Способ определения максимально применимой частоты для ионосферной радиосвязи

Способ определения максимально применимой частоты для ионосферной радиосвязи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области ионосферной радиосвязи и предназначается для определения максимально применимой частоты, знание которой необходимо для осуществления надежной и достоверной радиосвязи в заданное время на дальние расстояния. Техническая реализация изобретения может использоваться на приемо-передающих центрах, радиостанциях коротковолновой профессиональной связи, при передаче цифровых данных и программ регионального и зарубежного радиовещания в коротковолновом диапазоне частот, а также для автоматического управления сеансами ионосферной радиосвязи при построении адаптивных радиосистем различного назначения, в том числе систем автоматического экстренного оповещения.

Изобретение применимо в стационарных и мобильных коротковолновых (КВ) передатчиках, когда необходима периодическая смена рабочих частот в течение суток или когда время работы КВ передатчиков априорно неизвестно, и они могут включаться и выключаться автоматически по заданному алгоритму в любое время текущих суток для передачи информации.

Работа средств радиосвязи и радиовещания КВ диапазона во многом зависит от рефракционных свойств ионосферы на траектории распространения радиосигнала. Состояние ионосферы, как электрически заряженной среды, зависит от многих факторов естественного и антропогенного характера. Основное влияние на состояние ионосферы вносит ее электронная концентрация, которая постоянно меняется в зависимости от времени (часа суток, сезона, фазы цикла солнечной активности), географических координат, высоты над уровнем моря, от солнечной активности. Их суточные вариации могут приводить как к ухудшению качества радиосвязи и радиовещания в КВ диапазоне, так и полному ее исчезновению для постоянно выбранной несущей частоты радиопередатчика.

Преимуществом работы в КВ диапазоне по сравнению с работой на более длинных волнах является то, что в этом диапазоне можно создать направленные антенны. Волны в КВ диапазоне распространяются на дальние расстояния путем однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли. Поэтому системы КВ связи могут обеспечивать направленную передачу информации на сравнительно большие расстояния (единицы и десятки тысяч километров).

Способ распространения радиоволн путем их отражения от ионосферы называют скачковым и характеризуют расстоянием скачка, числом скачков, углами выхода и прихода, а также максимально применимой частотой (МПЧ) и наименьшей применимой частотой (НПЧ). МПЧ это частота, при которой еще отражаются радиоволны, посланные антенной радиопередатчика в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ слой вообще перестает отражать радиоволны, посланные с поверхности Земли, и они уходят сквозь ионосферу в космос. Радиосвязь в КВ диапазоне длин волн играет важную роль как средство внутренней, зоновой, подвижной и производственно-диспетчерской связи общего, ведомственного и специального пользования и назначения, а также широко используется для профессиональной и любительской радиосвязи.

Для определения МПЧ известны различные методы и варианты радиозондирования. Здесь следует выделить вертикальное, наклонное, возвратно-наклонное зондирование с различными видами модуляции сигналов, которые могут быть узкополосными или широкополосными. В последние десятилетия, данные о состоянии и волновых процессах в ионосфере, удается получать и с использованием глобальной спутниковой сети типа GPS/ГЛОНАСС.

Высокую точность в определение МПЧ имеет метод трассового (наклонного) зондирования. Передатчик и приемник сигналов разносятся на расстояние одного или нескольких скачков. В заранее установленное время или с каким-то периодом времени радиопередатчик посылает последовательно в эфир радиосигнал на нескольких частотах КВ диапазона. На приемном конце оценивается слышимость и качество сигналов и делается вывод о подходящих частотах для данного времени суток и месяца. Накопленная статистика затем используется для организации радиосвязи. В данном случае точность определения МПЧ будет определяться шагом перестройки излучаемой частоты передатчиком. Заслуживает внимание для целей определения МПЧ использование сети КВ радиовещательных станций, для каждой из которых известны - ее местоположение, частота несущей радиопередатчика и направление вещания.

