Влияние солнечных циклов на работу ГНСС приемников

Добрый день, уважаемые посетители сайта НГК!

Высокоточное позиционирование с помощью ГНСС приемников имеет жизненно важное значение для широкого спектра приложений - геодезии, картографии, управления машинами и автономными системами.
Однако независимо от того, насколько продвинут ваш ГНСС приемник или насколько обширной является сеть опорных станций, существуют силы, которые могут повлиять на качество сигналов ГНСС и позиционирование.
Например, в настоящее время мы переживаем период повышенной ионосферной активности, связанный с солнечным циклом, - явление, которое оказывает большое влияние на работу высокоточных ГНСС приемников. Хотя полностью устранить это влияние невозможно, и оно может сохраняться в разных масштабах в течение следующих нескольких лет, есть некоторые способы смягчить его последствия для приложений GNSS-позиционирования.
В этой статье мы дадим информацию по ионосферной активности, а также дадим советы, которые помогут вам продолжать эффективно работать во время повышенной ионосферной активности.

Что такое ионосферная активность и почему она возрастает?

Ионосфера - слой земной атмосферы высотой от 50 до 1 000 км - содержит свободные электроны, которые влияют на передачу сигналов ГНСС. Для пользователей приборов ГНСС важно, что когда активность ионосферы возрастает, это негативно сказывается на отслеживании сигналов ГНСС и точности позиционирования.
На активность ионосферы влияют несколько факторов, включая наклон, орбиту и вращение Земли, взаимодействие магнитных полей и, что важно для данного руководства, циклы солнечной активности.
Увеличение числа солнечных пятен, являющееся сильным индикатором тенденций в рамках 11-летнего солнечного цикла, коррелирует с повышенной ионосферной активностью. Поэтому исторический и современный анализ солнечных пятен может помочь нам понять развитие ионосферной активности и предсказать временное поведение текущего солнечного цикла.
На приведенной ниже диаграмме показан солнечный цикл на основе среднемесячного числа солнечных пятен, при этом измеренная активность обозначена черным цветом, а прогнозируемая - красным:

Чтобы понять и подготовиться к периодам, когда ваши GNSS-операции могут пострадать, мы рекомендуем следить за уровнем активности солнечных пятен, а также за другими ключевыми факторами, такими как солнечные бури и вспышки, сезонные колебания, время суток и местоположение".
На рисунке ниже показаны регионы высокой ионосферной активности на глобальной карте, где пунктирная черная линия обозначает геомагнитный экватор. В области примерно 20 градусов к северу и югу от геомагнитного экватора плотность ионосферных электронов гораздо выше и имеет большую пространственную изменчивость, чем за его пределами.

Кроме того, ионосферная активность медленно меняется в течение суток. Обычно она максимальна около местного полудня или чуть позже и минимальна между полуночью и ранним утром.

Как ионосферная активность влияет на высокоточную ГНСС?
Высокая активность в ионосфере приводит к увеличению общего содержания электронов (TEC). Сигналы ГНСС, проходящие через ионосферу, задерживаются пропорционально TEC на пути сигнала, то есть сигналы ГНСС будут испытывать большие задержки там, где TEC выше. 
Помимо задержек сигналов, локальные изменения в ионосфере, называемые сцинтилляциями, вызывают резкие колебания амплитуды и фазы сигналов ГНСС, что приводит к сбоям в работе системы слежения за спутниками и связи в L-диапазоне. 
Хотя высокоточные датчики ГНСС могут оценить и смягчить некоторые воздействия ионосферы, высокая ионосферная активность, тем не менее, может вызвать множество негативных последствий для высокоточных ГНСС. К ним относятся:

• Ухудшение отслеживания сигналов ГНСС, что приводит к уменьшению числа используемых спутников
• Снижение прочности канала связи L-диапазона, что приводит к прерыванию приема данных точного позиционирования (PPP) или кинематических данных в реальном времени (RTK)
• Увеличение времени инициализации RTK и конвергенции PPP 
• Снижение точности позиционирования фиксированных RTK и конвергентных PPP-решений

В наиболее распространенных случаях вы можете заметить увеличение времени достижения сантиметрового уровня или ухудшение качества позиционирования даже в условиях открытого неба.
Учитывая большое количество переменных, влияющих на активность ионосферы и ее воздействие на сигналы ГНСС, предсказать точные последствия для ГНСС крайне сложно. Однако есть и хорошие новости - вы можете принять меры для смягчения негативного влияния ионосферы на ваши высокоточные приложения ГНСС. 

Что могут сделать пользователи ГНСС для смягчения последствий?

Компания НГК рекомендуют следующие 6 шагов для уменьшения влияния повышенной ионосферной активности на ваши высокоточные операции ГНСС:

• Убедитесь, что на всех ваших ГНСС приемниках установлено новейшее встроенное программное обеспечение, чтобы достичь наилучших показателей отслеживания и позиционирования ГНСС. 
• Используйте несколько созвездий ГНСС, включая GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou и QZSS, где это возможно. Это увеличит количество наблюдений, доступных для решения по позиционированию, и разнообразие отслеживаемых сигналов ГНСС - больше данных означает более высокую надежность. 
• Используйте многочастотные (3 и более) GNSS-наблюдения и RTK-поправки. 
• По возможности убедитесь, что угол отсечения высоты по умолчанию установлен на 10°, поскольку ионосферная активность оказывает наибольшее влияние на спутники, расположенные ближе к горизонту. 
• При наличии возможности используйте мобильный Интернет для приема данных PPP/RTK, чтобы обеспечить резервное копирование канала связи L-диапазона в случае нарушения связи. 
• Для высокоточной съемки применяйте двойные или многократные измерения в разное время при разных ионосферных условиях. 

К сожалению, реальность остается неизменной: все сигналы ГНСС и L-диапазона уязвимы к серьезным воздействиям во время экстремальных солнечных явлений. В худшем случае это означает ухудшение или полную потерю позиционирования ГНСС
Однако, выполняя предусмотренные меры по снижению воздействия и отслеживая ионосферную активность, вы даете себе максимальный шанс сохранить высочайший уровень позиционирования, возможный в данной ситуации.

Остались вопросы по работе ГНСС приемников? Обратитесь в службу технической поддержки компании НГК.