ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №12

УДК: 621.391.01

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СПУТНИКОВОЙ

СИСТЕМЫ КОСПАС-САРСАТ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

GPS-МОНИТОРИНГА МЕЛКОМАСШТАБНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ИОНОСФЕРЫ

В.П. Пашинцев ¹, В.В. Копытов ¹, Д.А. Михайлов ¹, И.А. Бойченко ², П.А. Диптан ¹

¹Северо-Кавказский федеральный университет,

355017, г. Ставрополь, ул. Пушкина, д.1

²Акционерное общество «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения»,

141070, г. Королёв Московской области, ул. Пионерская, д.4

Статья поступила в редакцию 20 ноября 2024 г.

Аннотация. Разработан метод прогнозирования помехоустойчивости спутниковой системы Коспас-Сарсат в условиях мелкомасштабных возмущений ионосферы на основе результатов GPS-мониторинга мелкомасштабных флуктуаций полного электронного содержания ионосферы при произвольных углах возвышения трасс спутниковой связи и навигации. В рамках данного метода разработана методика определения зависимости вероятности ошибки в системах спутниковой связи от несущей частоты и отношения сигнал/шум на входе приемника, а также флуктуаций полного электронного содержания ионосферы на навигационной трассе распространения радиоволн. На этой основе обоснованы особенности структуры построения комплекса прогнозирования помехоустойчивости спутниковой системы Коспас-Сарсат, использующей GPS-мониторинг флуктуаций полного электронного содержания ионосферы, и алгоритма его работы. Разработана аппаратно-программная реализация комплекса прогнозирования помехоустойчивости спутниковой системы Коспас-Сарсат на основе результатов GPS-мониторинга ионосферы и получены экспериментальные результаты изменения вероятности ошибочного приема сигналов при заданном отношении сигнал/шум во время мелкомасштабных возмущений ионосферы и увеличения индекса мерцаний принимаемых сигналов. Построены зависимости вероятности ошибочного приема сигналов в спутниковой системе Коспас-Сарсат от отношения сигнал/шум на входе приемника при индексах ионосферных мерцаний нормального уровня (для среднеширотной ионосферы), а также для среднего и сильного уровня мерцаний в условиях мелкомасштабных возмущений ионосферы. Обосновано, что для обеспечения допустимого значения вероятности ошибочного приема сигналов при образовании в течение 4 минут мелкомасштабных возмущений ионосферы, сопровождаемых повышением индекса мерцаний до среднего уровня, потребуется увеличить энергетический запас до 4,6 дБ. При действии в течение 20 секунд сильных мерцаний необходимо повысить энергетический запас в спутниковой системе Коспас-Сарсат до 13 дБ.

Ключевые слова: спутниковая связь, Коспас-Сарсат, помехоустойчивость, ионосфера, полное электронное содержание, мелкомасштабные флуктуации, GPS-мониторинг, индекс мерцаний, энергетический запас.

Финансирование: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-21-00295 (https://rscf.ru/project/24-21-00295/).

Автор для переписки: Михайлов Дмитрий Александрович, mixayloff.dimaaylov@mail.ru

Литература

1. Specification for second-generation COSPAS-SARSAT 406 MHz distress beacons. C/S T.018. Issue 1, 2016. 72 р.

2. International Cospas-Sarsat Programme. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/International_Cospas-Sarsat_Programme

3. Урличич Ю.М., Макаров Ю.Ф., Селиванов А.С., Никушкин И.В. и др. Принцип действия и основные характеристики системы КОСПАС // T-comm. Телекоммуникации и транспорт. 2014. № 4. С.15-19.

4. Назаров Л.Е., Антонов Д.В., Батанов В.В., Зудилин А.С., Смирнов В.М. Модели сцинтилляции сигналов при распространении по ионосферным спутниковым радиолиниям // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. – 2019. – Т. 11. – №. 1. – С. 57-64. https://doi.org/10.17725/Rensit.2019.11.057

5. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Оценивание вероятностных характеристик приема сигналов с использованием моделей замираний при распространении по трансионосферным линиям // Журнал радиоэлектроники. – 2020. – № 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.7

6. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Вероятностные характеристики приема сигналов с замиранием при распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям. // Физические основы приборостроения. 2020. Т. 9. № 4(38). – С. 18–23. https://doi.org/10.25210/jfop-2004-018023

7. Пашинцев В.П., Цимбал В.А., Песков М.В., Тоискин В.Е. Метод GPS-мониторинга мелкомасштабных неоднородностей ионосферы и его применение для прогноза помехоустойчивости систем спутниковой связи // Радиотехника. – 2023. – Т. 87. – № 10. – С. 131-146. https://doi.org/10.18127/j00338486-202310-14

8. V. Pashintsev, M. Peskov, D. Mikhailov, M. Senokosov, D. Solomonov. Method for GPS-Monitoring of Small-Scale Fluctuations of the Total Electron Content of the Ionosphere for Predicting the Noise Immunity of Satellite Communications // Ionosphere - New Perspectives. Edited by Yann-Henri H. Chemin. London: IntechOpen, 2023. P. 13-33. https://doi.org/10.5772/intechopen.1001096

9. Pashintsev V.P., Peskov M.V., Kalmykov I.A., Zhuk A.P., Toiskin V.E. Method for forecasting of interference immunity of low frequency satellite communication systems // AD ALTA-Journal of interdisciplinary research. 2020. Т. 10. № 1. С. 367-375. https://doi.org/10.33543/1001

10. Rino C.L. The Theory of Scintillation with Applications in Remote Sensing. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2011, 244 p.

