Диссертация (1102264), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, для задач восстановления состояния ионосферыотсутствие или некорректное определение значений DCB может привести кошибкам определения ПЭС в десятки единиц TECU. Для навигационных задачошибка позиционирования при этом будет составлять десятки метров.Аналитический центр Международной службы ГНСС IGS (сокр.International GNSS Service) регулярно осуществляет оценку DCB дляGPS/ГЛОНАСС спутников и приемников сети IGS так же, как и другуюнеобходимую вспомогательную информацию.Однако использование такой информации накладывает ряд ограничений.В частности: Данные передаются исключительно для станций, состоящих в сетиIGS, и никаким образом не могут быть использованы для станций,не входящих в состав этой сети; Максимальная дискретизация данных аналитических центровсоставляетоднисутки,чтонепозволяетотслеживатьвнутрисуточную вариативность; Данные службы IGS ограничиваются системами GPS и ГЛОНАСС,и не могут быть применены при необходимости использованиядругих ГНСС. Служба IGS предоставляет данные с задержкой более суток отреального времени.
Возможность получения DCB в реальном иликвази-реальном времени отсутствует.И еще одним немаловажным фактором является зависимость от данныхзарубежного центра IGS и Интернет-соединения, что не всегда являетсяудобным и надежным методом.В связи с этим возникла необходимость разработки и реализациинезависимого метода расчета дифференциальных задержек для новых и уже7имеющихся станций, в первую очередь, развернутых Росгидрометом натерритории России.Цель работы заключается в разработке и реализации метода оценкидифференциальных аппаратных задержек космического и наземного сегментаглобальных навигационных спутниковых систем и создание на этой основетехнологии мониторинга состояния ионосферы в режиме квази-реальноговремени с помощью трехмерной ассимиляционной модели.Задачи исследования:1. Сделать обзор имеющихся на данный день методов и алгоритмовопределения дифференциальных аппаратных задержек ГНСС.2.
Подобратьоптимальныйрегиональнойзадачиметодоценкидлярешенияглобальнойдифференциальнойиаппаратнойзадержки.3. Подготовить выборки данных спутниковых наблюдений с наземныхотечественных и зарубежных приемников.4. Разработатьиреализоватьчисленныйметоддляоценкидифференциальных аппаратных задержек космического и наземногосегмента.5. Адаптировать разработанный численный метод для работы в режимеприближенному к реальному времени с большим количеством данных.6. Провести валидацию разработанного метода.7.
Провестианализвременнойизменчивостидифференциальныхаппаратных задержек.8. Провести испытания приема данных в режиме реального времени,оценить полноту и оперативность. Оценить возможность примененияэтих данных для расчета DCB.9. Провести испытания технологии мониторинга состояния ионосферына основе трехмерной ассимиляционной модели с применениемполученных значений DCB.Научная новизна работы заключается в следующем:81. Разработанчисленныйметоддляоценкидифференциальныхаппаратных задержек космического и наземного сегмента.2. Полученаточностьнезависимогорасчетадифференциальныхаппаратных задержек для наземного сегмента GPS в 0.2 нс (на примереевропейского региона).3.
Проведеныоценкирегиональногопорядкааппроксимацииширотно-долготногоглобальногораспределенияПЭСипосферическим гармоникам.4. Приведена оценка и величина дисперсии широтно-долготногораспределения высоты центра масс электронов в вертикальном столбе.5. Получены оценки дифференциальных аппаратных задержек поданным ГНСС реального времени.6. Проведены расчеты трехмерных полей концентраций заряженныхчастиц в ионосфере с учетом оценки дифференциальных аппаратныхзадержек ГНСС станций некалиброванных сетей приемников.ТеоретическаяНепосредственнымипрактическаяпрактическимзначениемзначимостьполученныхработы.результатовявляется использование дифференциальных аппаратных задержек в задачахмониторинга параметров ионосферы и задачах коррекции навигационногосигнала.
