Разработка метода диагностики состояния ионосферы по измерениям задержек сигналов спутников системы GPS тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

на правах рукописи

РГБ ОД 1 3 ДЕК Ш

Разработка метода диагностики состояния ионосферы по измерениям задержек сигналов спутников системы GPS

01.04.03 - радиофизика

Ефишов Иван Иванович

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Калининград - 2000

Работа выполнена в Калининградском государственном университете.

Научные руководители — кандидат технических наук,

доцент А.Ф. Лаговский;

—кандидат физико-математических наук \ 4 * И.И.Шагимуратов

Официальные оппоненты — доктор физико-математических наук,

профессор В.Е.Захаров

—доктор физико-математических наук Ю.Я.Ружин

Ведущая организация —Балтийская государственная академия

рыбопромыслового флота

Защита состоится 21 декабря 2000 г. в часов на заседании специализированного совета К064.34.01 при Калининградском государственном университете по адресу: 236041, г.Калининград, ул.А.Невского, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Калининградского государственного университета.

Автореферат разослан 21 ноября 2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета К064.34.01 приКГУ, доктор физико-математических наук, профессор

В.А.Пахотин

<02 Уг У9/ п

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Тема диссертации относится к области радиофизики. Радиофизические методы изучения ионосферы занимают одно из ведущих мест в получении экспериментальных данных. Проблеме диагностике состояния ионосферы уделяется большое внимание в международных программах геофизических и космических исследований.

С развитием космической радиосвязи и навигации, космической геодезии представляет большой интерес исследование пространственно-временного распределения полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы. Как известно, ионосфера является одним из основных источников ошибок радиотехнических измерений, основанных на использовании трансионосферного распространения сигналов.

С завершением развертывания в 1994г. глобальной навигационной системы второго поколения GPS (Global Positioning System) появился новый инструмент, который позволяет проводить измерения задержек радиосигналов непрерывно в планетарном масштабе. Это потребовало разработки нового метода, обеспечивающего анализ и интерпретацию GPS-наблюдений в целях диагностики состояния ионосферы и ее влияния на работу космических радиотехнических систем.

Существенным преимуществом метода радиопросвечивания ионосферы сигналами спутников GPS является то, что он, в отличие от других методов диагностики, не требует значительных финансовых затрат. Реализация его возможностей для исследования ионосферы обеспечивается тем, что в рамках международных программ по изучению геодинамики создана обширная сеть станций IGS (International Geodynamic Service), на которых проводятся непрерывные GPS-наблюдения. Наблюдения легкодоступны и могут быть получены по сети Интернет. Причем, если сеть станций по зондированию ионосферы сокращается, то число станций IGS с каждым годом увеличивается.

GPS-наблюдения могут эффективно использоваться как для исследования планетарной структуры ионосферы, так и ее тонкой структуры, обусловленной неоднородностями различных масштабов, включая ионосферные эффект, связанные с естественными и искусственными воздействиями. Все это определяет актуальность внедрения GPS-технологий в целях диагностики состояния ионосферы и исследования трансионосферного распространения радиоволн.

Цель работы.

Одной из основных проблем, которые возникают при использовании GPS-наблюдений, является выделение абсолютной величины ионосферной задержки из исходных измерений псевдодальности, то есть разделения собственно ионосферной задержки и составляющей, которая обусловлена задержками сигналов в аппаратуре спутника и приемника.

Другая проблема вызвана тем, что GPS спутники имеют период обращения около 12 часов, при этом область ионосферы, которая просвечивается радиосигналами спутников, по долготе составляет более 20°, по широте более 10°. Следовательно, измеренная задержка обусловлена как пространственным, так и временным изменением ПЭС ионосферы. Таким образом, необходимо решить задачу разделения пространства и времени в вариациях ПЭС ионосферы вдоль орбиты траектории движения спутника.

Для решения этих проблем были поставлены следующие цели работы:

1) разработка нового метода с использованием современных технологий исследования и диагностики состояния ионосферы, основанного на обработке радиосигналов навигационной спутниковой системы GPS.

2) проведение экспериментального исследования поведения ПЭС ионосферы, используя GPS-наблюдения сети IGS при различных геофизических условиях.

Научная новизна.

Полученные в работе результаты являются новыми. Наиболее существенными из них являются следующие:

1. Разработан метод, который позволяет восстановить полное электронное содержание ионосферы непосредственно по измерениям задержек радиосигналов спутников GPS. Метод решает проблему разделения пространственно-временных изменений ПЭС, связанных с нестационарностью ионосферы за время наблюдения спутника.

2. На основе разработанного метода, получены новые данные о пространственно-временном распределение ПЭС ионосферы для спокойных и возмущенных периодов

Методы исследования.

В работе обобщенны известные ранее и разработанные лично автором методы обработки радиосигналов навигационных спутников системы GPS

для диагностики состояния ионосферы при различных геофизических условиях.

Теоретическая и практическая ценность.

Диссертация носит теоретический характер, но некоторые результаты, полученные в работе, имеют и прикладное значение. Приведенная методика обработки радиосигналов навигационных спутников GPS для диагностики ионосферы может быть полезной специалистам, работающим в области геофизики Земли. Новые экспериментальные данные по ПЭС, полученные в результате выполнения работы, могут также найти применение в таких областях, как космическая радиосвязь, радионавигация, радиоастрономия, космическая геодезия и других.

На основе методики формируется Атлас (база данных) по пространственно-временным вариациям полного электронного содержания ионосферы для различных геофизических условий.

Разработана простая прогностическая модель ПЭС на средних широтах, которая может быть применена пользователями одночастотных приемников для коррекции ионосферных ошибок при определении местоположения по GPS-измерениям.

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта № А0041 «Учебно-информационный центр по физике ионосферы, геомагнитных процессов и распространения радиоволн» Федеральной целевой программы «Интеграция». Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе по курсам «Радиофизика», «Теоретическая радиотехника», «Физика ионосферы», «Распространение радиоволн».

Основные положения, выносимые на защиту.

1) Метод восстановления абсолютного значения ПЭС ионосферы по GPS-наблюдениям над отдельной станцией.

2) Разработанные и реализованные комплексы программ и алгоритмов, на основе которых проводится регулярная диагностика состояния ионосферы по GPS-наблюдениям.

3) Полученные данные о пространственно-временном распределение ПЭС ионосферы при спокойных и возмущенных условиях.

Достоверность результатов определяется большой статистической обеспеченностью экспериментальных данных, совпадением результатов интерпретации экспериментальных данных с теоретическими представлениями, хорошим согласием результатов с другими независимыми измерениями.

Апробация работы и публикации.

Результаты диссертации докладывались на XI Всероссийской школе-конференции по дифракции и распространению радиоволн (МГУ, Москва, 1998г.), на XVIII Всероссийской конференции по распространению радиоволн (Санкт-Петербург, 1996г.), на Апатитском семинаре «Физика авроралышх явлений» (Апатиты, 1997г.), на VII симпозиуме по солнечно-земной физике России и стран СНГ (Москва, 1998г.), на XIX Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (Казань, 1999г.), на X Научно-технической конференции (Мурманск, 1999г.), в 1996-1998 годах докладывались на XXVII—XXIX научных конференциях профессорско-преподавательского состава

Калининградского государственного университета. Материалы диссертационной работы в 1997 -1999 годах представлялись на ассамблеях EGShCOSPAR.

