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, № 10 · RADIO ENGINEERING

Compensation of signal distortion during propagation over transionospheric radio lines using the global model of the earth's ionospher

L.E. Nazarov1

1 Fryazino Branch of Kotelnikov IRE RAS, Friazino, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2022.10.2 UDC 621.391.01 EDN NXIWSS

Abstract

A description is given of distortions of complex envelopes of digital signals during their propagation along transionospheric channels, the effect of which is equivalent to linear filtering. It is shown that signal distortions due to the dispersion properties of the earth's ionosphere cause the occurrence of interference noise which reduces the reliability of information transmission. It is noted that the effect of digital signal processing methods at reception, which reduce the distorting effect of interference is to form a linear filter with an inverse transmission coefficient relative to the transionospheric channels. A method for forming the inverse filter using the global model of the earth's ionosphere Klobuchar, developed and intensively used in the GPS satellite navigation system to improve the accuracy of navigation measurements is considered. A detailed description of this method is given, which is based on estimating the total electron content of a transionospheric channels using the considered Klobuchar model. Limitations in the application of the method under consideration are determined.

  • transionospheric channels
  • distortions of digital signals
  • Klobuchar model
  • interference noise
  • reducing noise
Аннотация (на русском)

Компенсация искажений сигналов при распространении по трансионосферным радиолиниям с использованием глобальной модели земной ионосферы

Приведено описание искажений комплексных огибающих цифровых сигналов при их распространении по трансионосферным радиолиниям, действие которых эквивалентно линейной фильтрации. Показано, что искажения сигналов за счет дисперсионных свойств земной ионосферы обусловливают возникновение интерференционных помех, снижающих надежность передачи информации. Отмечено, что действие методов обработки цифровых сигналов при приеме, снижающих искажающее влияние интерференционных помех, заключается в формировании линейного фильтра с инверсным коэффициентом передачи относительно трансионосферной радиолинии. Рассматривается метод формирования обратного фильтра с использованием глобальной модели земной ионосферы Клобушара, разработанной и интенсивно используемой в спутниковой навигационной системе GPS для повышения точности навигационных измерений. Дано детальное описание этого метода, основанного на оценивании полного электронного содержания трансионосферной радиолинии с использованием рассматриваемой модели Клобушара. Определены ограничения при применении рассматриваемого метода, обусловленные ограниченностью пространственной орбитальной группировки системы GPS, а также временной нестационарностью трансионосферных радиолиний.

For citation

Nazarov L.E. Compensation of signal distortion during propagation over transionospheric radio lines using the global model of the earth's ionospher // Journal of Radio Electronics. – 2022. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.10.2

References

  1. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. Москва, Связь. 1969. 156 с.
  2. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. Москва, Наука. 1960. 552 с.
  3. Dvorak S.L., Dudley D.G. Propagation of Ultrawideband Electromagnetic Pulses Through Dispersive Media. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. 1995. V.37. №2. Р.192-200.
  4. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Анализ искажений радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи. Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т.21. №5. С.37-45.
  5. Арманд Н.А. Распространение широкополосных сигналов в дисперсионных средах. Радиотехника и электроника. 2003. Т.48. №9. С.1045-1057.
  6. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Вероятностные характеристики обнаружения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи. Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. №9. С.866-874.
  7. Батанов В.В., Назаров Л.Е. Алгоритм компенсации искажений широкополосных сигналов при распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям. Геомагнетизм и аэрономия. 2022. Т.62. №4. С.528-536. https://doi.org/10.31857/S0016794022040058
  8. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Москва, Издательский дом "Вильямс". 2003. 1104 c.
  9. Батанов В.В., Назаров Л.Е. Алгоритм приема широкополосных сигналов при распространении по трансионосферным линиям. Физические основы приборостроения. 2020. Т.9. №4(38). С.24-29. https://doi.org/10.25210/jfop-2004-024029
  10. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., др. Распространение радиоволн. Москва, ЛЕНАНД. 2009. 496 с.
  11. Дэвис К. Радиоволны в ионосфере. Москва, Мир. 1973. 502 с.
  12. Electron density models and data for transionospheric radio propagation. Series of ITU-R Reports: Series P - Radiowave propagation. 2019. Rep. ITU-R P.2297-1. P.1-30.
  13. Klobuchar J.A. Ionospheric Time-Delay Algorithm for Single Frequency GPS Users. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1987. V.23. №3. P.325-331.
  14. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Москва, Гос. Издательство по вопросам связи и радио. 1960. 392 с.
  15. Иванов Д.В., Иванов В.А., Михеева Н.Н., Рябов Н.В., Рябова М.И. Распространение коротковолновых сигналов с расширенным спектром в среде с нелинейной дисперсией. Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №11. С.1167-1177.
  16. Кутуза Б.Г., Мошков А. В., Пожидаев В. Н. Комбинированный метод, который устраняет влияние ионосферы при обработке сигналов бортовых радиолокаторов Р-диапазона с синтезированной апертурой. Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №9. С.889-895.
  17. Крюковский А.С., Лукин Д.С., Кирьянова К.С. Метод расширенной бихарактеристической системы при моделировании распространения радиоволн в ионосферной плазме. Радиотехника и электроника. 2012. Т.57. №9. С.1028-1034.
  18. Bilitza D., McKinnell L.-A., Reinisch B., Fuller-Rowell T. The International Reference Ionosphere (IRI) today and in the future. Journal of Geodesy. 2011. V.85. Р.909-920.
  19. Назаров Л.Е., Батанов В.В., Зудилин А.С. Искажения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям спутниковых систем связи. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2016. №2.
  20. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. Под ред. Перова А.И., Харисова В.Н. Москва, Радиотехника. 2005. 688 с.
  21. Understanding GPS: Principles and Applications. Editor by Kaplan E.D., Hegarty E. Norwood, Artech House Inc. 2006. 703 p.