priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-7-576-584pribor-135Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, MANAGEMENT AND INFORMATION PROCESSINGПредварительная обработка данных спутникового навигационного приемника в задаче трехмерной томографии верхней ионосферыPreliminary processing of data from a satellite navigation receiver in the problem of three-dimensional upper ionosphere tomographyТитовН. С.TitovN. S.

Никита Сергеевич Титов - межвузовская кафедра космических исследований, НИЛ-102 „Перспективные фундаментальные и прикладные космические исследования на базе наноспутников“; инженер-программист

Самара

Nikita S. Titov - Inter-University Department of the Space Researches; Research Laboratory 102 for Perspective Fundamental and Applied Space Research Based on Nanosatellites; Engineer-Programmer

Samara

titov.ns@ssau.ruНиколаевП. Н.NikolaevP N.

Петр Николаевич Николаев -канд. физ.-мат. наук;  межвузовская кафедра космических исследований, НИЛ-102 „Перспективные фундаментальные и прикладные космические исследования на базе наноспутников“; ст. науч. сотрудник

Самара

Pyotr N. Nikolaev - PhD; Inter-University Department of the Space Researches; Research Laboratory 102 for Perspective Fundamental and Applied Space Research Based on Nanosatellites; Senior Researcher

Samara

nikolaev.pn@ssau.ruСамарский национальный исследовательский университет им. акад. С. П. КоролеваSamara University202327112024667576584Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/135

Рассмотрена задача трехмерной томографии верхней ионосферы по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем, принимаемым на навигационном приемнике низкоорбитального спутника. Представлена методика предварительной обработки данных спутникового навигационного приемника, которая заключается в прогнозе координат центров масс низкоорбитального спутника и навигационных спутников, оценке полного электронного содержания ионосферы с последующей отбраковкой выбросов, а также в выборе области реконструкции. Методика апробирована на данных, полученных с навигационного приемника космического аппарата из группировки метеорологических спутников FormoSat-7/COSMIC-2. Результаты оценки полного электронного содержания позволяют применить алгоритм непрерывного решения задачи трехмерной томографии ионосферы, что, в свою очередь, позволяет оценить электронную концентрацию ионосферы в верхней ионосфере. 

The problem of three-dimensional tomography of the upper ionosphere based on the signals of global navigation satellite systems obtained by the navigation receiver of a low-orbit satellite is considered. A method for preliminary processing of data from a satellite navigation receiver is presented, which consists in predicting the coordinates of the centers of mass of a low-orbiting satellite and navigation satellites, estimating the total electron content of the ionosphere with subsequent rejection of emissions, and also choosing a reconstruction area. The technique was tested with data obtained from the navigation receiver of the spacecraft from the FormoSat-7/COSMIC-2 meteorological satellite constellation. The results of the total electron content estimation make it possible to apply the algorithm for the continuous solution of the problem of three-dimensional tomography of the ionosphere, which, in turn, allows us to estimate the electron concentration of the ionosphere in the upper ionosphere.