Суть известных активных способов определения МПЧ заключается в том, что на передающей стороне последовательно (параллельно) излучают радиосигнал на различных частотах КВ диапазона, а на приемной стороне принимают этот радиосигнал на каждой из частот, обрабатывают и регистрируют. При этом за МПЧ принимается либо та частота зондирования, на которой был зафиксирован наибольший уровень принимаемого сигнала, либо наибольшая по номиналу частота, сигнал на которой был принят в точке приема.

В ходе вертикального зондирования (ВЗ) радиоволны передатчика, находящегося в определенном месте, излучаются вверх и затем отражаются от ионосферы. Зная скорость их распространения, равную скорости света, и время от момента передачи до момента приема, можно определить высоту отражающего слоя. Вертикальные ионозонды определяют состояние ионосферы непосредственно над пунктом расположения передающей радиостанции. Позволяя получать зависимость распределения электронной концентрации от высоты, они не очень хорошо подходят для исследований динамических процессов в ионосфере, а их применение является достаточно затратным из-за необходимости обеспечения работы радиопередающих и приемных систем. В случае возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ) используется эффект, характеризующий отражение радиоволны от Земли в обратном направлении, так называемое "эхо".

На практике зачастую перед сеансом нет возможности проводить процедуру зондирования по соображениям дефицита времени или иным причинам. Кроме того, для проведения ВЗ и ВНЗ помимо наличия передатчика и приемной антенны с заданной диаграммой направленности требуются высокая точность определения времени между моментами передачи и приема радиоимпульсов, а также синхронизация работы передающих и приемных комплексов, что является основным их недостатком.

Известны принципы дистанционного зондирования и мониторинга состояния ионосферы, определения рабочих частот для ионосферной радиосвязи [1-4].

Рассмотрим отдельные патенты и технические решения, которые по совокупности операций и действий над сигналами наиболее полно отражают существо задачи по определению МПЧ для ионосферной радиосвязи. Для зондирования ионосферы могут использоваться собственные радиоволны частот КВ диапазона или радиоволны с частотой значительно выше КВ диапазона. Условно процесс зондирования ионосферы может быть разделен на активный и пассивный способы, с точки зрения возможности приема таких радиосигналов типовым приемником КВ диапазона.

Рассмотрим активные способы зондирование ионосферы. Так, например, известен патент РФ 94028469 от 20.05.1996 года на устройство определения максимальной применимой частоты для КВ радиолинии [5]. Изобретение относится к системам радиосвязи, в частности к системам, обеспечивающим определение частотного диапазона прохождения радиосигналов в КВ диапазоне, т.е. определения максимально и наименьших применимых частот. Суть зондирования заключается в последовательном излучении радиопередающим устройством наклонных зондирующих сигналов на группе частот КВ диапазона, их приеме с последующей обработкой и регистрацией. При этом, по результатам обработки, за МПЧ принимается либо частота зондирования, на которой был зафиксирован максимальный уровень принятого сигнала, либо наибольшая по номиналу частота, сигнал на которой был принят в точке приема, либо частота, уровень сигнала на которой аналитически связан с максимальным уровнем принятого сигнала. Недостаток - потеря значительного времени на проведение зондирования ионосферы во всем частотном диапазоне, за счет увеличения числа необходимых измерений для достижения заданной точности измерений.

Известен патент РФ 2154910 от 20.08.2000 года на систему автоматического управления коротковолновой связью [6]. Предложена система автоматического управления коротковолновой связью как в автономный от канальной аппаратуры комплекс средств связи, на основе ЭВМ, предназначенный для управления коротковолновой связью. Используя всего 9 фиксированных частот для тестирования КВ диапазона, комплекс адаптирует работу канальной аппаратуры к суточной динамике ионосферы и радиопомехам. В результате аппаратура всегда работает на оптимальных частотах. Используя свойство инерционности ионосферы, и контролируя динамику сигналов корреспондента на оптимальной рабочей частоте (ОРЧ), комплекс прогнозирует время возникновения постоянных отказов и заблаговременно, еще до возникновения отказа, перестраивает средства связи обеих корреспондентов на новые оптимальные частоты. Недостаток системы - необходимость передачи тестирующих (зондирующих) радиосигналов, излучаемых на 9 частотах КВ диапазона, через небольшие промежутки времени, что постоянно создает определенные радиопомехи другим радиостанциям.

