ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №1
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.1.4
УДК: 550.388.2
ОСОБЕННОСТИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОННОГО СОДЕРЖАНИЯ
В ОПЕРАЦИОННЫХ ИОНОСФЕРНЫХ МОДЕЛЯХ КЛОБУЧАРА, bdgim И NEQUICKg
Ч. Чэнь 1, А.М. Падохин 1,2,3, А.К. Иванов 1, И.А. Павлов 1,2,3
1 Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2.
2 Институт Земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН 108840, г. Троицк, Калужское шоссе, д. 4
3 Институт солнечно-земной физики СО РАН 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 126А, а/я 291
Статья поступила в редакцию 12 ноября 2024.
Аннотация. В статье рассматриваются особенности оценки глобального электронного содержания (GEC) ионосферы на основе простых эмпирических моделей Клобучара, BDGIM и NeQuickG, использующихся в системах спутниковой навигации GPS, Beidou и Galileo. С использованием данных наблюдений глобальных навигационных спутниковых систем за практически полный 24-й цикл солнечной активности и глобальных ионосферных карт CODG исследована статистика отклонений и спектральные характеристики вариаций GEC, оцениваемых в моделях и наблюдаемых экспериментально. Показано, что среднее отклонение и СКО оценок GEC по моделям BDGIM и NeQuickG от данных CODG составляет (-0.041GECu и 0.092GECu) и (-0.025GECu и 0.042GECu), соответственно. Таким образом, модель NeQuickG может быть использована в приложениях, требующих оперативной оценки GEC. Модель BDGIM дает сопоставимые результаты, однако дисперсия отклонений модельных оценок GEC от экспериментально наблюдаемых для нее выше, чем для NeQuickG, особенно в периоды максимума солнечной активности. Модель Клобучара дает существенно смещенные оценки GEC, как в минимуме (0.172GECu), так и в максимуме 24-го цикла солнечной активности (-0.243GECu) и не может быть рекомендована для оценки GEC. В тоже время модель BDGIM требует улучшений в части надежного воспроизводства амплитуд 27-дневных и полугодовых вариаций GEC, особенно в периоды максимальной солнечной активности, что в перспективе должно также улучшить учет ионосферной задержки в навигационных задачах в одночастотном режиме.
Ключевые слова: ионосфера, глобальные навигационные спутниковые системы, глобальное электронное содержание, модель Клобучара, BDGIM, NeQuickG.
Финансирование: Российский научный фонд проект № 23-17-00157.
Автор для переписки: Падохин Артем Михайлович, padokhin@izmiran.ru
Литература
1. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E. GNSS–global navigation satellite systems: GPS, GLONASS, Galileo, and more. – Springer Science & Business Media, 2007.
2. Afraimovich E.L. et al. A review of GPS/GLONASS studies of the ionospheric response to natural and anthropogenic processes and phenomena // Journal of Space Weather and Space Climate. – 2013. – Т. 3. – С. A27.
3. Gendt G. et al. Near real time GPS water vapor monitoring for numerical weather prediction in Germany // Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II. – 2004. – Т. 82. – №. 1B. – С. 361-370.
4. Larson K.M., Freymueller J.T., Philipsen S. Global plate velocities from the Global Positioning System // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 1997. – Т. 102. – №. B5. – С. 9961-9981.
5. Vergados P., Komjathy A., Meng X. GNSS observation for detection, monitoring, and forecasting natural and man‐made hazardous events // Position, Navigation, and Timing Technologies in the 21st Century: Integrated Satellite Navigation, Sensor Systems, and Civil Applications. – 2020. – Т. 1. – С. 939-969.
6. EUSPA EO and GNSS market report // Publications Office of the European Union. – 2022. – №. 1.
7. NAVSTAR GPS Space Segment/Navigation User Segment Interfaces; IS-GPS-200-N; Interface Specification Document; GPS.gov: USA, 2022. Available online: https://www.gps.gov/technical/icwg/
8. BeiDou Navigation Satellite System Signal In Space Interface Control Document Open Service Signal B1C, China, 2017. Available online: http://en.beidou.gov.cn/SYSTEMS/ICD/201806/P020180608519640359959.pdf
9. Galileo open service signal-in-space interface control document, EU, 2023. Available online: https://www.gsc-europa.eu/
10. Klobuchar J. A. Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users // IEEE Transactions on aerospace and electronic systems. – 1987. – №. 3. – С. 325-331.
11. European GNSS (Galileo) Open Service–Ionospheric Correction Algorithm for Galileo Single Frequency Users; European Commission. 2016. Available online: https://www.gsc-europa.eu/
12. Yuan Y. et al. The BeiDou global broadcast ionospheric delay correction model (BDGIM) and its preliminary performance evaluation results // Navigation. – 2019. – Т. 66. – №. 1. – С. 55-69.
13. Yasyukevich Y.V. et al. Klobuchar, NeQuickG, BDGIM, GLONASS, IRI-2016, IRI-2012, IRI-Plas, NeQuick2, and GEMTEC Ionospheric Models: A Comparison in Total Electron Content and Positioning Domains // Sensors. – 2023. – Т. 23. – №. 10. – С. 4773.
14. Dow J.M., Neilan R.E., Rizos C. The international GNSS service in a changing landscape of global navigation satellite systems // Journal of geodesy. – 2009. – Т. 83. – С. 191-198.
15. Hernández-Pajares M. et al. The IGS VTEC maps: a reliable source of ionospheric information since 1998 // Journal of Geodesy. – 2009. – Т. 83. – С. 263-275.
16. Setti Jr P.T., da Silva C.M., Alves D.B.M. Assessing GNSS ionospheric models at low latitudes: BDGIM, NeQuick-G, and Klobuchar // GPS Solutions. – 2025. – Т. 29. – №. 1. – С. 15.
17. Afraimovich E.L. et al. Global electron content: a new conception to track solar activity // Annales Geophysicae. – Göttingen, Germany: Copernicus Publications, 2008. – Т. 26. – №. 2. – С. 335-344.
18. Gulyaeva T.L., Veselovsky I.S. Two-phase storm profile of global electron content in the ionosphere and plasmasphere of the Earth // Journal of Geophysical Research: Space Physics. – 2012. – Т. 117. – №. A9.
19. Sezen U., Gulyaeva T.L., Arikan F. Performance of solar proxy options of IRI-Plas model for equinox seasons // Journal of Geophysical Research: Space Physics. – 2018. – Т. 123. – №. 2. – С. 1441-1456.
20. Roma-Dollase D. et al. Consistency of seven different GNSS global ionospheric mapping techniques during one solar cycle //Journal of Geodesy. – 2018. – Т. 92. – С. 691-706.
21. Wang N. et al. BeiDou Global Ionospheric delay correction Model (BDGIM): performance analysis during different levels of solar conditions // GPS solutions. – 2021. – Т. 25. – №. 3. – С. 97.
22. Nava B., Coisson P., Radicella S. M. A new version of the NeQuick ionosphere electron density model // Journal of atmospheric and solar-terrestrial physics. – 2008. – Т. 70. – №. 15. – С. 1856-1862.
23. Prieto-Cerdeira R. et al. Performance of the Galileo single-frequency ionospheric correction during in-orbit validation // GPS world. – 2014. – Т. 25. – №. 6. – С. 53-58.
24. Montenbruck O., González Rodríguez B. NeQuick-G performance assessment for space applications // GPS solutions. – 2020. – Т. 24. – №. 1. – С. 13.
25. Yasyukevich Y. et al. Ionospheric Global and Regional Electron Contents in Solar Cycles 23–25 // Symmetry. – 2023. – Т. 15. – №. 10. – С. 1940.
26. Space Weather Canada. https://www.spaceweather.gc.ca/solarflux/sx-en.php
27. ESA GNSS Science Support Centre. ftp.gssc.esa.int/gnss/products/ionex/ (открывается через программы доступа к ftp серверам)
28. CAS Ionospheric Service ftp.gipp.org.cn/product/ (открывается через программы доступа к ftp серверам)
29. Wang N. et al. An examination of the Galileo NeQuick model: comparison with GPS and JASON TEC // GPS solutions. – 2017. – Т. 21. – С. 605-615.
30. Wang N. et al. Refinement of global ionospheric coefficients for GNSS applications: Methodology and results // Advances in space research. – 2019. – Т. 63. – №. 1. – С. 343-358.
31. Jones Jr M. et al. Origins of the thermosphere-ionosphere semiannual oscillation: Reformulating the “thermospheric spoon” mechanism // Journal of Geophysical Research: Space Physics. – 2018. – Т. 123. – №. 1. – С. 931-954.
Для цитирования:
Чэнь Ч., Падохин А.М., Иванов А.К., Павлов И.А. Особенности представления GEC в операционных ионосферных моделях Клобучара, BDGIM и NeQuickG. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.1.4