Обеспечение требуемых навигационных характеристик спутниковых радионавигационных систем в неблагоприятных гелио-геофизических условиях

Автор(и)

  • Владислав Владимирович Демьянов Иркутский военный авиационный инженерный институт, Російська Федерація
  • Эдуард Леонтьевич Афраймович Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской Академии наук, Російська Федерація
  • Андрей Михайлович Алёшечкин Институт инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета, Російська Федерація

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347009060016

Анотація

Приведен подробный обзор отечественных и зарубежных научных публикаций, посвященных влиянию геомагнитных возмущений и мощных вспышек радиоизлучения Солнца на качество функционирования спутниковых радионавигационных систем (СРНС) и их функциональных дополнений. Показано, что существующие методы обеспечения требуемых навигационных характеристик, при работе аппаратуры пользователя СРНС в автономном и дифференциальном режиме не в полной мере удовлетворяют современным требованиям к СРНС в условиях действия неблагоприятных гелио-геофизических факторов. Рассматривается система организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение требуемой точности и непрерывности определения местоположения пользователей СРНС при воздействии геомагнитных возмущений и всплесков солнечного радиоизлучения. Для практической реализации данных мероприятий предложена примерная структура комплексной системы обеспечения требуемых навигационных характеристик СРНС в неблагоприятных гелио-геофизических условиях. Данную систему можно рассматривать как необходимую составную часть перспективной службы глобального мониторинга и прогноза текущего качества функционирования СРНС.

Посилання

Межгосударственная радионавигационная программа государств-участников Содружества Независимых Государств на 2001-2005 годы (Концепция развития радионавигационных систем). — М., 2001.

Gibbons G. GLONASS: the way ahead / G. Gibbons // Inside GNSS. — 2007. — Spring, 2007. — P. 20–23.

Отчеты о состоянии систем ГЛОНАСС и GPS. — Режим доступа — Текущее состояние и перспективы развития спутниковой радионавигации.

Российский радионавигационный план // НТЦ «Интернавигация» . — М., 1999.

Федеральный радионавигационный план США // МТ и МО США, 1999.

ГЛОНАСС: принципы построения и функционирования: коллективная монография / под ред. А.И. Перова и В.Н. Харисова. — М. : Радиотехника, 2005. — 687 с.

Afraimovich E.L. Geomagnetic storms and the occurrence of phase slips in the reception of GPS signals / E.L. Afraimovich, O.S.Lesyuta, I.I.Ushakov // Annals of Geophys. — 2001. — V. 45, No. 1. — P. 55–71.

Scone S. Limitations in GPS receiver tracking performance under ionospheric scintillation / S. Scone, M. de Jong // Physics and Chem. of the Earth. — 2001. — Part A, No. 26/6-8. — P. 613–621.

Ledvina B.M. First observations of intense GPS L1 amplitude scintillations at mid latitude / B.M. Ledvina, J.J. Makela, P.M. Kintner // Geophys. Res. Letters. — 2001. — Vol. 29, No. 14. — P. 103–109.

Afraimovich E.L. Degradation of performance of the navigation GPS system in geomagnetically disturbed conditions / E.L. Afraimovich, V.V. Demyanov, T.N. Kondakova // GPS Solutions. — 2003. — Vol. 7, No. 2. — P. 109–119.

Meggs R.W. An Investigation into the Relationship between Ionospheric Scintillation and Loss of Lock in GNSS Receivers / R.W. Meggs, N. M. Cathryn, A.M. Smith // Characterising the Ionospere: Int. Conference RTO-MP-IST-056, June 12-16, 2006., Alaska, US: Proc. of the Meeting. — Fairbanks, 2006. — Paper 5.

Herbster C.S. Scintillation effects on national geospatial-intelligence agency (NGA) GPS monitor stations / C.S. Herbster // International Beacon Satellite Symp., June 11–15, 2007., Boston, US: Proc. of the Symp. — Boston College, 2007. — P. 11–19.

Jakowski N. Ionospheric storms at high and mid-latitudes monitored by ground and space based GPS techniques / N. Jakowski // International Beacon Satellite Symp., June 11–15, 2007, Boston, MA, US: Proc. of the Symp. — Boston College, 2007. — P. 48–53.

Meggs R.W. GPS scintillation over the European Arctic during the November 2004 storms / R.W. Meggs, C.M. Mitchell, F. Honary // GPS Solutions. — 2008. — No. 12. — P. 281–287.

Chen Z. Evaluation of solar radio bursts’ effect on GPS receiver signal tracking within International GPS Service network / Z. Chen, Y. Gao, Z. Liu // Radio Sci. — 2008. — Vol. 40. — RS3012, doi:10.1029/2004RS003066.

