Навигационное обеспечение воздушных судов гражданской авиации в условиях возмущенной ионосферы

В ходе первого эксперимента синхронно измерялся уровень сигнала от видимых НС тремя одночастотными приемниками GARMIN GPS-V, установленных на расстоянии 0л, 5л и 50л друг от друга, где л 19.8см - длина волны сигнала в диапазоне L1. В процессе пост-обработки результатов измерений с помощью программного комплекса ASYNC/GAR2RNX из сгенерированного RINEX-файла извлекалась информация о качестве приема сигнала по десятибалльной шкале градации уровня сигнала. Время проведения сеанса - 03.04.07, в 15.00 LT, длительность сеанса - 10 минут.

Результаты приёма сигналов на разнесённые приемники №№1,2 и 3 для расстояний между фазовыми центрами их антенн 5л и 50л приведены в таблице.

Таблица 1.

Устойчивый приём (100% принятых сигналов от НС за время измерений) достигался от 5…8 НС рабочего созвездия, при этом порог приёма сигнала определялся на уровне пяти по десятибалльной шкале. Коэффициент корреляции для приемников №1-№2 (R12=5л) составил К12=0.98, для приемников №1-№3 (R13=50л) - К13=0.22, откуда следует вывод о некоррелированности атмосферной погрешности ССН при значительном разнесении антенн приёмников.

С целью определения расстояния Rij между антеннами приемников, при котором принятые от НС сигналы можно считать некоррелированными, 14.07.07 в 10.00 LT был проведен второй эксперимент, в котором два одночастотных приемника GARMIN GPS-V последовательно устанавливались на расстоянии (17)л (через 1л), 10л, 50л и 100л. Устойчивый приём достигался от 6…8 НС рабочего созвездия.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.15. Коэффициент парной корреляции.

На рис.15 представлен коэффициент парной корреляции уровня сигнала на антеннах приемников. Максимальное значение К12=0.970.99 наблюдается при R12=(56)л. В диапазоне расстояний R12=(15)л сильная корреляция (К12=0.750.83) связана с взаимным влиянием антенн. При расстоянии свыше 10л К12<0.25, откуда следует вывод о независимости вносимых атмосферой Земли погрешностей в этом случае.

Информация, заключенная в RINEX-файлах, позволяет определить вариации радиальной скорости НС относительно приемников.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.16. Относительная ошибка радиальной скорости НС.

На рис.16 приведены усреднённые по всем спутникам, находящимся в зоне приёма сигнала, относительные ошибки (в %) их радиальной скорости. Видно, что относительные ошибки при расстоянии 5л не превышают 0,5%, для всех других - более 1%. Эти результаты согласуются с теоретическими оценками погрешности измерения радиальной скорости. Действительно, при генерации информации в RINEX-файле с частотой 1 Гц, погрешность определения есть:

, (27)

где - псевдодальности, измеренные приемниками №1,2. При известных ошибках измерения псевдодальности погрешность определения не превышает 2%. Относительная ошибка, представленная на рис.16, рассчитывалась как , и для R12=5л (коррелированные погрешности) не превышает 1%.

В Приложениях приведены параметры ОКП, правые части моделирующих уравнений, описывающих систему «ионосфера-плазмосфера», функциональные множители, используемые при описании взаимодействия НЧ волн с ОКП, листинги программ прямого и обратного преобразования координат из декартовой системы в систему WGS-84, из системы СК-42 в систему WGS-84.

В Заключении говорится, что цель диссертационной работы достигнута, а проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

1. В качестве инструмента компенсации ионосферных погрешностей ССН разработана модель системы «ионосфера-плазмосфера» на основе численного решения системы гидродинамических уравнений, в которой учтены процессы взаимодействия НЧ волн с ОКП;

2. На основе разработанной модели системы «ионосфера-плазмосфера» проведены расчеты возмущений ПЭС в средне- и высокоширотной ионосфере, оценено их влияние на качество навигационного обеспечения ВС;

3. Предложены новые механизмы раскачки НЧ волн в ОКП с интенсивностью, которая может привести к сбоям навигационного обеспечения ВС ГА при использовании европейско-российской ДПС Eurofix;

