Математика поможет сделать сигнал GPS более устойчивым к атмосферным помехам
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.
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.