Метод индикации ионосферных неоднородностей по спектру вариаций фазы трансионосферных сигналов с высокой частотой регистрации измерений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Данильчук Екатерина Игоревна

• Данильчук Екатерина Игоревна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Данильчук Екатерина Игоревна

Введение

Глава 1. Трансионосферное зондирование как метод диагностики ионосферы

1.1 Ионосфера Земли и ее структура

1.2 Трансионосферное зондирование

1.3 Глобальные навигационные спутниковые системы как инструмент трансионосферного радиозондирования

1.3.1 Характеристики современных глобальных навигационных спутниковых систем

1.3.2 Индикаторы состояния ионосферы на основе измерений параметров сигналов навигационных спутников

1.3.3 Современные возможности глобальных навигационных спутниковых систем для мониторинга ионосферы

1.4 Выводы к главе

Глава 2. Методика исследований ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов

2.1 Фазы несущей сигнала навигационного спутника

2.2 Ограничения, возникающие при использовании сигналов навигационных спутников для исследования ионосферных неоднородностей

2.2.1 Частота регистрации измерений параметров сигнала навигационного спутника

2.2.2 Шумы измерений фазы несущей в зависимости от типа навигационного приемника

2.2.3 Фильтрация измерений навигационных сигналов с высокой частотой регистрации

2.3 Обработка фазы несущей трансионосферного сигнала с высокой частотой регистрации измерений

2.4 Модель фазы несущей трансионосферного сигнала

2.4.1 Регулярный набег фазы за счет движения спутника

2.4.2 Рефракционное приращение фазы в регулярном ионосферном слое

2.4.3 Рефракционные волновые вариации фазы, вызванные возмущениями полного электронного содержания различного масштаба

2.4.4 Рефракционные вариации фазы, вызванные мелкомасштабными неоднородностями

2.4.5 Шумы измерений навигационного приемника

2.4.6 Многокомпонентная модель фазы несущей трансионосферного сигнала и ее спектр

2.5 Тестирование процедур обработки фазовых измерений на основе данных модели фазы несущей трансионосферного сигнала

2.5.1 Удаление фазовой неоднозначности и тренда измерений фазы несущей с высокой частотой регистрации измерений

2.5.2 Частота среза фильтра Баттерворта для удаления тренда измерений фазы несущей с высокой частотой регистрации

2.5.3 Время усреднения при расчете сцинтилляционных индексов

2.5.4 Вторая производная фазы несущей трансионосферного сигнала

2.5.5 Зависимость частоты девиации от параметров ионосферных неоднородностей

2.6 Выводы к главе

Глава 3. Метод индикации ионосферных неоднородностей по спектру вариаций фазы несущей трансионосферных сигналов

3.1 Апробация метода индикации ионосферных неоднородностей по измерениям реальных спутников

3.2 Апробация метода индикации ионосферных неоднородностей по данным модели фазы несущей трансионосферного сигнала

3.3 Выводы к главе

Глава 4. Экспериментальная оценка разработанного метода обнаружения ионосферных неоднородностей

4.1 Влияние частоты регистрации на значения частоты девиации

4.2 Зависимость частоты девиации от геомагнитных условий наблюдений

4.3 Максимальные значения частоты девиации в зависимости от характеристик

сигнальных компонент ГНСС

4.4 Выводы к главе

Заключение

Список основных сокращений и условных обозначений

Благодарности

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод индикации ионосферных неоднородностей по спектру вариаций фазы трансионосферных сигналов с высокой частотой регистрации измерений»

Актуальность работы

Ионосфера Земли на протяжении многих десятилетий была и остается актуальным объектом исследований. Большое внимание к изучению ионосферы обусловлено как чисто теоретическим интересом, так и прикладными вопросами. Ионосферные неоднородности различного масштаба являются причиной возникновения сбоев и искажений рабочих характеристик систем радиолокации, радионавигации и космической связи [1-3]. Начиная с конца 1990-х годов, активно развиваются методы радиозондирования ионосферы на основе обработки и анализа измерений параметров сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) [4-5].

В настоящее время сигналы ГНСС активно используются в различных системах мониторинга ионосферы как для изучения ее структуры, так для обнаружения различных событий по ионосферному отклику. Такими событиями могут быть как природные явления (землетрясения [4, 6], цунами [7], извержения вулканов [8] и т.д.), так и мощные техногенные воздействия (запуски ракет [9], мощные промышленные взрывы [11] и т.д.).

В качестве основного параметра системы мониторинга ионосферы используют ряды полного электронного содержания (ПЭС) [11]. Недостатками измерений ПЭС и ионосферных индексов [12, 13], основанных на нем (ROTI, DROTI, AATR и др.), являются:

1) недостаточная чувствительность. Так, в работе [14] было установлено, что доступные для обнаружения вариации ПЭС, вызванные землетрясениями, наблюдаются только при сильных землетрясениях с магнитудой более 6,5.

2) критическое влияние времени интегрирования, частоты дискретизации входных данных, процедуры удаления трендов и фильтрации временных рядов измерений [15, 16, 17], а также настроек навигационного приемника [18, 19] на точность расчетов ионосферных индексов [20, 21].

В настоящее время становятся более доступными измерения параметров сигналов ГНСС с высокой частотой регистрации от 10 Гц и выше [22, 23, 24]. Кроме того, современные возможности ГНСС позволяют использовать большой набор частот и сигнальных компонент для мониторинга ионосферы. Так, навигационные спутники нового поколения транслируют сигналы в трех частотных диапазонах: L1~1575 МГц, L2~1227 МГц, L5~1176 МГц. Кроме того, в каждом частотном диапазоне передаются квадратурные компоненты несущей, каждая из которых образует отдельную сигнальную компоненту, корреляционные свойства которой могут существенно различаться в сравнении с другими сигнальными компонентами [25-27].

Таким образом, можно констатировать, что современный уровень развития ГНСС как инструмента ионосферного мониторинга значительно вырос. Однако эти технические возможности для исследования ионосферы, используются далеко не в полном объеме. Это связано, во-первых, с необходимостью обработки и хранения больших объемов измерений, во-вторых, с недостаточным развитием методов и технологий обработки измерений параметров сигнала ГНСС с высокой частотой регистрации и с учетом обработки различных сигнальных компонент. Требуется и соответствующая модернизация общепринятой системы индексов состояния ионосферы с учетом новых технических возможностей аппаратуры ГНСС [12, 13].

Таким образом, исследования, направленные на внедрение новых средств и методов мониторинга ионосферы на основе анализа измерений параметров навигационных сигналов с высокой частотой регистрации, являются актуальными.

Разработка новых методов и индикаторов состояния ионосферы и совершенствование имеющейся системы индексов состояния ионосферы с учетом новых технических возможностей позволяет: 1) повысить чувствительность и разрешающую способность методов дистанционного мониторинга ионосферы; 2) уменьшить неопределенность при выборе параметров процедур фильтрации измерений; 3) корректно учитывать шумовые характеристики и параметры настроек навигационного приемника, как средства мониторинга ионосферы.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования в диссертации являются ионосферные неоднородности естественного и искусственного происхождения, а предметом исследования - методы обнаружения ионосферных неоднородностей на основе анализа измерений компонент фазы несущей сигналов навигационных спутников с высокой частотой регистрации.