Результаты выполненных исследований опубликованы в 16 работах. Личное участие.

Автору принадлежат: разработка алгоритмов, написание и отладка программ, а также проведение расчетов и участие в анализе полученных результатов. Автору в равной степени с соавторами принадлежат все полученные научные результаты и выводы.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы. Глава 1 разбита на 7 параграфов, глава 2 — на 5 параграфов. Общий объем работы составляет 124 страницы. Изложение иллюстрирует 41 рисунок, вставленных в текст работы. В работе приведено 7 таблиц. Список литературы содержит 86 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена новизна полученных результатов и выводов, указана научно-практическая значимость работы. Приведены основные положения, выносимые на защиту, а также изложены история вопроса и рассмотрены методы мониторинга ионосферы Земли с помощью радиосигналов спутников.

Первая глава «Методика использования сигналов навигационных спутников GPS для диагностики ионосферы» состоит из семи параграфов.

В первом параграфе приведена теория рассматриваемого метода, содержаться основные понятия, используемые в диссертации. Рассмотрен двухчастотный метод измерения дальности.

Во втором параграфе приводится конфигурация системы GPS, типы измерений, дается описание приемной аппаратуры, структуры обсервационного файла.

Система GPS является новым перспективным средством, которое может быть эффективно использовано для диагностики ионосферы Земли. Наиболее важными достоинством новой системы является глобальность, доступность и перспективность в длительности работы.

Концепция навигационной системы GPS предполагает, что четыре или более спутников всегда одновременно видны в любой точки Земли 24 часа в день, что позволяет обеспечить мониторинг ионосферы одновременно с разных направлений.

Навигационная система GPS содержит 24 спутника, развернутых в 6 плоскостях с наклонением орбиты к экватору 55° и высотой около 20200 км над Землей, каждый спутник GPS излучает два высокостабильных сигнала на частотах fj=1575 МГц и f2=1228 МГц. Двухчастотные групповые измерения задержек сигналов спутников GPS принципиально позволяют выделить ионосферную часть задержки радиосигнала и соответственно определить абсолютное значение полного электронного содержания, которое пропорционально этой задержке.

В третьем параграфе приводится описание сети IGS. На данный момент международная сеть станций насчитывает более 400 станций, в том числе и в России их число уже превысило десяток. Наблюдения в рамках международных программ в сети IGS проводятся с 1995г. Побочным продуктам этих наблюдений является измерение задержек радиосигналов.

Существенно важно, что все станции сети проводят непрерывные, регулярные наблюдения. К настоящему времени создан большой банк данных наблюдений по каждой станции.

В четвертом параграфе описан прогноз пролета спутников, дан алгоритм прогнозирования и приведена структура файла с навигационными данными.

В пятом параграфе рассмотрен алгоритм восстановления абсолютной величины ПЭС ионосферы по GPS-наблюдениям. Как было отмечено выше, двухчастотные групповые измерения задержек сигналов спутников навигационной системы GPS принципиально позволяют выделить ионосферную часть задержки и определить абсолютное значение ГОС. Измеренные значения задержек смещены на некоторую величину, обусловленную задержками сигналов в аппаратуре спутника и наземного приемника. Таким образом, дифференциальная задержка реально кроме ионосферной части включает в себя и аппаратурную поправку. Последняя, как правило, не известна и не может быть определена техническим путем. Поэтому и потребовалась разработка нового метода, решающего проблему выделения абсолютной части ионосферной поправки, который позволил бы определять аппаратурные задержки непосредственно из исходных измерений псевдодальности.

В радиотехнических методах, измерения задержек радиосигналов обычно принято представлять в терминах расстояния. Мы можем найти разность между псевдодальностью (воображаемым расстоянием, которое радиоволна прошла бы в вакууме за то же время, за которое в реальных условиях она распространяется от передатчика к приемнику с групповой скоростью) и геометрическим расстоянием. Данная задержка (поправка) к дальности измеряется в метрах. Какую ошибку в поправку вносит аппаратура спутника и приемника невозможно определить техническим путем. В результате некорректно будет определяться ионосферная часть задержки радиосигналов спутников системы GPS и тем самым ошибочно находиться полное электронное содержание ионосферы.

В терминах расстояния, измеренные в метрах псевдодальности для двух передаваемых сигналов на частотах fj и f2 , с учетом задержек сигналов в спутнике и приемнике, можно соответственно записать в первом приближении (без учета ошибок второго порядка малости):

P1J=P0+PJ+I]+S^+R^+S ,

pj =p0 +pJ +R^+e,

где j — номер спутника в системе GPS, Pj и P^— лсевдодальности в

метрах для частоты fi и tj , ро — геометрическое расстояние между j-м путником и приемником, р> — не зависящие от частоты поправки (тропосферная задержка, поправки к часам спутника и приемника и

другие), l| и — ионосферные задержки на частоте f| и f2 , sj и S^—

поправки спутников для двух частот, И^и R^—поправки приемника, s —

случайная ошибка измерений.

Предполагая, что траектории радиоволн обеих частот совпадают для дифференциальной групповой задержки ДР из (1) получаем следующее выражение:

ДР^Р^-Р^Д^+Д^+Д^+е . (2)

где Д1 ' - дифференциальная ионосферная задержка в метрах для _)-го спутника:

А1 = = 40,3 N«.<11 =М/МесЦ =мг^, (3)

2 1 1 2

где М — масштабный коэффициент, который равняется М=10,5-1018 м3/эл, N1 — полное электронное содержание вдоль луча сигнала, — электронная концентрация.

Таким образом (2), есть уравнение для дифференциальной задержки, в котором искомыми являются ионосферная задержка А1 и поправки аппаратуры, а АР—измеряемая величина.

Поправки для спутника А8=8а-81 и приемника АК=К2-Я1 не могут быть разделены, и так как они входят в (2) одинаковым образом, то их

можно объединить в одну аппаратурную поправку А=АЯ+Д8.

Следует иметь в виду, что как для спутника, так и для приемника, поправки индивидуальны, они могут сильно различаться в зависимости от типа приемника и номера спутника. Как показывает анализ, суммарная аппаратурная поправка может превышать ионосферную в несколько раз.

С учетом замечаний (2) примет вид:

ЛР^М-^+А^+е , (4)

здесь нижние индексы К и Б для аппаратурной поправки указывают, что эта величина различна для каждой пары спутник-приемник.

Как видно из (3), ионосферная задержка Л1 пропорциональна полному электронному содержанию Н на линии соединения приемника и спутника. Поэтому ее значение существенно зависит от угла места, под которым наблюдается спутник, и его азимута. С точки зрения исследования ионосферы интересно знать содержание электронов по вертикали

Для определения связи между наклонным и вертикальным полным электронным содержанием представим ионосферу в виде бесконечно тонкого слоя, в который стянуто все электронное содержание ионосферы от уровня Земли до высоты спутника. В первом приближении высоту слоя можно считать фиксированной и равной 350 км. Таким образом, получаем простую связь между наклонным и вертикальным ПЭС ионосферы:

Н^ссих, (5)

где х — зенитный угол спутника на высоте 350 км.