Известен патент РФ 2307463 от 27.09.2007 года на способ выбора рабочих частот для радиолиний ионосферных волн [7]. Достигаемым техническим результатом изобретения является разработка способа выбора рабочих частот для радиолиний ионосферных волн, обеспечивающего повышение достоверности определения пригодности радиочастот. Выбор рабочих частот осуществляют по условиям пригодности частот в результате отражения от ионосферы и сигнально-помеховой обстановки.

Недостатком способа является учет условия, при котором соотношения напряженности сигнала и помехи меньше минимально допустимого отношения уровня сигнал/помеха а также, когда текущая вероятность ошибки приема меньше предварительно заданной максимально допустимой вероятностью ошибки.

Мониторинг ионосферы с использованием навигационных спутников GPS/ГЛОНАСС излучающих радиоволны, которые проходят через ионосферу, обеспечивает возможность определения пространственного распределения параметров ионосферы. Использование этих параметров позволяет в принципе осуществить возможность прогнозирования МПЧ с целью эффективного планирования и проведения сеансов КВ связи.

В патенте РФ 2181490 от 20.04.2002 на устройство и способ спутникового радиоопределения [8] используются спутники глобальной навигационной службы, как, например, спутники системы GPS, которые формируют дальномерные сигналы, геостационарные спутники, которые ретранслируют дальномерные сигналы, сформированные в навигационной земной станции, содержащие вспомогательную информацию А, а также среднеорбитальные спутники, которые формируют дальномерные сигналы, содержащие региональную вспомогательную информацию RA, передаваемую из узла доступа к спутникам. Приемник оценивает значения ионосферных задержек для дальномерных сигналов, передаваемых на одной частоте.

Наземный приемник системы GPS/ГЛОНАСС обеспечивает получение сигналов с нескольких навигационных спутников. Созвездие спутников организовано таким образом, что почти в каждой точке на поверхности Земли и почти постоянно на протяжении суток одновременно в зоне радиовидимости находится не менее четырех спутников. Фиксируя разности времен прихода сигналов от различных спутников, для чего используется принятое бортовое время, и с учетом координат спутников (передаваемых с борта), приемники спутниковых систем вычисляют относительные дальности до каждого спутника, а затем на основе полученных четырех относительных дальностей вычисляет свое местоположение по трем координатам и калибрует местные часы. Колебания в запаздывании сигналов, обусловленные изменением состояния ионосферы, могут снизить точность радиоопределения, и, соответственно, для компенсации этого нежелательного эффекта с каждого спутника сигналы передаются на двух частотах. Основной недостаток способа - необходимость совместного использования разнородных групп спутников, включающих навигационные, геостационарные и среднеорбитальные спутники, что приводит к снижению надежности работы устройства.

Известен патент РФ 1840572 от 20.08.2007 года на фазовый способ измерения интегральной электронной концентрации в ионосфере [9]. Изобретение относится к способам измерений в радиолокации и может быть использовано для исключения ионосферных ошибок в РЛС. В нем осуществляют одновременное измерение разности фазовых задержек сигналов на двух парах частот, имеющих одинаковый разнос. По разности полученных разностей фазовых задержек определяют интегральную электронную концентрацию в ионосфере.

Известен патент на способ определения параметров ионосферы и устройство для его осуществления. Это патент РФ 2421753 от 20.06.2011 года с использованием сигналов от навигационных спутников [10]. Сущность изобретения следующая. Вначале принимают радиосигналы от навигационных спутников на двух когерентных частотах F₁ и F₂. Затем определяют по принятым радиосигналам псевдодальности D_F1 и D_F2 до навигационного спутника. По ним находят разности псевдодальностей D₁₂. Определяют полную электронную концентрацию L_e вдоль трассы «спутник - наземный пункт». Определяют в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z). Измеряют значения фаз F₁ и F₂ принятых радиосигналов. Определяют разности псевдодальностей D₁₂ с учетом значений фаз F₁ и F₂ принятых радиосигналов. Применяют итерационную процедуру решения обратной задачи, основанную на использовании метода сопряженных градиентов и априорной информации о фоновом состоянии ионосферы для определения в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z).

