Спутниковые системы помогут следить за ионосферой

Иркутские исследователи разработали алгоритм, позволяющий на основе данных навигационных спутниковых систем следить за состоянием ионосферы Земли в различных регионах. Работа ученых позволит обнаруживать возмущения в ионосфере, которые могут привести к сбоям радиотехнических и радиоэлектронных систем на Земле. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в журнале Results in Physics.

Ионосфера — это часть атмосферы Земли, которая, кроме нейтральных молекул газов, содержит заряженные частицы — ионы. Ионосфера подразделяется на три области (слоя): D, E и F. Самый нижний из них (D) начинается с высоты в 60 километров — выше границы стратосферы, а самый верхний (F) заканчивается на границе экзосферы Земли — самой последней оболочки атмосферы. Слои ионосферы отличаются друг от друга концентрацией заряженных частиц, этот же показатель определяет физические характеристики каждой области и их влияние на технические устройства. Именно благодаря существованию ионосферы на нашей планете возможна передача радиосигналов на большие расстояния. Заряженные частицы в ионосфере способны отражать длинные волны и обеспечивать их передачу по всему земному шару, физически невозможную по прямой линии.

Возмущения в ионосфере часто становятся причиной проблем в системах связи. Чтобы подготовиться к возможным сбоям, нужно создать систему, которая могла бы при помощи доступных средств следить за состоянием ионосферы. Один из способов получить сведения — использовать данные спутников, таких как GPS и ГЛОНАСС. Ключевая характеристика, которая связывает сигнал спутника с состоянием ионосферы, — это количество электронов (полное электронное содержание) вдоль луча, посылаемого на Землю. Для обнаружения возмущений ионосферы на основе этого показателя сегодня используется несколько индексов. Наиболее известный из них, ROTI, представляет собой среднее значение скорости, с которой изменяется полное электронное содержание. На его основе ранее разработали несколько других индексов, но у всех них, по словам ученых, есть недостатки: неясно, как их значение связано с амплитудой ионосферного возмущения и ошибками измерений.

Ученые Института солнечно-земной физики (ИСЗФ) СО РАН предложили новый индекс для оценки состояния ионосферы на основе данных навигационных спутниковых систем. Для него амплитуды возмущений полного электронного содержания по всем наблюдаемым в данный момент спутникам усредняют на основе полученных математических уравнений. Ученые назвали его WTEC (на русский язык это переводится как «индекс волновой активности полного электронного содержания»).

«Мы полагаем, что новый индекс WTEC имеет большой потенциал для исследования ионосферных возмущений — от изучения отдельных событий до построения глобальных карт возмущений. На основе WTEC, который может быть рассчитан в реальном времени, можно будет также оценивать риск возникновения сбоев в радиотехнических системах», — говорит один из авторов исследования, научный руководитель ИСЗФ СО РАН Гелий Жеребцов.