11. Гундзе Е., Чжаохань Лю. Мерцания радиоволн в ионосфере // ТИИЭР. 1982. Т. 70. № 4. С. 5-45.

12. Крейн Р.К. Мерцания радиоволн в ионосфере // ТИИЭР. 1977. Т. 65. № 2. С. 5-29. https://doi.org/10.1109/PROC.1977.10456

13. Bogusch R.L., Gulgliano F. W., Knepp D.L. Frequency-selective scintillation effects end decision feedback equalization in high data-rate satellite links // Proceedings of the IEEE, 1983, vol. 71, N 6. P. 754-767. https://doi.org/10.1109/PROC.1983.12662

14. Маслов О.Н., Пашинцев В.П. Модели трансионосферных радиоканалов и помехоустойчивость систем космической связи. Самара: ПГАТИ. 2006. 357 с.

15. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. Случайные поля. М.: Наука. 1978. 463 с.

16. Dana R.A. Statistics of Sampled Rician Fading. Alexandria, 1993. 61 p. https://doi.org/10.21236/ada212829

17. Simon M.K., Alouini M-S. Digital communication over fading channels: a unified approach to performance Analysis. John Wiley & Sons, Inc. 2000. 546 p.

18. Цимбал В.А., Песков М.В., Чипига А. Ф., Пашинцев В.П. Повышение точности прогнозирования помехоустойчивости систем спутниковой радиосвязи по данным мониторинга индекса ионосферных мерцаний // Сб. трудов 23-й Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». В 2-х томах. Т. 2. Воронеж: Изд-во «Научно-исследовательские публикации» (ООО «ВЭЛБОРН»). С. 575-582.

19. Pashintsev V.P., Peskov M.V., Senokosov M.A., Mikhailov D.A., Skorik A.D. A system for measuring the scintillation index based on the results of monitoring of small-scale fluctuations in the total electron content of the ionosphere // GPS Solutions. Vol. 28. Issue 1. 2024. https://doi.org/10.1007/s10291-023-01550-1

20. Пашинцев В.П., Песков М.В., Смирнов В.М., Смирнова Н.В., Тынянкин С.И. Методика выделения мелкомасштабных вариаций полного электронного содержания ионосферы по данным трансионосферного зондирования // Радиотехника и электроника, 2017, Т.62, №12, с. 1182-1189. https://doi.org/10.7868/S0033849417110158

21. Захаров А. И., Яковлев О. И., Смирнов В. М. Спутниковый мониторинг Земли: Радиолокационное зондирование поверхности. М.: КРАСАНД. 2012. 248 с.

22. Колосов М. А., Арманд Н., Яковлев О. И. Распространение радиоволн при космической связи. М.: Связь. 1969. 155 c.

23. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. Радио.1970. 728 с.

24. AstraLinux [Интернет]. ООО «РусБИТех-Астра»; Доступно на: https://astralinux.ru

25. Docker [Интернет]. Docker Inc.; Доступно на: https://www.docker.com/

26. Docker Compose [Интернет]. Docker Inc.; Доступно на: https://docs.docker.com/compose/

27. Apache Kafka [Интернет]. Apache Software Foundation; Доступно на: https://kafka.apache.org/

28. Apache Spark [Интернет]. The Apache Software Foundation; Доступно на: https://spark.apache.org/

29. ClickHouse [Интернет]. ClickHouse, Inc. HQ in the Bay Area, CA and Amsterdam, NL.; Доступно на: https://clickhouse.com

30. Grafana [Интернет]. Grafana Labs; Доступно на: https://grafana.com/

31. Fremouw E. J. [и др.]. Early results from the DNA Wideband satellite experiment-Complex-signal scintillation // Radio Science. 1978. № 1 (13). C. 167–187.

32. Fremouw EJ, Leadabrand RL, Livingston RC, Cousins MD, Rino CL, Fair BC, Long RA (1978). Early results from the DNA wideband satellite experiment–complex-signal scintillation // Radio Science, 1978, № 1(13), рр.167–187. https://doi.org/10.1029/RS013i001p00167

33. Ionospheric propagation data and prediction methods required for the design of satellite services and systems. Recommendation ITU-R P.531-11. Electronic Publication, Geneva, 2012, 24 p.

34. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: Издательский дом «Вильямс». 2003. 1104 с.

35. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. М.: Сов. Радио. 1976. 364 с.

36. Немировский М.С., Локшин Б.А., Аронов Д.А. Основы построения систем спутниковой связи. М.: Горячая линия – Телеком. 2021. 432 с.

37. Журавлев В.И, Руднев А.Н. Цифровая фазовая модуляция. Монография. М.: Радиотехника. 2012. 208 с.

Для цитирования:

Пашинцев В.П., Копытов В.В., Михайлов Д.А., Бойченко И.А., Диптан П.А. Прогнозирование помехоустойчивости спутниковой системы Коспас-Сарсат на основе результатов GPS-мониторинга мелкомасштабных возмущений ионосферы. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.12.1