На основе получаемых значений электронной концентрации ионосферы по данному способу, в дальнейшем может быть определено значение МПЧ. Устройство снабжено блоком обработки и отображения, вход которого подключен к выходу двухчастотного приемника. При этом блок обработки и отображения выполнен с возможностью определения вышеуказанных параметров.

В данном способе в качестве априорной информации о фоновом состоянии ионосферы (в качестве нулевого приближения решения задачи) используется долгосрочный прогноз ионосферы, основанный на какой-либо модели ионосферы, например IRI-2007 (International Reference Ionosphere).

Недостатком рассмотренного способа является необходимость использования априорной информации о фоновом состоянии ионосферы для определения в области измерения высотного профиля электронной концентрации ионосферы N(z). Однако этот способ обладают еще одним существенным недостатком - измеренные значения полной электронной концентрации (total electron content - ТЕС) определены с точностью до произвольной константы, что приводит к невозможности однозначной интерпретации измерений. Для проведения двухчастотных измерений требуется сложная процедура калибровки измерительной аппаратуры и стабильный температурный режим, для неизменности калибровочных коэффициентов.

Точный расчет калибровочных коэффициентов является трудоемкой задачей, но без использования этих коэффициентов, невозможно получить величины ТЕС, имеющие физический смысл (при использовании неверной калибровки, как правило, получаемые значения ТЕС либо отрицательны, либо превышают физически возможные максимальные значения).

Следует отметить, что для решения задач персональной навигации широкое распространение получили приемники ГНСС, производящие измерения только лишь псевдодальностей на единственной частоте. Разработка алгоритма обработки этих измерений позволит отказаться от необходимости использования дорогостоящих точных двухчастотных приемных станций ГНСС и проведения калибровки этих станций. Замена дорогостоящей высокоточной аппаратуры «бытовыми» приборами откроет возможности для быстрого развертывания сети измерительных навигационных приемников.

Одночастотная аппаратура гражданского назначения работает только по сигналам GPS/ГЛОНАСС поддиапазона L1 и в ней отсутствует возможность исключения ионосферных погрешностей измерений с помощью работы по двум частотам. Двухчастотная GPS, доступная гражданским потребителям, может быть в любое время отключена от второй частоты путем смены Р-кода на Y-код на второй частоте (режим «Anti-Spoofing»), Одночастотная GPS/ГЛОНАСС гражданского назначения в настоящее время получила наибольшее распространение, по сравнению с двухчастотной.

Известен патент РФ 2208809 от 20.07.2003 года на способ одночастотного определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере [11]. Изобретение относится к области спутниковой навигации и может быть использовано для определения ионосферной задержки распространения сигналов от навигационных спутников с помощью навигационной аппаратуры потребителей глобальной навигационной спутниковой системы, работающей на одной частоте. В предлагаемом способе определение задержки сигналов в ионосфере производится путем решения системы уравнений, составленной по разностям приращений псевдодальностей, измеренных по дальномерному коду и по фазе несущей частоты для каждого навигационного спутника. Недостаток способа заключается в том, что необходимо дополнительно определять приращения псевдодальностей за время между текущим и предыдущим измерениями, затем определять разности приращений псевдодальностей, которые могут иметь незначительную величину, что приводит к ухудшению точности измерений.

При использовании одночастотных навигационных приемников (НП) типа GPS/ГЛОНАСС ионосферная задержка радиосигналов, излучаемых со спутников, является наибольшим источником погрешности измерений псевдодальностей и существенным образом оказывает влияние на погрешность определения координат и времени.

