24.01.2023

Йоносферна активност

Какво е йоносферна активност и как да смекчим въздействието върху GNSS?

Какво е йоносферна активност?

Йоносферата е част от земната атмосфера, разположена между 50 и 1000 км над земната повърхност. Този слой съдържа свободни електрони, особено на височини между 250 и 400 km, които могат да повлияят неблагоприятно на работата на GNSS приемниците.

В момента сме в период на повишена йоносферна активност. В резултат на това могат да се очакват по-чести и по-силни неблагоприятни ефекти върху GNSS проследяването и позиционирането в определени моменти и в определени среди.

Йоносферната активност се влияе от периодичните цикли на слънчевата активност, наклона/орбитата на Земята (годишно), въртенето на Земята (ежедневно), както и взаимодействието с магнитното поле на Земята. Повишената йоносферна активност е свързана със следните фактори.

  • Активност на слънчевите петна: Повишена активност на слънчевите петна, която е свързана с 11-годишния слънчев цикъл. Броят на слънчевите петна може да се наблюдава на уебсайтове като NOAA Space Weather Prediction Center. Графиката по-долу илюстрира измерената (черна линия) и прогнозираната (червена линия) активност на слънчевите петна за текущия слънчев цикъл 25.

(U.S. Department of Commerce, NOAA, & SWPC, 2022)

  • Слънчеви бури: Повишена вероятност от слънчеви бури и изригвания (мощен X-клас) и изхвърляне на коронална маса (CME). Сателитите наблюдават повърхността на слънцето, която сочи към Земята, и предоставят ранни предупреждения за движещи се към Земята емисии.
  • Местоположение: Най-високата йоносферна активност се наблюдава на ±20 градуса около геомагнитния екватор и по-слабо в полярните региони.

(Kintner et al., 2009)

  • Сезонни вариации: Повишена йоносферна активност се наблюдава при пролетното и есенното равноденствие.
  • Ежедневни вариации: Максималните йоносферни ефекти се усещат след локален залез до полунощ.

Как се влияе GNSS?

Тъй като GNSS сигналът преминава през заредени частици в йоносферата, той се забавя. Големината на йоносферното забавяне е функция на индекса на пречупване на йоносферата по пътя на GNSS сигнала. Индексът на пречупване е функция на честотата на сигнала и общото съдържание на електрони (TEC) в пътя на сигнала. TEC ще варира в зависимост от географската ширина на приемника, времето от деня, сезона и нивото на слънчева активност, както е описано по-горе.

В допълнение, йоносферната сцинтилация е бърза временна флуктуация както на амплитудата, така и на фазата на GNSS сигнал поради локализирани нередности в електронната плътност. Тези нередности могат да причинят както пречупване, така и дифракция на GNSS сигналите.

Настоящото увеличение на йоносферната активност има два основни ефекта.

  1. Най-значимият ефект е сцинтилацията, която може да предотврати или влоши проследяването на сателити най-често около геомагнитния екватор след локален залез. Това води до намален брой използваеми GNSS спътници и понякога до намаляване на силата на комуникационната връзка в L-честотата, причинявайки непостоянно приемане на корекции. Броят на засегнатите сателити зависи от размера на сцинтилационната област, позицията на потребителя и местоположението на сателитите. Намаляването на броя на използваемите GNSS измервания ще увеличи времената за инициализация/конвергенция на PPP и RTK и ще намали точността на позицията във всички режими на позициониране.
  2. Увеличенията и бързите промени в йоносферното забавяне оказват влияние върху решенията за позициониране с една честота, включително диференциалните GNSS (DGNSS) и SBAS. Общото въздействие е значително увеличение на грешката при позициониране..

Как можем да смекчим ефектите?

Препоръчват се следните действия, за да се смекчат въздействията върху вашата работа.

  • Уверете се, че сте регистрирани за получаване на предупредителни имейли от поддръжката на TerraStar. Следете внимателно имейлите за предупреждения за метеорологична активност в космоса. Значителен риск е появата на големи изригвания от клас X и CME събития. Предупредителните имейли се основават или на прогнози, или на събития и предоставят предварително предупреждение, вариращо между 3 и 30 часа.
  • Надградете едночестотните решения до такива с двойна или тройна честота, за да премахнете йоносферните грешки. Препоръчват се услуги за корекция на TerraStar и Oceanix PPP вместо едночестотни решения в райони, засегнати от висока йоносферна активност, включително екваториални региони.
  • Използвайте допълнителни GNSS съзвездия (GLONASS, BeiDou, Galileo), за да увеличите броя на наблюденията, достъпни за решението за позициониране и да увеличите разнообразието на проследяваните сигнали. За клиентите на TerraStar това означава надграждане до TerraStar-C PRO и използване на най-новия фърмуер.
  • Когато е възможно, уверете се, че маската за проследяване на GNSS е настроена на 10 градуса, тъй като йоносферната активност има най-голямо въздействие върху сателитите, които са най-близо до хоризонта.
  • Уверете се, че следите всички налични L-честоти, за да сте сигурни, че корекциите все още могат да бъдат получени, ако заключването към един сателит е изгубено. Проследяването на сигнали с множество L-честоти е по подразбиране за всички базирани на OEM7 приемници. Когато е налично, доставката на IP корекция (NTRIP) също трябва да се използва като резервно копие.

Въпреки че тези стъпки могат да смекчат неблагоприятните ефекти от повишената йоносферна активност, при екстремни сцинтилационни сценарии всички GNSS и L-Band сигнали могат да бъдат засегнати, което води до влошаване или дори пълна загуба на GNSS позициониране.

/Статията е превод от https://novatel.com/tech-talk/ionospheric-activity /

Източници

NOAA SWPC Space Weather Dashboard

U.S. Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA) & Space Weather Prediction Center (SWPC). (2022, December 15). ISES Solar Cycle Sunspot Number Progression [Chart].

NASA solar and Heliospheric Observatory (SOHO). Solar Flares: What Does It Take to Be X-Class?

Kintner P., Humphreys T., Hinks J. (2009). GNSS and ionospheric scintillation. Inside GNSS 4:22–30