Вестник МГТУ. 2016, №4.

Черноус С. А. и др. Навигация GPS/ГЛОНАСС в Арктике и полярные сияния 806 УДК 550.388.2 С. А. Черноус, И. И. Шагимуратов, Б. А. Вульфович, Н. В. Калитёнков Навигация GPS/ГЛОНАСС в Арктике и полярные сияния Показано соответствие пространственно-временного распределения сияний аврорального овала и пространственно-временных изменений параметров сигнала навигационных спутников. Проанализированы экспериментальные данные о региональных и локальных неоднородностях полного электронного содержания – ПЭС (Total Electron Content – TEC) и данные о задержках сигнала в полярной ионосфере. Использование в качестве индикатора нарушений в работе систем GPS/ГЛОНАСС данных о полярных сияниях может дать возможность значительно повысить точность позиционирования в Арктике с помощью спутниковых навигационных систем (СНС). Ключевые слова: полярная ионосфера, овал сияний, динамика овала, сигнал навигационных спутников, неоднородности электронного содержания, спутниковые навигационные системы, точность позиционирования. Введение В настоящее время навигационные системы являются широко распространенной технологией, в мире существуют миллионы их индивидуальных пользователей и сотни крупных технических и обеспечивающих жизнедеятельность предприятий. Однако в ряде случаев природные катастрофы и вариации космических и атмосферных факторов могут стать причиной проблем приема навигационных сигналов высокоорбитальных спутников. Особенно это касается Арктики, где космическая погода обусловливает влияние полярной ионосферы на трансионосферное распространение радиосигналов спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС (рис. 1). Российские и зарубежные специалисты утверждают, что если анализировать условия распространения и параметры сигнала, то можно предвидеть опасные ситуации, связанные с космической погодой, которые дают ошибку позиционирования порядка 10 и более метров в средних широтах [1]. В Арктике такие отклонения могут быть значительно выше [2–5]. Ученые предупреждают, что солнечно-земные возмущения в ионосфере могут создать серьезные проблемы для аварийно-спасательных служб, которые полагаются на GPS/ГЛОНАСС, для навигационных устройств летательных аппаратов (особенно при взлете и посадке), для наземных диспетчерских навигационных устройств контроля полетов, для судовых навигационных приемников (при лавировании в акваториях портов и установке буровых платформ) и для других служб и потребителей. Рис. 1. Схема распространения трансионосферных навигационных сигналов сквозь полярную ионосферу Fig. 1. Spreading transionospheric navigation signals through the polar ionosphere Рис. 2. Овал полярных сияний над северным полушарием согласно изображению NASA Fig. 2. Aurora oval above the Northern Hemisphere according to NASA image Поскольку в Арктике авроральные ионосферные возмущения имеют место даже в период минимума солнечной активности, это дает уникальную возможность исследования физических механизмов, обусловливающих нарушения в работе глобальных навигационных систем. Среди причин ошибок позиционирования, включающих собственную погрешность спутниковых измерений, геометрические особенности, погодные условия и стационарные промышленные помехи, большую роль в Арктике играют авроральные ионосферные возмущения. Целью настоящей работы является демонстрация соответствия пространственно-временного распределения сияний аврорального овала и пространственно-временных параметров сигнала навигационных спутников, определяемых региональными и локальными неоднородностями полного электронного содержания – ПЭС, или Total Electron Content – TEC и задержками сигнала в полярной ионосфере. Авторы полагают, что использование в качестве индикатора нарушений в системе GPS/ГЛОНАСС данных о полярных сияниях может значительно повысить точность ее работы.