Цель и задачи работы

Целью работы является повышение чувствительности и разрешающей способности методов дистанционного мониторинга ионосферы, основанных на обработке и анализе сигналов навигационных спутников с высокой частотой регистрации измерений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики исследований ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов на основе обработки данных с высокой частотой регистрации измерений и с учетом характеристик шума измерений фазы в навигационных приемниках различного типа;

2. Создание и верификация модели фазы несущей сигнала навигационного спутника с учетом параметров мелкомасштабных (в т.ч. френелевских) ионосферных неоднородностей и шумов измерений в навигационном приемнике;

3. Разработка метода индикации ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов по спектру вариаций фазы несущей сигналов навигационных спутников;

4. Экспериментальная оценка работоспособности и достигнутых характеристик разработанного метода индикации ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов.

Методы исследования

Исследования, выполненные в диссертации, получены на основе анализа измерений фазы несущей сигналов навигационных спутников GPS, ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou. При моделировании фазы несущей трансионосферных сигналов использовались теория возмущений и приближение геометрической оптики. Анализ экспериментальных данных включает в себя удаление тренда с помощью фильтра Баттерворта и полиномиальной аппроксимации, использование быстрого преобразования Фурье для построения спектров вариаций фазы несущей.

Научная новизна

1) Впервые предложен метод индикации ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов измерений на основе анализа спектра вариаций фазы несущей сигналов навигационных спутников с высокой частотой регистрации;

2) Впервые показано, что граница между наклонной частью спектра вариаций фазы трансионосферного сигнала и его шумовой частью - частота девиации - смещается в сторону более высоких частот, вплоть до частоты Найквиста, в условиях геомагнитных возмущений. Это говорит о возможности использовать частоту девиации, как индикатор присутствия в ионосфере неоднородностей на границе уровня шумов.

Практическая значимость

Разработанный метод может быть использован для повышения чувствительности и разрешающей способности систем мониторинга опасных природных явлений (землетрясений, цунами и т.д.) и мощных искусственных воздействий (запусков ракет, промышленных взрывов и т.д.), работающих на основе анализа ионосферного отклика на указанные события.

Положения, выносимые на защиту

1. Новый метод индикации ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов измерений, основанный на наблюдаемом смещении частоты девиации в спектре вариаций фазы сигналов навигационных спутников;

2. Методика мониторинга мелкомасштабных (в т.ч. френелевских) ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов на основе анализа фазы несущей сигналов навигационных спутников с высокой частотой регистрации измерений;

3. Модель фазы несущей сигнала навигационного спутника, которая позволяет выполнить раздельный анализ эффектов вариаций фазы, возникающих вследствие влияния перемещающихся ионосферных возмущений различного масштаба, мелкомасштабных (в т.ч. френелевских) неоднородностей и шумов измерений в приемнике;

4. Результаты экспериментальной оценки поведения частоты девиации, как индикатора мелкомасштабных ионосферных неоднородностей на границе уровня шумов, которые показывают, что наблюдается устойчивый сдвиг частоты девиации в область более высоких частот, вплоть до частоты Найквиста, в условиях геомагнитной бури.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов, полученных в диссертации, обусловлена использованием обоснованных методов моделирования и статистикой экспериментальных данных. Полученные результаты моделирования не противоречат работам других авторов и согласуются с экспериментальными результатами.

Личный вклад автора

Основные результаты работы получены либо самим автором, либо при его участии. Автор принимал участие в разработке модели фазы несущей трансионосферных сигналов и ее тестировании. Автору принадлежит обработка

экспериментальных оценок, подтверждающих работоспособность предложенного метода. Анализ и интерпретация полученных результатов осуществлялись совместно с научным руководителем.

Апробация работы

Основные результаты и выводы, приведенные в диссертационной работе, докладывались на следующих научных мероприятиях:

• XXVII Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», 28 июня - 03 июля 2021 г., г. Калининград;

• XIX международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», 15-19 ноября 2021 г., г. Москва;

• XVII ежегодная конференция «Физика плазмы в солнечной системе», 07-11 февраля 2022 г., г. Москва;

• Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике «Физические процессы в космосе и околоземной среде» и XVII Конференция молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», 05-10 сентября 2022 г., г. Иркутск;

• XX международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», 14-18 ноября 2022 г., г. Москва;

• XXVIII Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», 16-19 мая 2023 г., г. Йошкар-Ола;

• XXI международная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», 13-17 ноября 2023 г., г. Москва;

• AGU Fall Meeting, AGU2023, 11-15 December 2023, San Francisco, USA;

• A0GS2024, 21st Annual Meeting, 23-28 June 2024, Pyeongchang, South Korea;

• XXX Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», 01-05 июля 2024 г., г. Санкт-Петербург;

• Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике «Физические процессы в космосе и околоземной среде» и XVIII Конференция молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», 01-07 сентября 2024 г., г. Иркутск;

• Научные семинары кафедры радиофизики и радиоэлектроники физического факультета Иркутского государственного университета, а также Ежегодные научные семинары «Радиозондирование ионосферы», посвященные памяти профессора Э.Л. Афраймовича (Институт солнечно-земной физики СО РАН).

Публикации

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 16 работах, 3 из которых в научных издания, включенных в список ВАК или в международные реферативные базы данных Scopus и Web of Science (в том числе 2 статьи в журнале, входящем в первый квартиль Q1), 12 - в сборниках трудов конференций; получено одно свидетельство государственной регистрации программы ЭВМ.

Статьи в журналах Q1, индексируемых Web of Science или Scopus:

1. Demyanov V. Experimental Estimation of Deviation Frequency within the Spectrum of Scintillations of the Carrier Phase of GNSS Signals / V. Demyanov, E. Danilchuk, Y. Yasyukevich, M. Sergeeva // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13. -P. 5017. - DOI: 10.3390/rs13245017.

2. Demyanov V. An Increase of GNSS Data Time Rate and Analysis of the Carrier Phase Spectrum / V. Demyanov, E. Danilchuk, M. Sergeeva, Y. Yasyukevich // Remote Sensing. - 2023. - Vol. 15. - P. 792. - DOI: 10.3390/rs15030792.

Статьи в журналах из списка ВАК:

3. Данильчук Е.И. Частота девиации в спектре мерцаний фазы несущей трансионосферных сигналов / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Известия вузов. Радиофизика. - 2021. - Т. LXIV, №8-9. - С. 635-643. -DOI: 10.52452/00213462 2021 64 08 635.

Иные публикации, в том числе в сборниках трудов конференций:

4. Данильчук Е.И. Эмпирическая модель фазы несущей сигнала навигационного спутника для методических исследований процедур обработки фазовых измерений / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // System Analysis & Mathematical Modeling. - 2021. - Т. 3, № 1. - С. 26-37.

5. Данильчук Е.И. Оценка частоты девиации в спектре мерцаний фазы с помощью аналитической модели / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Климатические риски и космическая погода: материалы международной конференции. - 2021. - С. 247-253.

6. Данильчук Е.И. Оценка частоты девиации в спектре мерцаний фазы несущей трансионосферных сигналов / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Распространение радиоволн: труды XXVII Всероссийской научной конференции [Электронный ресурс]. - 2021. - С. 654-659.

7. Данильчук Е.И. Аналитическая оценка частоты девиации в спектре мерцаний фазы несущей навигационных сигналов и ее экспериментальная верификация / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Материалы 19-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН. - 2021. - С. 402.

