Вы сейчас просматриваете Радиоастрономы фокусируются на ионосфере для более точной спутниковой навигации

Радиоастрономы фокусируются на ионосфере для более точной спутниковой навигации

Радиоастрономы и инженеры, специализирующиеся на спутниковой навигации, создают радиоастрономическую сеть в Нидерландах, изучая методы улучшения точности спутниковой навигации с помощью радиоастрономии.

Отчасти это напоминает древние раскопки в заповеднике на северо-востоке Нидерландов. На самом деле — это центр самого современного радиотелескопа в мире, охватывающего северо-западную Европу.

Радиоастрономическая сеть LOw Frequency ARray, или Lofar, управляемая Институтом астрономии Нидерландов Astron, состоит из 51 антенной станции – от Швеции до Ирландии и Польши. Их задача – изучение источников низкочастотных излучений, которые можно засечь с Земли, для получения информации о «начале» Вселенной до образования звезд и галактик.

Galileo и другие навигационные созвездия спутников содержат передатчики, которые генерируют более высокие частоты на микроволновом уровне, но с точки зрения радиоастрономов и инженеров по навигации для приема сигналов существует одно основное препятствие – ионосфера, электрически активный внешний слой атмосферы Земли, от 80 до нескольких тысяч километров.

Впервые обнаруженная радиостанциями начала ХХ века ионосфера создает серьезные ошибки навигационной аппаратуры из-за тенденции задерживать и переотражать навигационные сигналы, когда они передаются на многие тысячи километров от спутников на орбите к Земле. В худшем случае ошибки позиционирования навигатора из-за ионосферных искажений могут составить десятки метров.

Ключевым фактором является то, что ионосфера постоянно меняется под влиянием Солнца и космической погоды. Астрономическая сеть подвергается аналогичным помехам, но компенсирует это, постоянно наблюдая за конкретным сильным радиоисточником в небе в качестве ориентира.

Для навигатора (больших приемников) предпочтительным является использование двух частот – разница в задержке сигнала показывает состояние ионосферы.

В небольших приемниках такого типа, которые установлены в смартфонах и других потребительских устройствах, применяется более простая настройка.

Исследуя методы повышения точности навигаторов, Европейское космическое агентство (ESA) работает с институтом Astron и Аэрокосмическим научным центром в Нидерландах. В ходе проведенных исследований двухчастотные навигационные приемники в Эксло и другой станции Lofar в Стенвейке одновременно проводили изучение параметров ионосферы; проведены измерения уровней радиоизлучения небесных тел,  ближайших к орбитальным плоскостям навигационных спутников ГНСС Galileo, GPS и ГЛОНАСС.

Ошибка ионосферы определяется т.наз. «общим количеством электронов» (Total electron count, TEC) по пути прохождения сигнала в пространстве: чем больше число, тем больше ошибка. Очень высокое количество электронов может привести к сцинтилляциям, из-за чего возможна потеря сигнала навигатора. Свободные электроны, входящие в это число, создаются высокоэнергетическими частицами Солнца, вытесняющими электроны из атомов в верхней части атмосферы.

Результаты перекрестных измерений оказались многообещающими. Двухчастотный навигационный приемник может дать оценку единицы TEC (равной примерно 10 миллионам миллиардов электронов вдоль поперечного сечения квадратного метра вдоль пути прохождения сигнала). Вертикальные значения TEC могут варьироваться от нескольких единиц до нескольких сотен единиц TEC. Однако Lofar может уменьшить эту оценку в десять раз, с точностью по меньшей мере до 0,1 единицы измерения TEC между парой станций Lofar с гораздо меньшими уровнями шума.

Проведенный анализ показывает, что описанная выше система наблюдения ионосферы может быть использована в будущем как для улучшения общей точности навигаторов, так и для калибровки Lofar и сопоставимых радиоастрономических систем.

Проект был поддержан в рамках Европейской программы развития глобальной спутниковой системы ESA, проводящей исследования и разработки, связанные с системами спутниковой навигации и функциональных дополонений. Он был запущен NLR и Astron для ESA.

 

Источник: НТЦ «Интернавигация» по данным http://www.esa.int/Our_Activities/Navigation/Radio_astronomers_focus_on_ionosphere_for_sharper_satellite_navigation