Oценка влияния дисперсионных и дифракционных свойств ионосферы на полосу пропускания трансионосферного канала

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено теоретическое обоснование и разработка аппаратно-программного комплекса оценки полосы дисперсионных искажений и полосы когерентности замираний в спутниковом (трансионосферном) радиоканале на основе результатов GPS-мониторинга ионосферы. Основу решения этой задачи составляет разработка структурно-физической модели радиоканала, позволяющей одновременно учесть фазовую дисперсию волны и дифракцию на мелкомасштабных неоднородностях ионосферы. Получены аналитические зависимости полосы дисперсионных искажений и когерентности частотно-селективных замираний от среднего значения и мелкомасштабных флуктуаций полного электронного содержания ионосферы. Показано, что в условиях возмущений ионосферы полоса когерентности замираний может быть намного меньше полосы дисперсионности. В соответствии с полученными зависимостями разработана структура построения аппаратно-программного комплекса оценки полосы дисперсионности и когерентности спутникового радиоканала на основе усовершенствования метода GPS-мониторинга полного электронного содержания ионосферы с мелкомасштабными неоднородностями.

Об авторах

В. П. Пашинцев

Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ)

Автор, ответственный за переписку.
Email: pashintsevp@mail.ru
Россия, Ставрополь

М. В. Песков

Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ)

Email: mvpeskov@hotmail.com
Россия, Ставрополь

Д. А. Михайлов

Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ)

Email: mixayloff.dimaaylov@mail.ru
Россия, Ставрополь

Н. В. Киселев

Северо-Кавказский федеральный университет (СКФУ)