8. Данильчук Е.И. Сравнение экспериментальных оценок частоты девиации в различных условиях наблюдений / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов, Ю.В. Ясюкевич, М.А. Сергеева // Материалы семнадцатой ежегодной конференции «Физика плазмы в солнечной системе». - 2022. - С. 174.

9. Данильчук Е.И. Экспериментальная оценка вклада шумов приемника на точность определения частоты девиации в спектре мерцаний фазы несущей трансионосферного сигнала навигационного спутника / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Труды XVII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», Иркутск, издательский отдел ИСЗФ СО РАН. -2022. - С. 171-173.

10. Данильчук Е.И. Факторы, влияющие на точность определения частоты девиации в спектре мерцаний фазы трансионосферного сигнала / Е.И. Данильчук,

В.В. Демьянов // Материалы 20-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН. -2022. - С. 362.

11. Данильчук Е.И. Частота девиации как инструмент обнаружения слабых ионосферных неоднородностей на фоне шумов / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов, Ю.В. Ясюкевич, М.А. Сергеева // Распространение радиоволн: сборник докладов XXVIII Всероссийской открытой научной конференции (Йошкар-Ола, 16-19 мая 2023 года) [Электронный ресурс]. - 2023. - С. 104-107.

12. Данильчук Е.И. Использование данных с высоким разрешением для более детального изучения ионосферы / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов, Ю.В. Ясюкевич, М.А. Сергеева // Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН. - 2023. - C. 310.

13. Demyanov V. An enhancement of GNSS data time rate: the way to unfold the weakest ionospheric turbulences under the noise floor / V. Demyanov, E. Danilchuk // AGU Abstracts. - 2023. - Vol. 2023. - P. A13O-2378.

14. Demyanov V. GNSS Data of High Time Rate: New Opportunities to Look Deeper Inside the Ionosphere / V. Demyanov, E. Danilchuk // AOGS Abstracts. - 2024. - Vol. 2024. - P. IG11-A012.

15. Данильчук Е.И. Модель фазы несущей трансионосферного сигнала для тестирования процедур фильтрации и расчетов индексов мерцаний / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс] : Материалы XXX Международного симпозиума, г. Санкт-Петербург, 1-5 июля 2024 г. - 2024. - C. Е78-Е81.

16. Данильчук Е.И. Тестирование процедур удаления тренда измерений фазы несущей и расчета индексов ионосферных мерцаний / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Труды XVIII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», Иркутск, издательский отдел ИСЗФ СО РАН. -2024. - С. 253-255.

Программы ЭВМ:

17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024618071 Российская Федерация. Расчет вариаций фазы несущей трансионосферного сигнала, вызванных многомасштабными возмущениями электронной концентрации в ионосфере и шумами измерений в приемнике : № 2024618071 : дата поступления 25.03.2024 : дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 09.04.2024 / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов. - 1 с.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка основных сокращений и условных обозначений и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 139 страниц, включая 48 рисунков, 8 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 113 наименований.

Краткое содержание диссертации

Во введении сформулированы актуальность, цель и задачи работы, положения, выносимые на защиту. Приведена научная новизна и практическая значимость исследования, методы, позволяющие достигнуть поставленные задачи. Представлены сведения об апробации работы и публикациях по теме диссертации.

В Главе 1 описано современное техническое состояние глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и проанализированы их новейшие возможности, как инструмента прямого радиозондирования ионосферы. В разделе 1.1 дано краткое описание ионосферы как среды распространения радиосигналов; приведена классификация перемещающихся ионосферных возмущений на основе их пространственно-временного масштаба; дан краткий обзор основных классических радиофизических методов исследования ионосферы. В разделе 1.2 рассматривается трансионосферное зондирование как один из перспективных способов диагностики ионосферы. В разделе 1.3 описаны возможности применения измерений параметров сигналов ГНСС с высокой частотой регистрации для мониторинга ионосферы.

В Главе 2 представлена методика исследований ионосферных возмущений на границе уровня шумов по данным измерений фазы несущей сигналов навигационных спутников с высокой частотой регистрации, а также разработанная многокомпонентная модель фазы несущей трансионосферного сигнала. В разделе 2.1 проанализирован полный состав измерений фазы несущей, выделены факторы, влияющие на поведение фазы несущей навигационного сигнала. В разделе 2.2 описаны ограничения, возникающие при использовании фазы несущей сигнала навигационного спутника при мониторинге ионосферы. К ограничениям можно отнести частоту регистрации параметров трансионосферных сигналов, шумы измерений фазы несущей в зависимости от приемного оборудования и несущей частоты, а также выбор процедур и параметров фильтрации при обработке фазовых измерений с высокой частотой регистрации. В разделе 2.3 приведен алгоритм обработки фазовых измерений с высокой частотой регистрации, который может использоваться для оценки характеристик ионосферных мерцаний при расчетах ионосферных индексов и для выделения характерных точек и областей на спектрах вариаций фазы несущей навигационного сигнала

В разделе 2.4 представлена разработанная модель фазы несущей трансионосферного сигнала с заданной частотой регистрации измерений. Модель фазы несущей учитывает параметры движения спутника, влияние регулярного ионосферного слоя, влияние перемещающихся ионосферных возмущений крупного, среднего и промежуточного масштабов, параметры мелкомасштабных (в т.ч. френелевских) неоднородностей электронной концентрации, а также шумы измерений в навигационном приемнике. Разработанная модель предназначена для оценки эффективности методов и методик обработки измерений фазы несущей сигналов навигационных спутников и для определения оптимальных параметров процедур удаления тренда, фильтрации и усреднения при расчетах индексов состояния ионосферы, основанных на измерениях параметров трансионосферных сигналов. В разделе 2.5 на основе модели фазы представлены результаты предварительной настройки процедур обработки измерений фазы и расчёта индексов ионосферных мерцаний, а также отработки процедур выделения

характерных точек и областей на спектре вариаций фазы несущей трансионосферного сигнала.

В Главе 3 описан метод индикации ионосферных неоднородностей на основе анализа поведения частоты девиации в спектре вариаций фазы несущей навигационного сигнала, приведены экспериментальные результаты работоспособности метода, а также результаты моделирования.

В Главе 4 представлены экспериментальные оценки частоты девиации на основе измерений фазы несущей сигналов навигационных спутников по данным приемников двух типов в различных геофизических условиях.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования.

ГЛАВА 1. ТРАНСИОНОСФЕРНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ КАК МЕТОД

ДИАГНОСТИКИ ИОНОСФЕРЫ

1.1 Ионосфера Земли и ее структура

Ионосфера представляет сложную динамическую систему, на поведение которой влияют космические лучи, которые проходят через атмосферу Земли, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение Солнца, а также геомагнитное поле Земли. Ионосфера является ионизированной областью верхней атмосферы Земли, расположенной от высоты 50-80 км до примерно 1000 км. Состояние ионосферы в основном определяется интенсивностью солнечной активности, плотностью и составом атмосферного газа на разных высотах, а также существенно зависит от местоположения (широта, долгота и высота над поверхностью Земли), времени суток и года, цикла солнечной активности и других факторов [1, 28].