С учетом вышесказанного (4) примет вид:

ДР^М-^/совх+А^ . (6)

Дифференциальная задержка АР измеряется относительно неподвижного приемника и движущегося спутника. В течение пролета спутника изменяется во времени задержка и другие параметры, то есть АР, Иь, собх. являются функциями времени. Таким образом, (6) можно переписать в следующем виде:

APJ(t)=M'Nh(t)/cosx(t)+Aj. (7)

Данное уравнение можно записать для каждого j-ro наблюдаемого спутника, следовательно (7) по существу является системой уравнений.

Как показал проведенный анализ, поправки для спутника и приемника слабо меняются во времени и, что с достаточно высокой степенью точности их можно считать фиксированными, по крайней мере, в течении суток. Эта независимость от времени для А отражена в уравнении (7).

Известно, что ионизация ионосферы является функцией местного времени и широты. Поэтому можно считать, что полное электронное содержание есть функция времени и разницы широт между подионосферной точкой и широтой станции Дер: Nh=Nh(t,Acp) Широта и долгота подионосферных точек вычисляется для каждого момента времени и каждого спутника в программе расчета прогноза.

С учетом периодичности природы ионосферы выбирается суточный период (24 часа) и в качестве модели полного электронного содержания ионосферы, используется разложение Nh по гармоникам в функции местного времени t в подионосферных точках. С учетом выбранной модели ПЭС ионосферы, система (7) представляет собой систему уравнений, в которой неизвестными являются коэффициенты разложения ионосферной задержки и 24 (по числу спутников системы GPS) аппаратурных поправок AJ. Система уравнений является переопределенной и ее решение ищется методом наименьших квадратов. В процессе решения одновременно рассчитываются коэффициенты разложения и А^, то есть находятся аппаратурные поправки для всех наблюдаемых спутников и абсолютная величина полного электронного содержания Nh ионосферы над станцией наблюдения.

В шестом параграфе представлено дальнейшее развитие методики, рассмотрен переход от локальной модели распределения полного электронного содержания Nh ионосферы над станцией к глобальному, пространственно-временному распределению ПЭС ионосферы.

В глобальной модели распределения ПЭС ионосферы используется разложение ПЭС в виде присоединенных функций Лежандра первого рода.

Используя соответствующую сеть станций наблюдения, разнесенных как по широте так и по долготе, мы сможем исследовать поведение ПЭС ионосферы в соответствующем глобальном масштабе.

В седьмом параграфе рассмотрено апробирование метода. В данном параграфе был проведен анализ аппаратурных задержек. Было показано, что они слабо меняются на протяжение нескольких дней. Величины поправок для отдельных спутников могут достигать 1,5 м. Среднеквадратическое отклонение аппаратурной поправки для конкретных спутников не превышает 0,1 м, следовательно, их можно считать высокостабильными, по крайней мере, на протяжении суток. Так как в наблюдениях участвуют все спутники системы GPS, то определенный интерес представляет осредненная по всем спутникам поправка. Как показал проведенный анализ, значение осредненной по всем спутникам аппаратурной поправки слабо меняется на протяжении 3-4 месяцев. Таким образом, сделанное в (7) предположение о неизменности поправок подтверждается экспериментальными данными.

В параграфе проведено восстановление абсолютного значения ПЭС ионосферы по независимым наблюдениям с двух близлежащих станциях, разнесенных на триста километров по широте. Вариации ПЭС ддя двух близлежащих станциях, полученные по независимым измерениям, почти совпадают, что свидетельствует о корректности определения поправок и самого метода.

Вторая глава «Результаты исследования пространственно-временных вариаций полного электронного содержания на основе данных системы GPS» содержит пять параграфов.

В первом параграфе рассмотрены результаты GPS-измерений ПЭС на средних широтах в минимуме солнечной активности, анализируются данные непрерывных GPS-наблюдений европейской сети IGS за период 1995 -1997 гг.

Проведен анализ вариаций ПЭС ионосферы ото дня ко дню, а также сезонных изменений. Вариации ПЭС ионосферы довольно тесно связаны с электронной плотностью в F2 слое ионосферы. В первом приближении эти два параметра можно связать через эквивалентную толщину ионосферного слоя. Изменения толщины ионосферного слоя характеризуют динамику электронного профиля. Таким образом, измерения ПЭС и электронной плотности в F2 слое дополняют друг друга. Был проведен анализ среднемесячных суточных вариаций электронной плотности в F2 слое по станции Варшава, для которой были получены и вариации ПЭС. Суточные хода ПЭС и электронной плотности в F2 слое подобны и хорошо согласуются даже в деталях.

В параграфе проведен анализ эффектов геомагнитной бури с внезапным началом 22 ноября 1997г. в полном электронном содержании.

Во втором параграфе представлены результаты первых наблюдений радиосигналов GPS в Мурманске (68.85N 33,09Е), наблюдения проводились Полярным геофизическим институтом. Это первые такого рода наблюдения в России, проведенные для высокоширотной станции. Несмотря на то, что ионосфера в высоких широтах существенно неоднородна по структуре, алгоритм позволяет восстановить из исходных GPS-измерений суточный ход ПЭС над станцией наблюдения. Для анализа данных был разработан алгоритм и программная реализация комплексной, совместной обработки групповых и фазовых измерений. Алгоритм позволил в полной мере использовать те преимущества, которыми обладает каждый из видов измерений. При этом была реализована возможность использования относительных, но высокоточных фазовых измерений для получения данных об абсолютном значении ПЭС. Это в свою очередь позволило корректно выявить эффекты возмущений в вариациях ПЭС и провести достоверное сопоставление поведения полного электронного содержания для спокойных и возмущенных дней.

Как известно, высокоширотная ионосфера является наиболее значимой областью с точки зрения развитая бури. В то же самое время известно, что в период возмущения на высоких широтах данные по вертикальному зондированию мало информативны. В этих обстоятельствах GPS является наиболее эффективным средством диагностики полярной ионосферы. Проведенные исследования показали, что в условиях авроральной ионосферы GPS информативность сохраняется. Несмотря на существенно неоднородную структуру полярной ионосферы, удается восстановить суточный ход ПЭС ионосферы для высокоширотных станций.

В третьем параграфе проведено сравнение ПЭС ионосферы, рассчитанного по ионосферной модели IRI (International Reference Ionosphere model), с ПЭС, полученным с использованием непрерывных GPS-наблюдений по европейской сети IGS. Изменение измеренного ПЭС было проанализировано за период низкой (1996 год) и растущей (1997 год) солнечной активности. В целом вариации для модельного ПЭС и ПЭС ионосферы по GPS-наблюдениям совпадают. Как показал проведенный анализ небольшое различие между модельным и измеренным значением ПЭС ионосферы зависит от широты, а также от времени года

В четвертом параграфе описана простая региональная модель ПЭС

для средних широт. Для ее создания использовались GPS-наблюдения на трех польских IGS станциях: BOR1 (52,1N 21,ОЕ), JOZE (52,IN 21,ОЕ) и LAMA (53,7N 20,7Е). Модель описывает распределение ПЭС на средних широтах при минимуме солнечной активности. Суточные и сезонные вариации выражены с помощью рядов Фурье, зависящих от локального времени и числа месяца в году. Модель может использоваться для прогноза ПЭС ионосферы на средних широтах при минимуме солнечной активности.

