Дата эксперимента 28 и 29 марта 2009 года

    Эксперимент был поставлен по уже заранее разработанной методике, в городе Апатиты с частично закрытым обзором видимости GPS – приёмника, а именно юго – восточной части небосвода. Выбраны 2 близлежащих дня с различными вариациями геомагнитной активности: спокойный день и день с возмущениями. Были построены вариации отклонений определяемых координат GPS – приёмником в один и тот же промежуток времени с 20:30 до 21:00 в оба из исследуемых дней.

При сравнении графиков отклонений в оба из дней можно наблюдать следующую картину: отклонения по компоненте север – юг в оба из дней составляют не более 10 метров, что удовлетворяет техническим характеристикам используемого приёмника. Чего не скажешь о поведении отклонений по компоненте запад – восток. 29-го марта отклонения на всём промежутке времени с 20:30 до 21:00 достигают чуть более 20 метров, с одним максимумом в 30 метров (рис. 21 а, б, в, г). 28-го марта в этот же промежуток времени наблюдается совершенно иная картина максимумы отклонений варьируются от 20 до 40 и более метров (рис. 22 а, б, в, г).

При сравнении графика отклонений GPS - приёмника за 28-ое марта с графиком вариаций геомагнитной активности и индекса западного электроджета мы можем наблюдать непосредственное сходство между экстремумами в моменты времени с 20:40 до 20:45 (рис. 22 а, б, в, г), когда в это же время 29 марта ошибка составляла 20 метров, 28 марта в сравниваемый промежуток времени она составляет свыше 40 метров(рис. 21 а, б, в, г). Что может свидетельствовать о неком влиянии зафиксированного возмущения на сигналы какого – либо из спутников, находящихся в созвездии определяемом координаты приёмника GPS. Интерес данного случая в том, что вариации отклонений GPS - приёмника в с геомагнитной активностью возросли только по компоненте запад – восток, по компоненте север – юг на всём промежутке времени удовлетворяли техническим характеристикам GPS – приёмника.

(Рис.21а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте север – юг – 29 марта 2009г., рис.21б. Компоненте запад – восток, рис.21в. Данные с магнетометра станции Соданкюля).

(Рис.22а. Вариации отклонений GPS - приёмника по компоненте север – юг – 28 марта 2009г., рис.22б. Компоненте запад – восток, рис.22в. Данные с магнетометра станции Соданкюля, рис.22г. Индекс западного электроджета).

Обсуждение результатов

Представленные выше данные проведённых экспериментов наглядно показывают, что существует связь между погрешностями позиционирования GPS – приёмника с физическими явлениями происходящими в ионосфере.

    Ошибка при таком влиянии может проявляться следующими способами:

1. Увеличение погрешности позиционирования GPS – приёмника.

2. Дезинтеграция системы, что может быть связано с нарушением целостности сигнала одного или нескольких спутников, входящих в созвездие.

3. Увеличение отклонений не только совместно по меридиональной и широтной компонентам, но также и по каждой компонентам в отдельности.

Сопоставление графиков отклонений GPS – приёмника с вариациями геомагнитного поля на цепочке станций IMAGE указывает на хорошее временное совпадение роста погрешностей с отрицательными бухтами в вариациях Х - компоненты поля. Для наглядности данного сопоставления - искусственным путём была преграждена южная часть небосвода. Намеренно увеличив отклонения в показаниях GPS – приёмника и уменьшив число используемых спутников до минимального количества. Даже по приведённым в дипломной работе данным, вариации геомагнитных возмущений, можно считать неким индикатором ошибок позиционирования GPS – приёмника. Показательным в этом плане является промежуток времени с 20:00 до 21:00 в день 23 декабря 2008г. когда ошибка позиционирования начинает возрастать одновременно с увеличением отрицательной бухты в вариациях Х – компоненты поля. Также по результатам эксперимента 15 декабря 2006 года, был выявлен ряд факторов (уход спутников за горизонт, влияние стационарных объектов, погодные условия) обеспечивающих правильную постановку последующих экспериментов. В результате чего мы смогли отсеять большое количество ложных данных, так как имели возможность исключить влияние внешних стационарных источников. Даже когда вариации отклонений совпадали с вариациями геомагнитных возмущений. А происходило это из-за совпадения влияния на сигналы с ИСЗ стационарных помех ежедневно с бухтами в вариациях возмущений. Также на коротком промежутке времени рассматривалось отношение сигнал/шум для двух спутников, который в 5-ти минутный интервал времени падал до 30-ти Дб в оба дня эксперимента, причём в этот же момент времени в геомагнитном поле не зафиксировано никаких изменений. Очевидно что на сигнал в этот промежуток времени оказал влияние некий стационарный фактор, повторяющийся в предыдущий и последующий дни эксперимента.

