Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, за предвестниками землетрясения, извержения вулканов, цунами, процессами грозовой активности, динамикой мощных штормовых циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков комических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами.. Достигаемый технический результат - повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы». Способ реализуется спутниковыми радионавигационными системами ГЛОНАСС/GPS и протяженной решеткой двухчастотных приемников, обеспечивающих прием и обработку сигналов. 5 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области радиофизики и может быть использован для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, за предвестниками землетрясения, извержения вулканов, цунами, процессами грозовой активности, динамикой мощных штормовых циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков комических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами и т.п.

Известны способы определения направления прихода и скорости перемещения ионосферных возмущений естественного и техногенного характера (авт. свид. СССР №1.451.688, 1.709.263; патенты РФ №2.003.136, 2.085.965, 2.189.051 2.189.052, 2.193,495, 2.267.139, 2.379.709, 2.560.094; патенты США №4.761.650, 6.061.013; патенты ЕР №0.622.639; WO №0.045.195; Afraimovich E.L., Kosogorov Ε.Α., Perevalova Ν.Ρ. The use of GPS arrays in defecting shoch-acoustic waves generated during rocket launchings. J. Atmos. Solar-Terr. Phys., V63, 1941-1957, 2001 и другие).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения» (патент РФ №2.560.094, G01S 13/95, 2013), который и выбран в качестве прототипа.

Известный способ обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения решеткой приемных станций спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS, путем восстановления пространственного распределения полного электронного содержания ионосферы по данным радиопросвечивания атмосферы сигналами ГЛОНАСС/GPS. Для этого способ реализуется спутниковыми радионавигационными системами ГЛОНАСС/GPS и протяженной решеткой двухчастотных приемников, обеспечивающих прием и обработку сигналов.

Каждый двухчастотный приемник содержит последовательно включенные приемный тракт 1, преобразователь 2 частоты, демодулятор 3 ФМн сигналов и блок 4 регистрации и анализа.

Приемный тракт 1 содержит последовательно включенные приемную антенну 5, входной фидер 6, широкополосный фильтр - преселектор 7, малошумящий усилитель 8 и два полосовых фильтра 9.1 и 9.2.

Преобразователь 2 частоты содержит последовательно подключенные к выходу полосового фильтра 9.1 (9.2) смеситель 11.1 (11.2), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 10.1 (10.2), и усилитель 12.1 (12.2) промежуточной частоты.

Демодулятор ФМн содержит последовательно подключенные к выходу усилителя 12.1 (12.2) промежуточный частоты удвоитель 13.1 (13.2) фазы, делитель 14.1 (14.2) фазы на два, узкополосный фильтр 15.1 (15.2) и фазовый детектор 16.1 (16.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 12.1 (12.2) промежуточной частоты, а выход подключен к блоку 4 регистрации и анализа.

Преобразователь 2 частоты построен по супергетеродинной схеме, в которой одно и то же значение промежуточной частоты ωпр1пр2) образуется при приеме сигналов на частотах ω1, ωз1, ω2 и ωз2, т.е.

ωпр11г1, ωпр1г1з1,

ωпр22г2, ωпр2г2з2.

Следовательно, если частоты настройки ω1 и ω2 принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут присутствовать и зеркальные каналы приема, частоты ωз1 и ωз2 которых отличаются от частот ω1 и ω2 на 2ωпр1, 2ωпр2 и расположены симметрично (зеркально) относительно частот ωг1, ωг2 гетеродинов (фиг. 4). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования kпр, что и по основным каналам приема. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любые комбинационные каналы приема имеют место при выполнении следующих условий:

где ωкi, ωкj - частоты i-го и j-го комбинационных каналов приема; m, n, i, j - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигналов с гармоникой частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей, и т.д.), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности приемников по основным каналам. Так, четырем комбинационным каналам приема при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ωк1=2ωг1пр1, ωк2=2ωг1пр1,

ωк2=2ωг2пр2, ωк4=2ωг2пр2,

где 2ωг1, 2ωг2 - вторые гармоники частот первого и второго гетеродинов.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемников, к снижению чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого приемниками.

Демодулятор 3 ФМн сигналов построен по схеме Пистолькорса Α. Α., в которой опорное напряжение, необходимое для работы фазового детектора 16.1 (16.2), выделяется непосредственно из принимаемого ФМн сигнала с помощью тракта формирования опорного напряжения, состоящего из последовательно включенных удвоителя 13.1 (13.2) фазы, делителя 14.1 (14.2) фазы на два и узкополосного фильтра 16.1 (16.2).

