Ученые ИСЗФ СО РАН разработали новый метод калибровки данных GPS/ГЛОНАСС для дистанционного зондирования ионосферы

Ученые Института солнечно-земной физики СО РАН опубликовали статью об оценке абсолютных ионосферных параметров на основе данных GPS/ГЛОНАСС в журнале Sensors. Журнал входит в квартиль Q1 – так называют 25% лучших журналов в своей области.

Авторы статьи «GNSS-Based Non-Negative Absolute Ionosphere Total Electron Content, its Spatial Gradients, Time Derivatives and Differential Code Biases: Bounded-Variable Least-Squares and Taylor Series» - Юрий Ясюкевич, Анна Мыльникова и Артем Веснин, публикация доступна по адресу: https://www.mdpi.com/1424-8220/20/19/5702.

Ведущий научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН, кандидат физико-математических наук Юрий Ясюкевич рассказал, что статья посвящена улучшению технологии мониторинга ионосферы на основе данных GPS/ГЛОНАСС. Она написана в рамках работы над грантом РФФИ «Разработка глобальных эмпирических моделей регулярной динамики и возмущенности ионосферы и плазмосферы».

Юрий Ясюкевич отметил, что группа ученых уже давно работает над возможностями использования GPS и ГЛОНАСС (а с ними и европейской Galileo, и китайской BeiDou) для дистанционного зондирования ионосферы Земли. Большой цикл работ посвящен калибровке измерений полного электронного содержания – числу электронов вдоль луча от спутника до приемника. Эта величина (именно абсолютное значение) необходима для коррекции радарных систем, а также ионосферных моделей.

— Получить изменение измеряемой величины достаточно легко, но абсолютные параметры содержат инструментальные ошибки. Плюс есть проблемы с оценкой фазы: угол можно измерить с точностью 360 градусов, а 0, 360, 720 – уже одно и то же. Поэтому мы работаем над тем, как эту калибровку для отдельно стоящего приемника сделать правильно, имея измерения с большого числа спутников за некоторое время. Для этого вводится определенная модель измерений и подбираются ее параметры.

Ученый пояснил, что задача относится к классу «некорректных» - то есть имеет множество решений. Обычно в такой ситуации выбирается «самое лучшее» решение, но оно не всегда дает физически корректные измерения: в ряде случаев число электронов от спутника до приемника из-за недостаточно хорошей калибровки может вообще оказаться отрицательным.

— Мы использовали метод наименьших квадратов с ограничениями. Ограничения позволяют отбросить все решения, когда значения параметров нас не удовлетворяют. Главное – аккуратно ввести эти ограничения. Такой подход позволяет получить как корректные измерения вдоль наклонных лучей от станции на спутник, так и корректные оценки ионосферы «над головой». В результате, мы имеем большое количество одновременных и адекватных с физической точки зрения измерений, которые можно использовать, например, для коррекции радарных систем.

В настоящее время группа ученых под руководством Юрия Ясюкевича готовит к публикации в журнале GPS solutions статью, посвященную созданию эмпирической модели ионосферы на основе машинного обучения.

Статья уже одобрена рецензентами, сейчас вносятся последние стилистические и оформительские правки.