Верификация программных средств трехмерного радиотомографического мониторинга полей концентрации электронов в ионосфере по данным Европейской сети непрерывно функционирую щих опорных станций EPN

Представлены результаты экспериментальных исследований и верификации программных средств трехмерного радиотомографического мониторинга полей концентрации электронов в ионосфере над территорией Европы. В качестве входных данных использовались результаты измерений 100 станций (из них 10 на территории Беларуси) Европейской сети непрерывно функционирующих опорных станций EPN (EUREF Permanent Network) и навигационные данные высокоорбитальных навигационных спутников в формате RINEX. Разработанные программные средства реализуют полный цикл обработки данных, включая структурирование первичной информации, предварительную обработку с отбраковкой аномальных значений, вычисление полного электронного содержания и трехмерную реконструкцию ионосферы. Продемонстрированы примеры вычисления полного электронного содержания над Республикой Беларусь от различных наземных станций (Брест, Новополоцк, Витебск) в разные моменты времени для 11 мая 2024 г., когда магнитосфера Земли пережила сильнейшее возмущение в текущем столетии. Приведены результаты трехмерного радиотомографического мониторинга полей концентрации электронов в ионосфере с временным разрешением 15 мин, включая визуализацию сечений реконструируемой области в плоскости с постоянной широтой 50°, в плоскости с постоянной долготой 19°, а также суммарное вертикальное полное электронное содержание, полученное суммированием реконструированного поля по вертикальным столбцам. Экспериментально  подтверждена  эффективность  разработанных  алгоритмов  в  условиях  сильных  геомагнитных возмущений. Полученные результаты целесообразно использовать при мониторинге ионосферы с целью обеспечения надежной работы радиосистем, обнаружения ионосферных аномалий естественного и искусственного происхождения, а также прогнозирования природных явлений на их основе.

1. Куницын, В. Е. Радиотомография ионосферы / В. Е. Куницын, Е. Д. Терещенко, Е. С. Андреева. – М.: Физматлит, 2007. – 693 с.

2. Hofmann-Wellenhof, B. GNSS – Global Navigation Satellite Systems. GPS, GLONASS, Galileo, and More / B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, E. Wasle. – Springer, 2008. – xxix, 516 p. https://doi.org/10.1007/978-3-211-73017-1

3. Results of Studies on Processes Occurring in the Ionosphere and Earth’s Magnetic Field Over the Territory of the Republic of Belarus for the Year 2023 / A. O. Naumov, P. A. Khmarski, G. A. Aronov, D. S. Kotov // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. – 2024. – Vol. 27, № 3. – P. 225–233. https://doi.org/10.5281/zenodo.13960570

4. A review of GPS/GLONASS studies of the ionospheric response to natural and anthropogenic processes and phenomena / E. L. Afraimovich, E. I. Astafyeva, V. V. Demyanov [et al.] // Journal of Space Weather and Space Climate. – 2013. – Iss. 3. – Art. ID A27. https://doi.org/10.1051/swsc/2013049

5. Geomagnetic storms, super-storms, and their impacts on GPS-based navigation systems / E. Astafyeva, Yu. Yasyu kevich, A. Maksikov, I. Zhivetiev // Space Weather. – 2014. – Vol. 12, Iss. 7. – P. 508–525. https://doi.org/10.1002/2014SW001072

6. Артемьев, В. М. Радиотомография поля концентрации электронов в ионосфере на основе фильтра Калмана / В. М. Артемьев, А. О. Наумов // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2012. – № 2. – С. 86–92.