В частности, такой подход позволяет создать уникальнуюнезависимуюсистемуопределениядифференциальныхзадержек,базирующуюся на данных системы ГЛОНАСС (без использования GPS).Кроме того, дифференциальные аппаратные задержки могут быть полученыдля тех станций, для которых подобного рода данные не предоставляются ниодним аналитическим центром. Практическая и научная ценность даннойработы состоит также в реализации протокола NTRIP (сокр.
NetworkedTransport of RTCM via Internet Protocol), используемого при передаче данных,с целью получения DCB без существенных временных задержек. Такаятехнология усвоения данных в ассимиляционной модели применена впервые9и позволяет осуществлять мониторинг изменений состояния ионосферыблизкий к реальному времени.Положения, выносимые на защиту:1. Модификация ассимиляционной модели ионосферы, котораяпозволяет осуществлять анализ состояния ионосферы на основеданныхнекалиброванныхсетейприемниковглобальныхнавигационных спутниковых систем, отличающаяся регулярнойнезависимой оценкой DCB.2. Оценки порядков аппроксимации глобального и региональногоширотно-долготногораспределенияПЭСпосферическимгармоникам.
Показано, что оптимальным с точки зрения точностии скорости оценки является разложение до 4-го порядкааппроксимации для регионального распределения ПЭС (на примереевропейского региона) и до 16 порядка для аппроксимацииглобального распределения ПЭС.3. Рассчитываемые DCB с высокой степенью точности (СКО ~ 0.2 нс,на примере европейского региона) соотносятся с результатамирасчетов, публикуемыми международной службой IGS. Вследствиеэтого, независимый расчет трехмерных полей электроннойконцентрации на некалиброванной сети осуществляется с той жеточностью, что и расчет полей, на калиброванных сетях, сиспользованием других вариантов ассимиляционной модели,созданной в ЦАО.4.
Достигнутаоперативностьполучениядифференциальныхаппаратных задержек в несколько минут. Что при использованииданных ГНСС реального времени позволяет получать информациюо состоянии ионосферы с небольшой задержкой.Степеньдостоверностидостоверностиполученныхиапробациярезультатоврезультатов.подтверждаетсяСтепеньрезультатамивалидации и статистикой сравнения расчетов разработанной системы с10независимыми экспериментальными данными, а также разработками другихавторов.Основныеположенияирезультатыдиссертационнойработыдокладывались автором на следующих научных конференциях: «Базы данных,инструментыиинформационныеосновыполярныхгеофизическихисследований», Троицк, Россия, 2011; II Всероссийская научная конференция«Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природнойсреды», Санкт-Петербург, Россия, 2012; научно-технический семинар«Направления совершенствования математических моделей геофизическихфакторов при баллистическом обеспечении вооружения РВСН и войск ВКО»,Юбилейный, Россия, 2012; международная конференция «European NavigationConference», Вена, Австрия, 2013; Всероссийская конференция «Современныепроблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, Россия,2013;XXIVрадиоволн»,ВсероссийскаяИркутск,научнаяРоссия,конференция2014;XXXX«РаспространениеНаучнаяассамблеяМеждународного комитета по исследованию космического пространстваCOSPAR, Москва, 2014; ESWW (11th European weather week), Льеж, Брюссель,2014; Международный военно-технический форум «АРМИЯ-2015», Кубинка,2015.Публикации.
Основные положения диссертационной работы отраженыв 10 научных журналах, в том числе в 5 статьях в рецензируемых изданиях,рекомендованных ВАК, а также получено 1 свидетельство о государственнойрегистрации программы для ЭВМ и 1 свидетельство о государственнойрегистрации базы данных.Структура диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения и списка литературы и двух приложений. Списокцитируемойлитературывключает101источник.Общийобъемдиссертационной работы составляет 182 страниц, в том числе 73 рисунка и 13таблиц.111. Глава 1. Обзор по теме диссертации1.1 ВведениеИсследование состава и структуры ионосферы важно как для пониманияфизики протекающих в ней процессов, так и для решения разнообразныхрадиофизических задач, связанных с распространением радиоволн. Процессы,происходящиевионосфере,неразрывносвязаныспроцессамивзаимодействия в системе Земля – Солнце.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