В пятом параграфе представлены результаты анализа пространственно временного распределения ПЭС ионосферы для разных геофизических условий. Для анализа поведения ПЭС ионосферы во время солнечного затмения 11 августа 1999г. использовались GPS-наблюдения, собранные с 70 европейских станций, что позволило с высоким пространственным разрешением (по широте примерно Io, по долготе около 2°) получить новые данные о динамике распределения ПЭС ионосферы во время этого редкого природного явления, во время которого наблюдалось резкое понижение в содержание ПЭС в точке полного солнечного затмения. Используя непрерывные GPS-наблюдения сети Скандинавских стран, были получены новые данные по структуре и динамики высокоширотной ионосферы во время геомагнитного возмущения. Были выявлены новые особенности в структуре главного ионосферного провала по GPS-измерениям.

В заключении сформулируем основные результаты работы:

1. Разработан новый метод исследования и диагностики состояния ионосферы, позволяющий решить проблему выделения ионосферной части задержки непосредственно из исходных измерений псевдодальностей по GPS-наблюдениям.

2. Впервые в России разработаны и реализованы комплексы программ и оригинальных алгоритмов обработки радиосигналов навигационных спутников системы GPS, с помощью которых проводится регулярная диагностика состояния ионосферы.

3. Получены новые данные о распределение ПЭС при спокойных и возмущенных условиях. За счет реализации высокого пространственного и временного разрешения измерений выявлены

региональные особенности в поведение ПЭС во время бурь. Показано, что эта особенности могут быть обусловлены эффектами крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений.

4. Проведено исследование ионосферных задержек сигналов спутников системы GPS в высоких широтах по результатам первых экспериментов, проведенных в России, на высокоширотной станции Мурманск.

5. Разработана прогностическая модель полного электронного содержания ионосферы для средних широт Европейского региона.

6. За счет реализации высокого пространственно-временного разрешения измерений по GPS-наблюдениям получена динамика распределения ПЭС во время полного солнечного затмения 11 августа 1999г.

7. Используя GPS-наблюдения по сети Европейских станций получены новые данные о структуре авроральной и субавроральной ионосферы для возмущенных условий. Впервые по GPS-наблюдениям выявлена структура главного ионосферного провала и его динамика для разных геофизических условий.

Благодарности.

Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям диссертации доценту А.Ф.Лаговскому и кандидату физ.-мат. наук И.И.1Пагимуратову за неоценимую поддержку на всех этапах подготовки диссертации.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шагимуратов И.И., Баран Л.В., Ефишов И.И., Якимова Г.А. Абсолютные ионосферные измерения на основе GPS // Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн: Межвед. науч. сб. тр. М.: МФТИ, 1996. С.111-120.

2. Ephishov I.I., Вагап L.W., Shagimuratov I.I., and Yakimova G.A. Comparison of Total Electron Content obtained from GPS with IRI // Phys.Chem.Earth (C). 2000. V. 25. № 4. P.339-342.

3. Ефишов И.И., Лаговский А.Ф., Шагимуратов И.И. Анализ задержек трансионосферных радиосигналов по GPS-наблюдениям // Труды XI

Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн, г. Москва, 12-15.01.1998г. М.: изд-во МГУ, 1998. С.204-205.

4. Натовский А.Ф., Ефишов И.И., Шагимуратов И.И. Об ограничениях GPS-наблюдений в измерениях ПЭС ионосферы // XXIX науч. конф. проф.-препод. состава КГУ: Тез. докл. ч. 6. Калининград. 1998. С.20.

5. Шагимуратов И.И., Баран Л.В., Ефишов И.И., Тепеницына Н.Ю. Результаты GPS-измерений ПЭС на средних широтах в минимуме солнечной активности // VII Симпозиум по Солнечно-Земной физике России и стран СНГ 15-18.12.1998 г. Тез. докл. М.,

1998.

6. Шагимуратов И.И., Баран Л.В., Ефишов И.И., Якимова Г.А. Пространственно - временные вариации ионосферных задержек GPS сигналов // XIX Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн»: Тез. докл. Казань, 1999. С.59-60.

7. Черняков С.М., Шагимуратов И.И., Ефишов И.Й. Наблюдения полного электронного содержания с использованием GPS сигналов в Мурманске // Тез. докл. X научно-технической конференции. Мурманск, 1999. С.313-314.

8. Черняков С.М., Шагимуратов И.И., Коваленко С.Г., Ефишов И.И. Измерение ионосферных задержек сигналов GPS в высоких широтах // XIX Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн»: Тез. докл. Казань, 1999. С.61-62.

9. Baran L.W., Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., Tepenytzyna NJ. The use of GPS and GLONASS to study the structure of ionosphere // Апатитский семинар "Физика авроральных явлений": Тез. докл. Апатиты, 1997. С.ЗЗ

10. Baran L.W., Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., Tepenytzyna N J., The use of GPS to study the structure of ionosphere // IRI Workshop. Kuehlungsborn, Germany, 27-30 May 1997. Kuehlungsborn, 1997. P.4-5.

11. Baran L.W., Ephishov I.I., Shagimuratov I.I. Spatial correlation of ionosphere during disturbances derived from GPS measurements // July 1830: IUGG99 Assembly, Birmingham, UK, JSG28/E/28-B2 Poster 1400-01.

1999.

12. Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., Baran L.W. Middle latitude measurements of TEC using GPS observation 1997 // 22 General Assembly of EGS, Vienna, Austria, 21-25 April 1997, Annales Geophysical, supplement to volume 15. Vienna, 1997. P.635.

13. Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., Baran L.W. Analysis of TEC variation from GPS measurements // 1998 Geophysicae, Part 1, Space and Planetary Sciences, Suplement III to V. 16. P.337.

14. Shagimuratov I.I., Lagovsky A.F., Ephishov I.I., Yakimova G.A. Storm effects in ionosphere from GPS observation // 32 Scientific Assembly of Cospar Abstracts, 12-19 July 1998, Nagoya, Japan. Nagoya, 1998. P.144.

15. Shagimuratov I.I., Chernyakov S.M., Ephishov I.I. Monitoring of the high latitude ionosphere with GPS // Geophysical Research Abstracts. V 1. № 3, 1999. 24th General Assembly Space and Planetary Sciences. Nice, 1999. P.649.

16. Shagimuratov I.I., Yakimova G.A., Ephishov I.I., Baran L.W. A comparison of Total Electron Content obtained from GPS to the IRI // Geophysical Research Abstracts. V. 1. № 3. 1999. 24th General Assembly Space and Planetary Sciences. Nice, 1999. P.653.

Страница

Введение

1. Общая характеристика работы.

2. Методы мониторинга ионосферы Земли с помощью радиосигналов спутников.

Глава 1 Методика использования сигналов навигационных спутников GPS для диагностики ионосферы

1.1. Теория метода.

1.1.1. Прохождение ОВЧ / УВЧ сигналов через ионосферу.

1.1.2. Двухчастотный метод измерения дальности.

1.1.2.1. Групповые измерения.

1.1.2.2. Фазовые измерения.