Cerruti A.P. Observed Solar Radio Burst Effects on GPS/WAAS Carrier-to-Noise Ration / A.P. Cerruti // Space Weather. — Режим доступа: http://gps.ece.cornell.edu. — Дата доступа: 11.07.08. — Space Weather 4, S10006, doi:10.1029/2006SW000254.

Afraimovich E.L. Mid-Latitude Amplitude Scintillation of GPS Signals and GPS Performance Slips / E.L.Afraimovich, E.I. Astafyeva, V.V.Demyanov. I.F. Gamayunov // Advances of Space Res. — 2009. — No. 43. — P. 964–972.

Афраймович Э. Л. Сбои функционирования GPS, обусловленные мощным радиоизлучением солнца во время солнечной вспышки 6 декабря 2006 г / Э. Л. Афраймович, Г. Я. Смольков, Н.С. Гаврилюк // Солнечно-земные связи и предвестники землетрясений: IV Междунар. конф. ИКИР ДВО РАН, 14–17 августа 2007 г., с. Паратунка, Камчатской обл., Россия: сб. докл. Конф. — Петропавловск-Камч. : 2007. — С. 31–36.

Coster A.J. Regional GPS Mapping of Storm Enhanced Density During the July 15-16 2000 Geomagnetic Storm / A.J. Coster // International Beacon Satellite Symp., June 4-6, 2001, Boston, MA, US: Proc. of the Symp. — Boston College, 2001. — P. 212–217.

Carrano C.S. Effects of the December 2006 Solar Radio Bursts on the GPS Receivers of the AFRL-SCINDA Network / C.S. Carrano, K.M. Groves, C.T. Bridgwood // International Beacon Satellite Symp., June 11-15, 2007., Boston, MA, US: Proc. of the Symp. — Boston College, 2007. — P. 92–96.

Doherty P. Space weather effects of October–November 2003 / P. Doherty, J. A. Coster, W. Murtagh // GPS Solutions. — 2004. — No. 8. — P. 267–271.

Jock R.I. The Effects of Local Ionospheric Decorrelation on LAAS: Theory and Experimental Results/ R.I. Jock // Stanford University Group. — Режим доступа: http://www.stanford.edu/group/GPS. — 22.12.04. — Stanford University Group.

Kim B. C. Contribution of ionospheric irregularities to the error of dual-frequency GNSS positioning / B.C. Kim, M.V. Tinin // Journal of Geodesy. — 2007. — No. 81. — P. 189–199.

Ким Б. Ч. Влияние ионосферных неоднородностей на точность двухчастотных систем GPS / Ким Б.Ч., М.В. Тинин // Геомагнетизм и Аэрономия. — 2007. — Т. 46, № 2. — С. 1–6.

Kintner P. M. Fading time scales associated with GPS signals and potential consequences / P.M. Kintner, H. Kil, E. de Paula // Radio Sci. — 2001. — Vol. 36, No. 4. — P. 731–743.

Afraimovich E. L. Ionospheric Geomagnetic Variations and GPS positioning Errors During the Major Magnetic Storm on 29-31 October 2003 / E.L. Afraimovich // International Reference Ionosphere News. — 2004. — Vol. 11, No. 3.4.

Котяшкин С. И. Определение ионосферной задержки сигналов в одночастотной аппаратуре потребителей спутниковой системы навигации NAVSTAR / С. И. Котяшкин // Зарубежная радиоэлектроника. — 1989. — № 5. — С. 85–95.

Conker R. S. Modeleing the effects of ionospheric scintillation on GPS/Satellite- Based Augmentaion System availability / R.S. Conker // Radio Sci. — 2003. — Vol. 38, No. 1.1001, doi:10.1029/2000RS002604.

Kaplan E. D. Understanding GPS: Principles and applications / E.D. Kaplan. — Artech House, 1996. — 556 c.

Interface control document: ICD-GPS-200c. — Режим доступа: http://www.navcen.uscg.mil/pubs/gps/icd200/. — 20.11.08. — Global Positioning System.

Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС: Интерфейсный контрольный документ. — М. : ВКС РФ, 1995.

Gibbons G. GLONASS: A new look for he 21st Century / G. Gibbons // Inside GNSS. — 2008. — May-June, 2008. — P. 20–23.

Afraimovich E. L. Updating the ionospheric delay model for single-frequency equipment of users of the GPS / E. L. Afraimovich, V. V. Chernukhov, and V. V. Demyanov // Radio Sci. — 2000. — Vol. 35, No. 1. — P. 257–262.