При рассмотрении эксперимента 25 марта 2007г. очевидно, что влияние геомагнитной активности может проявляться не только на увеличение ошибки позиционирования, путём воздействия на сигналы с ИСЗ, а также возможно их практически полное поглощение или рассеяние, либо нарушение спектра сигнала, вследствие невозможность обработки GPS – приёмником. Эксперимент 28 марта 2009г. показывает, что возможно изменение величины погрешности позиционирования не по обоим компонентам(меридиональной и широтной), но и по каждой из компонент в отдельности, что также совпадает с отрицательными бухтами в магнитном поле Земли. Практическое применение полученных выводов заключается в корректировке методики постановки последующих экспериментов, позволяющих более точно выявить влияние ионосферных факторов на сигналы с ИСЗ, а также отсеять часть ложных данных.

Автор выражает благодарность за руководство работой и проведение практики, связанной с освоением приемной аппаратуры и специализированного программного обеспечения доценту ПетрГУ Черноусу С.А и зав. кафедрой МГТУ Калитенкову Н.В., а также за предоставленное оборудование для проведения эксперимента доценту Федоренко Ю.В..

Заключение

1. Проведены эксперименты по непрерывной регистрации вариаций GPS – сигнала в городе Апатиты в течение декабря 2008 – апреля 2009г..

2. Разработано программное обеспечение для автоматической обработки информации, получаемой в GPS - приёмнике.

3. Определены факторы(уход спутников за горизонт, влияние стационарных объектов), позволяющие выделить влияние внешних возмущений и стационарных локальных условий на сигнал GPS.

4. На основе сравнения записей вариаций сигнала GPS и вариаций геомагнитного поля на сети станций установлено, что существует зависимость амплитуды отклонений GPS – сигнала от этих вариаций.

5. Выявлены случаи дезинтеграции системы предположительно связанные с развитием геомагнитных возмущений.

6. На основе выборочных оценок вариаций отклонений и параметра сигнал/шум высказывается предположение о возможной реализации физического механизма, влияющего на GPS – сигнал, отличного от влияния вариаций полного электронного содержания на трассе сигнала.

Практические рекомендации

При анализе данных полученных в результате проведения аналогичных экспериментов, описанных в данной дипломной работенеобходимо:

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

2. Наблюдать за орбитальными изменениями положения ИСЗ(уход спутников за горизонт).

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

4. Сравнивать изменение параметров сигнал/шум и PDOP, а также орбитальные положения ИСЗ в одни и теже промежутки времени в близлежащие дни эксперимента.

5. Выбирать позицию наблюдений, таким образом, чтобы максимально исключить влияние стационарных объектов на сигналы ИСЗ.

Список используемой литературы

1. Aarons B. Lin, M. Mendillo, K. Liou, M. Codrescu: “GPS phase fluctuations and ultraviolet images from the Polar satellite”, J. Geothys. Res., 105, A3, 5201-5213,2000.

2. Andrew M. Smith, Cathryn N. Mitchell, Robert J. Watson, Robert W. Meggs, Paul M. Kintner, Kirsti Kauristie, Farideh Honary: “GPS scintillation in the high arctic associated with an auroral arc”, Space weather, 6, 2008.

3. C.R. Coker, I. Husucker, and G. Lott Detection of auroral activity using GPS satellites Geoph.Res.Lett,22, р.3259, 1995.

4. Irk Shagimuratov, Ivan Ruzhin, Nadezhda Tepenitsyna; “Phisics of Auroral Phenomena”- Storm-time occurrence of TEC fluctuations associated with polar patches using GPS measurements, рр. 61-64, 2006.

5. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. М «Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС», ИПРЖР, 1998.

6. Д.А. Сидоров, Дипломная работа «Ошибки позиционирования с помощью GPS сигнала в полярных областях и авроральная активность», рукопись, 38, 2008.

7. Э.Л. Афраймович, Н.П. Перевалова «GPS мониторинг верхней атмосферы Земли», Иркутск, 2006.

8. http://www.geo.fmi.fi/image/

9. http://www.sgo.fi/

10. http://pgia.ru/PGI_Data/Default.htm

Приложение1

Работа с программой GPSAnalyser

1. Загрузить текстовый файл с первичными данными, полученными с помощью программы VisualGPSXP.

2. Провести анализ данных и построить вариации отклонений в выбранный день.

3. В папке с первичными данными появятся 2 файла с названием даты построенных вариаций отклонений, имеющих расширение .CSV и .CSV_AVR.

4. Файл с расширением .CSV – системный, его можно удалить, а вот расширение файла .CSV_AVR необходимо изменить в .TXT.

5. С помощью программы GPSPicking если требуется сократить количество данных (например 1 строка данных в минуту, вместо каждой секунды), обработать получившийся файл с расширением .TXT, заранее выбрав в программе требуемый промежуток времени между строками в новом файле.

6. Получившийся файл необходимо запустить в блокноте и произвести замену: сперва все « , » поменять на « ; », а затем все « . » заменить на « , ». Теперь файл пригоден для обработки в программе Exсel, чтобы возможно было построить графики вариаций отклонений в нужный промежуток времени.

Приложение 2

Дата эксперимента 24 февраля 2009г.

Дата эксперимента 25 февраля 2009г.

Параметр PDOP 24 и 25 февраля 2009г.

Картины спутников за 24 и 25 февраля соответственно.

Приложение 3

Дата эксперимента 15 февраля 2009 года.

Дата эксперимента 16 февраля 2009 года.