ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №12

УДК: 621.391.01

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ

СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ Р-диапазона

ПРИ СИЛЬНЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ИОНОСФЕРЫ

В.П. Пашинцев, М.В. Песков, Д.А. Михайлов, П.А. Диптан

Северо-Кавказский федеральный университет,

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

Статья поступила в редакцию 1 декабря 2025 г.

Аннотация. Разработана структура построения и алгоритм работы комплекса прогнозирования помехоустойчивости систем спутниковой связи P-диапазона частот в условиях сильных ионосферных возмущений на основе имитации результатов GPS-мониторинга полного электронного содержания ионосферы, вызывающих дисперсионные искажения, замирания и межсимвольную интерференцию принимаемых сигналов. Основу решения этой задачи составляет разработка методики определения зависимости вероятности ошибочного приема сигналов систем спутниковой связи от среднего отношения сигнал/шум на входе приемника, параметров передаваемых сигналов, результатов GPS-мониторинга среднего значения и мелкомасштабных флуктуаций полного электронного содержания ионосферы и углов распространения радиоволн в системах спутниковой связи и навигации. В соответствии с этапами методики разработана структура построения и алгоритм работы комплекса прогноза помехоустойчивости систем спутниковой связи в Р-частотном диапазоне во время сильных возмущений ионосферы, которые сопровождаются возникновением частотно-селективных замираний, межсимвольной интерференции и дисперсионных искажений принимаемых сигналов. Приведены экспериментальные результаты прогноза помехоустойчивости системы спутниковой связи P-диапазона частот по данным GPS-мониторинга ионосферы с помощью приемника GPStation-6 и имитации сильных возмущений ионосферы путем увеличения среднего значения и флуктуаций полного электронного содержания на 1…2 порядка.

Ключевые слова: помехоустойчивость, системы спутниковой связи, возмущения ионосферы, GPS-мониторинг, мелкомасштабные неоднородности, полное электронное содержание, частотно-селективные замирания, межсимвольная интерференция, дисперсионные искажения.

Финансирование: исследование выполнено в рамках проекта Российского научного фонда № 24-21-00295 (https://rscf.ru/project/24-21-00295/).

Автор для переписки: Диптан Павел Анатольевич, Pasha_StavArm@rambler.ru

Литература

1. Крейн Р.К. Мерцания радиоволн в ионосфере // ТИИЭР. – 1977. – Т.65. – №2. – С. 5 – 29.

2. Ааронс Дж. Глобальная морфология ионосферных мерцаний // ТИИЭР. – 1982. – Т. 70, – № 4, – С. 45 – 66.

3. Groves К. Monitoring ionospheric scintillation with GPS // Colloquium on atmospheric remote sensing using the Global Positioning System. 2004. P. 1-59.

4. Rino C.L. The Theory of Scintillation with Applications in Remote Sensing. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2011. 244 p. http://dx.doi.org/10.1002/9781118010211

5. Нэпп Д.Л. Расчет временных характеристик стохастических волн методом фазовых экранов // ТИИЭР. – 1983. – Т. 71. – № 6. – C. 40 – 58

6. Beniguel Y., Hamel P.A. Global ionosphere scintillation propagation model for equatorial regions // Journal of Space Weather and Space Climate. 2011. Vol. 1. №. 1. http://dx.doi.org/10.1051/swsc/2011004

7. Rino C.L., Owen J. The time structure of transionospheric radio wave scintillation // Radio Science. 1980. Vol. 15. №. 3. P. 479-489. https://doi.org/10.1029/RS015i003p00479

8. Гундзе Е., Чжаохань Л. Мерцания радиоволн в ионосфере // ТИИЭР. – 1982. – Т. 70. – № 4. – С. 5 – 45.

9. Богуш Р.Л., Гильяно Ф.У., Непп Д.Л. Влияние частотно-селективных эффектов распространения радиоволн на автоматическое слежение за сигналом в приемниках широкополосных систем связи // ТИИЭР. – 1981. – Т. 69. – № 7. – С. 21 – 32.

10. Богуш Р.Л., Джульяно Ф.У., Непп Д.Л. Частотно-селективные замирания и их коррекция методом решающей обратной связи в высокоскоростных цифровых спутниковых каналах связи // ТИИЭР. – 1983. – Т. 71. – № 6. – С. 78 – 94.

11. Secan J.A., Nickisch L.J., Knepp D.L., Snyder A.L., Kennedy E.J. Investigation of Plasma Phenomena in the Ionosphere Under Natural Conditions and Under Conditions Artificially Perturbed by HAARP // Air Force Research Laboratory. 2008. 122 p.

12. Маслов О.Н., Пашинцев В.П. Модели трансионосферных радиоканалов и помехоустойчивость систем космической связи // Инфокоммуникационные технологии (приложение к журналу). Самара: ПГАТИ. – 2006. – № 4. – 357 с.