Состояние ионосферы можно описать различными характеристиками: электронным содержанием, ионным составом, температурами ионов и электронов, скоростью движения частиц. Одной из основных характеристик состояния ионосферы является концентрация заряженных частиц. В зависимости от распределения электронной концентрации с высотой в ионосфере принято выделять несколько слоев (рисунок 1.1):

• Слой Э - нижняя область ионосферы, расположенная на высотах до 90 км. Ионизация слоя Э зависит от времени суток: в дневное время наблюдается слабая ионизация (пе~102 — 103 см-3), в то время как в ночное время происходит резкое уменьшение ионизации вплоть до нулевых значений [1, 29].

• Слой Е - слой, расположенный на высотах 90-150 км, электронная концентрация в котором может достигать пе~105 см-3. Данный слой характеризуется возможностью наблюдения слоя толщиной 0,5-1 км с высокой концентрацией электронов (пе > 105 см-3), который называется спорадическим слоем Еб [1, 30].

• Слой F - слой, расположенный на высотах выше 150 км, с главным максимумом электронной концентрации (пе~106 см-3) на высотах 350-400 км. Степень ионизации слоя F в течение ночи изменяется не сильно, в то время как в дневное время можно наблюдать два слоя: слой F1, расположенный на высотах 150200 км, и слой F2 на высотах 200-450 км [1, 30, 31].

Неоднородная структура является одной из особенностей ионосферы. Неоднородности в ионосфере проявляются в вариациях различных параметров: электронной концентрации, температуры электронов и ионов, полного электронного содержания (ПЭС) и других. Основными характеристиками неоднородностей ионосферы являются размер, форма, интенсивность (относительное изменение электронной концентрации), а также направление и скорость перемещения [32, 33]. Ионосферные неоднородности классифицируют на

0 --' Е

О

0 1-1-1-1-1-

ю: ю3 ю4 ю5 106

тг

пе, см"'

Рисунок 1.1 - Строение ионосферы [31]

основе их пространственно-временных масштабов, скорости дрейфа и степени изменения концентрации электронов [21]. К основным видам неоднородностей относятся:

• крупномасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (КМ ПИВ) формируются мощными геомагнитными бурями в авроральных областях. КМ ПИВ перемещаются в основном в экваториальном направлении. Скорость перемещения КМ ПИВ составляет 300-1000 м/с. КМ ПИВ являются ионосферным проявлением внутренних атмосферных акустико-гравитационных волн. К данному типу возмущений также относят магнитоориентированные неоднородности в районе экватора, так называемые плазменные пузыри и плазменные капли [21, 34].

• среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (СМ ПИВ) - самый распространенный вид неоднородностей в ионосфере, который формируется при воздействиях различных возмущений нейтральной атмосферы (движение солнечного терминатора, метеорологические явления, солнечные затмения и т.д.). Данные ПИВ могут перемещаться в различных направления и вызывать рефракционные искажения радиосигналов. К СМ ПИВ также относятся перемещающиеся волновые пакеты, изолированные ионосферные неоднородности в виде импульсов с длительностью 10-20 мин [21, 34].

• мелкомасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения (ММ ПИВ) и ионосферные неоднородности промежуточного масштаба (ПМ ПИВ) близки по характеристикам и обычно связаны с погодными явлениями. ММ и ПМ ПИВы вызывают рассеяния и мерцания радиосигналов [21, 34].

• ударно-акустические волны (УАВ) генерируются мощными природными (землетрясения, извержения вулканов и т.д.) и техногенными явлениями (промышленные взрывы, запуски летательных аппаратов). УАВ можно рассматривать как индикатор природных и техногенных воздействий [21, 34].

• внезапные ионосферные возмущения (ВИВ) связаны с резким возрастанием электронной концентрации в ионосфере, вызванным хромосферными вспышками на Солнце. ВИВ чаще имеют импульсный характер и наблюдаются одновременно на всей освещенной стороне. ВИВ могут вызывать

замирание коротких радиоволн, внезапные фазовые аномалии, серьезно влияя на качество радиосвязи [21, 34].

Основные характеристики описанных выше ионосферных неоднородностей представлены в таблице 1.1 [21, 34, 35].

Таблица 1.1 - Характеристики основных видов ионосферных возмущений

Вид ионосферного возмущения Временной масштаб, мин. Пространственный масштаб, км Скорость перемещения, м/с Изменения ПЭС, TECU

КМ ПИВ около 60 600-1500 300-1000 0,2-5

СМ ПИВ 20-60 50-600 100-300 0,05-0,3

ПМ ПИВ 1-10 1-50 100-300 0,01-0,5

ММ ПИВ 1-10 0,1-1 300-3000 -

УАВ 1-10 200-600 около 1000 0,05-0,6

Основная информация о состоянии ионосферы может быть получена на основе измерений параметров сигналов с помощью радиофизических методов исследования ионосферы [1, 36]. К основным радиофизическим методам исследования ионосферы относятся:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Данильчук Екатерина Игоревна, 2024 год

источников шума

Tion Временная ионосферная задержка распространения сигнала

в ионосферном слое Т* Задержка при распространении сигнала в тропосфере

TLPA Шумовая температура усилителя радиочастоты

Tz Суммарная шумовая температура

Vi Радиальная скорость распространения волны возмущения

ПЭС

х0, z0 Координаты центра неоднородности

хисз Проекция месторасположения спутника на ось х

гисз Высоты источника трансионосферного сигнала - спутника

zH, zB Границы слоя неоднородностей

zm Высота максимума электронной концентрации в

ионосферном слое F2 Smf Эффекты многолучевости

£к

6,

Л

РГ

О

Ьп

О,,

От

о,

<р ф

Фо

Ф\> Фея Фея

Фюыо

ФLS, ФмS, Ф1Б

Фм

Диэлектрическая проницаемость среды распространения сигнала

Невозмущенная (регулярная) составляющая среды распространения

Возмущения малой интенсивности Фазовый шум

Дисперсия Аллана, обусловленная кратковременной нестабильностью частоты опорного генератора приемника Длина волны на рабочей частоте

Геометрическое расстояние между передающей и приемной антеннами

Относительная интенсивность неоднородности СКО теплового шума

СКО шумов, вызванных механическими вибрациями

СКО кратковременной нестабильности частоты опорного

генератора приемника

Сцинтилляционный индекс

Фаза несущей трансионосферного сигнала

Регулярная и медленно меняющаяся составляющая фазы

несущей

Малые возмущения фазы несущей Вариации фазы, вызванные мелкомасштабными неоднородностями электронной концентрации Рефракционное приращение фазы в регулярном слое ионосферы

Волновые рефракционные вариации фазы, вызванные перемещающимися ионосферными возмущениями крупного (LS), среднего (MS) и промежуточного (13) масштабов Шумовые флуктуации фазы в приемнике

£

£

0

ф5АТ Регулярный набег фазы за счет движения спутника

Начальная фаза волны возмущения ПЭС шI Циклическая частота парциальной волны возмущения ПЭС

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор искренне благодарит и выражает глубокую признательность научному руководителю доктору технических наук Демьянову Владиславу Владимировичу за руководство, терпение и неоценимую помощь на всех этапах выполнения диссертационного исследования.