4. Исследован процесс комбинационного рассеяния сигналов спутниковых радионавигационных систем в высокоширотной ионосфере. Показано, что данный процесс приводит к высокой вероятности сбоев в навигационном обеспечении ВС ГА, использующих одночастотные приемники ССН в качестве основного средства навигации;

5. Разработана и апробирована методика применения одночастотного ПО для определения ионосферных погрешностей ССН GPS. Получено экспериментальное подтверждение существования нерегулярных вариаций ПЭС, влияющих на качество навигационного обеспечения ВС ГА. Обнаружено новое свойство ионосферы - наличие в ней крупномасштабных периодических вариаций ПЭС с частотами 3 5 миллигерц и определено их возможное влияние на навигационное обеспечение ВС ГА;

6. По результатам экспериментального исследования качества приема сигналов ССН двумя одночастотными приемниками определено оптимальное расстояние между антеннами приемников на борту ВС.

Публикации по теме диссертации

1. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В., Сидоров И.М. О численном моделировании теплового режима ионосферы и плазмосферы Земли. Пятый межд. симпозиум КАПГ. Тез. докл. ? Мурманск, 1989, с. 176.

2. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В., Сидоров И.М. Учет уравнений переноса для теплового потока при моделировании ионосферно-плазмосферных взаимодействий. Десятый семинар по моделированию ионосферы. Тез. докл. ? Казань, 1990, с.31.

3. Горбачев О.А., Трухан А.А. Вопросы надежности работы радионавигационных систем при наличии естественных источников ОНЧ-излучения околоземной плазмы. XIII Научная конференция ученых ИрГТУ. Тез. докл. ? Иркутск, 2004, с.113.

4. Горбачев О.А., Иванов В.Б., Рябков П.В. О диагностике ионосферы с использованием одночастотных приемников GPS. Труды БШФФ. Секция «Физика околоземного пространства». ? Иркутск, 2006, с.159-163.

5. Горбачев О.А., Иванов В.Б., Рябков П.В. О диагностике ионосферы с использованием одночастотных приемников GPS II. Труды БШФФ. Секция «Физика околоземного пространства». ? Иркутск, 2007, с.102-105.

6. Горбачев О.А., Нечаев Е.Е. Диагностика среды распространения сигналов gps одночастотными приемниками. Труды 18-й Международной научно-технической конференции КрымиКо. ? Севастополь, 2008, с.886-887.

7. Горбачев О.А. Диагностика среды распространения сигналов gps одночастотными приемниками. Труды Международной научно-технической конференции: «Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества». ? М:, МГТУ ГА, 2008, с.169.

8. Gorbachev O.A., Konikov Yu.V., Khazanov G.V. Anisotropy of plasma temperature caused by magnetospheric convection.//Phys.Sol.Terr.,Potsdam,1983,№20.

9. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В. Анизотропия температур в плазмосфере Земли, вызванная магнитосферной конвекцией. //Геомагнетизм и аэрономия, 1984, т.24, №1, с.154.

10. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В. Взаимодействие ионно-циклотронных волн с плазмосферными электронами. - Алтайский ун-т. Барнаул, 1986, 28с. Деп. В ВИНИТИ 22.06.88, №6554-1388.

11. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В. Квазилинейный нагрев тепловых электронов при взаимодействии плазмосферы с кольцевым током. //Геомагнетизм и аэрономия, 1987, т.27, №4, 625.

12. Gorbachev O.A., Konikov Yu.V., Khazanov G.V. Quasilinear heating of electrons in the Earths plasmasphere. // Pure and Appl. Geophys, 1988, v.127, №2/3.

13. Горбачев О.А. Кольцевой ток: морфология, динамика, энергетика. - Иркут. Ун-т., Иркутск, 1989, 77с. // Деп. в ВИНИТИ 24.06.89, №4049-89.

14. Konikov Yu.V., Gorbachev O.A., Khazanov G.V., and Chernov A.A. Hydrodynamics equation for thermal electrons taking into account their scattering on the ion-cyclotron waves in the plasmasphere. // Planet.Space Sci., 1989, v.37, №10.

15. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В. Уравнения переноса для тепловых электронов в области взаимодействия плазмосферы с кольцевым током. //Геомагнетизм и аэрономия, 1990, т.30, №2, c.200.