Технический результат - обеспечение по данным одночастотных НП типа GPS/ГЛОНАСС формирование управляющих сигналов для нахождения значений максимально применимой частоты ионосферной радиосвязи и упрощение способа ее определения.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа одночастотного определения задержки сигналов навигационных спутниковых систем в ионосфере [11], включающего передачу радиосигналов на заданных частотах от навигационных спутников типа GPS/ГЛОНАСС на Землю, прием радиосигналов, прошедших дистанционную среду "спутник-Земля" на приемной стороне одночастотным навигационным приемником, стандартную обработку принятых радиосигналов для определения координат местоположения (x_i,y_i) одночастотного навигационного приемника, а также отображение результатов вычисления, согласно изобретению, полученные посредством одночастного навигационного приемника координаты местонахождения этого навигационного приемника (x_i,y_i) сравнивают с заранее сформированными на основе априорной геодезической съемки координатами местонахождения навигационного приемника, (х₀,y₀), и получают разностные величины координат навигационного приемника Δx_i и Δy_i, далее образуют нормирующие коэффициенты S₁ и S₂ которые равны величинам:

S₁=Δx_i/Δx_max и

S₂=Δy_i/Δy_max,

где Δx_i и Δy_i - текущая ошибка определения координат навигационного приемника, Δx_max и Δy_max - задаваемое максимально возможное значение ошибки при определении координат местонахождения навигационного приемника, при этом величины текущей ошибки принимают значения 0≤Δx_i≤Δx_max и 0≤Δy_i≤y_max;

на основе значений величин S₁ и S₂ формируют обобщенный нормирующий коэффициент S, значение которого определяется исходя из условия:

S = S 1 2 + S 2 2 ;

затем осуществляют вычисление значение критической частоты КВ диапазона f_кp согласно выражению:

f_кр=(f_min+S·Δf);

где f_min - минимальная частота КВ диапазона,

Δf - полоса частот КВ диапазона (Δf=f_max-f_min),

f_max - максимальная частота КВ диапазона;

максимально применимая частота f_мпч определяется на основе выражения:

f_мпч=f_кp·secφ₀=(f_min+S·Δf)·secφ₀,

где φ₀=π/2-θ₀ - угол падения радиолуча на ионосферу;

коэффициент, значение оптимальной рабочей частоты f_орч радиоприемника и радиопередатчика КВ диапазона определяют из значений максимально применимой частоты КВ диапазона согласно выражению:

f_орч=0,9·f_мпч.

Способ может реализовываться так, что на основе оптимальной рабочей частоты f_орч формируют цифровой сигнал управления, представленный в последовательном двоичном коде, разрядность которого определяется максимально возможным числом организуемых частотных каналов n для ионосферной радиосвязи КВ диапазона из выражения:

n=(f_мпч-f_нпч)/Δf₀, где f_нпч - наименьшая применимая частота,

Δf₀ - полоса частот, которую занимает один канал радиопередачи,

n≤2^m, m - число разрядов цифрового сигнала управления,

m=1,2,3, …, Z.

Способ может быть реализован так, что при наличии изменения максимально применимой частоты f_мпч через определенные интервалы времени Δt_i, за счет ее увеличения или уменьшения, относительно первоначального исходного ее значения на моменты времени t₁, t₂, … t_n, которые характеризуют начало проведения сеансов радиосвязи на новых оптимальных рабочих частотах в КВ диапазоне для автоматического переключения несущей частоты радиопередатчика и радиоприемника осуществляют формирование цифрового управляющего сигнала на другую новую оптимальную рабочую частоту.

Использование существующих одночастотных НП типа GPS/ГЛОНАСС и формируемых ими сигналов позволяет оперативно, относительно просто и без больших затрат, наряду с выполнением целевой задачи определения координат местонахождения объекта (приемника) определять значение максимально применимой частоты, причем непрерывно, поскольку группа навигационных КА достаточное время будет находиться в зоне видимости НП. За счет низкой стоимости одночастотных НП типа GPS/ГЛОНАСС можно организовывать большое число приемных пунктов (что важно для протяженной территории РФ), одновременно работающих по нескольким направлениям (радиотрассам) вместо одного, как при использовании аппаратуры вертикального, наклонного, возвратно-наклонного или трансионосферного зондирования.

Технический результат достигается за счет исключения в известных способах операций, включающих косвенное определение электронной плотности или задержки радиосигналов в ионосфере для их последующего использования для нахождения МПЧ. В данном способе вводится новая конкретная операция, включающая определение расхождения в измерении параметров текущих координат одночастотным НП типа GPS/ГЛОНАСС по сравнению с заранее известными априорными данными о координатах местоположения НП, значение которых служат исходным эталоном для проведения сопоставительной оценки данных измерений.