Автор выражает благодарность Ясюкевичу Ю.В. за помощь в работе, предоставление данных и активное участие в дискуссиях; Афанасьеву Н.Т. за проявленный интерес к работе, полезные советы при моделировании, активное участие в дискуссиях; Тинину М.В. за проявленный интерес к работе, ценные замечания и активное участие в дискуссиях; Колеснику С.Н., Книжину С.И. за проявленный интерес к работе и ценные замечания; Веснину А.М. за полезные обсуждения и предоставление данных для работы над диссертацией; Падохину А.М. за полезные обсуждения, а также всех сотрудников кафедры радиофизики и радиоэлектроники физического факультета ИГУ, а также руководство физического факультета ИГУ за участие и поддержку.

Автор также благодарит свою семью за создание комфортных условий и поддержку в работе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Goodman J. Ionospheric Effects on Modern Electronic System / J. Goodman, J. Aarons // Proceedings of the IEEE. - 1990. - V. 78. - P. 512-528. -DOI: 10.1109/5.52228.

2. Распространение радиоволн: учебное пособие / О.И. Яковлев, В.П. Якубов, В.П. Урядов, А.Г. Павельев. - Москва : Ленанд, 2019. - 496 с.

3. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере / К. Дэвис. - Москва : Мир, 1973. -

502 с.

4. Calais E. GPS detection of an ionospheric perturbation following the January 17, 1994, Northridge earthquake / E. Calais, J. B. Minster // Geophysical Research Letters

- 1995. - Vol. 22. - P. 1045-1048.

5. Afraimovich E.L. GPS direct and inverse radiointerferometry - new methods of investigating Travelling Ionospheric Disturbances / E.L. Afraimovich, K.S. Palamartchouk, N.P. Perevalova // Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica -1997. - Vol. 32, N. 3-4. - P. 469-479. - DOI: 10.1007/BF03325516.

6. Astafyeva E. Strike-slip earthquakes can also be detected in the ionosphere / E. Astafyeva, L.M. Rolland, A. Sladen // Earth and Planetary Science Letters. - 2014. -Vol. 405. - P. 180-193. - DOI: 10.1016/j.epsl.2014.08.024.

7. Real-Time Detection of Tsunami Ionospheric Disturbances with a StandAlone GNSS Receiver: A Preliminary Feasibility Demonstration / G. Savastano; A. Komjathy; O. Verkhoglyadova et al. // Scientific Reports. - 2017. - Vol. 7, N, 1. -P. 46607. - DOI: 10.1038/srep46607.

8. Investigation of Ionospheric Response to June 2009 Sarychev Peak Volcano Eruption / N. Shestakov, A. Orlyakovskiy; N. Perevalova et al. // Remote Sensing. - 2021.

- Vol. 13. - P. 638. - DOI: 10.3390/rs13040638.

9. The use of GPS arrays in de-tecting the ionospheric response during rocket launchings / E.L. Afraimovich, E.A. Kosogorov, K.S. Palamarchouk et al. // Earth, Planets and Space. - 2000. - Vol. 52, N. 11. - P. 1061-1066. -DOI: 10.1186/BF03352331.

10. Fitzgerald T.J. Observations of total electron content perturbations on GPS signals caused by a ground level explosion / T.J. Fitzgerald // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 1997. - Vol. 59, N. 7. - P. 829-834. - DOI: 10.1016/S1364-6826(96)00105-8.

11. Hofmann-Wellenhof B. GNSS - Global Navigation Satellite Systems. GPS, GLONASS, Galileo and more / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, E. Walse. -Wien : Springer-Verlag, 2008. - 516 p.

12. Monitoring of global ionospheric irregularities using the Worldwide GPS Network / X. Pi, A. J. Mannucci, U. J. Lindqwister, C. M. Ho. // Geophysical Research Letters. - 1997. - Vol. 24, N. 18. - P. 2283-2286. - DOI: 10.1029/97gl02273.

13. Van Dierendonck A.J. Ionospheric Scintillation Monitoring Using Commercial Single Frequency C/A Code Receivers / A.J. Van Dierendonck, J. Klobuchar, Q. Hua // Proceedings of the 6th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation. - 1993. - P. 1333-1342.

14. Threshold magnitude for Ionospheric TEC response to earthquakes / N.P. Perevalova, V.A. Sankov, E.I. Astafyeva, A.S. Zhupityaeva // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2014. - Vol. 108. - P. 77-90. - DOI: 10.1016/j.jastp.2013.12.014.

15. Ghoddousi-Fard R. Impact of receiver and constellation on high rate GNSS phase rate measurements to monitor ionospheric irregularities / R. Ghoddousi-Fard // Advances in Space Research. - 2017. Vol. 60, N. 9. - P. 1968-1977. -DOI: 10.1016/j.asr.2017.07.039.

16. Improved amplitude-and phase-scintillation indices derived from wavelet detrended high-latitude GPS data / S. Mushini, P. Jayachandran, R. Langley et al. // GPS Solutions. - 2012. Vol. 16, N. 3. - P. 363-373. - DOI: 10.1007/s1029-011-0238-4.

17. Polar traveling ionospheric disturbances inferred with the B-spline method and associated scintillations in the southern hemisphere / S. Priyadarshi, Q. Zhang, E. Thomas et al. // Advances in Space Research. - 2018. - Vol. 62, N. 11. - P. 32493266. - DOI:10.1016/j.asr.2018.08.015.

18. Ray J. Mitigation of GPS code and carrier phase multipath effects using a multi-antenna system / J. Ray. - Calgary, Alberta, 2000. - 286 p.

19. Multipath interference mitigation in GNSS via WRELAX / J. Qiongqiong, W. Renbiao, W. Wenyi et al. // GPS Solutions. - 2017. - Vol. 21. - P. 487-498. -DOI: 10.1007/ s10291-016-0538-9.

20. Assessment of Morelian Meteoroid Impact on Mexican Environment / M.A. Sergeeva, V.V. Demyanov, O.A. Maltseva et al. // Atmosphere. - 2021. Vol. 12. -P. 185. - DOI: 10.3390/atmos12020185.

21. Афраймович Э.Л. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли / Э.Л. Афраймович, Н.П. Перевалова. - Иркутск : Издательство ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. - 479 с.

22. McCaffrey A.M. Spectral characteristics of auroral region scintillation using 100 Hz sampling / A.M. McCaffrey, P.T. Jayachandran // GPS Solutions. - 2017. -Vol. 21. - P. 1883-1894. - DOI: 10.1007/s10291-017-0664-z.

23. Fanis M. PLL bandwidth and noise in 100 Hz GPS measurements / M. Fanis, S. Stathis // GPS Solutions. - 2015. Vol. 19. - P. 173-185. - DOI: 10.1007/s10291-014-0378-4.

24. Zhang Q. Assessment of the effect of GNSS sampling rate on GNSS/INS relative accuracy on different time scales for precision measurements / Q. Zhang, X. Niu, C. Shi // Measurement. - 2019. - Vol. 145. - P. 583-593. -DOI: 10.1016/j.measurement.2019.05.104.

25. Yang Z. Investigating the inconsistency of ionospheric ROTI indices derived from GPS modernized L2C and legacy L2 P(Y) signals at low-latitude regions / Z. Yang, Z. Liu // GPS Solutions. - 2016. - Vol. 21, N. 2. - P. 783-796. - DOI: 10.1007/s10291-016-0568-3, 2016.

26. Bolla P. Performance analysis of dual-frequency receiver using combinations of GPS L1, L5, and L2 civil signals / P. Bolla, K. Borre // Journal of Geodesy. - 2018. - Vol. 93. - P. 437-447. - DOI: 10.1007/s00190-018-1172-9.

