Мониторинг состояния ионосферы на основе обработки спутниковых данных АИС

Автоматическая идентификационная система (АИС) – информационная система, предназначенная для повышения безопасности мореплавания, в рамках которой суда обмениваются между собой информацией о навигационном статусе: координатах, векторе скорости и других. Судовая аппаратура АИС передает такие радиосообщения в широковещательном формате несколько раз в минуту, мощность сигнала достаточна для его регистрации на низкоорбитальных космических аппаратах (КА), данные АИС, принятые на борту КА образуют информацию спутникового АИС (С-АИС). При прохождении сигнала С-АИС через ионосферу, параметры радиосигнала меняются. В данной работе представлена методика оценки полного электронного содержания (ПЭС) в ионосфере на основе обработки сигналов С-АИС.
Передающая аппаратура АИС расположена на борту более 100 тысяч судов, что потенциально позволяет получать измерения ПЭС вдоль радиотрасс с обширных районов океанов, морей, внутренних рек. Преимуществами данного метода являются: отсутствие специализированной наземной инфраструктуры, глобальное покрытие при условии приполярной орбиты КА, использование готовых спутниковых приемников С-АИС. Такие данные могут дополнять традиционные измерения ПЭС в ионосфере, которые проводятся, например, с помощью наземных сетей двухчастотных приемников ГНСС.
Судовая аппаратура АИС излучает сигнал с вертикальной поляризацией, при прохождении через ионосферу происходит вращение вектора плоскости поляризации из-за эффекта Фарадея. Угол, на который повернется плоскость поляризации, зависит от распределения электронной концентрации и магнитного поля вдоль радиотрассы. Аппаратура С-АИС, позволяет получить координаты передатчика из информации в сообщении АИС и на основе дополнительной обработки радиосигнала оценить поляризацию принятого сигнала.
Сложность методики мониторинга ионосферы по сигналу С-АИС состоит в том, что для частот АИС вектор плоскости поляризации несущего сигнала делает несколько полных оборотов, из чего следует неоднозначность определения полного угла поворота. В данной работе предложен алгоритм разрешения этой неоднозначности. Далее, используя модель магнитного поля Земли, из полученного полного угла поворота осуществляется расчет ПЭС вдоль радиотрассы. Эти данные можно использовать в ассимиляционных моделях ионосферы, для построения карт ПЭС, построения трехмерной томографии ионосферы.