Email: vkicelev@rambler.ru
Россия, Ставрополь

Список литературы

  1. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера. М.: Наука, 1972. 563 с.
  2. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.
  3. Афраймович Э.Л., Астафьева Э.И., Живетьев И.В., Ойнац А.В., Ясюкевич Ю.В. Отклик глобального и регионального электронного содержания на изменения солнечной активности // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48. № 2. С. 195—208.
  4. Афраймович Э.Л., Едемский И.К., Воейков С.В., Ясюкевич Ю.В., Живетьев И.В. МГД природа ионосферных волновых пакетов, генерируемых солнечным терминатором // Геомагнетизм и аэрономия. 2010. Т. 50. № 1. С. 82—99.
  5. Безлер И.В., Ишин А.Б., Конецкая Е.В., Тинин М.В. Эффект анизотропии ионосферных неоднородностей при регистрации сбоев фазовых измерений ГНСС // Геомагнетизм и аэрономия. 2019. Т. 59. № 3. С. 364—373. https://doi.org/10.1134/S0016794019030040
  6. Блаунштейн Н., Пулинец С.А., Коэн Я. Расчет основных параметров радиосигналов в канале спутник — Земля при распространении через возмущенную ионосферу // Геомагнетизм и аэрономия. 2013. Т. 53. № 2. С. 215—227. https://doi.org/10.7868/S0016794013020041
  7. Воейков С.В., Бернгардт О.И., Шестаков Н.В. Использование индекса возмущенности вертикальных вариаций ПЭС при исследовании ионосферных эффектов Челябинского метеорита // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56. № 2. С. 234—243. https://doi.org/10.7868/S0016794016020127
  8. Гершман Б.Н., Ерухимов Л.М., Яшин Ю.Я. Волновые явления в ионосфере и космической плазме. М.: Наука, 1984. 392 с.
  9. Гудмен Дж.М., Ааронс Ж. Влияние ионосферных эффектов на современные электронные системы // ТИИЭР. 1990. Т. 78. № 3. С. 59—76.
  10. Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн. М.: Связь, 1971. 183 с.
  11. Иванов В.А., Иванов Д.В., Михеева Н.Н., Рябова М.И. Дисперсионные искажения системных характеристик широкополосных ионосферных радиоканалов. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2015. 156 с.
  12. Калинин А.И., Черенкова Л.Е. Распространение радиоволн и работа радиолиний. М.: Связь, 1971. 439 с.
  13. Коваль С.А., Пашинцев В.П., Копытов В.В., Манаенко С.С., Белоконь Д.А. Метод определения интервала частотной корреляции замираний в однолучевой декаметровой радиолинии // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 1. С. 67—103. https://doi.org/10.24412/2410-9916-2022-1-67-103
  14. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. М.: Связь, 1969. 155 с.
  15. Кравцов Ю.А., Фейзуллин З.И., Виноградов А.Г. Прохождение радиоволн через атмосферу Земли. М.: Радио и связь, 1983. 224 с.
  16. Маслов О.Н., Пашинцев В.П. Модели трансионосферных радиоканалов и помехоустойчивость систем космической связи // Приложение к журналу “Инфокоммуникационные технологии”. Вып. 4. Самара: ПГАТИ, 2006. 357 с.
  17. Пашинцев В.П., Колосов Л.В., Тишкин С.А., Смирнов А.А. Влияние ионосферы на обнаружение сигналов в системах космической связи // Радиотехника и электроника. 1999. Т. 44. № 2. С. 143—150.
  18. Пашинцев В.П., Ахмадеев Р.Р. Прогнозирование помехоустойчивости систем спутниковой связи и навигации по данным GPS-мониторинга ионосферы // Электросвязь. 2015. № 11. С. 58—65.
  19. Пашинцев В.П., Песков М.В., Шевченко В.А., Полежаев А.В. Структурно-физическая модель спутникового радиоканала с учетом поглощения и сцинтилляций волны в ионосфере // Инфокоммуникационные технологии. 2018. T. 16. № 4. С. 366—379. https://doi.org/10.18469/ikt.2018.16.4.02
  20. Перевалова Н.П. Оценка характеристик наземной сети приемников GPS/ГЛОНАСС, предназначенной для мониторинга ионосферных возмущений естественного и техногенного происхождения // Солнечно-земная физика. Вып. 19. 2011. С. 124—133.
  21. Пулинец М.С., Будников П.А., Пулинец С.А. Глобальный отклик ионосферы на интенсивные вариации солнечной и геомагнитной активности по данным глобальной сети навигационных приемников GNSS // Геомагнетизм и аэрономия. 2023. T. 63. № 2. С. 202—215. https://doi.org/10.31857/S0016794022600703
  22. Романова Н.Ю., Телегин В.А., Панченко В.А., Жбанков Г.А. Взаимосвязь дрейфа среднемасштабных неоднородностей и ориентации поперечной анизотропии мелкомасштабных неоднородностей в F-области среднеширотной ионосферы // Геомагнетизм и аэрономия. 2022. T. 62. № 2. C. 211—226. https://doi.org/10.31857/S0016794022020134
  23. Рыжкина Т.Е., Федорова Л.В. Исследование статических и спектральных трансатмосферных радиосигналов УКВ-СВЧ диапазона // Журнал радиоэлектроники. 2001. № 2. http://jre.cplire.ru/win/feb01/3/text.html
