Оценки АL-индекса и положения магнитного полюса Земли по результатам зондирования положения аврорального овала 03.08.2014 г. с НИС «Профессор Молчанов»

Вступление

Высокоширотная ионосфера над Арктической зоной и её авроральный овал с интенсивной ионосферной токовой струёй оказывают существенное влияние на качество радиосвязи, позиционирования по сигналам КА глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), безопасность энергетических, коммуникационных и транспортных систем. Для мониторинга высокоширотной ионосферы используются расположенные на суше и островах станции ионосферного зондирования, сеть магнитных обсерваторий и риометров, визуальные наблюдения за проявлением полярных сияний, системы РЛС, КА дистанционного зондирования Земли, радары, сигналы ГНСС, наблюдения с морских судов.

Описание эксперимента

На данный момент в России не существует сети регулярных наблюдений с судов, поэтому такие наблюдения отличаются фрагментарностью и нерегулярностью. Для изучения возможности зондирования высокоширотной ионосферы по сигналам КА ГНСС ГЛОНАСС/GPS с морских судов в 2014 г. в ходе двух экспедиций Арктического плавучего университета (АПУ) Северного (Арктического) федерального университета был организован эксперимент на научно-исследовательском судне (НИС) «Профессор Молчанов». Судно было оснащено геодезическим навигационным приёмником «Trimble-5700».

Географическое положение приёмника даёт возможность зондирования холодной плазмы ближнего космоса над полярной шапкой Земли, над полюсом, зоны аврорального овала и каспа. Предлагаемый метод зондирования ионосферы отрабатывался в зоне действия нагревного стенда «Сура», на Байконуре, и стал основой технологии зондирования ионосферы, в которую вошли наработки технологий наклонного зондирования ионосферы, наземного и спутникового радиозондирования ионосферы, зондирования на основе сигналов ГНСС, томографии ионосферы, многочастотного зондирования с геостационарных космических аппаратов (ГКА). Для обработки полученных с приёмника RINEX-файлов был разработан программно-аппаратный комплекс. Его верификация и валидация проводились при сравнении с данными модели ионосферы IRI-2011.

Положение аврорального овала проявляется в широтном градиенте ионосферной задержки сигналов КА ГНСС ГЛОНАСС/GPS, проходящих вблизи от маршрута судна. По данным RINEX-файлов, получаемых с навигационного приёмника на судне, рассчитывалось положение наблюдаемых с НИС треков НКА (фактически подионосферных точек). Среди них отбирались треки, которые проходили вблизи меридиана НИС. Вдоль отобранных треков анализировались широтные градиенты изменения ионосферной задержки сигналов НКА GPS. Было показано, что увеличение ПЭС на широтах 69,5-67,5 градусов соответствует морфологии аврорального овала, поэтому можно предположить, что это увеличение и есть проявление аврорального овала. Данное предположение было проверено, в частности, по модели Г.В.Старкова.

Заключение

По результатам экспериментов по зондированию высокоширотной ионосферы по сигналам ГНСС с НИС «Профессор Молчанов» была показана принципиальная возможность зондирования положения аврорального овала, а также разработана технология расчёта положения аврорального овала по сигналам ГНСС, принимаемых с ледоколов и морских судов ледового класса.

Также было показано, что в зоне аврорального овала существенно возрастал поток сбоев выдачи данных на выходе навигационного приёмника. Возникновение сбоев и отказов навигационной аппаратуры анализировалось в связи с географическим положением судна, а также в связи с установкой антенны приёмника у борта судна и возможном экранировании сигналов группировки НКА ГНСС надстройками судна. Было сформулировано предложение по оптимизации размещения измерительной аппаратуры на борту исследовательских судов.