1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Химическая физика
  4. T. 42, № 10, 2023

Химическая физика, 2023, T. 42, № 10, стр. 64-76

Увеличение ошибок позиционирования с ростом мощности сигнала глобальных навигационных cпутниковых систем

Г. В. Голубков 1, 2, *, А. А. Берлин 1, Ю. А. Дьяков 1, 3, И. В. Карпов 4, А. А. Лушников 5, И. Г. Степанов 1, М. Г. Голубков 1

1 Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Москва, Россия

2 Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Москва, Россия

3 Исследовательский центр экологических изменений, Академия Синика
Тайбэй, Тайвань

4 Калининградский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова Российской академии наук
Калининград, Россия

5 Геофизический центр Российской академии наук
Москва, Россия

* E-mail: golubkov@chph.ras.ru

Поступила в редакцию 04.04.2023
После доработки 15.05.2023
Принята к публикации 22.05.2023

Аннотация

В настоящее время разработчиками глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) прилагаются значительные усилия для решения ряда фундаментальных проблем. Однако игнорирование исследователями целой совокупности протекающих в ионосфере неравновесных физико-химических процессов, которые влияют на распространение спутниковых сигналов, зачастую не позволяют продвинуться в их решении. В данной работе обсуждены основные химические реакции, протекающие в нижней ионосфере Земли с участием ридберговских состояний молекул O2, N2 и NO. Дано объяснение физической причины временнóй задержки спутникового сигнала, приводящей к ошибкам позиционирования ГНСС. Предложен квантовый подход, посредством которого осуществляется переход от традиционного представления о распространении радиоволн к движению соответствующих фотонов. В этом случае эффективное время задержки при резонансном рассеянии фотона определяется характерным временем жизни промежуточных автоионизационных состояний колебательно-возбужденных ридберговских комплексов. Величина времени жизни обусловлена наличием сильной неадиабатической связи электронного и ядерного движений в промежуточных состояниях комплекса, которая не зависит от напряженности внешнего поля, создаваемого передатчиком ГНСС.

Ключевые слова: D- и E-слои ионосферы, колебательно-возбужденные ридберговские комплексы, автоионизационные состояния, глобальные навигационные спутниковые системы, ошибки позиционирования, мощность сигнала.

Список литературы

  1. Nilsson J.O., Skog I., Händel P. // Proc. 10th Intern. Conf. Inf. Sci. Signal Proc. Appl. (ISSPA 2010). IEEE, 2010. P. 324; https://doi.org/10.1109/ISSPA.2010.5605534

  2. Skog I., Händel P. // IEEE Trans. Intell. Transp. Syst. 2011. V. 12. № 4. P. 1014; https://doi.org/10.1109/TITS.2011.2126569

  3. Yang C.K., Shim D.S. // TransNav. Int. J. Marine Navigat. Safety Sea Transp. 2013. V. 7. № 2. P. 199; https://doi.org/10.12716/1001.07.02.06

  4. Radievsky A., Shagimuratov I.I., Zakharenkova I.E. // Proc. II Intern. Conf. “Atmosphere, Ionosphere, Safety”(AIS-2010). Book of Abstr / Ed. Karpov I.V. Kaliningrad: Baltic Federal University, 2010. P. 239.

  5. Stankov S.M., Jakowski N., Heise S. et al. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2003. V. 108. № A5. P. 1164; https://doi.org/10.1029/2002JA009570

  6. Yizengaw E., Dyson P.L., Essex E.A. // Adv. Space Res. 2006. V. 38. № 11. P. 2318; https://doi.org/10.1016/j.asr.2006.09.029

  7. Kunitsyn V.E., Tereshchenko E.D. Ionospheric Tomography. Berlin, Heidelberg: Springer, 2003; https://doi.org/10.1007/978-3-662-05221-1

  8. Куницын В.Е., Терещенко Е.Д., Андреева Е.С. и др. // УФН. 2010. Т. 180. № 5. С. 548; https://doi.org/10.3367/UFNr.0180.201005k.0548

  9. Nesterov I.A., Kunitsyn V.E. // Adv. Space Res. 2011. V. 47. № 10. P. 1789; https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.11.034

  10. Klimenko M.V., Klimenko V.V., Despirak I.V. et al. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2018. V. 180. P. 78; https://doi.org/10.1016/j.jastp.2017.12.017

  11. Afraimovich E.L., Perevalova N.P., Voyeikov S.V. // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2003. V. 65. № 11–13. P. 1245; https://doi.org/10.1016/j.jastp.2003.08.007

  12. Afraimovich E.L., Edemskiy I.K., Voeykov S.V. et al. // Ann. Geophys. 2009. V. 27. № 4. P. 1521; https://doi.org/10.5194/angeo-27-1521-2009

  13. Afraimovich E.L., Edemskiy I.K., Leonovich A.S. et al. // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. № 15. L15106; https://doi.org/10.1029/2009GL039803

  14. Afraimovich E.L., Astafieva E.I., Berngardt O.I. et al. // Radiophys. Quant. Electr. 2004. V. 47. № 7. P. 453; https://doi.org/10.1023/B:RAQE.0000047237.67771.bc

  15. Голубков Г.В., Манжелий М.И., Эппельбаум Л.В. // Хим. физика. 2018. Т. 37. № 5. С. 63; https://doi.org/10.7868/S0207401X18050084

  16. Голубков Г.В., Манжелий М.И., Берлин А.А. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 3. С. 86; https://doi.org/10.31857/S0207401X21030055

  17. Ольхов О.А., Шестаков Д.В. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 7. С. 85; https://doi.org/10.31857/S0207401X21070062

  18. Kim M., Kim J. // Remote Sens. 2021. V. 13. № 1. 151; https://doi.org/10.3390/rs13010151

  19. Zou X., Li Z., Wang Y. et al. // Remote Sens. 2021. V. 13. № 15. 2925; https://doi.org/10.3390/rs13152925

  20. Montenbruck O., Schmid R., Mercier F. et al. // Adv. Space Res. 2015. V. 56. № 6. P. 1015; https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.06.019

  21. Rodriguez-Solano C.J., Hugentobler U., Steigenberger P. // Adv. Space Res. 2012. V. 49. № 7. P. 1113; https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.01.016

  22. Sośnica K., Thaller D., Dach R. et al. // J. Geodesy. 2015. V. 89. № 7. P. 725; https://doi.org/10.1007/s00190-015-0810-8

  23. Pulinets S., Ouzounov D., Davidenko D. et al. // E3S Web Conf. 2020. V. 196. 03004; https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019603004

  24. Bogdanov V., Gavrilov V., Pulinets S. et al. // E3S Web Conf. 2020. V. 196. 03005; https://doi.org/10.1051/e3sconf/202019603005

  25. Kintner P.M., Ledvina B.M., De Paula E.R. // Space Weather. 2007. V. 5. № 9. S09003; https://doi.org/10.1029/2006SW000260

  26. Thoelert S., Steigenberger P., Montenbruck O. et al. // GPS Solut. 2019. V. 23. № 4. 92; https://doi.org/10.1007/s10291-019-0882-7

  27. Steigenberger P., Thoelert S., Montenbruck O. // Adv. Space Res. 2020. V. 66. № 12. P. 2773; https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.03.026

  28. Hegarty C.J. // Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems. Cham: Springer Intern. Publ., 2017. P. 197; https://doi.org/10.1007/978-3-319-42928-1_7

  29. Johnston G., Riddell A., Hausler G. // Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems. Cham: Springer Intern. Publ., 2017. P. 967; https://doi.org/10.1007/978-3-319-42928-1_33

  30. Бахметьева Н.В., Жемяков И.Н. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 10. С. 65; https://doi.org/10.31857/S0207401X2210003X

  31. Голубков Г.В., Адамсон С.О., Борчевкина О.П. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 5. С. 53.; https://doi.org/10.31857/S0207401X22050053

  32. Borchevkina O.P., Adamson S.O., Dyakov Y.A. et al // Atmosphere. 2021. V. 12. № 9. 1116; https://doi.org/10.3390/atmos12091116

  33. Borchevkina O.P., Kurdyaeva Y.A., Dyakov Y.A. et al. // Atmosphere. 2021. V. 12. № 11. 1384; https://doi.org/10.3390/atmos12111384

  34. Голубков Г.В., Голубков М.Г., Манжелий М.И. // Докл. АН. 2012. Т. 447. № 5. С. 503.

  35. Куприянов А.О., Морозов Д.А. Позиционирование по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем в абсолютном режиме. М.: МИИГАиК, 2017.

  36. Golubkov G.V., Golubkov M.G., Manzhelii M.I. et al. // The Atmosphere and Ionosphere: Elementary Processes, Monitoring, and Ball Lightning / Eds. Bychkov V.L., Golubkov G.V., Nikitin A.I. N.Y.: Springer, 2014. P. 1; https://doi.org/10.1007/978-3-319-05239-7_1

  37. Голубков Г.В., Манжелий М.И., Берлин А.А. и др. // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 1. С. 5; https://doi.org/10.7868/S0207401X16010039

  38. Kuverova V.V., Adamson S.O., Berlin A.A. et al. // Adv. Space Res. 2019. V. 64. № 10. P. 1876; https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.05.041

  39. Su S.-Y., Tsai L.-C., Liu C.H. et al. // Adv. Space Res. 2019. V. 64. № 10. P. 2137; https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.06.039

  40. Безуглов Н.Н., Голубков Г.В., Ключарев А.Н. // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 12. С. 21; https://doi.org/10.7868/S0207401X17100028

  41. Golubkov G.V., Manzhelii M.I., Berlin A.A. et al. // Atmosphere. 2020. V. 11. № 6. 650; https://doi.org/10.3390/atmos11060650

  42. Поваляев А.А. Спутниковые радионавигационные системы: время, показания часов, формирование измерений и определение относительных координат. М.: Радиотехника, 2008.