Однако данному демодулятору присуще явление «обратной работы», которое также приводит к снижению чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого приемниками.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы».

Поставленная задача решается тем, что способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, основанный в соответствии с ближайшим аналогом на анализе данных о полном электронном содержании в ионосфере Земли, которые получают в результате обработки сигналов, принятых двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, с последующим формированием временных рядов полного электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний, соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника ионосферного возбуждения, при этом используют протяженную приемную решетку и последовательно проверяют гипотезу о значениях направления прихода и скорости распространения плоского фронта ионосферного возмущения путем формирования диаграммы направленности приемной решетки и ее сканирования в заданном секторе обзора пространства «направление прихода - скорость распространения ионосферного возмущения» за счет синтеза выходного сигнала приемной решетки при синфазном суммировании рядов вариаций полного электронного содержания отдельных элементов решетки с временными сдвигами, рассчитанными исходя из проверяемых значений направления прихода и скорости распространения ионосферного возмущения и расстояний, пройденных фронтом ионосферного возмущения между элементами приемной решетки в проверяемом направлении внутри сферического слоя ионосферы Земли, решение о правильности проверяемой гипотезы и обнаружении ионосферного возмущения принимается при превышении суммарным сигналом заданного порогового уровня, соответствующие значения направленности прихода и фазовой скорости распространения ионосферного возмущения считаются оценочными значениями, при этом для определения полного электронного содержания ионосферы осуществляют кодовые измерения псевдодальности и фазовые измерения совместно, учитывают групповые поправки, связанные с многолучевостью распространения сигнала и с вертикальными ионосферными и тропосферными задержками и используют дифференциальный режим спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS, отличается от ближайшего аналога тем, что принимают сигналы ГЛОНАСС/GPS на несущих частотах ω1 и ω2, преобразуют их по частоте с использованием частот ωг1 и ωг2 первого второго гетеродинов, которые выбирают равными несущим частотам ωг11 и ωг22, выделяют низкочастотные напряжения, пропорциональные модулирующим кодам M1(t) и M2(t) соответственно, регистрируют и анализируют их, а также перемножают с напряжениями первого и второго гетеродинов, предварительно сдвинутыми по фазе на 90°, формируют управляющие напряжения, воздействуют ими на управляющие входы 2 гетеродинов и поддерживают равенства ωг11 и ωг22.

Геометрия определения координат удаленного точечного источника ионосферного возмущения представлена на фиг. 1. Схема радиопросвечивания атмосферы показана на фиг. 2. Структурная схема классического двухчастотного приемника сигналов ГЛОНАСС/GPS представлена на фиг. 3. Частотные диаграммы, иллюстрирующие образование дополнительных каналов приема, изображены на фиг. 4. Структурная схема предлагаемого двухчастотного приемника сигналов ГЛОНАСС/GPS представлена на фиг. 5.

Для реализации предлагаемого способа используется спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС/GPS, которая состоит из трех частей: космической, наземной и пользовательского оборудования.

Космическая часть - это 24 спутника, вращающихся по 6 орбитам. Наклон орбит к земному экватору - 55 град., угол между плоскостями орбит - 60 град. Высота орбит 20180 км, период обращения 12 ч. Мощность спутникового передатчика 50 Вт. Спутники GPS способны, передвигаясь, заполнять бреши в системе, если один из них вышел из строя. Важным элементом спутника являются атомные часы, рубидиевые и цезиевые, по четыре на каждом. Спутники идентифицируются номером PRN (Pseudo Random Number), который отображается на приемнике GPS.

За спутниками тщательно следят с помощью наземного сегмента управления - станции управления и слежения. В задачи последнего входит техническое обслуживание орбитальной системы, определение системного времени, предвычисление элементов орбит спутника (эфемерид), моделирование поведения часов спутника, передача навигационных данных спутника и их загрузка в память спутников.

В качестве пользовательского оборудования используются двухчастотные приемники спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS.

Все частоты в системе кратны основной частоте часов спутника, 10.23 МГц. Спутник передает на двух частотах и специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного сигнала. В сигнале зашифровываются два вида кода. Один из них код С/А - доступен широкому кругу потребителей. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения, поэтому называется "грубым" кодом. Передача кода С/А осуществляется на частоте и использованием фазовой манипуляции псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения С/А - кода - 1 мс, тактовая частота 1.023 МГц.

Другой код - Ρ обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все, доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS. Этот код передается на частоте с применением сверхдлинной псевдослучайной последовательности с периодом повторения 267 дней. Тактовая частота -10.23 МГц.

Радиопросвечивание атмосферы с помощью сигналов спутниковых радионавигационных систем и семи наземных станций является легкодоступным и не требующим больших затрат способом мониторинга ее параметров в реальном времени.

Просвечивание атмосферы двухчастотными радиосигналами ГЛОНАСС/GPS основано на существовании явления дисперсии радиоволн микроволнового диапазона в атмосфере Земли.

Полное микрофизическое содержание вдоль луча визирования от фазового центра антенны приемника на антенну передатчика пропорционально разности набегов фазы на двух частотах. Учитывая, что фазовая скорость равна по знаку и противоположна по величине групповой скорости, микрофизическое содержание пропорционально разности псевдодальности, определяемой из навигационных сигналов на двух частотах. Однако для фазовых измерений микрофизическое содержание может быть определено лишь с точностью до постоянной (в пределах одного сеанса) константы. Стоит отметить также, что измерения сдвига фазы на несколько порядков точнее кодовых измерений псевдодальности, поэтому для определения абсолютного микрофизического содержания целесообразно использовать кодовые и фазовые измерения совместно.

Многолучевость появляется в результате вторичных отражений сигнала спутника от крупных препятствий, расположенных в непосредственной близости от приемника. При этом возникает явление интерференции и измерить расстояние достаточно трудно, а наилучшим способом борьбы с нею считается рациональное размещение приемника относительно препятствий. В результате воздействия этого фактора ошибки определения псевдодальности могут увеличиться на 2 м.

Ионосфера - это ионизированный атмосферный слой в диапазоне высот 50-500 км, который содержит свободные электроны. Наличие этих электронов вызывает задержку распространения сигнала спутника, которая прямо пропорциональна концентрации электронов и обратно пропорциональна квадрату частоты радиосигнала.

Для вычисления ионосферной поправки используется измерение псевдодальности на Р-коде на двух частотах:

где

где и - частоты сигналов GPS.

Dp1, Dp2 - измерение псевдодальности на Р-коде на частотах и соответственно.

Ионосферная поправка псевдодальности устраняет систематическую ошибку порядка 5 метров в определении вектора положения покоящегося наблюдателя.

Тропосфера - самый нижний слой атмосферы (до высоты 8-13 км). Она также обусловливает задержку распространения радиосигнала от спутника. Задержка сигнала в тропосфере также вызвана эффектами рефракции. В отличие от ионосферной задержки тропосферная задержка не зависит от частоты сигнала, она зависит от метеопараметров (давления, температуры, влажности), а также от высоты спутника над горизонтом. Для вычисления тропосферной поправки измерения псевдодальности используют измерения температуры, давления воздуха и парциального давления водяного пара. Эти измерения доступны в сети Internet для каждой базовой GPS станции.

Соотношение для вычисления тропосферной поправки псевдодальности наземного наблюдателя имеет вид:

где Т - температура в К;

Р - давление воздуха [мб];

В - парциальное давлении водяного пара [мб];

Θ - зенитный угол направления на НКА.

Тропосферные задержки вызывают ошибки измерения псевдодальности в 1 м.

Наиболее эффективным средством исключения ошибок является дифференциальный способ наблюдений. Его суть состоит в выполнении измерений двумя приемниками: один устанавливается в определяемой точке, а другой в точке с известными координатами - базовой (контрольной) станции. В дифференциальном режиме измеряют не абсолютные координаты первого приемника, а его положение относительно базового (вектор базы). Использование дифференциального режима позволяет довести точность кодовых измерений до десятков сантиметров, а фазовых - до единиц миллиметров.

Определение значения полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы осуществляется по двухчастотным измерениям дальности между навигационным спутником и наземным приемником

где λ1, λ2 - частоты и длины волн навигационных сигналов:

L1, λ1, L2, λ2 - фазовый путь трансионосферных радиосигналов (L1, L2 - число полных оборотов фазы);

Θ - зенитный угол луча "приемник - навигационный спутник".

Совокупность лучей "приемник - навигационный спутник" в заданном регионе образует приемную решетку, каждый i-й элемент которой в момент времени t характеризуется изменением значения ПЭС Yi(t) и положением соответствующей ионосферной точки Xi(t) Yi(t) и Zi(t). Временные ряды ПЭС отражают как регулярные изменения ПЭС в точке регистрации, так и вариации ПЭС, вызванные ионосферными возмущениями различного характера.

