Определение концентрации электронов в ионосфере над территорией Республики Беларусь по данным глобальных навигационных спутниковых систем

Наумов А. O.; Хмарский П. А.; Бышнев Н. И.; Петровский Н. А.

Определение концентрации электронов в ионосфере над территорией Республики Беларусь по данным глобальных навигационных спутниковых систем

Наумов А. O.,

Хмарский П. А.,

Бышнев Н. И.,

Петровский Н. А.

2024

https://doi.org/10.29235/1561-8358-2024-69-1-

Приводятся результаты экспериментальных исследований концентрации электронов в ионосфере над территорией Республики Беларусь по данным глобальной навигационной спутниковой системы. В качестве входных данных использовались результаты измерений спутниковой системы точного позиционирования Республики Беларусь и навигационные данные высокоорбитальных навигационных спутников в формате RINEX. Приведены выражения для расчета полного электронного содержания при помощи двухчастотного метода и комбинации измерений по фазовым и кодовым задержкам. Решены задачи коррекции проскальзывания цикла навигационного сигнала и определения дифференциальных кодовых задержек. Продемонстрированы примеры вычисления вертикального электронного содержания над Республикой Беларусь в разные моменты времени. Полученные результаты целесообразно использовать при мониторинге ионосферы с целью обеспечения надежной работы радиосистем, обнаружения ионосферных аномалий естественного и искусственного происхождения, а также прогнозирования природных явлений на их основе.

Наумов А. O., Хмарский П. А., Бышнев Н. И., Петровский Н. А. Определение концентрации электронов в ионосфере над территорией Республики Беларусь по данным глобальных навигационных спутниковых систем. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2024;69(1):53-64. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2024-69-1-

Цитирование

Список литературы

1. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E. GNSS – Global Navigation Satellite Systems. GPS, GLONASS, Galileo, and More. Springer, 2008. xxix, 516 p. https://doi.org/10.1007/978-3-211-73017-1

2. Sickle J. Van. GPS for Land Surveyors. 4th ed. CRC Press, 2015. 368 p. https://doi.org/10.1201/b18 480

3. Astafyeva E. Ionospheric detection of natural hazards. Reviews of Geophysics, 2019, vol. 57, pp. 1265–1288. https://doi. org/10.1029/2019RG000668

4. Komjathy A., Yang Y.-M., Meng X., Verkhoglyadova O., Mannucci A. J., Langley R. B. Review and perspectives: Understanding natural-hazards-generated ionospheric perturbations using GPS measurements and coupled modeling. Radio Science, 2016, vol. 51, iss. 7, pp. 951–961. https://doi.org/10.1002/2015RS005910

5. Laštovička J. Long-Term Changes in Ionospheric Climate in Terms of foF2. Atmosphere, 2022, vol. 13, no. 1, art. ID 110. https://doi.org/10.3390/atmos13010110

6. Milanowska B., Wielgosz P., Krypiak-Gregorczyk A., Jarmołowski W. Accuracy of Global Ionosphere Maps in Relation to Their Time Interval. Remote Sensing, 2021, vol. 13, no. 18, art. ID 3552. https://doi.org/10.3390/rs13183552

7. Galkin I., Fron A., Reinisch B., Hernández-Pajares M., Krankowski A., Nava B., Bilitza D. [et al.]. Global Monitoring of Ionospheric Weather by GIRO and GNSS Data Fusion. Atmosphere, 2022, vol. 13, no. 3, art. ID 371. https://doi.org/10.3390/ atmos13030371

8. Zakharenkova I., Cherniak I., Braun J. J, Wu Q. Global Maps of Equatorial Plasma Bubbles Depletions Based on FORMOSAT-7/COSMIC-2 Ion Velocity Meter Plasma Density Observations. Space Weather, 2021, vol. 21, iss. 5, art. ID e2 023SW003 438. https://doi.org/10.1029/2023SW003438

9. Yasyukevich Y., Mylnikova A., Vesnin A. GNSS-Based Non-Negative Absolute Ionosphere Total Electron Content, its Spatial Gradients, Time Derivatives and Differential Code Biases: Bounded-Variable Least-Squares and Taylor Series. Sensors, 2020, vol. 20, no. 19, art. ID 5702. https://doi.org/10.3390/s20195702

10. Juan J. M., Sanz J., Rovira-Garcia A., González-Casado G., Ibanez D., Perez R. O. AATR an ionospheric activity indicator specifically based on GNSS measurements. Journal of Space Weather and Space Climate, 2018, vol. 8, art. ID A14. https://doi.org/10.1051/swsc/2017044

11. Rideout W., Coster A. Automated GPS processing for global total electron content data. GPS Solut, 2006, vol. 10, pp. 219–228. https://doi.org/10.1007/s10 291-006-0029-5

12. Roma-Dollase D., Hernández-Pajares M., Krankowski A., Kotulak K., Ghoddousi-Fard R., Yunbin Yuan, Zishen Li [et al.]. Consistency of seven different GNSS global ionospheric mapping techniques during one solar cycle. Journal of Geodesy, 2018, vol. 92, pp. 691–706. https://doi.org/10.1007/s00190-017-1088-9

13. Zishen Li, Ningbo Wang, Hernández-Pajares M., Yunbin Yuan, Krankowski A., Ang Liu, Jiuping Zha [et al.]. IGS real-time service for global ionospheric total electron content modeling. Journal of Geodesy, 2020, vol. 94, art. ID 32. https:// doi.org/10.1007/s00190-020-01 360-0

14. Lean J. L., Meier R. R., Picone J. M., Sassi F., Emmert J. T., Richards P. G. Ionospheric total electron content: Spatial patterns of variability. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2016, vol. 121, iss. 10, pp. 10,367–10,402. https://doi. org/10.1002/2016JA023210

15. Huang C., Lu G., Zhang Y., Paxton L. J., eds. Ionosphere Dynamics and Applications. American Geophysical Union: Wiley, 2021. xi, 559 p. https://doi.org/10.1002/9781119815617

16. Naumov A. O., Khmarskiy P. A., Byshnev N. I., Piatrouski N. I. Methods and software for calculating total electron content based on GNSS data. 7 th Advanced Engineering Days (AED), 1–2 July 2023, Mersin, Türkiye. Available at: https:// publish.mersin.edu.tr/index.php/aed/article/view/1151 (accessed 2 July 2023).

17. Ignacio R. RINEX. The Receiver Independent Exchange Format Version 4.00. Darmstadt, IGS/RTCM RINEX WG, 2021. 120 p.

18. Materassi M., Forte B., Coster A., Skone S. The Dynamical Ionosphere a Systems Approach to Ionospheric Irregularity. Elsevier, 2020. 323 p. https://doi.org/10.1016/C2 017-0-01069-8

19. Artemiev V. M., Naumov A. O., Stepanov V. L., Murashko N. I. Method and Results of Real Time Modeling of Ionosphere Radiotomography on the Basis of the Kalman Filter Theory. Journal of Automation and Information Sciences, 2008, vol. 40, no. 2, pp. 52–62. https://doi.org/10.1615/JAutomatInfScien.v40.i2.50

20. Belokonov I. V., Krot А. М., Kozlov S. V., Kaplarchuk E. А., Savinykh I. E., Shapkin А. S. A method for estimating the total electron content in the ionosphere based on the retransmission of signals from the global navigation satellite system GPS. Informatika = Informatics, 2023, vol. 20, no. 2, pp. 7−27 (in Russian). https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-2-7-27

21. Kaplarchuk E. А., Kozlov S. V., Savinykh I. E., Shapkin А. S. Processing of retransmitted global navigation satellite system GPS navigation signals in the problem of measuring the total electron content in the ionosphere. Informatika = Informatics, 2023, vol. 20, no. 3, pp. 30−45 (in Russian). https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-3-30-45

22. Arikan F., Nayir H., Sezen U., Arikan O. Estimation of single station interfrequency receiver bias using GPS-TEC.

23. Radio Science, 2008, vol. 43, RS4004. 13 p. https://doi.org/10.1029/2007RS003785

24. Naumov A., Khmarskiy P., Byshnev N., Piatrouski M. Methods and software for estimation of total electron content in ionosphere using GNSS observations. Engineering Applications, 2023, vol. 2, no. 3, pp. 243–253.

25. Themens D. R., Jayachandran P. T., Langley R. B., MacDougall J. W., Nicolls J. Determining receiver biases in GPSderived total electron content in the auroral oval and polar cap region using ionosonde measurements. GPS Solut, 2013, vol. 17, pp. 357–369. https://doi.org/10.1007/s10 291-012-0284-6

26. Hieu La Van, Ferreira V. G., He X., Tang X. Study on cycle-slip detection and repair methods for a single dualfrequency global positioning system (GPS) receiver. Boletim de Ciências Geodésicas, 2014, vol. 20, no. 4, pp. 984–1004. https://doi.org/10.1590/S1982-21702014000400054

27. Wang N., Yuan Y., Li Z., Montenbruck O., Tan B. Determination of differential code biases with multi-GNSS observations. Journal of Geodesy, 2016, vol. 90, no. 3, pp. 209–228. https://doi.org/10.1007/s00190-015-0867-4

28. Montenbruck O., Hauschild A., Steigenberger P. Differential Code Bias Estimation using Multi-GNSS Observations and Global Ionosphere Maps. Navigation – Journal of the ION, 2014, vol. 61, no. 3, pp. 191–201. https://doi.org/10.1002/ navi.644

29. Wang Y., Zhao L., Gao Y. Estimation and Analysis of GNSS Differential Code Biases (DCBs) Using a Multi-Spacing Software Receiver. Sensors, 2021, vol. 21, no. 2, art. ID 443. https://doi.org/10.3390/s21020443

30. Komjathy A. Global Ionospheric Total Electron Content Mapping Using the Global Positioning System. University of New Brunswick, 1997. 265 p.

Источник

Информация

Автор

Наумов А. O. Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси
Хмарский П. А. Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси
Бышнев Н. И. Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси
Петровский Н. А. Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси

Страницы

53-64

Год издания

2024

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук