом наименьших квадратов.

Результаты. Показано, что полное электронное содержание, рассчитанное по фазовым измерениям, обеспечивает высокую точность, но с точностью до неизвестной константы, а рассчитанное по дальностным измерениям позволяет получить абсолютное значение, но с большой шумовой составляющей и дифференциальной кодовой задержкой аппаратуры спутника и приемника. Разработан алгоритм оценки абсолютного полного электронного содержания ионосферы, приведены его описание и схема. Алгоритм применен для оценки полного электронного содержания за полгода наблюдений, рассчитана средняя ошибка полученной оценки.

Заключение. Разработанный алгоритм может быть использован для оценки абсолютного полного электронного содержания ионосферы для одиночной приемной станции глобальных навигационных спутниковых систем. В отличие от теоретически известных формул для фазовых и дальностных измерений в настоящей статье содержатся сведения о корректировке фазовых измерений и оценке дифференциальной кодовой задержки приемной станции. Дальнейшие исследования могут быть связаны с адаптивным подбором параметров и тестированием алгоритма для работы с наноспутниками формата CubeSat.

1. Дэвис, К. Радиоволны в ионосфере : пер. с англ. / К. Дэвис. – М. : Мир, 1973. – 504 с.

2. Ратклифф, Дж. А. Магнито-ионная теория и ее приложения к ионосфере : пер. с англ. / Дж. А. Ратклифф. – М. : Изд-во иностранной литературы, 1962. – 248 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. Куницын, В. Е. Радиотомография ионосферы / В. Е. Куницын, Е. Д. Терещенко, Е. С. Андреева. – М. : Физматлит, 2007. – 336 с.

5. Способ оценивания полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции сигналов глобальной навигационной спутниковой системы GPS / И. В. Белоконов [и др.] // Информатика. – 2023. – Т. 20, № 2. – С. 7–27. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-2-7-27

6. Hofmann-Wellenhof B. Global Positioning System: Theory and Practice / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins. – N. Y. : Springer-Verlag Wien, 1992. – 327 p.

7. Variability of GPS/GLONASS differential code biases / A. A. Mylnikova [et al.] // Results in Physics. – 2015. – Vol. 5. – P. 9–10.

8. Kunitsyn, V. E. Ionospheric Tomography / V. E. Kunitsyn, E. D. Tereshenko. – Springer, 2003. – 272 p.

9. Atmospheric studies with the tri-band beacon instrument on the COSMIC constellation / P. Bernhardt [et al.] // Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences. – 2001. – Vol. 11, no. 1. – P. 291–312. https://doi.org/10.3319/TAO.2000.11.1.291(COSMIC)

10. 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. – 2009. – Т. 111, № 4. – С. 31–36.

11. Ferreira, V. Study on cycle-slip detection and repair methods for a single dual-frequency global positioning system (GPS) / V. Ferreira, X. He, X. Tang // Boletim de Ciensicas. – 2014. – Vol. 20, no. 4. – P. 984–1004.

12. Cycle slip detection and repair for undifferenced GPS observation under high ionospheric activity / C. Cai [et al.] // GPS Solutions. – 2012. – Vol. 17, no. 2. – P. 247–260. https://doi.org/10.1007/s10291-012-0275-7

13. Blewitt, G. An automatic editing algorithm for GPS data / G. Blewitt // Geophysical Research Letters. – 1990. – Vol. 17, no. 3. – P. 199–202.

14. Goad, C. Precise positioning with the global positioning system / C. Goad // Proceedings of the Third Intern. Symp. on Inertial Technology for Surveying and Geodesy, Banff, 16–20 Sept. 1985. – Banff, 1985. – P. 745–756.

15. Ya’acob, N. Determination of GPS total electron content using single layer model (SLM) ionospheric mapping function / N. Ya’acob, M. Abdullah, M. Ismail // Intern. J. of Computer Science and Network Security. – 2008. – Vol. 8, no. 9. – P. 154–160.