Моделирование карт полос когерентности на основе экспериментальных оценок значений полного электронного содержания ионосферы

Проблема и актуальность

Дисперсионные искажения ограничивают работоспособность широкополосных трансионосферных каналов. Полоса когерентности (ПК) характеризует предельно возможную полосу частот, для которой этими искажениями можно пренебречь, и определяется полным электронным содержанием ионосферы (ПЭС). Значение ПЭС варьируется в зависимости от времени суток, сезона, геомагнитной обстановки и солнечной активности, поэтому параметры дисперсии оказываются функциями координат и времени и требуют картографирования.

Цель и гипотеза

Создание аппаратно-программного комплекса построения электронных карт полос когерентности для трансионосферного радиоканала связи по данным глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. Гипотеза как проверяемое утверждение в статье не сформулирована.

Материалы и методы

Полоса когерентности вычисляется по выражению B_c = √(4cf³/πk·N̄_t) = μ·N̄_t^(−1/2), где N̄_t — истинное ПЭС, k = 80,5 м³/с², c — скорость света. Оптимальной считается полоса, для которой справедливо B_ch < B_c.

Отдельно записан перенос стохастической погрешности: измеренное ПЭС представляется как N_t = N̄_t ± ΔN_t, откуда b_c/B̄_c = √(N̄_t/ΔN_t) и b_c ≈ B̄_c/√(δN_t), где δN_t = ΔN_t/N̄_t — относительная погрешность определения ПЭС.

Исходные данные — RINEX-файлы с референцных станций сети приёмников фирмы HEXAGON. Комплекс включает пять модулей основного ПО на языке AutoIt и вспомогательные Wget, PostgreSQL, Maperitive, ffmpeg. Карты строит программа iMapCreate с выбором географической зоны и временного отрезка по дате и времени суток.

Результаты

Исследования проведены над территорией Марий Эл и Татарстана для 2016 г. Рабочая частота — 1 ГГц; в выбранный период ионосфера была магнитоспокойной. Приведены карты для июня и сентября. Полосы когерентности минимальны в дневное время; в утренние и вечерние часы наблюдается резкое изменение, ночью значения максимальны. Численные значения полос, пространственное и временное разрешение карт, число станций и погрешность в статье не указаны.

Выводы авторов

Диагностические карты позволяют оценивать интенсивность суточных изменений полосы над регионом и выявлять предельную полосу для систем космической связи при меняющихся параметрах среды. В дневное время предлагается либо ограничивать полосу частот, либо решать задачу коррекции дисперсионных искажений.

Ограничения

Вывод о суточном ходе следует непосредственно из зависимости B_c ~ N̄_t^(−1/2) и известного хода ПЭС; независимого сопоставления с прямыми измерениями не приводится, а выведенный в тексте перенос погрешности на карты не нанесён. Период описан как летнее и зимнее солнцестояние, тогда как карты подписаны июнем и сентябрём.

Новизна

Заявлено создание алгоритма и аппаратно-программного комплекса построения региональных карт полос когерентности по экспериментальным данным ПЭС; разграничение с предшествующими работами в тексте не проводится.

Эвристики

[явно] Если выбирается полоса канала трансионосферной системы — то удерживать условие B_ch < B_c, потому что за границей полосы когерентности дисперсионными искажениями пренебречь нельзя.
[реконструкция] Если величина вычисляется из измеренного ПЭС по корневой зависимости — то отдельно выводить перенос стохастической погрешности измерения на неё, потому что относительная погрешность ПЭС напрямую задаёт погрешность результата.
[реконструкция] Если строится карта изменчивости — то фиксировать геофизические условия периода (магнитоспокойная ионосфера, рабочая частота 1 ГГц), потому что вне этих условий карта несопоставима с другими периодами.
[реконструкция] Если утверждается изменчивость — то приводить не менее двух карт в контрастные моменты, потому что по одной карте нельзя отличить вариацию от разброса.

Одной фразой: Аппаратно-программный комплекс строит по данным ГЛОНАСС/GPS региональные карты полос когерентности; минимум полос приходится на день, максимум — на ночь.