Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 1. С. 31-39
Влияние геомагнитной бури 17 марта 2015 г. на точность GPS-позиционирования в одночастотном режиме
Е.И. Данильчук
1 , Ю.В. Ясюкевич
2, 1 , А.С. Ясюкевич
2 , Д.А. Затолокин
2 1 Иркутский государственный университет, Иркутск, Россия
2 Институт солнечно-земной физики СО РАН, Иркутск, Россия
Одобрена к печати: 15.02.2021
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-1-31-39
Проведён анализ влияния геомагнитной бури 17 марта 2015 г. на ошибки позиционирования системы GPS при использовании одночастотного режима. Рассмотрены данные GPS-приёмников, расположенных на разных широтах в американском и азиатском секторах. Анализ проведён для ионосферной коррекции на основе моделей Клобучара (GPS) и GEMTEC (Global empirical model of total electron content), а также глобальных ионосферных карт GIM (Global Ionospheric Maps). Зарегистрировано увеличение ошибок позиционирования до 5–7 раз. Выявлено различие эффектов геомагнитной бури в азиатском и американском секторах. В американском регионе увеличение ошибок возникает во время главной фазы бури и продолжается на ряде станций и во время фазы восстановления. В азиатском регионе эффекты, вызванные геомагнитной бурей, ярко выражены во время фазы восстановления на высоко- и среднеширотных станциях при отсутствии эффектов на приэкваториальных станциях. Указанное различие объясняется, вероятнее всего, разницей локального времени начала геомагнитной бури и соответствующими особенностями ионосферных процессов. Результаты показывают, что коррекция на основе ионосферной модели Клобучара может увеличить общую ошибку позиционирования вследствие значительной переоценки полного электронного содержания во время бури.
Ключевые слова: GPS, геомагнитная буря, ошибки позиционирования, модель Клобучара, модель GEMTEC, глобальные ионосферные карты
Полный текстСписок литературы:
- Антонович К. М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: монография. В 2 т. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. Т. 1. 344 с.
- Брюнелли Б. Е., Намгаладзе А. А. Физика ионосферы. М.: «Наука», 1988. 526 c.
- Демьянов В. В., Ясюкевич Ю. В. Механизмы воздействия нерегулярных геофизических факторов на функционирование спутниковых радионавигационных систем: монография. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2014. 349 с.
- Затолокин Д. А. Программа решения навигационной задачи ГНСС “Navi”. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020612010. Рег. 13.02.2020.
- Полех Н. М., Золотухина Н. А., Романова Е. Б., Пономарчук С. Н., Куркин В. И., Подлесный А. В. Ионосферные эффекты магнитосферных и термосферных возмущений 17–19 марта 2015 г. // Геомагнетизм и аэрономия. 2016. Т. 56. № 5. С. 591–605.
- Afraimovich E. L., Demyanov V. V., Kondakova T. N. Degradation of GPS performance in geomagnetically disturbed conditions // GPS Solutions. 2003. V. 7. P. 109–119. DOI: 10.1007/s10291-003-0053-7.
- Astafyeva E., Zakharenkova I., Förster M. Ionospheric response to the 2015 St. Patrick’s Day storm: A global multi-instrumental overview // J. Geophysical Research: Space Physics. 2015. V. 120. No. 10. P. 9023–9037. DOI: 10.1002/2015JA021629.
- Dow J. M., Neilan R. E., Rizos C. The International GNSS Service in a changing landscape of Global Navigation Satellite Systems // J. Geodesy. 2009. V. 83. P. 191–198. DOI: 10.1007/s00190-008-0300-3.
- Gurtner W., Estey L. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 2.11. Astronomical Institute, University of Bern, 2007. URL: https://files.igs.org/pub/data/format/rinex211.txt.
- Hernández-Pajares M., Juan J. M., Sanz J. Medium-scale traveling ionospheric disturbances affecting GPS measurements: Spatial and temporal analysis // J. Geophysical Research: Space Physics. 2006. V. 111. No. 7. A07S11. DOI: 10.1029/2005JA011474.
