Математика поможет сделать сигнал GPS более устойчивым к атмосферным помехам
Такие пятна низкой плотности обычно образуются над экватором Земли — они также известны как экваториальные плазменные пузыри. Когда сигналы сталкиваются с ними, в сигнал вносятся помехи — это явление также известно как ионосферная сцинтилляция. Соотношение сигнал/шум может стать таким низким, что приемник будет не в состоянии распознать сигнал.
Именно поэтому многие спутники используют сигналы на двух разных частотах для борьбы с затуханием, вызванным ионосферной сцинтилляцией — одна частота используется в качестве резервной. Однако если помехи найдутся на обеих частотах, сигнал все равно может быть потерян.
Чтобы учесть влияние ионосферной сцинтилляции и исследовать преимущества двухчастотных сигналов, исследователи разработали новую модель на основе цепей Маркова. Посчитав, что вероятность нарушения сигнала зависит только от предыдущего состояния, они оценили параметры модели на основе данных о помехах, вызванных ионосферной сцинтилляцией над Гонконгом 2 марта 2014 года.
Исследователи сравнили прогнозы модели с реальными данными и обнаружили, что она точно имитирует время и продолжительность фактических сбоев сигнала. Прошлая модель делала это менее точно. Симуляция также помогла выявить преимущество двухчастотных сигналов.
Более глубокое понимание помех, вызванных ионосферной сцинтилляцией, может помочь повысить устойчивость спутников и к другим атмосферным и космическим помехам, однако уже этот результат весьма значим и поможет повысить точность навигационных систем.
Чтобы лучше понять и научиться прогнозировать сбои навигационных систем, учёные разработали математическую модель, которая точно эмулирует прерывания сигналов, вызванные нерегулярной плотностью заряженной ионной плазмы, составляющей ионосферу Земли.