1.2. Конфигурация навигационных спутников GPS.

1.2.1. Типы измерений.

1.2.2. Приемная аппаратура.

1.2.3. Структура обсервационного файла.

1.3. Сеть IGS.

1.4. Прогноз пролета спутников

1.4.1. Алгоритм прогнозирования.

1.4.2. Структура файла с навигационными данными.

1.5. Алгоритм восстановления абсолютной величины полного электронного содержания по GPS-наблюдениям.

1.5.1. Дифференциальная задержка для групповых измерений.

1.5.2. Модель для ионосферной задержки.

1.5.3. Процедура расчетов.

1.6. Пространственное распределение полного электронного содержания ионосферы.

1.7. Апробирование метода.

1.7.1. Результаты наблюдений.

1.7.2. Расчеты аппаратурных поправок.

1.7.3. Расчеты ионосферных задержек.

Глава 2 Результаты исследования пространственно-временных вариаций полного электронного содержания на основе данных системы GPS

2.1. Результаты GPS-измерений ПЭС на средних широтах в минимуме солнечной активности.

2.1.1. Вариации ПЭС от суток к суткам.

2.1.2. Сезонные изменения.

2.1.3. Широтные и долготные изменения.

2.1.4. Анализ различных моделей ПЭС ионосферы.

2.1.5. Сопоставление GPS-измерений ПЭС с моделью IRI на средних широтах.

2.1.6. Вариации ПЭС во время возмущений.

2.2. Измерение ионосферных задержек сигналов GPS в высоких широтах.

2.2.1. Результаты первых экспериментов, проведенных в России, на высокоширотной станции Мурманск.

2:2.2. Сравнение ПЭС для спокойного и возмущенного периода по станции Мурманск.

2.3. Сравнение ПЭС ионосферы по данным, полученных с помощью измерений

GPS спутников, и моделью IRI.

2.4. Региональная модель ПЭС по наблюдениям GPS.

2.5. Пространственное восстановление ПЭС ионосферы.

2.5.1. Поведение ПЭС ионосферы над Европой для 11 августа 1999 г. во время солнечного затмения.

2.5.2. Анализ структуры высокоширотной ионосферы для возмущенных условий.

1. Общая характеристика работы Актуальность темы.

Тема диссертации относится к области радиофизики. Радиофизические методы изучения ионосферы занимают одно из ведущих мест в получении экспериментальных данных. Проблеме диагностике состояния ионосферы уделяется большое внимание в международных программах геофизических и космических исследований.

С развитием космической радиосвязи и навигации, космической геодезии представляет большой интерес исследование пространственно-временного распределения полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы. Как известно, ионосфера является одним из основных источников ошибок радиотехнических измерений, основанных на использовании трансионосферного распространения сигналов.

С завершением развертывания в 1994г. глобальной навигационной системы второго поколения GPS (Global Positioning System) появился новый инструмент, который позволяет проводить измерения задержек радиосигналов непрерывно в планетарном масштабе. Это потребовало разработки нового метода, обеспечивающего анализ и интерпретацию GPS-наблюдений в целях диагностики состояния ионосферы и ее влияния на работу космических радиотехнических систем.

Существенным преимуществом метода радиопросвечивания ионосферы сигналами спутников GPS является то, что он, в отличии от других методов диагностики, не требует значительных финансовых затрат. Реализация его возможностей для исследования ионосферы обеспечивается тем, что в рамках международных программ по изучению геодинамики создана обширная сеть станций IGS (International Geodynamic Service), на которых проводятся непрерывные GPS-наблюдения. Наблюдения легкодоступны и могут быть получены по сети Интернет. Причем, если сеть станций по зондированию ионосферы сокращается, то число станций IGS с каждым годом увеличивается.

GPS-наблюдения могут эффективно использоваться как для исследования планетарной структуры ионосферы, так и ее тонкой структуры, обусловленной неоднородностями различных масштабов, включая ионосферные эффекты, связанные с естественными и искусственными воздействиями. Все это определяет актуальность внедрения GPS-технологий в целях диагностики состояния ионосферы и исследования трансионосферного распространения радиоволн.

Одной из первых научных работ, в которой была показана принципиальная возможность измерения ПЭС ионосферы посредством глобальной навигационной системы GPS, является работа двух американских ученых G.E.Lanyi и T.Roth, которая была опубликована в журнале Radio Science в июле 1988 года.

В дальнейших исследованиях ученых Ciraolo, 1993; Ciraolo и др., 1994; Marel и Georgiadou, 1994; Sardón и др., 1994; Zarraoa и Sardón, 1996; Hernandez-Pajares и др., 1997; Afraimovich и др., 1998 была показана высокая потенциальность использования радиосигналов спутников навигационной системы GPS для эффективного мониторинга полного электронного содержания. Цель работы.

Одной из основных проблем, которые возникают при использовании GPS-наблюдений, является выделение абсолютной величины ионосферной задержки из исходных измерений псевдодальности, то есть разделения собственно ионосферной задержки и составляющей, которая обусловлена задержками сигналов в аппаратуре спутника и приемника.

Другая проблема вызвана тем, что GPS спутники имеют период обращения около 12 часов, при этом область ионосферы, которая просвечивается радиосигналами спутников, по долготе составляет более 20°, по широте более 10°. Следовательно измеренная задержка обусловлена как пространственным, так и временным изменением ПЭС ионосферы. Таким образом необходимо решить задачу разделения пространства и времени в вариациях ПЭС ионосферы вдоль орбиты траектории движения спутника. Для решения этих проблем были поставлены следующие цели работы:

1) разработка нового метода с использованием современных технологий исследования и диагностики состояния ионосферы, основанного на обработке радиосигналов навигационной спутниковой системы GPS.

2) проведение экспериментального исследования поведения ПЭС ионосферы, используя GPS-наблюдения сети IGS при различных геофизических условиях.

Научная новизна

Полученные в работе результаты являются новыми. Наиболее существенными из них являются следующие:

1) разработан метод, который позволяет восстановить полное электронное содержание ионосферы непосредственно по измерениям задержек радиосигналов спутников GPS. Метод решает проблему разделения пространственно-временных изменений ПЭС, связанных с нестационарностью ионосферы за время наблюдения спутника.

2) на основе разработанного метода, получены новые данные о пространственно-временном распределение ПЭС ионосферы для спокойных и возмущенных периодов

Методы исследования.

В работе обобщенны известные ранее и разработанные лично автором методы обработки радиосигналов навигационных спутников системы GPS для диагностики состояния ионосферы при различных геофизических условиях. Теоретическая и практическая ценность.

Диссертация носит теоретический характер, но некоторые результаты, полученные в работе, имеют и прикладное значение. Приведенная методика обработки радиосигналов навигационных спутников GPS для диагностики ионосферы может быть полезной специалистам, работающим в области геофизики Земли. Новые экспериментальные данные по ПЭС, полученные в результате выполнения работы, могут также найти применение в таких областях, как космическая радиосвязь, радионавигация, радиоастрономия, космическая геодезия и других.

На основе методики формируется Атлас (база данных) по пространственно-временным вариациям полного электронного содержания ионосферы для различных геофизических условий.

