Учет влияния космической погоды на спутниковые радионавигационные системы

Знание координат местоположения настолько существенно для современной жизни, что спутниковые радионавигационные системы (ГЛОНАСС, GPS, GALILEO) следует рассматривать как одно из важнейших достояний цивилизации. За последнее десятилетие значительно возросло использование двухчастотных и трехчастотных спутниковых радионавигационных систем для решения разнообразных прикладных и научных задач, требующих высокой точности определения местоположения стационарных и подвижных объектов на земной поверхности. В настоящее время навигаторы стоят в мобильных телефонах и смартфонах, на автомобилях и другой технике, которая движется и нуждается в точном определении своего местоположения. Спутниковые радионавигационные системы настолько точны, что позволяют ученым измерять движение земных тектонических плит с крошеной скоростью 10 – 40 мм в год. Современная радиоэлектронная аппаратура, используемая в этих системах, теоретически может давать информацию о координатах наземных пунктов с точностью до нескольких миллиметров. Однако в действительности, вследствие подверженности сигналов навигационных космических аппаратов влиянию окружающей среды и помех, ошибки позиционирования могут возрастать до десятков метров. Исследования показали, что наибольшее влияние на погрешность измерения местоположения по сигналам систем ГЛОНАСС, GPS и GALILEO оказывают ионосферные и тропосферные задержки. В настоящее время успешно применяется метод учета медленных вариаций электронной концентрации в ионосфере с помощью двухчастотных и трехчастотных спутниковых радионавигационных систем. В случае медленных изменений условий в ионосфере использование двух- или трёхчастотных методов компенсации ионосферной задержки радиосигналов позволяет снизить ошибки позиционирования до нескольких сантиметров. К сожалению, этот метод не работает для быстрых вариаций электронной концентрации в ионосфере, что имеет место при воздействиях на нее различных проявлений солнечной активности. Наши исследования показали, что из всего комплекса нестационарных явлений и процессов, протекающих на Солнце и объединенных общим понятием «Солнечная активность», заметное влияние на точность измерения координат по сигналам ГЛОНАСС и GPS могут оказать:
1) Солнечные вспышки – через посредство рентгеновского и ультрафиолетового излучения;
2) Корональные выбросы масс, сопровождающие солнечные вспышки;
3) Корональные дыры – через посредство повторяющихся через 1 месяц ускоренных потоков солнечного ветра;
4) Галактические космические лучи (ГКЛ) – как через дополнительную ионизацию на уровне ионосферы, так и в тропосфере, что приводит к дополнительной задержке в распространении радиоволн.
Первые три процесса можно отслеживать путем систематических наблюдений Солнца. Одновременно это дает сведения о четвертом процессе (ГКЛ), поскольку изменения потока галактических космических лучей со временем зеркально повторяет ход солнечной активности. Кроме того, ошибки в измерения координат могут вносить также метеорные потоки, создающие спорадический слой Еs в ионосфере Земли на высотах 60 –120 км.
Астрономические факторы, влияющие на точность измерения координат по сигналам ГЛОНАСС, GPS и GALILEO мы не можем «отменить», однако можно заранее предупредить о наступлении периодов сбоев в работе этих систем. Это позволит принимать адекватные меры при решении тех или иных практических задач, связанных с необходимостью высокоточного определения местоположения стационарных и подвижных объектов на земной поверхности.