Мобильный ГНСС приёмник для исследований ионосферных возмущений, стимулированных естественными и искусственными источниками

В 2018 году компания u-blox выпустила новый ГНСС модуль со встроенным блоком RTK под названием u-blox ZED-F9P в массовое потребление. Данный навигационный чип позволяет работать во всем частотном диапазоне основных ГНСС созвездий (GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, BEIDOU), имеет 184 рабочих канала, но что самое главное отладочные платы на его базе имеют демократическую стоимость в 20-30 т. р., что существенно снижает порог вхождения в разработку, особенно для малых научных групп. В своей работе мы использовали отладочную плату simpleRTK2B от компании Ardusimple, оснащенную данным модулем. Настройка, отладка, управление ГНСС приемником, запись «сырых» данных, первичная постобработка и визуализация реализованы на вычислительных возможностях одноплатного компьютера Raspberry Pi4, с использованием самостоятельно разработанного программного обеспечения.

Для первичной оценки качества работы разработанного ГНСС приемника было проведено сравнение полученных «сырых» ГНСС данных и измерений ПЭС, с аналогичными данными полученными на станции KZN2 сети IGS (оснащена ГНСС приемником Trimle Alloy c антенной Trimble TRM 59800). ГНСС приемник на базе модуля u-blox ZED-F9P во время эксперимента находился на расстоянии ~148 метров от станции KZN2 сети IGS. Как показали тестовые измерения отношение сигнал/шум на станции KZN2 составляет 49 ДбГц, на разработанном ГНСС приемнике 47 ДбГц. Индекс ROT выраженный в единицах TECU/min показывает более высокий разброс значений скорости приращения ПЭС на ГНСС приемнике, основанном на модуле u-blox ZED-F9P, чем на Trimble Alloy станции KZN2 сети IGS. В настоящий момент идёт подготовка к введению ГНСС приемника в постоянную эксплуатацию. По мере накопления большей выборки данных будут проведены дополнительные статистические исследования и сравнительный анализ с профессиональными геодезическими решениями по таким критериям как точность позиционирования, срывы сопровождения фазы сигнала, некорректные всплески в вариациях ПЭС.

Разработанное устройство способно обеспечить малые научные группы мобильным и доступным по цене оборудованием регистрации ГНСС данных. Ключевыми возможностями разработанного ГНСС приёмника являются: 1) возможность расчёта и визуализации ПЭС в режиме реального времени; 2) возможность работы от независимых источников питания (солнечная панель, ветровая станция и др.); 3) автоматическая передача данных на удаленный сервер по стандартным телекоммуникационным каналам.

Разработка и создание макета ГНСС приемника на базе модуля u-blox ZED-F9P выполнены при поддержке РФФИ (№ 20-32-70198). Обработка экспериментальных данных, визуализация результатов и подготовка доклада выполнены при финансовой поддержке РНФ (№ 19-72-00072).