Надмірність та стійкість до іоносферної сцинтиляції* (скорочений переклад українською: ТОВ "Є.П.С.", оригінал англійською https://novatel.com/tech-talk/ionospheric-scintillation/redundancy-and-resiliency-against-ionospheric-scintillation)

Коли сигнали GNSS транслюються із супутників, вони долають тисячі кілометрів, щоб досягти приймального обладнання на Землі. Оскільки ці сигнали проходять через атмосферу Землі, на них можуть негативно впливати зміни в іоносфері, зокрема, явище сцинтиляції. Як користувачі, що працюють у різних сферах: від сільського господарства до морської справи, можуть забезпечити резервування та стійкість до сцинтиляції?

У цій публікації ми пояснюємо, що таке іоносфера, як вона впливає на сигнали GNSS та що користувачі можуть зробити, щоб посилити свої системи від помилок позиціонування, спричинених іоносферною сцинтиляцією.

Іоносферна сцинтиляція та ГНСС Іоносфера – це один із шарів земної атмосфери, розташований на висоті від 50 до 1000 кілометрів над поверхнею Землі. У цьому шарі присутня висока концентрація іонів та вільних електронів, які реагують на сонячне випромінювання.

Коли трапляються періоди високої сонячної активності, як-от під час сонячного спалаху, щільність іоносфери змінюється, що призводить до просторових та часових коливань. Ці коливання можуть відбуватися в широкій області або проявлятися як екваторіальні плазмові бульбашки шириною близько 100 кілометрів. Такі зміни щільності іоносфери затримують сигнали ГНСС, тому їм потрібно більше часу, щоб дістатися до обладнання користувача. Крім того, затримки призводять до відокремлення сигналів від переданих даних, що порушує цілісність даних. Ці наслідки призводять до помилок позиціонування, проблем просторової кореляції та зниження доступності надійних сигналів.

Швидкі зміни амплітуди та фази сигналу, відомі як сцинтиляція, непередбачувані. Сцинтиляція може виникати по всьому світу, але часто зосереджена вздовж геомагнітного екватора в таких районах, як Південна Америка та Південно-Східна Азія.

Іоносферна сцинтиляція може відбуватися щодня, часто вечорами, а також посилюється під час весняного та осіннього рівнодення. Ці коливання також пов'язані з власними циклами Сонця, які відбуваються кожні 11 років – коли ми вступаємо в 25-й сонячний цикл, ми спостерігаємо збільшення сонячної активності, що призводить до того, що іоносферна сцинтиляція стає сильнішою та частішою.

Як виглядає іоносферна сцинтиляція Супутниковий сигнал транслюється з певною частотою та швидкістю, а дані закодовані в його радіохвилях. Під час проходження через іоносферу ці хвилі заломлюються (явище дифракції), що впливає на швидкість, довжину хвилі та напрямок радіохвиль. Приймачі ГНСС на Землі можуть мати переривчастий прийом сигналів або взагалі втрачати відстеження супутників.

Зменшення впливу іоносферної сцинтиляції Хоча існують різні методи зменшення впливу іоносферних помилок, використання комбінації різних рішень створює найбільш резервовану систему. Використання служб корекції GNSS, таких як точне позиціонування точок (PPP), резервування у відстеженні та додаткові датчики можуть допомогти посилити систему позиціонування GNSS проти сцинтиляції.

• Корекція точного позиціонування точок: PPP-корекції (Precise Point Positioning) доступні в усьому світі та не потребують інфраструктури локальних базових станцій. Натомість, супутникові корекції генеруються з мережі глобальних опорних станцій та передаються на ровер-приймач користувача через геостаціонарні супутники або Інтернет, а приймач використовує багаточастотні вимірювання для безпосереднього спостереження та усунення іоносферних помилок. Додаткові вдосконалення алгоритмів прошивки приймача забезпечують подальше покращення точності та доступності PPP під час сцинтиляції. Ось чому PPP, як правило, працює краще, ніж RTK під час сцинтиляції. RTK спирається на припущення про просторово корельовані помилки між ровер-приймачем та базовими станціями, і ці припущення стають ненадійними для сцинтиляції.

• Надмірність відстеження: У випадку іоносферної сцинтиляції рекомендується підвищити резервування системи. Обладнання, яке використовує кілька сузір'їв GNSS та кілька частот сигналу, має більше доступних даних, щоб допомогти виявити помилки.

• Додаткові датчики: Ще один метод створення резервування системи – це комплексування з іншими датчиками. Інерціальні вимірювальні блоки (IMU), LiDAR та RADAR, а також інші системи створюють рівень резервування, щоб система могла продовжувати працювати точно, навіть коли сигнали GNSS стають ненадійними.

*Примітка: Поняття "сцинтиляція" походить від латинського "scintillare" - виблискувати, мерехтіти, ікритися, спалахувати, тож найближчий український відповідник, на нашу думку - "мерехтіння іоносфери" (прим. перекладача)