7. Способ оценивания полного электронного содержания в ионосфере на основе ретрансляции сигналов глобальной навигационной спутниковой системы GPS / И. В. Белоконов, А. М. Крот, С. В. Козлов [и др.] // Информатика. – 2023. – Т. 20, № 2. – С. 7−27. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2023-20-2-7-27

8. Method and Results of Real Time Modeling of Ionosphere Radiotomography on the Basis of the Kalman Filter Theory / V. M. Artemiev, A. O. Naumov, V. L. Stepanov, N. I. Murashko // Journal of Automation and Information Sciences. – 2008. – Vol. 40, № 2. – P. 52–62. https://doi.org/10.1615/JAutomatInfScien.v40.i2.50

9. Yasyukevich, Yu. V. Advances in GNSS Positioning and GNSS Remote Sensing / Yu. V. Yasyukevich, B. Zhang, V. R. De vanaboyina // Sensors. – 2024. – Vol. 24, № 4. – Art. ID 1200. https://doi.org/10.3390/s24041200

10. Yasyukevich, Yu. V. Estimating the total electron content absolute value from the GPS/GLONASS data / Yu. V. Yasyu kevich, A. A. Mylnikova, A. S. Polyakova // Results in Physics. – 2015. – Vol. 5. – P. 32–33. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2014.12.006

11. Определение концентрации электронов в ионосфере над территорией Республики Беларусь по данным глобальных навигационных спутниковых систем (на англ. яз.) / А. O. Наумов, П. A. Хмарский, Н. И. Бышнев, Н. А. Петровский // Весці Нацыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. – 2024. – Т. 69, № 1. – С. 53–64. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2024-69-1-53-64

12. GNSS metadata and data validation in the EUREF Permanent Network / C. Bruyninx, J. Legrand, A. Fabian, E. Pottiaux // GPS Solutions. – 2019. – Vol. 23. – Art. ID 106. https://doi.org/10.1007/s10291-019-0880-9

13. Артемьев, В. М. Алгоритм и методика оптимизации его параметров для трехмерной реконструкции ионосферы / В. М. Артемьев, П. А. Хмарский, А. О. Наумов // Неразрушающий контроль и диагностика. – 2024. – № 1. – С. 42–52.

14. Methods and software for calculating total electronic content based on GNSS data / A. Naumov, P. Khmarskiy, N. Byshniou, M. Piatrouski // 7th Advanced Engineering Days, 1–2 July. 2023. Mersin, Türkiye. – 2023. – P. 158–160.

15. Methods and software for estimation of total electron content in ionosphere using GNSS observations / A. Naumov, P. Khmarskiy, N. Byshnev, M. Piatrouski // Engineering Applications. – 2023. – Vol. 2, № 3. – P. 243–253.

16. Regional integration of long-term national dense GNSS network solutions / A. Kenyeres, J. G. Bellet, C. Bruyninx [et al.] // GPS Solutions. – 2019. – Vol. 23, Iss. 4. – Art. ID 122. https://doi.org/10.1007/s10291-019-0902-7

17. EUREF’s contribution to national, European and Global Geodetic Infrastructures / J. Ihdle, H. Habrich, M. Sacher [et al.] // Earth on the Edge: Science for a Sustainable Planet: Proceedings of the IAG General Assembly, Melbourne, Australia, June 28 – July 2, 2011 / eds.: C. Rizos, P. Willis. – Springer, 2014. – P. 189–196. – (Series: International Association of Geodesy Symposia; Vol. 139). https://doi.org/10.1007/978-3-642-37222-3_24

18. Ignacio, R. RINEX. The Receiver Independent Exchange Format Version 4.00. – Darmstadt: IGS/RTCM RINEX WG, 2021. – 120 p.

19. Khmarski, P. A. Algorithms for Three-Dimensional Reconstruction of Electron Concentration Fields in the Ionosphere using Data from the Global Navigation Satellite System / P. A. Khmarski, A. О. Naumov // 31st Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems (ICINS 2024), 27–29 May 2024, Saint Petersburg, Russia: [Proceedings]. – St. Petersburg: State Research Center of the Russian Federation Concern CSRI Elektropribor, JSC, 2024. – P. 185–188. – URL: http://www.elektropribor.spb.ru/upload/medialibrary/8cc/31-ICINS-2024-all.pdf (date of access 21.01.2025).