Дата эксперимента 14 и 15 декабря 2006года

     Приём GPS – сигнала, проводился в Мурманске с диаграммой направленности приёмника, обеспечивающей обзор 180° таким образом, что все 12 спутников попадали в поле зрения GPS - приёмника. Эксперимент проводился на протяжении 2-х дней, данные дни были выбраны, потому что прогнозировалась геомагнитная активность в ионосфере. В результате были построены временные вариации параметра PDOP, а также вариации отклонений GPS – приёмника от реального местоположения. Сперва планировалось проводить сравнительный анализ вариаций отклонений в обоих компонентах: север – юг, запад – восток с вариациями геомагнитной активности в ионосфере. Но при дальнейшем анализе графиков параметра PDOP и отклонений GPS – приёмника, были выявлены следующие артефакты, которые не позволили непосредственно сравнивать авроральные возмущения с ошибками приёмника GPS: уход спутников за горизонт, влияние стационарных объектов.

     На рис. 14 а, б представлено изменение параметра PDOP с течением времени за одинаковые промежутки времени 14 и 15 декабря 2006 года. На рис. 15 а,  изображены отклонения в показаниях GPS – приёмника за 14 и 15 декабря 2006 г. Анализируя данные графики наблюдаем явное сходство экстремумов за оба дня, примерно в одни и те же моменты времени, как между параметрами PDOP, так и в отклонениях. Физически данное явление можно объяснить наличием постоянных стационарных препятствий на трассе сигналов ИСЗ, а также прохождение сигналов ИСЗ по примерно одинаковым траекториям ежедневно из-за периода обращения спутников вокруг Земли в 12 часов(см. рис. 12 а, б – положение спутников на небосводе). Вследствие выше сказанного экстремумы проявляются в оба дня в одинаковые моменты времени, как в вариациях параметра PDOP, так и в вариациях отклонений приёмника. Также был проанализирован параметр сигнал/шум для двух спутников №22 и №28 и построена временная зависимость данного параметра для каждого из них (рис. 13 а, б). Как 14, так и 15 декабря наблюдается аналогичная картина соотношения сигнал/шум для спутников №22 и №28, что показывает наличие стационарной помехи на их трассах в оба из дней. Также было замечено, что падение мощности сигналов на спутниках №22 и №28 совпадает во времени с максимумом вариации PDOP в момент времени – 15:30. Предполагаем, что это было связано с тем, что какой – либо из спутников - 22 или 28 входили в состав созвездия ИСЗ, выбранных GPS – приёмником.

     В результате проведения эксперимента 14 – 15 декабря 2006 г. был использован метод анализа вариаций в предыдущие и последующие дни. Если в предыдущий день вариации PDOP и отклонений были подобны, то считалось, что они вызваны либо стационарными источниками, либо орбитальными изменениями ИСЗ (уход спутников). Таким образом были внесены некоторые корректировки при анализе последующих дней экспериментов. Это позволило отсеять данные, когда сигналы с ИСЗ подвергались влиянию артефактов, не рассматриваемых при постановке задачи. Также было предложено искусственно преграждать обзор GPS – приёмника, а именно южную часть небосвода, для того, чтобы уменьшить число используемых спутников при определении местоположения приёмником. Для того, чтобы нагляднее анализировать зависимость отклонений GPS – приёмника от возмущений в геомагнитном поле и выявить физический механизм воздействия возмущений в ионосфере на GPS – сигнал - искусственным путём была увеличена ошибка определения координат приёмником, способом, описанным выше, а также таким образом увеличивая чувствительность системы к внешним воздействиям.

      Таким образом на основании выше сказанного при проверке и анализе данных необходимо:

1. В каждом рассматриваемом случае проверять параметр сигнал/шум и PDOP – не связаны ли они со статическими препятствиями для сигнала при движении по орбите.

2. Проверять вариаций отклонений на сходство в одни и теже промежутки времени в близлежащие сутки.