Klobuchar J. Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users / J. Klobuchar // IEEE Transactions on Aerospace and Electronics System. — 1986. — Vol. 23, No. 3. — P. 325–331.

Харгривс Дж. К. Верхняя атмосфера и солнечно-земные связи / Дж. К. Харгривс. — Л. : Гидрометеоиздат, 1982. — 351 с.

Luo M. LAAS Ionosphere Spatial Gradient Threat Model and Impact of LGF and Airborne Monitoring / M.Luo // ION GPS/GNSS Symp., 9-12 September, 2003, Portland, UK: Proc. of the Symp., 2003. — P. 2255–2274.

Демьянов В. В. Пространственно-временная корреляция абсолютных погрешностей определения координат пользователей СРНС в различных геофизических условиях / В.В. Демьянов, И.Ф, Гамаюнов, Э.Л. Афраймович, А.М.Алешечкин // Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2007. — Т. 50, № 5. — С. 30–46.

Пашинцев В. П. Влияние дисперсионной ионосферы на измерение псевдодальности в спутниковых радионавигационных системах / В. П. Пашинцев, М. В. Гамов // Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2002. — Т. 45, № 12. — С. 3–13.

Beach T. Ionospheric scintillation monitoring and mitigation using a software GPS receiver / T. Beach, K. M. Groves // Radio Sci. — 2004. — Vol. 39, RS1S21, doi: 10.1029/2002RS002812.

Filatchenkov S. Broadcast standard for Russian Maritime DGPSDGLONASS Service / S. Filatchenkov // International Beacon Satellite Symp., June 5-6, 1996., St. Petersburg, Russia: Proc. of DSNS-96. — St. Petersburg, 1996. — Paper 21.

Blomenhofer H. The new DASA-NFS ground station family for use in Civil aviation / H. Blomenhofer, A. Mattisek // International Beacon Satellite Symp., June 5-6, 1996., St. Petersburg, Russia: Proc. of DSNS-96. — St. Petersburg, 1996. — Paper 17.

Wide Area Augmentation System (WAAS) / US Department of Transportation: FAA-E-2892B // Federal Aviation Administration Specification. — 1999.

Базаржапов А. Д. Геомагнитные вариации и бури / А.Д. Базаржапов, М.И. Матвеев, В.М. Мишин. — Новосибирск : Наука, 1979. — 278 c.

Афраймович Э. Л. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э. Л. Афраймович, Н.П. Перевалова. — Иркутск : СО РАН, Институт Солнечно-земной физики, 2006. — 479 с.

El-Arini M. B. Development of an Error Budget for a GPS Wide-Area Augmentation System (WAAS) / M.B. El-Arini // International Ionospheric Research Symp., Jan. 24-26, 1994., San Diego, CA: Proc. of ION NTM-94. — San Diego, 1994. — P. 927–936.

Blanch J. An Ionosphere Estimation Algorithm for WAAS Based on Kriging / J. Blanch // ION GPS/GNSS Symp., 10-13 September, 2002, Portland, UK : Proc. of the Symp., 2002. — P. 655–661.

Lejeune R. Comparison of Performance Results of Ionospheric Tomography and Thin Shell Algorithms for an SBAS in Brazil / R. Lejeune, M. B. El-Arini, S. Ericson // Navigation National Technical Meeting, 2004, San Diego, CA: Proc. of the Institute of Navigation National Technical Meeting. — San Diego, 2004. — P. 27–35.

Walter T. Modernizing WAAS / T. Walter, P. Enge, P. Reddan // Stanford University Group. — Режим доступа: http://waas.stanford.edu/wwu/papers/gps/PDF/WalterIONGNSS04.pdf. — 22.12.04. — Stanford University Group.

Datta-Barua S. Can WAAS Availability Be Inferred From Geomagnetic Data An Analysis / S. Datta-Barua // The Beacon Satellite Symposium (BSS 2004), October 18–22, 2004, Trieste, Italy: In Proc. of The Symposium (BSS 2004). — Trieste, 2004. — P. 12–19.

Prasad N. Preliminary analysis of grid ionospheric vertical error for GAGAN / N. Prasad, A.D. Sarma // GPS Solutions. — 2007. — No. 11. — P. 281–288.

Indriyatmoko A. Artificial neural networks for predicting DGPS carrier phase and pseudorange correction / A. Indriyatmoko // GPS Solutions. — 2008. — No. 12. — P. 237–247.

Vroeijenstijn R. Wide Area DGNSS Service Using Existing LF-transmitters / R. Vroeijenstijn, G. Offermans // International Beacon Satellite Symp., June 5-6, 1996., St. Petersburg, Russia: Proc. of DSNS-96. — St. Petersburg, 1996. — Paper 9.

Афраймович Э. Л. Среднеширотные амплитудные мерцания сигналов GPS и сбои функционирования GPS на границе аврорального овала / Э.Л. Афраймович // Изв. Вузов. Радиофизика. — 2004. — Т. 47, № 7. — С. 509–526.

Afraimovich E. L. Mid-latitude amplitude scintillation of GPS signals and GPS performance slips / E.L. Afraimovich // The Beacon Satellite Symposium (BSS 2004), October 18-22, 2004, Trieste, Italy: In Proc. of The Symposium (BSS 2004). — Trieste, 2004. — P. 112-118.

Afraimovich E. L. Mapping of spatial distribution of ionosphere small-scale structure, phase slips and positioning accuracy as deduced from two-frequency measurements of GPS signals / E.L. Afraimovich // General Assembly of The Union of Radio Science (URSI GA), October 5-7, 2005, Delhi, India: In Proc. of URSI GA. — Delhi, 2005. — Paper GP2.1(0247).

Демьянов В. В. Широтная зависимость ошибок и сбоев позиционирования пользователей GPS / В.В. Демьянов, Гамаюнов И.Ф., Кондакова Т.Н. // Вестник ИрГТУ. — 2007. — Т. 1, № 29. — С. 75–79.

Афраймович Э. Л. Образование ионосферных неоднородностей в областях с высоким значением градиента электронной концентрации во время магнитной бури 29-31 октября 2003 г. / Э.Л. Афраймович // Распространение радиоволн: ХХI Всерос. научная конф., 12-15 мая 2005 г., Томск, Россия: материалы конф. — Т.1. — Томск : ТГУ, 2005. — С. 114–118.

National Space Weather Program: the Implementation Plan // Washington, DC. — Режим доступа: http://www.ofcm.gov/nswp-ip/text/cover.htm. — 1.10.2004. — The USA Space Weather Program.

Feltens J. IGS activities in the area of the ionosphere / J. Feltens // URSI Bulletin International Reference Ionosphere. — 2000. — Vol. 7, No. 1. — P. 7–11.

Ray J. New global positioning system reference station in Brazil / J. Ray, D. Cramp, M. Chin // GPS Solutions. — 2007. — No. 11. — P. 1–10.

Rizos C. Alternatives to current GPS-RTK services and some implications for CORS infrastructures and operations / C. Rizos // GPS Solutions. — 2007. — No. 11. — P. 151–158.

Демьянов В. В. Оперативная оценка качества навигационных определений спутниковых радионавигационных систем / Демьянов В.В. // Авиакосмическое приборостроение. — 2007. — № 12. — С. 25–30.

Quddus M. A. A general map matching algorithm for transport telematics applications / M.A. Quddus // GPS Solutions. — 2003. — No. 7. — P. 157–167.

Demyanov V. V. The prospects of using GNSS at railway transport / V.V. Demyanov, V.S. Maryukhnenko, N.N. Klimov // The 1st International Symposium on Innovation and Sustainability of Modern Railway, October 16–17, 2008, Nanchang, China: Proc. of The Symp. — Nanchang, 2008. — P. 78–84.

Jamason P. SOPAC Web site (http://sopac.ucsd.edu) / P. Jamason, Y. Bock, P. Fang // GPS Solutions. — 2004. — No. 8. — P. 272–277.

Пат. на полезную модель 2006102683 Российская Федерация / В.В. Демьянов, И.Ф. Гамаюнов, Т.Н. Кондакова. — № 60738; заявл. 30.01.06.

Демьянов В. В. Методика построения карт ошибок позиционирования пользователей GPS-ГЛОНАСС в масштабе времени, близком к реальному / В. В. Демьянов, И. Ф. Гамаюнов // Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полётов летательных аппаратов: XIV Всерос. Научно техническая конф., 5–7 окт. 2005 г., Иркутск, Россия: материалы конф. — Иркутск, 2005. — Т. 2. — С. 116–120.

##submission.downloads##

Опубліковано

2009-06-01

Як цитувати

Демьянов, В. В., Афраймович, Э. Л., & Алёшечкин, А. М. (2009). Обеспечение требуемых навигационных характеристик спутниковых радионавигационных систем в неблагоприятных гелио-геофизических условиях. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 52(6), 3–27. https://doi.org/10.20535/S0021347009060016

Номер

Том 52 № 6 (2009)

Розділ

Оглядові статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2014 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.