27. On the accuracy of the GPS L2 observable for ionospheric monitoring /

A.M. McCaffrey, P.T. Jayachandran, R.B. Langley, J.M. Sleewaegen // GPS Solutions. -2018. - Vol. 22. - P. 2233-2341. - DOI: 10.1007/s10291-017-0688-4.

28. Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. В 2 т. Монография / К.М. Антонович; ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». - Москва : ФГУП «Картгеоцентр», 2005. - Т.1: - 344 с.; Т.2: - 360 с.

29. Данилов А.Д. Химия ионосферы / А.Д. Данилов. - Ленинград : Гидрометеоиздат, 1967. - 296 с.

30. Иванов В.Б. Основы спутниковой радионавигации: учеб. пособие /

B.Б. Иванов, С.Н. Колесник. - Иркутск : издательство ИГУ, 2014. - 99 с.

31. Данилов А. Д. Химия, атмосфера и космос / А. Д. Данилов. - Ленинград : Гидрометеоиздат, 1968. - 129 с.

32. Hocke K. A review of atmospheric gravity waves and travelling ionospheric disturbances 1982-1995 / K. Hocke, K. Schlegel // Annales Geophysicae. - 1996. -Vol. 14, N 5. - P. 917-940. - DOI: 10.1007/s00585-996-0917-6

33. Григорьев Г. И. Акустико-гравитационные волны в атмосфере (обзор) / Г.И. Григорьев // Известия ВУЗов. Радиофизика. - 1999. - Т. XLII, № 1. - С. 3-23.

34. Перевалова Н.П. Исследование ионосферных возмущений методом трансионосферного GPS-зондирования : дис. ... доктор физ.-мат. наук : 25.00.29 / Н.П. Перевалова, Институт солнечно земной физики СО РАН. - Иркутск, 2014. -286 с.

35. Leitinger R. The TID model for modulation of large scale electron density models / R. Leitinger, M. Rieger // Annals of Geophysics. - 2005. - Vol. 48, N. 3. -P. 515-523. - DOI: 10.4401/ag-3216.

36. РД 52.36.817-2015. Руководство по ионосферным, магнитным и гелиогеофизическим наблюдениям. Часть 1. Ионосферные наблюдения : приказ Росгидромета от 17.07.2015 №436 : дата введения 01.12.2815. - Обнинск : ФГБУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2015. - 199 с.

37. Альперт Я.Л. Распространение электромагнитных волн и ионосфера / Я.Л. Альперт. - Москва : Наука, 1972. - 564 с.

38. Брюнелли Б.Е. Физика ионосферы / Б.Е. Брюнелли, А.А. Намгаладзе. -Москва : Наука, 1988. - 528 c.

39. Смирнов В.М. Расширение зоны действия ионозондов вертикального зондирования ионосферы за счет применения спутниковых навигационных систем / В.М. Смирнов, Е.В. Смирнов // Радиотехника и электроника. - 2023. - Т. 68, №1.

- С. 22-29.

40. Application of computerized tomography techniques to ionospheric research / J.R. Austen, S.J. Franke, C.H. Liu, K.C. Yeh // Radio beacon contribution to the study of ionization and dynamics of the ionosphere and corrections to geodesy. - 1986. - Part 1.

- P. 25-35.

41. Radiotomorgaphic reconstruction of ionisation dip in the plasma near the Earth / E.S. Andreeva, A.V. Galinov, V.E. Kunitsyn et al. // JETP Letters. - 1990. -Vol. 52. - P. 145-148.

42. Куницын В.Е. Радиотомография ионосферы / В.Е. Куницын, Е.Д. Терещенко, Е.С. Андреева. - Москва : Физматлит, 2007. - 336 с.

43. Titheridge J. E. The diffraction of satellite signals by isolated ionospheric irregularities / J. E. Titheridge // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. -1971. - V. 33, N 1. - P. 47-69. - DOI: 10.1016/0021-9169(71)90181-4.

44. Afraimovich E.L. Spectral and dispersion characteristics of medium-scale travelling ionospheric disturbances as deduced from transionospheric sounding data / E.L. Afraimovich, N. P.Minko, S.V. Fridman // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 1994. - Vol. 56, N 11. - P. 1431-1446. - DOI: 10.1016/0021-9169(94)90109-0.

45. Observations of inner plasmasphere irregularities with a satellite-beacon radio interferometer array / A.R. Jacobson, G. Hoogeveen, R.C. Carlos at al. // Journal of Geophysical Research. - 1996. - Vol. 101, N A9. - P. 19665-19682.

46. The IGS VTEC maps: a reliable source of ionospheric information since 1998 / M. Hernández-Pajares, J. Juan, J. Sanz et al. // Journal of Geodesy. - 2009. -Vol. 83, N. 3-4. - P. 263-275. - DOI: 10.1007/s0019 0-008-0266-1.

47. Schaer S. IONEX: The Ionosphere Map EXchange Format Version 1.1 / S. Schaer, W. Gurtner, J. Feltens // Astronomical Institute, University of Berne, Switzerland, 1998. - URL: http://ftp.aiub.unibe.ch/ionex/draft/ionex11.pdf.

48. Global Assimilation of Ionospheric Measurements (GAIM) / R.W. Schunk, L. Scherliess, J.J. Sojka et al. // Radio Science. - 2002. - Vol. 39, N 1. - P. RS1S02. -DOI: 10.1029/2002RS002794.

49. Сейсмоионосферные и сейсмоэлектромагнитные процессы в Байкальской рифтовой зоне / Э.Л. Афраймович, Г.А. Жеребцов, Н.П. Перевалова и др. - Новосибирск : Издательство СО РАН, 2012. - 304 с.

50. Ясюкевич Ю.В. Отклик ионосферы на гелои- и геофизические возмущающие факторы по данным GPS : монография / Ю.В. Ясюкевич, И.К. Едемский, И.П. Перевалова, А.С. Полякова. - Иркутск : Издательство ИГУ, 2013. - 259 с.

51. Демьянов В.В. Механизмы воздействия нерегулярных геофизических факторов на функционирование спутниковых радионавигационных систем / В.В. Демьвнов, Ю.В. Ясюкевич. - Иркутск : Издательство ИГУ, 2014. - 349 с.

52. Asteriadis G. GPS and terrestrial measurements for detecting crustal movements in a seismic area / G. Asteriadis, H. Schwan // Survey Review. - 1998. -Vol. 34. - P. 447-454. - DOI: 10.1179/sre.1998.34.269.447.

53. Jin S. GNSS Remote Sensing. Theory, Methods and Applications / S. Jin, E. Cardellach, F. Xie. - Berlin : Springer Science & Business Media, 2013. - 276 p.

54. GNSS Reflectometry of the Black Sea Level in the Experiments at the Stationary Oceanographic Platform / A.M. Padokhin, G.A. Kurbatov, M.O. Nazarenko et al. // Moscow University Physics Bulletin. - 2018. - Vol. 73. - P. 422-427. -DOI: 10.3103/S0027134918040112.

55. A review of GPS/GLONASS studies of the ionospheric response to natural and anthropogenic processes and phenomena / E.L. Afraimovich, E.I. Astafyeva,

V.V. Demyanov et al. // Journal of Space Weather and Space Climate. - 2013. - Vol. 3. - P. A27. - DOI: 10.1051/swsc/2013049.

