Solnechno-Zemnaya FizikaSolnechno-Zemnaya FizikaСолнечно-земная физика2712-9640646910.12737/12068Результаты исследованийResults of current researchРезультаты исследованийRegistration of ionospheric effect of 20 March 2015 solar eclipse from GPS data in single-frequency modeРегистрация ионосферного эффекта солнечного затмения 20 марта 2015 г. по данным GPS-мониторинга в одночастотном режимеГорбачевОлег АнатольевичGorbachevOleg Anatolyevichgorbachev_oa@mail.ru
ХолмогоровАндрей АлександровичKholmogorovAndrey Aleksandrovichvaragon007@yandex.ruИркутский филиал Московского государственного технического университета гражданской авиацииИркутскРоссияIrkutsk Branch of Moscow State Technical University of Civil AviationIrkutskRussian FederationИркутский государственный университетИркутскРоссияIrkutsk State UniversityIrkutskRussian FederationИркутский государственный университетИркутскРоссияIrkutsk State UniversityIrkutskRussian Federation1712201517122015143539https://zh-szf.ru/en/nauka/article/6469/view
Целью данной работы является демонстрация возможности исследования нерегулярных вариаций полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы при использовании одночастотных измерений в системе GPS. Такая возможность рассматривается на примере регистрации временного хода наклонного ПЭС во время солнечного затмения 20 марта 2015 г. В качестве исходных данных используютcя двухчастотные и одночастотные фазовые и кодовые измерения со станции MORP международной сети IGS. В результате сравнения расчетных данных временного хода ПЭС для этих двух режимов показано как качественное согласие (общее значительное уменьшение ПЭС во время затмения), так и количественное (после соответствующей обработки) совпадение результатов.
The paper objective is to demonstrate the possibility of studying irregular variations of the total electron content (TEC) of the ionosphere using GPS data of single-frequency measurements. This is considered by the example of registering the time behavior of the oblique TEC during the 20 March 2015 solar eclipse. As the initial data, we used single-frequency and dual-frequency phase and code measurements from the station MORP which is a part of the International IGS Network. As a result, by comparing the data of TEC time courses for two modes it is shown both qualitative agreement (TEC significant decrease during the eclipse) and quantitative agreement of results after appropriate treatment.
ВВЕДЕНИЕПод руководством профессора Э.Л. Афраймовича (Институт солнечно-земной физики СО РАН) было сформировано новое направление диагностики состояния верхней атмосферы Земли на базе обработки сигналов спутниковых радионавигационных систем. Теоретические основы и разнообразные примеры такой диагностики представлены в монографии [Афраймович, Перевалова, 2006]. В этой работе, а также в целом ряде статей и работ коллег и учеников профессора Афраймовича (в частности, в докторской диссертации Н.П. Переваловой [Перевалова, 2014]) посредством GPS-мониторинга выполнены исследования эффектов в земной ионосфере, связанных с солнечными затмениями, землетрясениями, геомагнитными возмущениями, мощными тропическими циклонами. Детальный анализ эффекта солнечного затмения 22.08.2009 г. представлен в статье [Афраймович и др., 2010]. Все подобные результаты получены на основе исследования относительных временных вариаций полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы, получаемых по данным об изменениях фазовых путей спутниковых радиосигналов, регистрируемых двухчастотной приемной аппаратурой. Возможности использования данных одночастотных измерений для целей диагностики ионосферы представлены в научных публикациях весьма скромно. Можно отметить сравнительные оценки точности одночастотных и двухчастотных измерений, приведенные в работе [Afraimovichetal., 2002]. Не получившие дальнейшего развития подходы к использованию одночастотного мониторинга представлены в работах [Казанцев, Фатеев, 2002; Горбачев и др., 2006]. В настоящей статье выполнен анализ влияния на ПЭС полного солнечного затмения 20 марта 2015 г., наиболее четко наблюдавшегося в северо-западной части Европы и над Атлантикой. При этом продемонстрирована возможность детектирования вариаций ПЭС с помощью приема радионавигационных сигналов GPS на одной частоте.
Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: ГУ НЦ ВСНЦ СО РАМН, 2006. 480 с.Afraimovich E.L., Perevalova N.P. GPS-monitoring verhnei atmosferyi Zemli [GPS-Monitoring of the Earth´s Upper Atmosphere]. Irkutsk, 2006. 480 p. (in Russian).Афраймович Э.Л., Воейков С.В., Едемский И.К. Ионосферные эффекты полного солнечного затмения 22 июля 2009 г. по данным плотной сети GPS в Японии (GEONET) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 3. С. 94-98.Afraimovich E.L., Lesyuta O.S., Ushakov I.I., Voeykov S.V. Geomagnetic storms and the occurrence of phase slips in the reception of GPS signals. Ann. Geophys. 2002, vol. 45, no. 1, pp. 55-71.Горбачев О.А., Иванов В.Б., Рябков П.В. О возможности применения одночастотных приемников GPS для диагностики ионосферы // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2006. № 107. С. 48-54.Afraimovich E.L., Voeykov S.V., Edemsky I.K. Ionospheric effects of the total solar eclipse 22 July 2009 according to the data a dense network of GPS in Japan. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa [Modern Problems of Remote Sensing of the Earth from Space], 2010, vol. 7, iss. 3, pp. 94-98 (in Russian).Исакова О.П., Тарасевич Ю.Ю., Юзюк Ю.И. Обработка и визуализация данных физического эксперимента с помощью пакета Origin. Астрахань: ОГОУ ДПО «АИПКП», 2007. 68 с.Gorbachev O.A., Ivanov V.B., Rjabkov P.V. The possibility of the use of single-frequency GPS receivers for diagnosing the ionosphere. Nauchnyi vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta grazhdanskoi aviatsii [Scientific Bulletin of Moscow State Technical University of Civil Aviation]. 2006, no. 107, pp. 48-54 (in Russian).Казанцев М.Ю., Фатеев Ю.Л. Определение ионосферной погрешности измерения псевдодальностей в одночастотной аппаратуре систем ГЛОНАСС и GPS // Журнал радиоэлектроники. 2002. № 12. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/mac/dec02/6/text.html (дата обращения: 10 октября 2015 г.).Isakova O.P., Tarasevich Ju.Ju., Juz’uk Ju.I. Obrabotka i vizualizatsiya dannyh fizicheskogo eksperimenta s pomoshch’yu paketa Origin [Data Processing and Visualization of Physical Experiments using a Package Origin]. Astrakhan, 2007. 68 p. (in Russian).Перевалова Н.П. Исследование ионосферных возмущений методом трансионосферного GPS-зондирования: дис. … д-ра физ.-мат. наук: 25.00.29. Иркутск, 2014. 286 с.Kazancev M.Ju., Fateev Ju.L. Determination of ionospheric measurement error in the pseudo-single-frequency equipment of GLONASS and GPS. Zhurnal radioelektroniki [Journal of Radio Electronics]. 2002, no. 12. Available at: http://jre.cplire.ru/mac/dec02/6/text.html (accessed October 14, 2015) (in Russian).Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. М.: Радиоисвязь, 1993. 408 с.Perevalova N.P. Issledovanie ionosfernyh vozmushchenii metodom transionosfernogo GPS-zondirovaniya: dokt. diss. [The Study of the Ionospheric Disturbances by the Trans Ionospheric GPS-Sensing, doct. diss.]. Irkutsk, 2014. 286 p. (in Russian).Afraimovich E.L., Lesyuta O.S., Ushakov I.I., Voeykov S.V. Geomagnetic storms and the occurrence of phase slips in the reception of GPS signals // Ann. Geophys. 2002. V. 45, N 1. P. 55-71.Shebshaevich V.S., Dmitriev P.P., Ivantsevich N.V. Setevye sputnikovye radionavigatsionnye sistemy [Network Satellite Radio Navigation System]. Moscow, 1993. 408 p. (in Russian).URL: ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/ (accessed August 4, 2015).URL: ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/data/daily/ (accessed August 4, 2015).