Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. - Генике А.А.
ISBN 5-86066-063-4
Скачать (прямая ссылка):
Электрические свойства ионизированных слоев атмосферы оказывают большое влияние на прохождение через них радиосигналов различных частотных диапазонов. Применительно к рассматриваемой нами проблеме спутниковых измерений находящиеся в ионосфере свободные электроны пол воздействием проходящих через ионосферу электромагнитных волн от спутника сами становятся источниками вторичных волн, которые при взаимодействии с первичными приводят к появлению результирующих волн с несколько отличной скоростью распространения, значение которой может быть как ниже, так и выше скорости света в иакууме.
Поскольку ионосфера является диспергирующей средой, в которой скорость распространения электромагнитных волн зависит от частоты, то приходится вводить понятие фазовой и групповой скорости (по аналогии с колебаниями оптического диапазона, распространяющимися в приземных слоях атмосферы). При этом для определения фазовой скорости, которая характерна для распространения гармонических несуших колебаний, вводят понятие фазового показателя преломления пф, устанавливающего соотношение между фазовой скоростью иф и скоростью света в вакууме с:
с
(4.1)
Применительно к ионизированному газу фазовый показатель
преломления может быть подсчитан по следующей приближенной
формуле; „
Ч = 1-40,3-^-,
(4.2) 153
где 7Ve - концентрация электронов, выражаемая через число свободных электронов в единице объема;/- частота проходящего через ионосферу радиосигнала.
В связи с тем, что со спутника наряду с несущими гармоническими колебаниями передаются также и кодовые сигналы с использованием процесса модуляции, при реализации которого формируется группа волн, то для нее используется понятие групповой скорости V^1
а также связанного с ней группового показателя преломления пгр. Соотношение между фазовым и групповым показателями преломления устанавливается на основе модифицированной формулы Рэлея:
апл (4.3)
"г =«*+/-
С учетом этого:
af
' 'V Ґ (4.4)
Из совместного рассмотрения (4.3) и (4.4) следует, что
W«*- (4.5)
Полученные результаты свидетельствуют о том, что в ионизированном газе фазовый показатель преломления пф всегда меньше единицы, т.е. фазовая скорость в такой среде больше скорости света в вакууме, а следовательно, гармонические несущие колебания проходят через ионосферу не с замедлением, а с ускорением. Что касается групповой скорости, то она точно на такую же величину отличается от скорости света в вакууме, но в другую сторону, т.е. в сторону занижения. При этом данная скорость характерна для кодовых сигналов, на основе которых производят измерения псевдодальностей.
Величина интересующих нас ионосферных задержек определяется величиной уклонения соответствующего показателя преломления от единицы. С учетом приведенных выше закономерностей изменения показателей преломления ионосферная задержка описывается соотношением вида:
w-7J*.")*-7 (46)
где А — длина пути, проходимого радиосигналом в ионосфере; к — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от концентрации электронов и от длины пути в ионосфере, что, в свою очередь, приводит к зависимости от широты точки стояния, времени суток, сезона года и даты в пределах 11-летнего цикла солнечной активности.
Ионосферные задержки обычно пересчитываются в поправки к псеадодалъностям. Их значения оцениваются величинами, лежащими в пределах от 5 до 50 м.
154
Для прелрасчета ионосферных задержек ради оси гнало и применительно к спутниковым измерениям предпринимались неоднократные попытки создания соответствующих моделей, позволяющих произнести оценку величины таких задержек на момент измерений для конкретных условий наблюдений. Среди различных моделей такого типа наибольшее распространение получила модель, разработанная Дж. Л. Клобушаром. Исходными предпосылками вданной модели были приняты предположения о том, что в ночное время уровень ионизации, а следовательно, и временные задержки в ионосфере остаются неизменными по своей величине, а вдневное время эти задержки описываются косинусоидальной функцией, для которой н>окно знать амплитуду, период и начальную фазу. Формулы, на основе которых под-считываются поправки за влияние ионосферы, имеют при этом следующий вид:
для дневных наблюдений:
~2*</,-Л,)~
St14^ -A1^A, cos
L А*
для наблюдений в ночных условиях:
(4.7)
-4. (4.8)
где /I1 - величина ионосферной задержки в ночное время, которая для
используемого в GPS частотного диапазона принимается равной 5-10"' с; A1 - фаза используемой косинусоидальной функции, отнесенная к 14 часам местного времени; tM — местное время; A1 — амплитуда косинусоидальной функции, для нахождения которой используется полином:
АА - период косинусоидальной функции, определяемый на основе использования полинома:
Д+ДФ.+АФІ+ДФІ; а,, а2, av а4, ?,, ?„ [i3, \i4 - константы, которые определяются ежесуточно с помощью станций слежения, входящих в сектор управления и контроля, и через загружающие станции в составе навигационного сообщения передаются на спутники, которые затем сбрасываются по радиоканалу потребителям; Ф(Л - геомагнитная широта «ионосферной точки».