- Ivanov V. B., Gefan G. D., Gorbachev O. A. Global empirical modeling of the total electron content of the ionosphere for satellite radio navigation systems // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2011. V. 73. No. 13. P. 1703–1707. DOI: 10.1016/j.jastp.2011.03.010.
- Jakowski N., Wilken V., Schlueter S., Stankov S. M., Heise S. Ionospheric space weather effects monitored by simultaneous ground and space based GNSS signals // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2005. V. 67. P. 1074–1084. DOI: 10.1016/j.jastp.2005.02.023.
- Klobuchar J. A. Ionospheric Time-Delay Algorithm for Single- Frequency GPS Users // IEEE Trans. Aerospace and Electronic Systems. 1987. V. 3. No. 3. P. 325–331. DOI: 10.1109/TAES.1987.310829.
- Ledvina B. M., Makela J. J., Kintner P. M. First observations of intense GPS L1 amplitude scintillations at midlatitude // Geophysical Research Letters. 2002. V. 29. No. 14. Art. No. 1659. 4 p. DOI: 10.1029/2002GL014770.
- Llewellyn S. K., Bent R. B. Documentation and description of the Bent ionospheric model. Report AFCRL-TR-73-0657. Massachusetts: Hanscom AFB, 1973. 209 p.
- Orus-Perez R., Hernandez-Pajares M., Juan J., Sanz J. Improvement of global ionospheric VTEC maps by using kriging interpolation technique // J. Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2005. V. 67. No. 16. P. 1598–1609. DOI: 10.1016/j.jastp.2005.07.017.
- Roma-Dollase D., Hernández-Pajares M., Krankowski A., Kotulak K., Ghoddousi-Fard R., Yuan Y., Li Z., Zhang H., Shi Ch., Wang C., Feltens J., Vergados P., Komjathy A., Schaer S., García-Rigo A., Gómez-Cama J. M. Consistency of seven different GNSS global ionospheric mapping techniques during one solar cycle // J. Geodesy. 2018. V. 92. P. 691–706. DOI: 10.1007/s00190-017-1088-9.
- Schaer S., Gurtner W. IONEX: The Ionosphere Map Exchange Format Version 1 / Astronomical Institute, University of Berne. 1998. URL: https://files.igs.org/pub/data/format/ionex1.pdf.
- Skone S., de Jong M. The impact of geomagnetic substorms on GPS receiver performance // Earth Planets Space. 2000. V. 52. P. 1067–1071. DOI: 10.1186/BF03352332.
- Stankov S. M., Jakowski N., Tsybulya K., Wilken V. Monitoring the generation and propagation of ionospheric disturbances and effects on Global Navigation Satellite System positioning // Radio Science. 2006. V. 41. RS6S09. 14 p. DOI: 10.1029/2005RS003327.
- Yasyukevich Y., Astafyeva E., Padokhin A., Ivanova V., Syrovatskii S., Podlesnyi A. The 6 September 2017 X-class solar flares and their impacts on the ionosphere, GNSS, and HF radio wave propagation // Space Weather. 2018. V. 16. P. 1013–1027. DOI: 10.1029/2018SW001932.
- Yasyukevich Y., Vasilyev R., Ratovsky K., Setov A., Globa M., Syrovatskii S., Yasyukevich A., Kiselev A., Vesnin A. Small-Scale Ionospheric Irregularities of Auroral Origin at Mid-Latitudes during the 22 June 2015 Magnetic Storm and Their Effect on GPS Positioning // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 10. P. 1579. DOI: 10.3390/rs12101579.
- Yeh K. C., Liu C.-H. Radio wave scintillations in the ionosphere // Proc. IEEE. 1982. V. 70. No. 4. P. 324–360. DOI: 10.1109/PROC.1982.12313.