ионосферананоспутниктомографияпсевдодальностьфазовые измеренияполное электронное содержаниеCOSMIC-2GPSionospherenanosatellitetomographypseudo-rangephases measurementsTECCOSMIC-2GPSработа выполнена в рамках проекта 0777-2020-0018, финансируемого из средств государственного задания победителям конкурса научных лабораторий образовательных организаций высшего образования, подведомственных Министерству науки и высшего образования РФ.The work was carried out within the framework of the project 0777-2020-0018, financed from the funds of the state task for the winners of the competition of scientific laboratories of educational institutions of higher education, subordinated to the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation.ReferencesParrot M., Tramutoli V., Liu T. J. Y. et al. Atmospheric and ionospheric coupling phenomena associated with large earthquakes // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2021. N 230. Р. 197—225. DOI: 10.1140/epjst/e2020-000251-3.Parrot M., Tramutoli V., Liu T.J.Y. et al. Eur. Phys. J. Spec. Top., 2021, vol. 230, рр. 197–225, https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000251-3.Petit G., Luzum B. IERS Technical Note No. [Электронный ресурс]: <http://www.iers.org>, 15.02.2022.Petit G., Luzum B. IERS Technical Note, http://www.iers.org.Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice. N. Y.: Springer Verlag Wien, 2001. 382 p.Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Collins J. Global Positioning System. Theory and Practice, NY, Springer Verlag, 2001, 382 p.Schrijver C. J., Kauristie K., Aylward A. D. et al. Understanding space weather to shield society: A global road map for 2015—2025 commissioned by COSPAR and ILWS // Adv. Space Res. 2015. N 55 (12). P. 2745—2807. DOI: 10.1016/j.asr.2015.03.023.Schrijver C.J., Kauristie K., Aylward A.D. et al. Adv. Space Res., 2015, no. 12(55), pp. 2745–2807, https://doi.org/10.1016/j.asr.2015.03.023.Leitinger R., Schmidt G., Tauriainen A. An evolution method combining the differential doppler measurements from two stations and enables the calculation of the electron content of the ionosphere // J. Geophys. 1975. N 41 (1). P. 201—213.Leitinger R., Schmidt G., Tauriainen A. J. Geophys., 1975, no. 1(41), pp. 201–213.Солодовников Г. К., Синельников В. М., Крохмальников Е. Б. Дистанционное зондирование ионосферы Земли с использованием радиомаяков космических аппаратов. М.: Наука, 1988. 191 с.Solodovnikov G.K., Sinelnikov V.M., Krokhmalnikov E.B. Distantsionnoye zondirovaniye ionosfery Zemli s ispol'zovaniyem radiomayakov kosmicheskikh apparatov (Remote Sensing of the Earth's Ionosphere Using Radio Beacons of Space Vehicles), Moscow, 1988, 191 р. (in Russ.)Романов А. А., Новиков А. В. Измерение полного электронного содержания ионосферы Земли с помощью многочастотного когерентного зондирующего сигнала // Вопр. электромеханики. Тр. ВНИИЭМ. 2009. Т. 111, № 4. С. 31—36.Romanov A.A., Trusov S.V., Novikov A.V., Ajalova А.V., Selin V.А. Electromechanical matters. VNIIEM studies, 2009, no. 4(111), pp. 31–36. (in Russ.)Nikolaev P., Filonin O., Belokonov I. Rapid filtered back-projection algorithm in 2D ionospheric radio tomography using satellite-to-satellite measurements // Adv. Space Res. 2021. N 68 (10). P. 4167—4188. DOI: 10.1016/j.asr.2021.07.042.Nikolaev P., Filonin O., Belokonov I. Adv. Space Res., 2021, no. 10(68), pp. 4167–4188, https://doi.org/10.1016/j.asr.2021.07.042.Radon J. On the Determination of Functions from Their Integral Values along Certain Manifolds // IEEE Trans. Med. Imaging. 1986. N 5(4). P. 170—176.Radon J. IEEE Trans Med Imaging., 1986, no. 4(5), pp. 170–176.Алпатов В. В., Куницын В. Е., Лапшин В. Б., Романов А. А., Тасенко С. В. Опыт создания Росгидрометом сети радиотомографии для исследования и мониторинга ионосферы // Гелиогеофизические исследования. 2012. Вып. 2. C. 60—71.Alpatov V.V., Kunitsyn V.E., Lapshin V.B., Romanov A.A., Tasenko S.V. Heliogeophysical research, 2012, no. 2, pp. 60–71. (in Russ.)Aleshin I. M., Alpatov V. V., Vasil’ev A. E. et al. Online service for monitoring the ionosphere based on data from the global navigation satellite system // Geomag. Aeron. 2014. N 54 (4). P. 456—462. DOI: 10.1134/S0016793214040094.Aleshin I.M., Alpatov V.V., Vasil’ev A.E. et al. Geomag. Aeron., 2014, no. 4(54), pp. 456–462, https://doi.org/10.1134/S0016793214040094.Yen N. L., Fong C.-J., Chang G. S. Approaching the First Global Radio Occultation Operational Mission Using Constellation LEO Satellites // EUMETSAT Meteorological Satellite Conf. 2012. 9 p.Yen N.L., Fong C.-J., Chang G.S. 2012 EUMETSAT Meteorological Satellite Conference, 2012, 9 p.FormoSat-3. eoPortal Directory [Электронный ресурс]: <https://earth.esa.int/web/eoportal/satellitemissions/f/formosat-3>, 15.02.2022.FormoSat-3. eoPortal Directory, https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/f/formosat-3FormoSat-7. eoPortal Directory [Электронный ресурс]: <https://earth.esa.int/web/eoportal/satellitemissions/f/formosat-7>, 15.02.2022.FormoSat-7. eoPortal Directory, https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/f/formosat-7.MetOp. eoPortal Directory [Электронный ресурс]: <https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/m/metop>, 15.02.2022.MetOp. eoPortal Directory, https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/m/metop.Ионозонд, Институт космических исследований Российской академии наук [Электронный ресурс]: <https://iki.cosmos.ru/missions/ionozond>, 15.02.2022.https://iki.cosmos.ru/missions/ionozond. (in Russ.)FORMOSAT-7. National Space Organization [Электронный ресурс]: <https://www.nspo.narl.org.tw>, 15.02.2022.FORMOSAT-7. National Space Organization, https://www.nspo.narl.org.tw.Романов А. А., Романов А. А., Трусов С. В., Урличич Ю. М. Спутниковая радиотомография ионосферы. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. 296 с.Romanov A.A., Romanov A.A., Trusov S.V., Urlichich Yu.M. Sputnikovaya radiotomografiya ionosfery (Satellite Radiotomography of the Ionosphere), Moscow, 2013, 296 р. (in Russ.)UCAR COSMIC Program, 2019: COSMIC-2 Data Products [Data set]. UCAR/NCAR - COSMIC [Электронный ресурс]: <https://doi.org/10.5065/T353-C093>, 15.02.2022.UCAR COSMIC Program, 2019: COSMIC-2 Data Products [Data set]. UCAR/NCAR - COSMIC, https://doi.org/10.5065/T353-C093.Hatanaka Y. A Compression Format and Tools for GNSS Observation Data // Bull. of the Geographical Survey Institute. 2008. N 55.Hatanaka Y. Bulletin of the Geographical Survey Institute, 2008, vol. 55.Hoots F. R., Roehrich R. L. Models for Propagation of NORAD Element Sets // Spacetrack Report. 1980. N 3. 91 p.Hoots F.R., Roehrich R.L. Spacetrack report, 1980, no. 3, 91 p.Press W. H. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing. Cambridge Univ. Press, 2007.Press W.H. Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, NY, Cambridge University Press, 2007.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.