Разработана простая прогностическая модель ПЭС на средних широтах, которая может быть применена пользователями одночастотных приемников для коррекции ионосферных ошибок при определении местоположения по GPS-измерениям.

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта № А0041 «Учебно-информационный центр по физике ионосферы, геомагнитных процессов и распространения радиоволн» Федеральной целевой программы «Интеграция». Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе по курсам «Радиофизика», «Теоретическая радиотехника», «Физика ионосферы», «Распространение радиоволн». Основные положения, выносимые на защиту.

1) метод восстановления абсолютного значения ПЭС ионосферы по GPS-наблюдениям над отдельной станцией.

2) разработанные и реализованные комплексы программ и алгоритмов, на основе которых проводится регулярная диагностика состояния ионосферы по вР Б-наблюдениям.

3) полученные данные о пространственно-временном распределение ПЭС ионосферы при спокойных и возмущенных условиях.

Достоверность результатов определяется большой статистической обеспеченностью экспериментальных данных, совпадением результатов интерпретации экспериментальных данных с теоретическими представлениями, хорошим согласием результатов с другими независимыми измерениями. Апробация работы и публикации.

Результаты диссертации докладывались на XI Всероссийской школе-конференции по дифракции и распространению радиоволн (МГУ, Москва, 1998г.), на XVIII Всероссийской конференции по распространению радиоволн (Санкт-Петербург, 1996г.), на Апатитском семинаре «Физика авроральных явлений» (Апатиты, 1997г.), на VII симпозиуме по солнечно-земной физике России и стран СНГ (Москва, 1998г.), на XIX Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн» (Казань, 1999г.), на X Научно-технической конференции (Мурманск, 1999г.), в 1996-1998 годах докладывались на XXVII—XXIX научных конференциях профессорско-преподавательского состава Калининградского Государственного университета. Материалы диссертационной работы в 1997 - 1999 годах представлялись на ассамблеях ЕОБ и СОБРАЯ. у

Результаты выполненных исследований опубликованы в 16 работах. Личное участие. Автору принадлежат: разработка алгоритмов, написание и отладка программ, а также проведение расчетов и участие в анализе полученных результатов. Автору в равной степени с соавторами принадлежат все полученные научные результаты и выводы. Структура работы.

Диссертация состоит из введения, двух глав и списка литературы. Глава 1 разбита на 7 параграфов, глава 2 — на 5 параграфов. Общий объем работы составляет 124 страницы. Изложение иллюстрирует 41 рисунок, вставленных в текст работы. В работе приведено 7 таблиц. Список литературы содержит 86 наименований.

Результаты исследования пространственно-временных вариаций полного электронного содержания на основе данных системы GPS.

2.1. Результаты GPS-измерений ПЭС на средних широтах в минимуме солнечной активности.

В данном параграфе анализируются данные непрерывных GPS-наблюдений европейской сети IGS за период 1995 - 1997 годов. Все наблюдения были обработаны по единой методике. Данные по вариациям полного электронного содержания получены с использованием большого количества статистического материала, который формировался за счет регулярных, день за днем расчетов суточного хода ПЭС для целого ряда станций европейского региона. Ежесуточные расчеты ПЭС были проведены по восемнадцати станциям, разнесенных по долготе и широте. На основе большого объема данных выявлены сезонные, годовые и широтные изменения ПЭС в минимуме солнечной активности. В таблице 2.1.1 приведен список основных станций и их геофизических координат, данные которых были использованы для анализа поведения полного электронного содержания.

Заключение

В заключении сформулируем основные результаты работы:

1) разработан новый метод исследования и диагностики состояния ионосферы, позволяющий решить проблему выделения ионосферной части задержки непосредственно из исходных измерений псевдодальностей по GPS-наблюдениям.

2) впервые в России разработаны и реализованы комплексы программ и оригинальных алгоритмов обработки радиосигналов навигационных спутников системы GPS, с помощью которых проводится регулярная диагностика состояния ионосферы.

3) получены новые данные о распределение ПЭС при спокойных и возмущенных условиях. За счет реализации высокого пространственного и временного разрешения измерений выявлены региональные особенности в поведение ПЭС во время бурь. Показано, что эти особенности могут быть обусловлены эффектами крупномасштабных перемещающихся ионосферных возмущений.

4) проведено исследование ионосферных задержек сигналов спутников системы GPS в высоких широтах по результатам первых экспериментов, проведенных в России, на высокоширотной станции Мурманск.

5) разработана прогностическая модель полного электронного содержания ионосферы для средних широт Европейского региона.

6) за счет реализации высокого пространственно-временного разрешения измерений по GPS-наблюдениям получена динамика распределения ПЭС во время полного солнечного затмения 11 августа 1999г.

7) используя GPS-наблюдения по сети Европейских станций получены новые данные о структуре авроральной и субавроральной ионосферы для возмущенных условий. Впервые по GPS-наблюдениям выявлена структура главного ионосферного провала и его динамика для разных геофизических условий.

1. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме, М., Физ.-мат. литература, 1960, 552 С.

2. Ефишов И.И., Лаговский А.Ф., Шагимуратов И.И. Методы компьютерной томографии ионосферы // XXVII научн. конф. професс.-препод. состава КГУ, Тез.докл., часть 6, Калининград, 1996, с.39.

3. Ефишов И.И., Лаговский А.Ф., Шагимуратов И.И. О реализации томографии ионосферы на основе измерения сигналов спутников системы GPS и ГЛОНАСС // КГУ XXVIII научн. конф. проф.-препод. состава, Тез.докл., часть 6, Калининград, 1997, с.46.

4. Ефишов И.И., Лаговский А.Ф., Шагимуратов И.И. Анализ задержек трансионосферных радиосигналов по GPS-наблюдениям // Труды XI Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн, г. Москва, 12-15 I 1998, МГУ, М., 1998, с.204-205.

5. Иванов В.П., Шагимуратов И.И., Кореньков Ю.Н. Использование сети IGS по наблюдению сигналов GPS / ГЛОНАСС для мониторинга ионосферы // XIX Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», Тез.докл., Казань, 1999, с.63-64.

6. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи, М., Связь, 1969, 155 С.

7. Кудрявцев И.В., Мищенко И.Н., Волынкин А.И. и др. Бортовые устройства спутниковой радионавигации, М., Транспорт, 1998, 201 С.

8. Куницын В.Е., Терещенко Е.Д. Томография ионосферы // М., Наука, 1991, 176 С.

9. Куницын В.Е., Терещенко Е.Д. Радиотомография ионосферы // Труды XI Всероссийской школы-конференции по дифракции и распространению волн, М., МГУ, 1998, с.77-88.

10. Лаговский А.Ф., Ефишов И.И., Шагимуратов И.И. Об ограничениях GPS-наблюдений в измерениях ПЭС ионосферы // XXIX научн. конф. проф.-препод. состава КГУ, Тез.докл, часть 6, Калининград, 1998, с.20.

11. Мисюра В.А., Солодовников Г.К., Мигунов В.М. Измерение полного числа электронов в ионосфере и его градиентов по регистрациям сигналов спутников ЭЛЕКТРОН // Геомагнетизм и аэрономия, 1967, Т. 7, № 2, с. 121-125.