  24. Сомсиков В.М. Солнечный терминатор и динамические явления в атмосфере (обзор) // Геомагнетизм и аэрономия. 2011. Т. 51. № 6. С. 723—735.
  25. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь, 1979. 592 с.
  26. Тепляков И.М. Ионосферные искажения цифровых сигналов с широкополосной модуляцией // Радиотехника. 1984. № 4. С. 8—13.
  27. Титова М.А., Захаров В.И., Пулинец С.А. Интерпретация ионосферных возмущений в период крупнейшего землетрясения при дифференцированном использовании специальных методов обработки спутниковых радиосигналов // Геомагнетизм и аэрономия. 2022. T. 62. № 6. С. 797—816. https://doi.org/10.31857/S0016794022060153
  28. Филипп Н.Д., Ораевский В.Н., Блаунштейн Н.Ш., Ружин Ю.Я. Эволюция искусственных плазменных неоднородностей в ионосфере. Кишинев: Штиинца, 1986. 246 с.
  29. Черенкова Л.Е., Чернышов О.В. Распространение радиоволн. М.: Радио и связь, 1984. 272 с.
  30. Ясюкевич Ю.В., Захаров В.И., Куницын В.Е., Воейков С.В. Отклик ионосферы на землетрясение в Японии 11 марта 2011 г. по данным различных GPS-методик // Геомагнетизм и аэрономия. 2015. Т. 55. № 1. С. 113—122. https://doi.org/10.7868/S0016794014060212
  31. Aarons J. Global morphology of ionospheric scintillations // Proc. IEEE. 1982. V. 70. № 4. Р. 360—378. https://doi.org/10.1109/PROC.1982.12314
  32. Bedrosian E. Transionospheric propogation of FM signals // IEEE T. Commun. Techn. 1970. V. 18. № 2. Р. 102—109. https://doi.org/10.1109/TCOM.1970.1090338
  33. Bogusch R.L., Gulgliano F.W., Knepp D.L. Frequency-selective scintillation effects end decision feedback equalization in high data-rate satellite links // P. IEEE. 1983. V. 71. № 6. Р. 754—767. https://doi.org/10.1109/PROC.1983.12662
  34. Davies K. Ionospheric Radio / IEEE Electromagnetic Waves Series. V. 31. London: Peter Peregrinus Ltd., 1990. 580 р.
  35. GPStation-6. GNSS Ionospheric Scintillation and TEC Monitor (GISTM) Receiver User Manual. https://hexagondownloads.blob.core.windows.net/public/Novatel/assets/Documents/Manuals/om-20000132/om-20000132.pdf. 2012.
  36. Ionospheric propagation data and prediction methods required for the design of satellite services and systems. Recommendation ITU-R P. 531-11. Geneva: Electronic Publication, 2012. 24 p.
  37. Knepp D.L. Multiple phase — screen calculation of the temporal behavior of stochastic waves // P. IEEE. 1983. V. 71. № 6. Р. 722—737. https://doi.org/10.1109/PROC.1983.12660
  38. Liu C.H., Wernik A.W., Yeh K.C. Propagation of pulse trains trough a random medium // IEEE T. Antenn. Propag. 1974. V. 22. № 4. P. 624—627. https://doi.org/10.1109/TAP.1974.1140830
  39. OEM6. Firmware Reference Guide. 2014. https://hexagondownloads.blob.core.windows.net/public/Novatel/assets/Documents/Manuals/om-20000129/om-20000129.pdf
  40. Pashintsev V., Peskov M., Smirnov V., Smirnova E., Tynyankin S. Procedure for extraction of small-scale variations in the total electron content of the ionosphere with the use of transionospheric sounding data // J. Commun. Technol. El. 2017. V. 62. № 12. Р. 1336—1342. https://doi.org/10.1134/S1064226917110158
  41. Pashintsev V., Peskov M., Kalmykov I., Zhuk A., Toiskin V. Method for forecasting of interference immunity of low frequency satellite communication systems // AD ALTA — Journal of Interdisciplinary Research. 2020. V. 10. № 1. P. 367—375.
  42. Pashintsev V., Peskov M., Mikhailov D., Senokosov M., Solomonov D. Method for GPS-monitoring of small–scale fluctuations of the total electron content of the ionosphere for predicting the noise immunity of satellite communications // Ionosphere — New Perspectives. Ed. Y.-H. Chemin. London: IntechOpen, 2023. P. 13—33. https://doi.org/10.5772/intechopen.1001096
  43. Pashintsev V.P., Peskov M.V., Kalmykov I.A., Zhuk A.P., Senokosov M.A. Method for the evaluation of ionospheric diffractive and dispersive properties impact on the interference immunity of satellite communication systems // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018. V. 9. № 13. P. 44—61.
  44. Shanmugam S., Jones J., MacAulay A., Van Dierendonck A.J. Evolution to modernized GNSS ionoshperic scintillation and TEC monitoring // Proc. 2012 IEEE Symp. Position Location and Navigation (PLANS). USA, Myrtle Beach, SC. April 23—26, 2012. P. 265—273. https://doi.org/10.1109/PLANS.2012.6236891
  45. Yeh K.C., Liu C.H. Radio wave scintillations in the ionosphere // P. IEEE. 1982. V. 70. № 4. P. 324—360. https://doi.org/10.1109/PROC.1982.12313

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024