Ионосферные модели для обработки одночастотных ГНСС-наблюдений

Одночастотные ГНСС-приемники составляют в настоящее время основ-ной массив наземной аппаратуры потребителя. Основным источником оши-бок при обработке одночастотных измерений является ионосферная рефракция. Для решения этой проблемы все имеющиеся ГНСС обладают штатными моделями ионосферной рефракции, параметры которых передаются в составе навигационных сообщений. Отдельно необходимо рассматривать случай системы ГЛОНАСС, в которой ионосферная модель имеется только для сигналов с кодовым разделением. На текущий момент времени (март 2025 г.) только 3 навигационных КА системы ГЛОНАСС передают сигнал с кодовым разделением. Значительная часть как старой аппаратуры ГЛОНАСС, так и новой, принимает сигналы только с частотным разделением. Кроме того, точность модели Клобушара, штатной модели GPS, которая была разработана в 1980-е годы, невысока, она сокращает ионосферную ошибку примерно в два раза, при создании этой модели прежде всего ориентировались на вычислительные возможности электроники того времен. Есть работы [1], которые показывают, что точность модели ионосферы ГЛОНАСС для наземного потребителя на уровне модели Клобушара. Наиболее точную информацию о полном электронном содержании ионосферы дают модели систем Galileo и Beidou.

Все эти факторы создают ситуацию, когда потребитель навигационного поля, прежде всего системы ГЛОНАСС, может либо быть полностью лишенным информации о состоянии ионосферы, либо иметь доступ только к параметрам моделей с низкой точностью. Кроме того, штатные модели ионосферы могут быть построены на различных принципах, быть однослойными (Клобушара и BDGIM) или объемными (ГЛОНАСС и Galileo). Модель, оптимальная для наземного потребителя, будет непригодна для орбитального. Для решения этой проблемы предлагается создать модель полного электронного содержания (ПЭС) для наземного потребителя, которая будет либо полностью автономной, то есть не зависеть от передаваемой извне информации (только для сигналов ГЛОНАСС с частотным разделением), либо использовать параметры передаваемых моделей (Клобушара и модели ГЛОНАСС) для более точного определения. Также сформулированы требования к возможной объемной модели ионосферы для орбитального потребителя.

На основе имеющегося массива глобальных карт ПЭС за 1999–2023 гг. восстановлены ряды коэффициентов сферического разложения ПЭС, на основе полученных рядов ранее была построена тестовая авторегрессионная модель ПЭС ионосферы, дающая результат не хуже модели Клобушара [2]. Сейчас был проведен спектральный анализ полученных временных рядов коэффициентов сферического разложения, построена периодическая модель ПЭС, использующая только дату и время наблюдений в качестве входного параметра. Построенная модель обладает точностью не хуже модели Клобушара.

Также, построена модель на основе коэффициентов сферического разложения, в которых коэффициенты сферического разложения являются функцией не только времени, но и параметров модели Клобушара, передаваемых в составе навигационного сообщения GPS.

Предложенные модели повышают точность определения ионосферной задержки по сравнению со штатными моделями ионосферной рефракции.

Литература

1) Ясюкевич Ю. В., Ясюкевич А. С., Затолокин Д. А. Оценка эффективности моделей ионосферы в целях коррекции одночастотных координатных измерений ГНСС // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике — 2022. Труды XVII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск, 2022. C. 345–347.

2) Трофимов Д. А., Петров С. Д., Чекунов И. В., Щербакова Н. В. Дина-мика земной ионосферы в сферических функциях // Журнал технической физикию. 2024. Т. 94, № 12. С. 2083–2087.