  43. Иванов А.В. Нелинейная многомерная обработка сигналов спутниковых радионавигационных систем в комплексах самолетовождения. Кн. 2. М.: Радиотехника, 2013.

  44. Иванов А.В. // Радиотехника. 2014. № 7. С. 55.

  45. Степанов О.А. Методы обработки навигационной измерительной информации. С.Пб: Университет ИТМО, 2017.

  46. Кинкулькин И.Е. Глобальные навигационные спутниковые системы: алгоритмы функционирования аппаратуры потребителя. М.: Радиотехника, 2018.

  47. Радионавигационные технологии. Выпуск 8 / Под ред. Перова А.И. М.: Радиотехника, 2019.

  48. Стрелков С.П., Кондрашин К.Г., Константинова Е.А. и др. Cпутниковые системы и технологии позиционирования. Астрахань: Астраханский государственный архитектурно-строительный университет, 2020.

  49. Klobuchar J. // IEEE Trans. Aerospace Electr. Syst. 1987. V. AES-23. № 3. P. 325; https://doi.org/10.1109/TAES.1987.310829

  50. Ansari K., Bae T.S. // Intern. J. Satell. Commun. Network. 2021. V. 39. № 6. P. 626; https://doi.org/10.1002/sat.1405

  51. Liu W., Shi X., Zhu F. et al. // Adv. Space Res. 2019. V. 63. № 8. P. 2358; https://doi.org/10.1016/j.asr.2019.01.004

  52. Ho Y.H., Abdullah S., Mokhtar M.H. // Proc. 2013 IEEE Intern. Conf. Space Sci. Commun. (IconSpace). IEEE, 2013. P. 33; https://doi.org/10.1109/IconSpace.2013.6599428

  53. Clare A., Lin T., Lachapelle G. // Adv. Space Res. 2017. V. 59. № 11. P. 2740; https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.07.002

  54. Bolla P., Borre K. // J. Geodesy. 2019. V. 93. № 3. P. 437; https://doi.org/10.1007/s00190-018-1172-9

  55. Bidikar B., Chapa B.P., Kumar M.V. et al. // Satellites Missions and Technologies for Geosciences. IntechOpen, 2020. P. 1; https://doi.org/10.5772/intechopen.92295

  56. Берестецкий Б.Н., Лифшиц Е.М., Питаевский Л.П. Квантовая электродинамика. М.: Физматлит, 2002.

  57. Голубков Г.В., Иванов Г.К. Ридберговские состояния атомов и молекул и элементарные процессы с их участием. М.: Эдиториал УРСС, 2001.

  58. Голубков Г.В., Голубков М.Г., Манжелий М.И. // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 2. С. 64; https://doi.org/10.7868/S0207401X14020058s

  59. Golubkov G.V., Golubkov M.G., Ivanov G.K. // The Atmosphere and Ionosphere: Dynamics, Processes and Monitoring / Eds. Bychkov V.L., Golubkov G.V., Nikitin A.I. N.Y.: Springer, 2010. P. 1;

  60. Голубков Г.В., Голубков М.Г., Манжелий М.И. // Хим. физика. 2012. Т. 31. № 2. С. 31.

  61. Голубков Г.В., Девдариани А.З., Голубков М.Г. // ЖЭТФ. 2002. Т. 122. Вып. 6. С. 1146.

  62. Голубков Г.В., Голубков М.Г. // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 2. С. 42; https://doi.org/10.7868/S0207401X14020046s

  63. Арделян Н.В., Бычков В.Л., Голубков Г.В. и др. // Хим. физика. 2018. Т. 37. № 7. С. 59; https://doi.org/10.1134/S0207401X18070038

  64. Loi S.T., Murphy T., Cairns I.H. et al. // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42. № 10. P. 3707; https://doi.org/10.1002/2015GL063699

  65. Dmitriev A.V., Jayachandran P.T., Tsai L.-C. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2010. V. 115. № A12. A12244; https://doi.org/10.1029/2010JA015380

  66. Benneke B., Seager S. // Astrophys. J. 2012. V. 753. № 2. P. 100; https://doi.org/10.1088/0004-637X/753/2/100

  67. Welch W.J., Fleming M., Munson C. et al. // Publ. Astron. Soc. Pacif. 2017. V. 129. № 974. P. 1; https://doi.org/10.1088/1538-3873/aa5d4f

  68. Alperovich L., Eppelbaum L., Zheludev V. et al. // J. Geophys. Eng. 2013. V. 10. № 2. 025017; https://doi.org/10.1088/1742-2132/10/2/025017

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Химическая физика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал