ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВАРИАЦИИ АМПЛИТУДЫ СИГНАЛОВ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ В СРАВНЕНИИ С ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ ПОЛНОГО ЭЛЕКТРОННОГО СОДЕРЖАНИЯ ВДОЛЬ РАДИОТРАССЫ
Введение 2
Глава 1. Распространение радиосигналов спутниковых навигационных систем в
атмосфере 3
1.1 Структура спутниковых радионавигационных сигналов 3
1.2 Структура ионосферы 8
1.3 Распространение дециметровых радиоволн в ионосфере 12
1.4 Флуктуации амплитуды радиоволн при распространении в турбулентной
атмосфере 16
1.5 Выводы 17
Глава 2. Анализ измерений наземного приемника ГНСС для выявления закономерностей изменчивости флуктуаций амплитуды сигнала и пэс 18
2.1 Выборка экспериментальных данных 18
2.2 Экспериментальные измерений ПЭС и амплитуды трансатмосферных
радиосигналов спутниковых навигационных систем 19
2.3 Регрессионный анализ экспериментальных данных 21
2.4 Спектральный анализ 24
2.5 Выводы 25
ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПЭС И АМПЛИТУДЫ СИГНАЛА 27
3.1 Изменчивость среднеквадратичного отклонения флуктуаций ПЭС и
флуктуаций амплитуды сигнала 27
3.2 Выявленные периодичности в спектрах флуктуаций ПЭС и амплитуды 31
3.3 Коэффициенты аппроксимации спектров амплитуды и ПЭС 36
3.4 Выводы 49
Заключение 51
Литература
В наше время глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) используются для всепогодного мониторинга ионосферы. Сигнал, проходя через атмосферу, претерпевает существенные искажения вызванные рефракцией и дисперсией радиосигналов. В верхних слоях (ионосфере) при распространении радиоволн играют заряженные частицы (ионы, протоны, электроны). Концентрации заряженных частиц зависит от времени суток, от сезонов года и от геомагнитной активности.
Целью данной работы было выявление закономерностей вариаций амплитуды сигналов спутниковых навигационных систем в сравнении с изменчивостью полного электронного содержания (ПЭС) вдоль радиотрассы. Основными задачами являлись:
• Выборка экспериментальных данных амплитуды и фазы сигналов спутниковых навигационных систем, соответствующих различным сезонам, времени суток и различным уровням геомагнитной активности, расчет ПЭС. Использовались измерения наземного приемника кафедры радиоастрономии КФУ.
• Проведение регрессионного анализа амплитуды сигнала и ПЭС для выявления флуктуаций параметров, связанных с ионосферной динамикой.
• Исследование спектральных характеристик полученных временных рядов флуктуаций амплитуды и ПЭС.
• Сопоставление полученных статистических параметров, соответствующих различным сезонам, времени суток и различным уровням геомагнитной активности.
В результате проделанной работы были получены следующие результаты.
1. Проведен анализ 1464 реализаций ежесекундных экспериментальных данных амплитуды и фазы сигналов спутниковых навигационных систем на частотах 1575,42 и 1227,6 МГц, принятых наземным приемником в 2014 г. С помощью регрессионного анализа выявлены флуктуации амплитуды сигнала и полного электронного содержания, связанные с ионосферной динамикой. Исследованы спектральные характеристики полученных временных рядов флуктуаций амплитуды и полного электронного содержания, соответствующие различным сезонам, времени суток и различным уровням геомагнитной активности. Среднеквадратические отклонения флуктуаций полного электронного содержания в основном находятся в диапазоне 0,4-0,7 TECU.
2. Показано, что процессы с временными масштабами менее 1 минуты сильнее проявляются в спектрах флуктуаций, как полного электронного содержания, так и амплитуды сигнала в периоды увеличения геомагнитной активности.
3. Обнаружено, что 85 % исследованных реализаций были выявлены квазипериодические вариации амплитуды трансионосферного ГНСС сигнала когерентные флуктуациям ПЭС. Наиболее вероятные периоды квазипериодических флуктуаций 8 мин - 33 мин. Выявлено совпадение частот флуктуаций ПЭС и флуктуаций отношения сигнал/шум.
4. Показано, что амплитуды периодических флуктуаций ПЭС в зимний период днем выше, чем летом и зимней ночью. Периодические вариации амплитуды сигнала летним днем, имеют наименьшую мощность, что свидетельствует о более слабом проявлении волновых процессов.
