Семнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XVII.I.83
Автоматизированная система обработки данных радиозондирования сигналами навигационных спутников, полученных на плотной сети ГНСС станций
Максимов Д.С. (1), Когогин Д.А. (1), Насыров И.А. (1), Загретдинов Р.В. (1)
(1) Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, Россия
В последнее десятилетие в европейской части Российской Федерации активно расширяется сеть базовых станций, оснащенных многочастотными многосистемными ГНСС приемниками. В настоящий момент на территории РФ функционируют коммерческие и государственные сети EFT-CORS (https://eft-cors.ru/); HIVE (https://hive.geosystems.aero/); ГЕКСАГОН ГЕОСИСТЕМС (http://smartnet.geosystems.ru/), RTKNet (http://rtknet.ru/); сеть Росреестра (https://rgs-centre.ru); АО «ПРИН» (http://www.prin.ru/seti_referencnyh_stancij/bs/); сеть Росгидромета; SibNet (Сибирская сеть приемников ГНСС ИСЗФ СО РАН)). Этот фактор значительно влияет на качество экспериментов, направленных на исследование ионосферных возмущений естественного и искусственного происхождения, и их перемещений, с помощью данных ГНСС радиозондирования, появляется возможность перейти от одиночных измерений наклонного ПЭС вдоль зрительных осей спутник-приёмник к многопозиционным измерениям на сетях плотных ГНСС станций с включением в расчёт всех доступных в данный момент времени спутников основных действующих навигационных систем (GPS, GLONASS, GALILEO, Beidow), с последующим построением по этим данным, двумерных и трехмерных карт ПЭС и томографических реконструкций[1-6].
Однако, наряду с преимуществами большого количества ГНСС преемников, стоит отметить такую проблему, как сложность обработки большого массива ГНСС данных человеком вручную. В настоящий момент доступный авторам работы архив исходных данных RINEX, занимает более 900 Гб. Поэтому возник вопрос об автоматизации процесса обработки и интерпретации данных. В качестве входных параметров используются файлы RINEX-формата, полученные в результаты конвертации из исходного формата навигационных данных ГНСС приемников. Для решения задачи автоматизации были разработаны отдельные независимые блоки обработки данных, которые можно применять, как в цикле решения основной задачи – построения двумерных ПЭС карт, так и как самостоятельные преобразования.
Разрабатываемая система состоит из следующих блоков. Первый считывает RINEX-файлы, содержащие псевдодальномерные и фазовые измерения и ряд других параметров, отдельно для каждой станции по заданным пользователем спутникам и интервалам времени. Второй блок вычисляет полное электронное содержание (ПЭС) для пар спутник-приемник, далее производится удаление тренда и фильтрация, путем вычитания полинома шестой степени и скользящего среднего, соответственно. Третий блок служит для расчёта траекторий подионосферных точек для выбранных пар спутник-приемник, представляющих собой проекцию на землю точки пересечения луча приемник-спутник со слоем F2 ионосферы, далее производится отбор тех данных ПЭС, которые попадают в интервал времени, когда углы места спутников имеют приемлемые значения (более 30°). Последний блок выполняет построение ПЭС карты, методом многомерной интерполяции на неравномерной сетке с данными, взятыми за интервал времени, указанный пользователем. В качестве дополнительной информации, позволяющей визуально наблюдать пространственно-временную динамику вариаций ПЭС за рассматриваемый интервал времени, был разработан сбор карт вариаций ПЭС в видеоролик. В настоящий момент система функционирует и начата работа по портированию программного кода на свободное программное обеспечение (лицензия типа GPL) для ускорения обработки данных за счёт параллельных вычислений и дальнейшего использования в кооперации с другими научными учреждениями, занимающимися подобными задачами.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект №19–72–00072.
Программная реализация алгоритмов расчета траекторий подионосферных точек для выбранных пар спутник-приемник и удаления тренда и фильтрации рядов ПЭС выполнена при финансовой поддержке Казанского (Приволжского) федерального университета.
Ключевые слова: ионосфера, ГНСС, ГЛОНАСС, GPS, неоднородности электронной концентрации, ПЭС, карты ПЭС.
Литература:
- Bust G. S., Mitchell C. N. History, current state, and future directions of ionospheric imaging // Rev. Geophys. –2008. – March. –Vol. 46, no. 1. – P. RG1003.
- The first GPS-TEC imaging of the space structure of MS wave packets excited by the solar terminator / E. L. Afraimovich, I. K. Edemskiy, S. V. Voeykov et al. // Ann. Geophys. – 2009. –Vol. 27. – P. 1521–1525.
- Medium-scale traveling ionospheric disturbances detected with dense and wide TEC maps over North America / Tsugawa T., Otsuka Y., Coster A. J., Saito A. // Geophysical Research Letters. – 2007. – Vol. 34. – P. L22101.
- Total Electron Content Observations by Dense Regional andWorldwide International Networks of GNSS / Takuya Tsugawa, Michi Nishioka, Mamoru Ishii et al. // Journal of Disaster Research. – 2018.–Vol. 13, no. 3. –P. 535–545.
- Sherstyukov R. O., Akchurin A. D., Sherstyukov O. N. Collocated ionosonde anddense GPS/GLONASS network measurements of midlatitude MSTIDs // Advancesin Space Research. _2018.–Vol. 61.–P. 1717–1725.
- Gigantic Circular Shock Acoustic Waves in the Ionosphere Triggered by the Launchof FORMOSAT-5 Satellite / Min-Yang Chou, Ming-Hsueh Shen, Charles C. H. Lin et al. // Space Weather. –2018.–Vol. 16, no. 2.– P. 172–184.
Презентация доклада
Дистанционное зондирование ионосферы
487