Такой подход приводит к обеспечению необходимой калибровки для отсчета сигналов и привязки результатов измерений, что в явном виде отсутствует в известных способах, далее обеспечивает упрощение способа оценки МПЧ, позволяет достичь необходимой точности при высоком быстродействии обеспечения измерения данных. При этом достигается объективный учет суточных и сезонных вариаций состояния ионосферы, проявляющихся в реальном изменении задержки радиосигналов навигационных спутников.

Предлагаемый способ определения МПЧ базируется на следующих положениях. Из теории распространения радиоволн известно, что ионизированные слои полностью характеризуются высотой максимума электронной концентрации h и критической частотой f_кp - максимальной частотой отражающейся волны при вертикальном зондировании. Критическая частота зависит только от электронной концентрации в ионосферном слое и определяется в виде:

f 2 к р = 80,8 ⋅ N e ,                                                                                 ( 1 )

где N_e - число электронов в 1 м³ (f_кр определяется в Гц) или если число электронов в 1 см³ (f_кр определяется в кГц). Так, например, если в летний полдень концентрация электронов в слое Е достигла 10¹² электронов/м³, то f_kp≈9·10⁶ Гц или 9 МГц.

При увеличении частоты сигнала, вертикально падающие волны перестают отражаться, но полого падающие волны еще отражаются. При этом вокруг радиопередатчика образуется «мертвая зона», в которой сигнал не слышен. На больших же расстояниях сигнал может быть достаточно сильным.

Поскольку коэффициент преломления ионосферы зависит от частоты, то частота радиоволн f_мпч, испытывающей полное внутреннее отражение на высоте h при значении угла возвышения θ₀ может быть определена из выражения

f М П Ч = 80,8 N e sin θ 0 = f К Р ⋅ sec ϕ 0                                                                             ( 2 )

где N_e - электронная концентрация в точке поворота, f_кр - критическая (собственная) частота ионосферы, φ₀=π/2-θ₀ - угол падения радиолуча на ионосферу.

МПЧ это та частота, при которой еще отражаются волны, посланные антенной радиопередатчика в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ слой вообще перестает отражать волны, посланные с поверхности Земли, и они уходят сквозь ионосферу в космос.

Обычно на ионосферных радиолиниях связь возможна на рабочих частотах от НПЧ до МПЧ. На рабочей частоте формируется радиосигнал с полосой частот, равной Δf₀. Таким образом, на линии радиосвязи возможна организация нескольких радиоканалов, число которых

n = ( f м п ч − f н п ч ) / Δ f 0                                                                                 ( 3 )

Каждый канал характеризуется рабочей частотой, за которую принимается средняя частота из полосы Δf₀. Из-за изменчивости ионосферы - среды отражения радиосигнала и многолучевого характера его приема, надежность КВ радиосвязи на отдельных рабочих частотах может быть недостаточно высокой. Решение задачи обеспечения установленных требований по надежности и помехоустойчивости радиосвязи связано с адаптацией по рабочей частоте системы КВ связи к изменяющимся условиям распространения радиоволн.

Навигационная аппаратура потребителей (НАП) или навигационных приемников (НП) глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) применяется при создании современных систем навигации и ориентации. Это обусловлено, в первую очередь, такой их характеристикой, как возможность определения с высокой точностью координат, скорости и ориентации объекта, расположенного в любой точке земного шара.

Одной из основных проблем при использовании НП ГНСС является подверженность сигналов навигационных космических аппаратов ГНСС влиянию окружающей среды и помех. Заметное влияние на точность навигационных определений по сигналам систем ГЛОНАСС/GPS оказывают условия прохождения сигнала "сверху-вниз". Как показывают исследования, наибольшее влияние на погрешность измерения сигналов систем ГЛОНАСС/GPS оказывает ионосфера.