56. Kersten T. Feasibility of Consumer Grade GNSS Receivers for the Integration in Multi-Sensor-Systems / T. Kersten, J.-A. Paffenholz // Sensors. - 2020. -Vol. 20, N. 9. - P. 2463. - DOI: 10.3390/s20092463/

57. Zhang L. GPS Carrier Phase Spectrum Estimation for Ionospheric Scintillation Studies / L. Zhang, Y. Morton // Navigation. - 2013. - Vol. 60. - P. 113122. - DOI: 10.1002/navi.33.

58. IS-GPS-200N. NAVSTAR GPS Space Segment/Navigation User Segment Interfaces. 22 August 2022 // GPS: The Global Positioning System : сайт. -URL: https://www.gps.gov/technical/icwg/IS-GPS-200N.pdf.

59. IS-GPS-705A. Navstar GPS Space Segment / User Segment L5 Interfaces. 08 June 2010 // GPS: The Global Positioning System : сайт. -URL: https://www.gps.gov/technical/icwg/IS-GPS-705A.pdf.

60. ИКД-ГЛОНАСС. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.1. - Москва : РНИИ КП. - 2008. URL: https://russianspacesystems.ru/wp-content/uploads/2016/08/ICD_GLONASS_rus_v5.1 .pdf.

61. GALILEO Open Service Signal-In-Space Interface Control Document (OS SIS ICD). European Union 2023. Issue 2.1 // European GNSS Service Centre : сайт. -URL: https://www.gsc-europa.eu/sites/default/files/sites/all/files/Galileo_OS_SIS_ICD_v2.1.pdf.

62. ICD-BDS. BeiDou Navigation Satellite System Signal in Space. Interface Control Document. Open Service Signal B2b (Version 1.0). July, 2020 // BeiDou Navigation Satellite System :сайт. - URL: http://en.beidou.gov.cn/SYSTEMS/Officialdocument/202008/P0202312015436184070 17.pdf.

63. AATR an ionospheric activity indicator specifically based on GNSS measurements / J. Juan, J. Sanz, A. Rovira-Garcia, et al. // Journal of Space Weather and Space Climate. - 2018. Vol. 8. - P. A14. - DOI:10.1051/swsc/2017044.

64. Jakowski N. Introducing a disturbance ionosphere index (DIX) / N. Jakowski, C. Borries, V. Wilken // Radio Science. - 2012. Vol. 47. - P. RS0L14. -DOI: 10.1029/2011 rs004939.

65. An ionospheric index suitable for estimating the degree of ionospheric perturbations / V. Wilken, M. Kriegel, N. Jakowski, J. Berdermann // Journal of Space Weather and Space Climate. 2018. - Vol. 8. - P. A19. - DOI: 10.1051/swsc/2018008.

66. Yeh K. Radio wave scintillations in the ionosphere / K. Yeh, C. Liu // Proceedings of the IEEE. 1982. - Vol. 70, N. 4. - P. 324-360. -DOI: 10.1109/proc.1982.10313.

67. Van Dierendonck A. Measuring Ionospheric Scintillation in the Equatorial Region Over Africa, Including Measurements From SBAS Geostationary Satellite Signals / A. Van Dierendonck, B. Arbesser-Rastburg // Proceedings of the 17th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation.

- 2004. - P. 316-324.

68. The Second-Order Derivative of GPS Carrier Phase as a Promising Means for Ionospheric Scintillation Research / V.V. Demyanov, Y.V. Yasyukevich, S. Jin, M.A. Sergeeva // Pure and Applied Geophysics. - 2019. - Vol. 176. - P. 4555-4573. -DOI: 10.1007/s00024-019-02281 -6.

69. Afraimovich E.L. GPS global detection of the ionospheric response to solar flares / E.L. Afraimovich // Radio Science. - 2000. - Vol. 35, N. 6. - P. 1417-1424. -DOI: 10.1029/2000rs002340.

70. SIMuRG: System for Ionosphere Monitoring and Research from GNSS / Y.V. Yasyukevich, A.V. Kiselev, I.V. Zhivetiev et al. // GPS Solutions. - 2020. - Vol. 24.

- P. 69. - DOI: 10.1007/s 10291 -020-00983-2.

71. Martire L. The GUARDIAN system-a GNSS upper atmospheric real-time disaster information and alert network / L. Martire, S. Krishnamoorthy, P. Vergados et al. // GPS Solutions. - 2023. - Vol. 27. - P. 32. - DOI: 10.1007/s10291-022-01365-6.

72. Teunissen P.J. GPS for Geodesy / P.J.G. Teunissen, A. Kleusberg. - Berlin : Springer Berlin Heidelberg, 1998. - 650 p.

73. Xu G. Theory, Algorithms and Applications / G. Xu. - New York : Springer, 2007. - 354 p.

74. Kaplan E.D. Understanding GPS: principles and applications / E.D. Kaplan. - London : Artech House, 2006. - 707 p.

75. Котельников В.А. О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи / В.А. Котельников // Материалы к I Всесоюзному съезду по вопросам технической реконструкции дела связи и развития слаботочной промышленности. Репринт статьи в журнале «Успехи физических наук». - 2006. - Т. 176, № 7. -С. 762-770. - DOI: 10.3367/UFNr.0176.200607h.0762.

76. Данильчук Е.И. Частота девиации в спектре мерцаний фазы несущей трансионосферных сигналов / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Известия вузов. Радиофизика. - 2021. - Т. LXIV, №8-9. - С. 635-643. - DOI: 10.52452/00213462_2021_64_08_635.

77. Данильчук Е.И. Экспериментальная оценка вклада шумов приемника на точность определения частоты девиации в спектре мерцаний фазы несущей трансионосферного сигнала навигационного спутника / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Труды XVII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», Иркутск, издательский отдел ИСЗФ СО РАН. -2022. - С. 171-173.

78. Данильчук Е.И. Частота девиации как инструмент обнаружения слабых ионосферных неоднородностей на фоне шумов / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов, Ю.В. Ясюкевич, М.А. Сергеева // Распространение радиоволн: сборник докладов XXVIII Всероссийской открытой научной конференции (Йошкар-Ола, 16-19 мая 2023 года) [Электронный ресурс]. - 2023. - С. 104-107.

79. Jacobsen K. The impact of different sampling rates and calculation time intervals on ROTI values / K. Jacobsen // Journal of Space Weather Space Climate. -2014. Vol. 4. - P. A33. - DOI: 10.1051/swsc/2014031.

80. Demyanov V. An Increase of GNSS Data Time Rate and Analysis of the Carrier Phase Spectrum / V. Demyanov, E. Danilchuk, M. Sergeeva, Y. Yasyukevich // Remote Sensing. - 2023. - Vol. 15. - P. 792. - DOI: 10.3390/rs15030792.

81. Teunissen P. Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems / P. Teunissen, O. Montenbruck. - London : Springer Cham, 2017. - 1335 p. -DOI: 10.1007/978-3-319-42928-1.

82. Irsigler M. PLL Tracking Performance in the Presence of Oscillator Phase Noise / M. Irsigler, B. Eissfeller // GPS Solutions. - 2002. - Vol. 5, N. 4. - P. 45-57. -DOI: 10.1007/PL00012911.

83. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - Москва : Радиотехника, 2010. - 800 с.