12. Солодовников Г.К., Синельников В.М., Крохмальников Е.Б. Дистанционное зондирование ионосферы Земли с использованием радиосигналов космических аппаратов, М., Наука, 1988, 191 С.

13. Федоренко В.Н., Федоренко Ю.П., Шагимуратов И.И. Результаты исследования ионосферы, полученные при помощи пространственно разнесенного приема радиосигналов низкоорбитных ИСЗ // Геомагнетизм и Аэрономия, 1997, Т. 37, № 3, с. 121-126.

14. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений, М., Мир, 1980,280 С.

15. Черняков С.М., Шагимуратов И.И., Ефишов И.И. Наблюдения полного электронного содержания с использованием GPS сигналов в Мурманске // Мурманский ГТУ, Тез. 10 научно-технической конференции, Мурманск 20-30IV 1999, с.313-314.

16. Черняков С.М., Шагимуратов И.И., Коваленко С.Г., Ефишов И.И. Измерение ионосферных задержек сигналов GPS в высоких широтах // XIX Всероссийская научная конференция « Распространение радиоволн », Казань, 22-25 июня 1999 г., Тез.докл., с.61-62.

17. Шагимуратов И.И. и др. Использование GPS-измерений для исследования ионосферы // Международный симпозиум "Спутниковые исследования ионосферных и магнитосферных процессов", Москва, 11-13 декабря 1995, Тез.докл., с.32-33.

18. Шагимуратов И.И., Баран JI.B., Ефишов И.И., Якимова Г.А. Абсолютные ионосферные измерения на основе GPS // В книге Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн, Сборник трудов МФТИ, М., 1996, с.111 -120.

19. Шагимуратов И.И., Баран JI.B., Ефишов И.И., Якимова Г.А. Пространственно-временные вариации ионосферных задержек GPS сигналов // XIX Всероссийская научная конференция «Распространение радиоволн», Казань, 22-25 VI 1999, Тез.докл., стр.59-60.

20. Шебшаевич B.C., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. и др. Сетевые спутниковые радионавигационные системы, М., Радио и связь, 1982, 272 С.

21. Шубин В.Н. и др. Полуэмпирическая модель fOF2 субавроральной ионосферы в период отрицательной фазы интенсивных ионосферных бурь // Геомагнетизм и Аэрономия, 1997, Т 37, № 4, с.26-34.

22. Яковлев О.И. Космическая радиофизика, М., Научная книга, 1998, 432 С.

23. Aarons J. Global positioning system phase fluctuations at auroral latitudes // J.Geophys.Res., 1997, V. 102, pp. 17.219-17.231.

24. Afraimovich E.L., Palamartchouk K.S., Perevalova N.P., Chernukov V.V., Lukhnev A.V., and Zalutsky V.T. Ionospheric effects of the solar eclipse of March 9, 1997, as deduced from GPS data // Geophysical Research Letters, V 25, № 1,1998, pp.465-468.

25. Baran L.W., Shagimuratov I.I., and Tepenitzina N.J. The use of GPS for ionospheric studies // Artificial satellites, 1997, V. 32, № 1, pp. 49-60.

26. Baran L.W., Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., and Tepenytzyna N.J., The use of GPS to study the structure of ionosphere // 1997, IRI Workshop Kuehlungsborn, Germany, 27-30 May 1997, pp.4-5.

27. Baran L.W., Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., and Tepenitzina N.J. The use of GPS and GLONASS to study the structure of ionosphere // Апатитский семинар "Физика авроральных явлений", 25-28 февраля 1997., Тез.докл., с.33.

28. Baran L.W., Ephishov I.I., and Shagimuratov I.I. Spatial correlation of ionosphere during disturbances derived from GPS measurements // July 18-30: IUGG99 Assembly, Birmingham, UK, JSG28/E/28-B2 Poster 1400-01, 1999

29. Baran L.W., Kapcia J., Krankowski A., Shagimuratov I.I., and Wielgosz P. The fifth year of the activity of the Lamkowko IGS Permanent Station // Geodezja i Kartografia, 1999, Y. XL VIII, № 3-4, pp.159-167.

30. Bilitza D., Hernandez-Pajares M., Juan J.M., and Sanz J. Comparison between IRI and GPS-IGS derived electron content during 1991-97: first results // Abstract, 23 General Assembly EGS, Nice, France, 20-24 April 1998, p. 892.

31. Brian D.W., Mannucci A.J., and Edwards C.D. Subdaily northern hemisphere ionospheric maps using an extensive network of GPS receivers // Radio Science, 1995, V. 30, № 3, pp. 639-648.

32. Cander L.R. On the global and regional behaviour of the mid-latitude ionosphere // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, V. 55, № 11/12, 1993, pp. 1543-1551.

33. Cander L.R. et al. Forecasting ionospheric structure during the great geomagnetic storms // J.Geophys.Res., 1998, V. 103, № Al, pp.391-398.

34. Chernyakov S.M., Shagimuratov I.I., and Baran L.W. Height latitude measurements of ionospheric TEC from GPS signals // Physics of Auroral phenomena, Proc. XXII Annual Seminar, Apatity, 22-26 March 1999, pp. 14-17.

35. Ciraolo L. Evaluation of GPS L2-L1 biases and related daily TEC profiles, Workshop on Modeling the Ionosphere for GPS applications, Neustrelitz, September 29-30, 1993.

36. Ciraolo L., Spalla P., and Beni P. An analysis of consistency of TEC evaluated using PseudoRange GPS observation // Proceedings of 11-th International Beacon Satellite Symposium, Aberystwyth, Wales, UK, 11-14 My 1994, pp. 21-26

37. Cohen E.A., The study of the effect of solar eclipse on the ionosphere based on satellite beacon observation // Radio Science, V 19, N3, 769-777, 1984.

38. Davies K., Fritz R.B., and Gray T.B. Measurements of the columnar electron contents of the ionosphere plasma sphere // J.Geophys.Res., 1976, V. 81, № 16, pp. 2825-2834.

39. Ephishov I.I., Baran L.W., Shagimuratov I.I., and Yakimova G.A. Comparison of Total Electron Content obtained from GPS with IRI // Phys.Chem.Earth (C), 2000, V. 25, № 4, pp. 339-342.

40. Essex E.A., and Klobuchar J.A. Mid-latitude winter nighttime increases in the total electron contents of the ionosphere and plasma sphere // J.Geophys.Res., 1980, V. 85, № 11, pp. 60116022.

41. Fuller-Rowell T.J. et al. Progress in developing a storm-time ionospheric correction model // Adv. Space Res., 1998, V. 22, №.6, pp.821-827.

42. Garriot O.K. The determination of ionospheric electron content and distribution from satellite observations. Part 1. Theory of analysis // J.Geophys.Res., 1962, V. 67, № 4, pp. 11391150.

43. Georgiadiou Y. Modeling the ionosphere for an active control network of GPS stations, LGR-Series, Publication of the Delft Geodetic Computing Centre, №7, December 1994, 28 C.

44. Gurtner W. Rinex: The receiver-independent exchange format // GPS World, 1994, V. 7, pp. 48-52.

45. Hernandez-Pajares M, Juan J.M., and Sanz J. High resolution TEC monitoring using permanent ground GPS receivers // Geophysical Research Letters, V 24, № 13, 1997, pp. 1643-1646

46. Hernandez-Pajares M., Juan J.M., and Sanz J. Neural network modeling of the ionospheric electron content at global scale using GPS data // Radio Science, V 32, № 3, 1997, pp. 10811089.

