Улучшить работу навигационных систем стремятся иркутские ученые
В феврале 2010 года восемь молодых ученых из Иркутска получили гранты президента РФ по 600 тыс. рублей на реализацию своих инновационных проектов в течение двух лет. На страницах нашей газеты мы рассказываем о том, к каким результатам за год работы пришли ученые благодаря этой господдержке. Сотрудник института солнечно-земной физики СО РАН Сергей Воейков в команде из четырех человек исследует, как процессы, происходящие в ионосфере, влияют на работу навигационных спутниковых систем.
– Сергей Викторович, спутниковые системы активно вошли в нашу жизнь, и, кажется, они четко работают….
– Это действительно так. Когда все спокойно и спутников достаточно, стандартный одночастотный приемник определяет координаты с точностью до 20 метров. Проблемы начинаются, например, во время магнитных бурь. Тогда работа навигационных систем осложняется, приемники начинают давать сбои. В такие периоды приемники могут ошибаться на сотни и более метров.
– Получается, на работу навигационных систем влияют внешние факторы?
– Если быть точным, этот фактор – среда. Например, земная атмосфера может вызвать задержку сигнала или вообще его рассеять. Наиболее заметен этот процесс в одном из верхних слоев атмосферы – ионосфере. Такое название она получила именно потому, что вещество там ионизировано – заряжено, и в нем присутствуют свободные электроны, которые мешают распространению радиоволн, поглощая их и переизлучая. Именно поэтому фактически принимаем радиосигнал чуть позже, чем это должно быть на самом деле. Чтобы избежать таких ошибок, мы должны знать параметры ионосферы над каждой точкой Земли, чтобы вносить поправки в показания приборов.
– На какие конкретно цели вы получили грант?
– Задача проекта – исследование специфических ионосферных возмущений, вытянутых вдоль магнитного поля Земли, по данным ГЛОНАСС и GPS. Мы выявили два типа таких неоднородностей. Во-первых, это неоднородности, генерируемые солнечным терминатором. Их мы обнаружили впервые, показали их пространственную структуру, выявили их связь с процессами в магнитосфере Земли. Во-вторых, это изолированные интенсивные магнитоориентированные неоднородности.
Исследованные неоднородности генерируют мелкомасштабные возмущения, которые могут рассеивать радиосигнал подобно тому, как туман рассеивает солнечные лучи. Из-за этого приемник не получает со спутника информацию, либо получает, но в искаженном виде. Начинаются сбои, и навигационная система начинает ошибочно определять координаты.
– На что вы потратили средства?
– Деньги, которые мы получили, можно тратить на командировки, зарплату, комплектующие или специальное научное оборудование. Мы купили комплектующие к компьютерам и сетевой диск для хранения данных, которых у нас достаточно много. Половина денег ушла на выплату зарплаты сотрудникам. Из средств гранта нам оплатили поездку на несколько научных конференций: на генеральную ассамблею Европейского геофизического союза в Вене, на конференцию в Институт космических исследований в Москве. Конференции для ученого вообще очень полезны – можно узнать новых людей, почерпнуть новые идеи. Кроме того, на средства гранта наш сотрудник съездил в Москву в Институт земного магнетизма и распространения радиоволн, где представлял свою кандидатскую диссертацию по этой тематике.
– Если по результатам гранта можно будет точнее определять координаты, то получается, навигационные системы необходимо будет совершенствовать…
– Наша основная цель – изучение ионосферных неоднородностей и построение их прогностических моделей. Для объяснения наблюдаемых нами характеристик ионосферных возмущений мы предложили совершенно новую концепцию ионосферно-магнитосферных неоднородностей. Это требует принципиального пересмотра существующих моделей ионосферы, которые практически не учитывают ионосферных возмущений. И именно эти модели закладываются в те же одночастотные приемники для учета ионосферной задержки радиосигнала. Понятно, что любые изменения моделей в лучшую сторону приведут к повышению качества определения координат. Кстати, ионосферные модели используются для множества других задач, связанных с распространением сигналов в ионосфере – от научных до прикладных – взять хотя бы теле- и радиовещание.
Кроме того, исследование может помочь определить, каким именно спутникам в данный момент верить нельзя. Некоторые приемники будут определять координаты до последней возможности, но не факт, что они будут верными. Можно модернизировать приемники так, что они сам будут предупреждать, что работают с ошибками. Думаю, для фирм, выпускающих системы спутниковой навигации, учет обнаруженных нами явлений будет экономически целесообразным.
Вообще, исследованиями ионосферных неоднородностей и их влиянием на спутниковые навигационные системы мы занимаемся около десяти лет. Наша группа известна в научном мире – по данной тематике мы имеем большое количество публикаций в известных зарубежных и российских журналах. Некоторые наши сотрудники сейчас работают в Англии, во Франции. Исследованиями по данной тематике мы, конечно, будем заниматься и после завершения гранта.
