Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2022, № 9 · RADIO WAVE PROPAGATION

Satellite navigation systems as a source for determining the features of the radio waves propagation along ionospheric radio lines

V.M. Smirnov1, E.V. Smirnova1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2022.9.2 UDC 523.31 EDN MQNGNP

Abstract

The main space-time characteristics of inhomogeneities arising in ionospheric plasma are given. The models of the ionospheric radio channel are shown taking into account the inhomogeneities of large, medium and small scales for navigation satellite systems. The results of measurements and data processing of these systems are presented. It is shown that ionospheric inhomogeneities arising on the propagation path can lead to strong signal fading. According to the depth of fading, scintillation indices are determined, the values of which allow them to be attributed to the class of weak-medium fading. The use of the second derivative phase of navigation signals made it possible to attribute these inhomogeneities to the class of small-scale ones.

  • ionosphere
  • navigation satellites
  • inhomogeneities
  • scintillations
Аннотация (на русском)

Спутниковые навигационные системы как источник определения особенностей распространения радиоволн по ионосферным радиолиниям

Приведены основные пространственно-временные характеристики неоднородностей, возникающих в ионосферной плазме. Изображены модели ионосферного радиоканала с учётом неоднородностей крупного, среднего и мелкого масштабов для навигационных спутниковых систем. Представлены результаты измерений и обработки данных этих систем. Показано, что ионосферные неоднородности, возникающие на трассе распространения, могут приводить к сильным замираниям сигнала. По глубине замирания определены индексы сцинтилляций, значения которых позволяют отнести их к классу слабых-средних замираний. Использование второй производной фазы навигационных сигналов позволило отнести эти неоднородности к классу мелкомасштабных.

For citation

Smirnov V.M., Smirnova E.V. Satellite navigation systems as a source for determining the features of the radio waves propagation along ionospheric radio lines // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.9.2

References

  1. Колосов М.А., Арманд Н.А, Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. Москва, Связь. 1969. 155 с.
  2. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. Москва, Мир. 1973. 502 с.
  3. Черенкова Е.Л., Чернышов О.В. Распространение радиоволн. Москва, Радио и связь. 1984. 272 с.
  4. Пашинцев В.П., Солчатов М.Э., Гахов Р.П. Влияние ионосферы на характеристики космических систем передачи информации: монография. Москва, Физматлит. 2006. 184 с.
  5. Афраймович Э.Л., Перевалова Н.П. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли. Иркутск, ГУ НЦ ВСНЦ СО РАМН. 2006. 480 с.
  6. Брюнелли Б.Е., Намгаладзе А.А. Физика ионосферы. Москва, Наука. 1988. 528 с.
  7. Тащилин А.В. Формирование крупномасштабной структуры ионосферы в спокойных и возмущенных условиях. Диссертация на соискание доктора физико-математических наук. ИСЗФ СО РАН. Иркутск. 2014. 265 с.
  8. Wang M., Ding F., Wan W. et al. Monitoring global traveling ionospheric disturbances using the worldwide GPS network during the October 2003 storms. Earth Planet Space. 2007. V.59. P.407-419. https://doi.org/10.1186/BF03352702
  9. Кравцов Ю.А., Фейзулин З.И., Виноградов А.Г. Прохождение радиоволн через атмосферу Земли. Москва, Радио и связь. 1983. 224 с.
  10. Hussey G.C., Schlegel K., Haldoupis C. Simultaneous 50-MHz coherent backscatter and digital ionosonde observations in the midlatitude E region. Journal Geophysical Research. 1998. V.103. №4. P.6991-7001. https://doi.org/10.1029/97JA03089
  11. Tsunoda, R., Yamamoto, M., Igarashi, K., et al. Quasiperiodic Radar Echoes from Midlatitude Sporadic E and Role of the 5-Day Planetary Wave. Geophysical Research Letters. 1998. V.25. №7. P.951-954. https://doi.org/10.1029/98GL00663
  12. Voiculescu M., Haldoupis C., Schlegel K. Evidence for planetary wave effects on midlatitude backscatter and sporadic E layer occurrence. Geophysical Research Letters. 1999. V.26. P.1105-1108. https://doi.org/10.1029/1999GL900172
  13. Пашинцев В.П., Песков М.В., Смирнов В.М., Смирнова Е.В., Тынянкин С.И. Методика выделения мелкомасштабных вариации полного электронного содержания ионосферы по данным трансионосферного зондирования. Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. №12. С.1182-1189. https://doi.org/10.1134/S1064226917110158
  14. 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
  15. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Оценивание вероятностных характеристик приема сигналов с использованием моделей замираний при распространении по трансионосферным линиям. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.11.7
  16. 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
  17. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн. Москва, ЛЕНАНД. 2009. 496 с.
  18. Кузьмин А.К., Мерзлый А.М., Баньщикова М.А., Чувашов И.Н., Крученицкий Г.М., Потанин Ю.Н., Моисеев П.П. Прикладные аспекты измерений авроральных эмиссий и характеристик полярной ионосферы имаджером "АВРОВИЗОР-ВИС/МП" на перспективном КА "Метеор-МП". Четвертая международная научно-техническая конференция "Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли". Москва. 2016. С.325-341.
  19. Kintner P.M., Ladvina B.M., Paula E.R. GPS and ionospheric scintillations. Space Weather. 2007. V.5. https://doi.org/10.1029/2006SW000260
  20. Datta-Barua S., Doherty P.H., Delay S.H. Ionospheric scintillation effects on single and dual frequency GPS Positioning. Proceedings of the 16th International Technical Meeting of the Satellite Division of the Institute of Navigation (ION GPS/GNSS 2003). Portland. 2003. 336-346.
  21. Recommendation ITU-R P.531-14 (08/2019). Ionospheric propagation data and prediction methods required for the design of satellite services and systems. 2019. 25 p.
  22. Кашкина Т.В., Демьянов В.В., Ясюкевич Ю.В. Вторая производная фазы по времени как индикатор тонкой структуры ионосферы. Труды XIV Конференции молодых ученых "Взаимодействие полей и излучения с веществом". Физика околоземного космического пространства. Иркутск. 2015. С.115-117.
  23. Смирнов В.М., Смирнова Е.В., Секистов В.Н., Мальковский А.П., Тынянкин С.И. Распространение радиоволн коротковолнового диапазона и возможности метода радиопросвечивания ионосферы Земли для расчета максимально применимых частот. Радиотехника и электроника. 2008. Т.53. №9. С.1112-1120.