47. Ho C.M. et al. Global ionosphere perturbation monitored by the worldwide GPS network // Geophys. Res. Letters, 1996, V. 23, № 22, pp. 3219-3222

48. Ho C.M., Mannucci A.J., Lindqwister U.J., Pi X., and Tsurutani B.T., Global ionosphere perturbations monitored by the worldwide GPS network // Geophysical Research Letters, V 23, № 22, 3219-3222,1996

49. Ho C.M., Mannucci A.J., Lindqwister U.J., Pi X., Tsurutani B.T., Sparks L., Iijima B.A., Wilson B.D., Haris I., and Reyes M.J. Global ionospheric TEC variations during January 10, 1997 storm // Geophys. Res. Letters, 1998, V. 25, JVb 14, pp. 2589-2592.

50. Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., and Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice, Third, revised edition, 1998, Springer-Verlag, Vienna New York

51. Huang C.R., Liu C.H., Yeh K.C., Lin K.H., Tsai W.H. et al., A study of tomographically reconstructed ionospheric images during a solar eclipse // J.Geophysical Research, V 104, Al, 79-94,1999.

52. Jakowski N., Sardon E., and Shluter S. GPS-based TEC observations in comparison with IRI 95 and the European TEC model NT CM2 // Adv. Space Res., 1998, V. 22, № 6, pp. 793-801

53. Jakowski N., Schluter S., and Heise S., Satellite Technology Glimpses Ionospheric Response to Solar Eclipse // EOS, № 80, 621-626, 1999.

54. Jakowski N., Schluter S., and Sardon E. Total electron content of ionosphere during the geomagnetic storm on 10 January 1997 // Journal of atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 61, 1999, pp.299-307.

55. Komjathy A., Langley R.B., and Bilitza D. Ingesting GPS-derived TEC data into the International Reference Ionosphere for single frequency radar altimeter ionospheric delay corrections // Adv. Space Res., 1998, V. 22, № 6, pp. 793-801.

56. Lanyi G.E., and Roth T. A comparison of mapped and measured total electron content using global positioning system and beacon satellite observations // Radio Science, 1988, V. 23, № 4, pp.483-492.

57. Millward G.H., Rishbeth H., and Fuller-Rowell T.J. Ionospheric F2 layer seasonal and semiannual variations // J.Geophys.Res., 1996, V. 101, № A3, pp. 5149-5156.

58. Muhtarov P. and Kutiev I. Empirical modeling of ionospheric storms at midlatitudes // Adv.Space.Res, 1998, V. 22, № 6, pp.829-832.

59. Musman S, Mader G, and Dutton C.E, Total electron content changes in the ionosphere during the January 10, 1997 disturbance // Geophysical Research Letters, V 25, № 15, 1998, pp.3055-3058.

60. Pi X, Mannucci A.J, Lindqwister U.J, and Ho C.M. Monitoring of global ionospheric irregularities using the worldwide GPS network // Geophys. Res. Letters, 1997, V. 24, № 18, pp. 2283-2286.

61. Rius A, Ruffini G. and Cucurull L. Improving the vertical resolution of ionospheric tomography with GPS occultations // Geophysical Research Letters, 1997, V. 24, №18, pp. 2291-2294.

62. Royden H.N, Miller R.B. and Buennagel L.A. Comparison of NAVSTAR satellite ionospheric calibrations with Faraday rotation measurements // Radio Science, 1984, V. 19, № 3, p. 798.

63. Salah J.E, Oliver W.L, Foster J.C, and Holt J.M, Observation of the May 30, 1984, Annular Solar Eclipse at Millstone Hill // J.Geophysical Research V 91, A2, 1651-1660, 1986.

64. Sardon E, Rius A. and Zarraoa N. Estimation of the transmitter and receiver differential biases and the ionospheric total electron content from Global Positioning System observations // Radio Science, 1994, V 29, № 3, pp.577-586.

65. Shagimuratov I.I. et. al. The monitoring of ionospheric structures by differential Doppler measurements and GPS satellite signals // COSPAR Symposium, 11-14 July 1994, Hamburg Germany, p. 142.

66. Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., Baran L.W. Middle latitude measurements of TEC using GPS observation 1997 // 22 General Assembly of EGS, Vienna, Austria, 21-25 April 1997, Annales Geophysical, supplement to volume 15, p.635.

67. Shagimuratov I.I., Ephishov I.I., Baran L.W. Analysis of TEC variation from GPS measurements // 1998 Geophysicae, Part 1, Space and Planetary Sciences, Suplement III to V. 16, 1998, p.337.

68. Shagimuratov I.I., Lagovsky A.F., Ephishov I.I. and Yakimova G.A. Storm effects in ionosphere from GPS observation // 32 Scientific Assembly of COSPAR Abstracts, 12-19 July 1998, Nagoya, Japan, p. 144.

69. Shagimuratov I.I., Chernyakov S.M., Ephishov I.I. Monitoring of the high latitude ionosphere with GPS // Geophysical Research Abstracts, V 1, № 3, 1999, 24th General Assembly Space and Planetary Sciences, p.649.

70. Shagimuratov I.I., Yakimova G.A., Ephishov I.I, and Baran L.W. A comparison of Total electron content obtained from GPS to the IRI // Geophysical Research Abstracts, V. 1, № 3, 1999,24th General Assembly Space and Planetary Sciences, p.653.

71. Szuszczewicz E.P., et al A comparative study of global ionospheric responses to intense magnetic storm conditions // J.Geophys.Res., 1998, V. 103, № A6, pp.11665-11684

72. Tsai H.F., Liu J.Y., Ionospheric total electron content response to solar eclipses // J.Geophysical Research, V 104, N 6, 12.657-12.668, 1999.

73. Tsedilina E.E., Klos.Z. and Weitsman O.V. Accuracy of Total Electron Content in a horizontally inhomogeneous ionosphere // Artifical Satellites, 1997, V. 32, № 2, pp.107-116.

74. Tuhi R.T. Determination of total electron content from differential Doppler records // J.Atmos.Terr.Phys., 1974, V. 36, № 7, pp.1157-1164.

75. Vorobjev V. PGI Geophysical Data, July September, Apatity, Murmansk // KSC RAS, PGI, 1998.124

76. Wilson B., Mannucci A. and Edwards C. Subdaily northern hemisphere ionospheric maps using an extensive network of GPS receivers // Radio Science, 1995, V. 30, № 3, pp. 639 -648.

77. Yeh K.C., et al. Global ionospheric effects of the October 1989 geomagnetic storm // J.Geophys.Res., 1994, V. 99, № A4, pp.6201-6218.

78. Yeh K.C., Yu D.C., Lin K.H., Liu C.H., Huang C.R. et al., Ionospheric response to a solar eclipse in the equatorial anomaly region // Terr.Atmos. and Oceanic Science, V 8, № 2, 165178, 1992

79. Zarraoa N. and Sardón E. Test of GPS from permanent ionospheric TEC monitoring at high latitudes //Ann. Geophysical., 1996, V. 14, p.l 1.