Дальность ρ(t) при радиотехнических измерениях характеризуется временем распространения сигнала от спутника до НП. В случае, когда это время точно известно (с исключением задержки радиосигнала ионосферой) истинная дальность составит величину

ρ и ( t ) = c ⋅ Δ t ,                                                                     ( 4 )

где с - скорость распространения радиоволн в космическом вакууме; Δt - интервал между моментом излучения сигнала КА и моментом его приема ПИ. За счет задержки радиосигнала ионосферой появляется псевдодальность ρ_п(t), которая отличается от истинной

ρ п ( t ) = c ⋅ ( Δt + Δ t з ) ,                                                   ( 5 )

где Δt_з - задержка радиосигнала ионосферой. При этом

Δ ρ з ( t ) = c ⋅ Δ t з                                                 ( 6 )

Учитывая выражение (5) можно записать, что

ρ п ( t ) = ρ и ( t ) + Δ ρ з ( t )                                                   ( 7 )

Величина запаздывания сигналов в ионосфере, зависит от периода 11-летнего цикла солнечной активности, сезонных и ежедневных вариаций электронной концентрации в ионосфере, угла места и азимута спутника, а так же от широты и долготы расположения НП.

Ионосферная рефракция радиосигнала спутника, вызванная различиями диэлектрической проницаемости слоев, расположенных на разных высотах, а также локальными неоднородностями, изменяется в широких пределах. В зависимости от района Земли, где расположен НП, времени суток, года, солнечной и геомагнитной активности и т.д., задержка спутникового радиосигнала в ионосфере может составлять величину 5…500 нс, что эквивалентно ошибке измерения дальности в 1,5…150 м.

Среднее значение этой погрешности для углов возвышения близких к 90° составляет в ночное время 5…10 нс и 30…50 нс - в дневное. При углах возвышения порядка 15° эти величины возрастают в 2…3 раза. При этом надо отметить, что величина задержки радиосигнала равной 1,0 нс вносит погрешность в измерении истинной дальности на 1,5 метра.

Надо отметить, что чем большая концентрация электронов будет в ионосфере, то тем большая задержка радиосигналов будет при их приеме и соответственно увеличится погрешность измерения дальности. Эта особенность может быть использована для определения f_мпч.

Предлагаемый способ определения МПЧ для ионосферной радиосвязи базируются на следующих положениях.

Во, первых, априорно известно, что КВ диапазон, это частоты от f_min=3 МГц (100 м) до f_max=30 МГц (10 м). При этом также известно, что радиоволны с рабочей частотой f_раб>f_max не отражаются от ионосферы, а проходят через ионосферу в космическое пространство, и наоборот частоты, для которых f_раб<f_max отражаются от ионосферы, как от зеркальной поверхности.

Предлагаемый способ определения максимально применимой частоты учитывает эти объективные особенности. Критическая частота представляется выражением, в котором содержится информация об известной ее фиксированной части и изменяющейся составляющей в виде

f к р = ( f min + Δ f i ) ,                                                                         ( 8 )

при этом максимальное значение величины Δf_i известно и равно величине Δf_max=(f_max-f_min). Величина Δf_i в первую очередь зависит от параметров ионосферы, которые могут быть определены через ее электронную плотность, величину задержки сигнала и т.д.

Представим величину Δf_i в виде Δf_i=S·Δf_max, где величина S представляет собой вводимый нормирующий коэффициент. Величина S определяется исходя из величины задержки радиосигнала в ионосфере (которая в свою очередь зависит от ее электронной плотности) и выражается в данном способе через ошибку определения координат Δx_i, Δy_i навигационным приемником, истинное положение которого на местности известно априорно.

Рассмотрим, как определяются величины Δx_i и Δy_i. Пусть НП радиосигналов находится в точке А с координатами (x,y), определяющих априорно известную широту и долготу его местоположения. За счет ошибки измерения истинных дальностей (из-за задержки сигнала в ионосфере) будет ошибка и в точном определении координат НП на величину Δx_i и Δy_i (фиг.1).

При этом можно записать, что при наличии ошибки в измерении координат точки А (местоположение НП) от истинного сместится на величину

A ( x 0 ± Δ x i , y 0 ± Δ