84. Comparison of TEC Calculations Based on Trimble, Javad, Leica, and Septentrio GNSS Receiver Data / V. Demyanov, M. Sergeeva, M. Fedorov et al. // Remote Sensing. - 2020. - Vol. 12. - P. 3268. - DOI: 10.3390/rs12193268.

85. Characterization of GNSS signal parameters under ionosphere scintillation conditions using software-based tracking algorithms / L. Zhang, Y. Morton, F. van Graas, T. Beach // IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium. - 2010. -DOI: 10.1109/plans.2010.5507209.

86. Niu F. GPS carrier phase detrending methods and performances for ionosphere scintillation studies / F. Niu, Y. Morton, J. Wang // Proceedings of the ION GNSS. - 2012. - P. 1462-1467.

87. Disentangling ionospheric refraction and diffraction effects in GNSS raw phase through fast iterative filtering technique / H. Ghobadi, L. Spogli, L. Alfonsi et al. // GPS Solutions. - 2020. Vol. 24, N. 3. - DOI: 10.1007/s10291-020-01001-1.

88. McCaffrey A.M. Determination of the Refractive Contribution to GPS Phase "Scintillation" / A.M. McCaffrey, P.T. Jayachandran // Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2019. - Vol. 124, N. 2. - P. 1454-1469. - DOI: 10.1029/2018JA025759.

89. Forte B. On the relationship between the geometrical control of scintillation indices and the data detrending problems observed at high latitudes / B. Forte // Annals of Geophysics. - Vol. 50, N. 6. - P. 699-706. - DOI: 10.4401/ag-3051.

90. Beach T.L. Perils of the GPS phase scintillation index (аф) / T.L. Beach // Radio Science. - 2006. - Vol. 41, N. 5. - P. 5-31. - DOI: 10.1029/2005rs003356.

91. Нуссбаумер Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления свёрток / Г. Нуссбаумер - Москва: Радио и связь, 1985. - 248 с.

92. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. Случайные поля / С.М. Рытов, Ю.А. Кравцов, В.И. Татарский. - Москва : Наука, 1978. - 464 с.

93. Метод некогерентного рассеяния радиоволн / Б.Е. Брюнелли, М.И. Кочкин, И.Н. Пресняов и др. - Ленинград : Наука, 1979. - 188 с.

94. JAVAD DELTA-3 // Javad GNSS : сайт. -URL: http: //internal .j avad.com/j gnss/products/receivers/delta-3 .html.

95. Yasyukevich Y.V. SibNet - Siberian Global Navigation Satellite System Network: Current state / Y.V. Yasyukevich, A.M. Vesnin, N.P. Perevalova // Solar-Terrestrial Physics. - 2018. - Vol. 4, N. 4. - P. 63-72. - DOI: 10.12737/stp-44201809.

96. Бабич О.А. Обработка информации в навигационных комплексах / О.А. Бабич. - Москва : Машиностроеник, 1991. - 512 с.

97. Данильчук Е.И. Эмпирическая модель фазы несущей сигнала навигационного спутника для методических исследований процедур обработки фазовых измерений / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // System Analysis & Mathematical Modeling. - 2021. - Т. 3, № 1. - С. 26-37.

98. Klobuchar J. Ionosphere time-delay algorithm for single-frequency GPS users / J. Klobuchar // IEEE Transactions on Aerospace and Electronics System (AES). -1986. - Vol. 23, N. 3. - P. 325-331. - DOI: 10.1109/TAES.1987.310829.

99. Ivanov V.B. Global Empirical Modeling of the Total Electron Content of the ionosphere for satellite radio navigation systems / V.B. Ivanov, G.D. Gefan, O.A. Gorbachev // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2011. - Vol. 73, N. 13. - P. 1703-1707. - DOI: 10.1016/j.jastp.2011.03.010.

100. The BeiDou global broadcast ionospheric delay correction model (BDGIM) and its preliminary performance evaluation results / Y. Yuan, N. Wang, Z. Li, X. Huo // Navigation. - 2019. - Vol. 66. - P. 55-69. - DOI: 10.1002/navi.292.

101. Gurtner W. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 3.02 / W. Gurtner, L. Estey // Astronomical Institute, University of Berne, 2013. -URL: https/files.igs .org/pub/data/format/rinex302.pdf.

102. Афанасьев Н.Т. Спутниковое декаметровое радиозондирование ионосферных неоднородностей : монография / Н.Т. Афанасьев, В.П. Марков. -Иркутск : Издательство ИГУ, 2015. - 127 с.

103. Tiwari R. Regionally based alarm index to mitigate ionospheric scintillation effects for GNSS receivers / R. Tiwari, H.J. Strangeways // Space Weather. - 2015. -Vol. 13. - P. 72-85. - DOI: 10.1002/2014SW001115.

104. MOPS based procedure for minimum recommended testing of lightsquared RFI to GPS aviation receivers: appendix A // National Transportation Library of Bureau of Transportation Statistics : сайт. -URL: https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/9255/dot_9255_DS1 .pdf.

105. Demyanov V.V. GNSS High-Rate Data and the Efficiency of Ionospheric Scintillation Indices. Satellites Missions and Technologies for Geosciences (chapter in book Ionospheric and Atmospheric Threats for GNSS and Satellite Telecommunications / V.V. Demyanov, M.A. Sergeeva, A.S. Yasyukevich. - London : InTech Open, 2020. -DOI: 10. 5772/intechopen.90078.

106. Данильчук Е.И. Модель фазы несущей трансионосферного сигнала для тестирования процедур фильтрации и расчетов индексов мерцаний / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс] : Материалы XXX Международного симпозиума, г. Санкт-Петербург, 1-5 июля 2024 г. - 2024. - C. Е78-Е81.

107. Данильчук Е.И. Тестирование процедур удаления тренда измерений фазы несущей и расчета индексов ионосферных мерцаний / Е.И. Данильчук, В.В. Демьянов // Труды XVIII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», Иркутск, издательский отдел ИСЗФ СО РАН. -2024. - С. 253-255.

108. Banyai L. Single Station and Single Satellite Method of GPS Ionospheric Data Processing / L. Banyai // Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica. - 1997. -Vol. 32, N. 3. - P. 407-416. - DOI: 10.1007/BF03325510.

109. RINEX. The Receiver Independent Exchange Format. Version 3.04. 23 November 2018 // International GNSS Service (IGS) : сайт. -URL : http : //acc.igs .org/misc/rinex304.pdf.

110. Septentrio PolaRx5S // GNSS positioning you can count on : сайт. -URL: https://www.septentrio.com/en/products/gps/gnss-reference-receivers/polarx5s.

111. GNSS ANTENNA RingAnt-G3T // Javad. GNSS Aerospace Solutions : сайт. - URL: https://download.javad.com/sheets/RingAnt-G3T_Datasheet.pdf.

112. Благовещенский Д.В. Влияние геомагнитных бурь/суббурь на ионосферу. Ч. 1. (Обзор) / Д.В. Благовещенский // Геомагнетизм и аэрономия. -2013. - Т. 53, №3. - с. 291-307.

113. Demyanov V. Experimental Estimation of Deviation Frequency within the Spectrum of Scintillations of the Carrier Phase of GNSS Signals / V. Demyanov, E. Danilchuk, Y. Yasyukevich, M. Sergeeva // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13. -P. 5017. - DOI: 10.3390/rs13245017.