3. Наблюдать за орбитальными изменениями положения ИСЗ.

(Рис.12а. Положение спутников на небосводе в момент времени 15:30 - 14 декабря 2006 г., и 15 декабря 2006 г. - рис.12б.).

(Рис.13а. Отношение сигнал/шум спутника №22 - 15 декабря 2006 г., и №28 - рис.13б.).

 (Рис.14а. Вариации параметра PDOP - 14 декабря 2006 г., и 15 декабря 2006 г. - рис.14б).

(Рис.15а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте север – юг - 14 декабря 2006 г., и 15 декабря 2006 г. - рис.15б.).

     3.2 Дата эксперимента 25 и 26 марта 2007 года

    Эксперимент проводился в Мурманске на протяжении 2-х дней 25 и 26 марта 2007 года.

Особенности эксперимента:

1. Ограниченный обзор спутников(южная часть небосвода перекрыта).

2. Использование ограниченного числа ИСЗ при определении координат приёмником.

На рис. 16 а, б представлен представлены результаты эксперимента в сравнении вариаций отклонений GPS – приёмника (по компоненте север - юг) и кеограммы со станции Соданкюла. На рис. 17 а, б, в результаты эксперимента в виде сравнительного анализа вариаций отклонений GPS – приёмника, вариаций геомагнитных возмущений и индекса IL в одинаковые временные промежутки в каждый из дней эксперимента. Эксперимент полностью соответствует требованиям, сформулированным по данным эксперимента, проведённого 15 декабря 2006г.. Сравнение графиков отклонений GPS – приёмника 25 и 26 марта позволило исключить ситуации, когда, что в оба из дней, в одинаковые промежутки времени наблюдались отклонения. Решено было выделить для рассмотрения промежуток времени с 21:30 до 23:00, так как 25 и 26 марта в этот промежуток времени наблюдаются различные картины в отклонениях. 25 марта в это время очевидно, что система выходит из строя, но в то же время 26 марта в этот же промежуток времени система стабильно работает, это говорит о том, что 25 марта никакой из созвездия спутников не уходил за горизонт и сигнал с них не подвержен влиянию неких стационарных факторов.

Решено было сравнить вариации отклонений за 25 марта с вариациями геомагнитных возмущений взятых с сети станций IMAGE и с вариациями индекса IL (индекс западного электроджета). В результате анализа данных графиков очевидно что 25 марта во время выхода системы из строя наблюдается подъём индекса IL, а также развитие возмущений на всём промежутке времени с 21:30 до 23:00. Однако 26 марта 2007г. при аналогичном сравнении мы видим совершенно иную картину, в промежуток времени с 21:30 до 23:00 индекс IL не показывает сильных изменений в своих вариациях. Аналогичную картину наблюдаем при сравнении графика отклонения за 26 марта с вариациями геомагнитной активности сети станций IMAGE, на протяжении интересующего промежутка времени возмущения в отклонениях и геомагнитных вариациях не совпадают по времени (рис. 18 а, б, в).

 Сбой в системе в момент времени 22:48 в оба дня объясняется уходом ИСЗ из созвездия спутников, выбранных GPS – приёмником, за горизонт, так как он происходит как 25 так и 26 марта практически в одинаковые промежутки времени. Наибольшее отклонение в 21:00 можно объяснить наличием стационарных помех на пути сигнала одного из активных спутников при определении координат, так как максимум отклонения в этот момент времени в оба из дней достигает отметки в 50 метров.

(Рис.16а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте север – юг – 25 марта 2007г., рис.16б. Кеограмма камеры всего неба в Соданкюла).

(Рис.17а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте север – юг – 25 марта 2007г., рис.17б. IL – индекс западного электроджета, рис.17в. Данные с магнетометров сети станций IMAGE).

(Рис.18а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте север – юг – 26 марта 2007г., рис.18б. IL – индекс западного электроджета, рис.18в. Данные с магнетометров сети станций IMAGE).