Для выделения характерных ионосферных возмущений ряды ПЭС подвергаются процедуре специальной фильтрации в диапазоне периодов, соответствующих масштабу возмущения.

Обнаружение и определение пространственно-временных параметров ионосферного возмущения осуществляется путем последовательной проверки гипотез о значениях направления прихода и скорости распространения ионосферного возмущения.

Для каждой пары проверяемых значений (α, v) формируется диаграмма направленности приемной решетки и соответствующим образом ориентируется в фазовом пространстве [α, v] за счет синфазного суммирования отдельных рядов ΔYi(t) приемной решетки к некоторому нейтральному ряду ΔY0 (t), выбранному в качестве опорного, с временными сдвигами τ и формирования выходного сигнала приемной решетки:

где р - количество элементов приемной решетки.

Временной сдвиг τi определяется как разность времени tj j-ого отсчета i-ого суммарного ряда ПЭС и времени t0 регистрации ионосферного возмущения центральным элементом приемной решетки τi=tj-t0 и выбирается исходя из минимизации выражения, описывающего динамику распространения возмущения:

где Δpi - расстояние, пройденное фронтом волны между i-м и центральным элементом приемной решетки.

Для протяженных приемных решеток расстояние рассчитывается с учетом кривизны Земли. С этой целью в заданном направлении α прихода волны ионосферного возмущения на высоте hmax задается удаленный точечный источник (обозначен точкой Е на фиг. 1), который будет являться полюсом ортодромической системы координат, экватор которой (сильная жирная линия на фиг. 1) проходит через центральный элемент приемной решетки (точка А на фиг. 1). Тогда фронт волны, распространяющийся от удаленного точечного источника и приходящий через i-й элемент приемной решетки (точка В на фиг. 1), будет представлять собой широтный круг (жирная прерывистая линия), параллельный экватору полученной ортодромической системы. Такая модель соответствует плоской волне ионосферного возмущения, распространяющейся на сфере Земли.

Геоцентрические координаты (Хе, Ye, Ze) удаленного источника ионосферного возмущения определяются с использованием правил сферической тригонометрии. При этом рассматриваются сферический треугольник, вершиной А которого является центральный элемент приемной решетки с известными координатами (Х0, Y0, Z0). Вершиной С этого треугольника является северный полюс геоцентрической системы координат (0, 0, R+hmax), где R - радиус Земли. Необходимо определить координаты третьей вершины Е, которая и будет являться удаленным источником. Чтобы удаленный источник Е являлся полюсом ортодромической системы координат, угловой размер стороны АЕ сферического треугольника задается равным π/2. В полученном сферическом треугольнике известны две стороны АС и АЕ, а также угол между ними <LCAE=α, что является типовой задачей решения сферического треугольника. С использованием теоремы косинусов сторон сферического треугольника определяется третья сторона и координаты (Хе, Ye, Ze) удаленного источника Е.

Расстояние, пройденное фронтом волны между i-м и центральным элементом приемной решетки, определяется как разность расстояний АЕ и BE (фиг. 1) и записывается в виде:

где (Xi, Yi, Zi) - координаты i-ого элемента приемной решетки в момент времени tj.

Решение о правильности проверяемой гипотезы принимается при превышении суммарным сигналом заданного порогового уровня. При этом считается, что обнаружено ионосферное возмущение, а соответствующие значения α и V, для которых суммарный сигнал приемной решетки превысил пороговое значение, считаются оценками направления прихода и фазовой скорости распространения обнаруженного ионосферного возмущения.

Каждый предлагаемый двухчастотный приемник работает следующим образом.

На вход приемной антенны 5 поступают одновременно сигналы космических аппаратов двух спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS:

где U1, U2, ω1, ω2, ϕ1, ϕ2, T1, Т2 - амплитуды, несущие частоты и длительности сигналов ГЛОНАСС /GPS:

- доплеровские смещения частоты:

- манипулируемые составляющие фазы, отображающие законы фазовой манипуляции в соответствии с модулирующими кодами M1(t) и M2(t) соответственно, причем ϕк1(t)=const и ϕк2(t)=const при kτэ<t<(k+1)τэ и могут изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2,…, N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т11=N1⋅τэ) и Т22=N2⋅τэ).