13. Bedrosian E. Transionospheric propagation of FM signals // IEEE Transactions on Communication Technology. 1970. Vol. 18. №. 2 P. 102-109. https://doi.org/10.1109/TCOM.1970.1090338

14. Рыжкина Т.Е., Федорова Л.В. Исследование статистических и спектральных характеристик трансатмосферных радиосигналов УКВ-СВЧ диапазона // Журнал радиоэлектроники. 2001. №. 2. http://jre.cplire.ru/win/feb01/3/text.html

15. 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.

16. Fremouw E.J., Secan J.A. Modeling and scientific application of scintillation results // Radio Sci. 1984. Vol. 19. №. 3. P. 687–694. https://doi.org/10.1029/RS019i003p00687

17. 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

18. Hinks J.C., Humphreys T.E., O’Hanlon B., Psiaki M.L., Kintner P.M.Jr. Evaluating GPS Receiver Robustness to Ionospheric Scintillation // Proceedings of the 21st International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2008). Savannah, GA, 2008. P. 309-320.

19. 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. Vol. 10. №. 1. P. 367-375. https://doi.org/10.33543/1001

20. Cannon P.S., Groves K., Fraser D.J., Donnelly W.J., Perrier K. Signal distortion on VHF/UHF transionospheric paths: First results from the Wideband Ionospheric Distortion Experiment // Radio Science. 2006. Vol. 41. №. 5. https://doi.org/10.1029/2005RS003369

21. Пашинцев В.П., Песков М.В., Михайлов Д.А. Киселев Н.В. Оценка влияния дисперсионных и дифракционных свойств ионосферы на ширину полосы пропускания трансионосферного канала // Геомагнетизм и аэрономия. – 2024. – Т. 64. – № 8. – С. 248 – 263. https://doi.org/10.1134/S0016793223601059

22. Pashintsev V.P., Peskov M.V., Tsimbal V.A. Analysis of the causes of energy losses during processing of signals with frequency-selective fading and intersymbol interference // Proceedings of the 22th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). 2020. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/DSPA48919.2020.9213288

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

24. Pashintsev V.P., Linets G.I., Slyusarev G.V., Peskov M.V., Melnikov S.V. GPS monitoring of small-scale fluctuations of total electron content of ionosphere // International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology. 2020. Vol. 11. №. 5. P. 341–352. https://doi.org/10.34218/IJARET.11.5.2020.035

25. Pashintsev V.P., Peskov M.V., Mikhailov D.A., Senokosov M., Solomonov D. Method for GPS-Monitoring of Small-Scale Fluctuations of the Total Electron Content of the Ionosphere for Predicting the Noise Immunity of Satellite Communications. In: Chemin DY-HH (ed) Ionosphere – New Perspectives. IntechOpen, Rijeka, 2023. P. 13–33. https://doi.org/10.5772/intechopen.1001520

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

27. Баканов Д.В., Мороз Н.В., Пухов Г.Г., Салюк Д.В., Тимчук А.А. Применение многофункциональной системы персональной спутниковой связи «Гонец- Д1М» для обеспечения информационного взаимодействия между удаленными абонентами // Техника средств связи. 2018. №. 2 (142). С. 63–67.

28. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Издательство «Советское радио». – 1970. – 728 с.

29. Simon M.K., Alouini M-S. Digital communication over fading channels: a unified approach to performance Analysis. John Wiley & Sons, Inc. 2000. 546 p. ISBN 0-471-20069-7.

30. 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

31. 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. – С. 18-23. https://doi.org/10.25210/jfop-2004-018023

32. 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

33. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск: Институт солнечно-земной физики СО РАН. – 2006. – 479 с. ISBN 5-98277-033-7.

34. Carrano C.S., Groves K.M. The GPS segment of the AFRL-SCINDA global network and the challenges of real-time TEC estimation in the equatorial ionosphere // Proceedings of the 2006 National Technical Meeting of The Institute of Navigation. 2006. P. 1036–1047.

35. Novatel Inc. GPStation-6. GNSS Ionospheric Scintillation and TEC Monitor (GISTM) Receiver User Manual. 2012. 89 p. [Интернет]. Доступно на https://hexagondownloads.blob.core.windows.net/public/Novatel/assets/Documents/Manuals/om-20000132/om-20000132.pdf

36. Fremouw E.J., Leadabrand R.L., Livingston R.C., Cousins M.D., Rino C.L., Fair B.C., Long R.A. Early results from the DNA Wideband satellite experiment-Complex-signal scintillation // Radio Science. 1978. Vol. 13. №. 1. P. 167–187. https://doi.org/10.1029/RS013i001p00167

37. Matassa C.K. Comparing the capabilities and performance of the ultra high frequency follow-on system with the mobile user objective system. PhD Thesis, Monterey, California. Naval Postgraduate School, 2011. 72 p.

Для цитирования:

Пашинцев В.П., Песков М.В., Михайлов Д.А., Диптан П.А. Прогнозирование помехоустойчивости системы спутниковой связи P-диапазона при сильных возмущениях ионосферы // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.12.7