16. Горбачев О.А., Коников Ю.В., Хазанов Г.В. К расчету электронной температуры в системе ионосфера-плазмосфера. //Геомагнетизм и аэрономия, 1990, т.30, №3.

17. Gorbachev O.A., Konikov Y.V. Khazanov G.V. Sidorov I.M. Allowance for thermal flux variation in the model of ionosphere-plasmasphere interactions//Planet.Space Sci., 1991, v.39, №6.

18. Gorbachev O.A., Gamayunov K.V. Khazanov G.V. Krivorutsky E.N. A theoretical model for the ring current interactions with the Earths plasmasphere. //Planet.Space Sci., 1992, v.40, №6.

19. Горбачев О.А., Гефан Г.Д. Разлет и релаксация электронов в ионосфере при вспышке ионизирующего излучения.//Геомагнетизм и аэрономия, 1993, №2.

20. Горбачев О.А., Трухан А.А. Ионно-звуковая неустойчивость ионосферной плазмы, сопряженная с кольцевым током Земли. // Геомагнетизм и аэрономия, 1995, т.35, №4.

21. Трухан А.А., Горбачёв О.А. Механизм ионнозвуковой неустойчивости во внешней авроральной ионосфере. // Геомaгнетизм и аэрономия, 1997, №1.

22. Горбачев О.А., Трухан А.А. Особенности спектра некогерентного рассеяния радиоволн от внешней авроральной ионосферы. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №61, 2003.

23. Горбачев О.А., Трухан А.А. Неустойчивость потока вторичных электронов над авроральной ионосферой как источник ОНЧ радиоизлучения. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №62, 2004.

24. Горбачев О.А., Трухан А.А. Ионнозвуковая турбулентность ионосферы как источник ОНЧ радиоизлучения типа аврорального шипения. // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №62, 2004.

25. Скрыпник О.Н., Горбачев О.А. Радионавигационные системы. - М.: МГТУ ГА, 2004, 70 с.

26. Горбачев О.А., Кобылкин Ю.И., Куйбарь В.И. Авиационное радиоэлектронное оборудование ЛА. - М.: МГТУ ГА, 2005, 77 с.

27. Горбачев О.А., Иванов В.Б., Рябков П.В. О возможности применения одночастотных приемников GPS для диагностики ионосферы.// Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №107, 2006.

28. Горбачев О.А., Ерохин В.В., Пипченко И.П., Скрыпник О.Н. Радиотехнические системы ближней навигации и посадки. - М: МГТУ ГА, 2006, 184с.

29. Горбачев О.А., Назаренко Е.В. Системы связи гражданской авиации. - М.: МГТУ ГА, 2006, 157 с.

30. Горбачев О.А., Трухан А.А. Поглощение коротких радиоволн в авроральной ионосфере.// Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №117, 2007.

31. Горбачев О.А. Влияние высокоширотной ионосферы на рассеяние сигналов СРНС. // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №117, 2007.

32. Горбачев О.А., Иванов В.Б., Рябков П.В. О возможности применения одночастотных приемников GPS для диагностики ионосферы (часть II). // Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №117, 2007.

33. Горбачев О.А., Голованов И.Г., Кобылкин Ю.И., Мишин С.В. К вопросу о повышении безопасности полетов при использовании индикации на лобовом стекле воздушного судна. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Авионика и электротехника, №115, 2007.

34. Горбачёв О.А., Нечаев Е.Е., Рябков П.В. О применении двух одночастотных приёмников GPS для воздушных судов гражданской авиации. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №126, 2008.

35. Горбачёв О.А., Нечаев Е.Е., Рябков П.В. К вопросу о размещении одночастотных приёмников GPS на воздушных судах гражданской авиации. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №126, 2008.

36. Горбачёв О.А. Вариации полного электронного содержания, обусловленные продольными токами в высокоширотной ионосфере. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Навигация и УВД, №136, 2008.

37. Горбачёв О.А. Вариации полного электронного содержания с учетом влияния на систему «ионосфера-плазмосфера» магнитосферного кольцевого тока. // Научный вестник МГТУ ГА, серия Навигация и УВД, №136, 2008.

Размещено на Allbest.ru