Амплитудно-частотная характеристика приемного тракта 1 определяется спектром частот принимаемых сигналов. Спектр сигналов навигационных космических аппаратов (НКА) системы GPS при работе по коду общего применения С/А составляет (1574, 42-1594,24) МГц, спектр сигналов НКА системы ГЛОНАСС при работе по коду С/А составляет (1602-1620) МГц.

Это означает, что общая полоса частот принимаемых сигналов равна 1574,24≤Δω≤1620 МГц, то есть занимаемая полоса частот составляет 50 МГц.

Принимаемые ФМн сигналы с антенны 5 поступают во входной фидер 6, который представляет собой четвертьволновой замкнутый на одной стороне отрезок коаксиальной линии и служит для согласования параметров антенны и входных цепей приемника. С выхода фидера 5 ФМн сигналы поступают на вход широкополосного фильтра-преселектора 7, который служит для ограничения полосы частот принимаемых сигналов в диапазоне 1574,42-1621 МГц. Указанный фильтр, выполненный на микроволновых линиях, реализует эллиптический полосовой фильтр Кауэра 5-го порядка. Широкополосный фильтр-преселектор 7 обладает важным достоинством, а именно практически линейной фазовой характеристикой в полосе пропускания фильтра, что является большим преимуществом при работе со сложными фазоманипулированными сигналами, передаваемыми со спутников. Это приводит, например, к тому, что фильтр-преселектор 7 имеет одинаковое линейное время группового запаздывания τ в полосе пропускания, равное примерно 2,5 нc. Такая реализация приводит к тому, что нет необходимости использовать калибратор для обеспечения одинакового времени группового запаздывания τ для всех сигналов, принимаемых от НКА.

С выхода фильтра-преселектора сигналы поступают на вход малошумящего усилителя 8, который обеспечивает основное усиление приемного тракта 1 и выполнен на основе арсенид-галлиевых транзисторов с барьером Шоттки.

Полосовыми фильтрами 9.1 и 9.2 выделяются ФМн сигналы u1(t) и u2(t), которые поступают на первые входы смесителей 11.1 и 11.2, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 10.1 и 10.2 соответственно.

uг1(t)-Uг1⋅cos (ωг1t+ϕг1)

uг2(t)=Uг2⋅cos (ωг2t+ϕг2)

На выходе смесителей 11.1 и 11.2 образуются напряжения комбинационных частот. Так как частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов 10.1 и 10.2 выбираются равными частотам принимаемых сигналов (ωг11 и ωг22), то фильтрами 12.1 и 12.2 нижних частот выделяются низкочастотные напряжения (напряжения нулевой частоты):

uн1(t)=Uн1⋅cosϕk1(t),

uн2(t)=Uн2⋅cosϕk2(t),

где

пропорциональные модулирующим кодам M1(t) и M2(t) соответственно. Эти напряжения поступают на входы блока 4 регистрации и анализа.

Следует отметить, что выбор частот ωг1 и ωг2 гетеродинов 10.1 и 10.2, равных частоте ω1 и ω2 принимаемых ФМн сигналов (ωг11 и ωг22), обеспечивают совмещение двух процедур:

преобразование принимаемых ФМн сигналов на нулевые частоты и выделение низкочастотных напряжений uн1(t) и uн2(t), пропорциональных модулирующим кодам M1(t) и M2(t), т.е. синхронное детектирование принимаемых ФМн сигналов с помощью смесителя 11.1(11.2), гетеродина 10.1 (10.2) и фильтра 12.1(12.2) нижних частот. Такие схемные конструкции позволяют избавиться от дополнительных каналов приема (зеркальных каналов на частотах ωз1, ωз2, комбинационных каналов на частотах ωк1, ωк2, ωк3 и ωк4

Так как частоты ω1 и ω2 принимаемых ФМн могут измениться под воздействием различных дестабилизирующих факторов, в том числе и эффекта Доплера, то для выполнения и поддержания равенства ωг11 и ωг22 используется система ФАПЧ 16.1 (16.2), состоящая из перемножителя 14.1 (14.2), фазовращателя 13.1 (13.2) на 90° и фазового детектора 15.1 (15.2).

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение чувствительности обнаружения и точности определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, регистрируемого двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы».

Техническая реализация указанных процедур обеспечивается гетеродинами, смесителями, фильтрами нижних частот и системами ФАПУ. При этом данные схемные конструкции одновременно выполняют роль преобразователей частоты и синхронных демодуляторов принимаемых ФМн сигналов, свободных от дополнительных каналов приема и явления «обратной работы», отличаются простотой, новизной, оригинальностью и могут найти широкое практическое применение.

Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения, основанный на анализе данных о полном электронном содержании в ионосфере Земли, которые получают в результате обработки сигналов, принятых двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, с последующим формированием временных рядов полного электронного содержания и их фильтрацией в диапазоне периодов колебаний, соответствующих отклику ионосферы на воздействие источника ионосферного возмущения, при этом используют протяженную приемную антенну и последовательно проверяют гипотезу о значениях направления прихода и скорости распространения плоского фронта ионосферного возмущения путем формирования диаграммы направленности приемной решетки и ее сканирования в заданном секторе обзора пространства "направление прихода - скорость распространения ионосферного возмущения" за счет синтеза выходного сигнала приемной решетки при синфазном суммировании рядов вариаций полного электронного содержания отдельных элементов решетки с временными сдвигами, рассчитанными исходя из проверяемых значений направления ионосферного возмущения и расстояний, пройденных фронтом ионосферного возмущения между элементами приемной решетки в проверяемом направлении внутри сферического слоя ионосферы Земли, решение о правильности проверяемой гипотезы и обнаружении ионосферного возмущения принимается при превышении суммарным сигналом заданного порогового уровня, соответствующие значения направления прихода и фазовой скорости распространения ионосферного возмущения считаются оценочными значениями, при этом для определения полного электронного содержания ионосферы осуществляют совместно кодовые измерения путем кодирования двухчастотных сигналов, передаваемых спутниковой радионавигационной системой ГЛОНАСС/GPS и принимаемых их двухчастотными приемниками спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС/GPS, и фазовые измерения, учитывают групповые поправки, связанные с многолучевостью распространения сигнала и с вертикальными ионосферными и тропосферными задержками и используют дифференциальный режим спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС/GPS посредством двух приемников, один из которых имеет известные координаты, отличающийся тем, что принимают сигналы ГЛОНАСС/GPS на несущих частотах ω1 и ω2, преобразуют их по частоте с использованием частот ωг1 и ωг2 первого и второго гетеродинов, которые выбирают равными несущим частотам ωг11 и ωг22, выделяют низкочастотные напряжения, пропорциональные модулирующим кодам M1(t) и M2(t) соответственно, регистрируют и анализируют их, а также перемножают с напряжениями первого и второго гетеродинов, предварительно сдвинутыми по фазе на 90°, формируют управляющие напряжения, воздействуют ими на управляющие входы гетеродинов и поддерживают равенства ωг11 и ωг22.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиозондирования атмосферы на основе использования сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

Изобретение относится к радиотехнике и радиоэлектронике, предназначено для дистанционного зондирования атмосферы и может быть использовано в радиолокации, навигации и связи.

Устройство предупреждения об аэрологических явлениях для летательного аппарата содержит бортовое оборудование, способное к выявлению метеорологических явлений, модуль для сбора и хранения метеорологических данных, модуль для создания сводки по собранным метеорологическим данным, модуль для отправки сводок, модуль для приема сводок от окружающих летательных аппаратов, модуль для обработки, консолидации принятых сводок и формированию предупреждений, модуль содействия обходу, модуль ввода, модуль интерактивного диалога, модуль для опроса окружающих летательных аппаратов и сбора от них данных.

Изобретение относится к области физики ионосферы и может быть использовано для пассивного определения ионосферных параметров. Сущность: выполняют двухчастотный прием спутниковых сигналов ГЛОНАСС/GPS.

Изобретение относится к способам дистанционных исследований атмосферы, основанных на использовании эффекта Доплера и применении фазоманипулированных сигналов, и может быть использовано для измерения скорости ветра.

Изобретение представляет собой способ и устройство для радиолокационного измерения полного вектора скорости движения метеорологического объекта на основе измерения составляющих этого вектора скорости в ограниченной области пространства, определяемой шириной диаграмм направленности антенны, за короткое время без сканирования.

Изобретение относится к метеорологии, в частности к дистанционным методам измерения характеристик атмосферы, и может быть использовано в автоматизированных системах определения опасных для авиации явлений погоды, а также в других областях человеческой деятельности, где необходимо знание о величине заряда частиц облаков и осадков.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения местоположения источников грозовых разрядов в системах сбора и обработки метеорологической информации.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в навигационных и метеорологических системах. Достигаемый технический результат - определение дальности до молниевых разрядов без ухудшения точностных характеристик и без увеличения габаритов устройства.
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения дрейфа морских льдов. Сущность: следят за перемещением морских льдов, отображая на мониторе пути их перемещения.
Наверх