Устойчивость управления беспилотными транспортными системами в северных районах при повышенных геомагнитных возмущениях

Одной из приоритетных задач Российской Федерации, согласно стратегии развития Арктической зоны, является интенсивное развитие и внедрение беспилотных транспортных систем для работы в Арктике, поэтому возникают различные задачи, связанные с навигацией беспилотными объектами. Рассматривается влияние повышенной геомагнитной активности на работу навигационных систем беспилотных транспортных систем. Локальные изменения электронной концентрации в ионосфере, возникающие из-за геомагнитных возмущений, могут приводить к изменению параметров  сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, что, в свою очередь, вызывает ошибки позиционирования и потерю сигнала, особенно в высокоширотных регионах. Например, при высоких значениях планетарного индекса геомагнитной активности вероятность потери сигнала превышает 30 %. На основе полученных результатов предложены рекомендации по увеличению устойчивости управления беспилотными транспортными системами в условиях повышенной геомагнитной активности: коррекция полного электронного содержания в реальном времени, гибридная навигация с двухшаговым фильтром Калмана, учет прогноза геомагнитной активности. Результаты математического моделирования подтверждают значимость учета геомагнитной активности для сохранения устойчивости управления беспилотными транспортными системами за счет снижения ошибок позиционирования. В качестве программного инструментария использован MatLab.

1. Белаховский В. Б., Будников П. А., Калишин А. С., Пильгаев С. В., Ролдугин А. В. Влияние геомагнитных возмущений на сцинтилляции сигналов ГЛОНАСС и GPS спутников по данным наблюдений на Кольском полуострове // Солнечно-земная физика. 2023. Т. 9, № 3. С. 58–72. DOI: 10.12737/szf-93202307.

2. Yeh K. C., Liu C. H. Radio wave scintillations in the ionosphere // Proc. IEEE. 1982. Vol. 70, N 4. P. 24–64. DOI: 10.1109/PROC.1982.12313.

3. Basu S., Groves K. M., Basu S., Sultan P. J. Speci¿cation and forecasting of scintillations in communication/navigation links: Current status and future plans // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2002. Vol. 64, N 16. P. 1745–1754.

4. Kintner P. M., Ledvina B. M., de Paula E. R. GPS and ionospheric scintillations // Space Weather. 2007. Vol. 5. P. S0900.

5. Лазутин Л. Л. Овал полярных сияний — прекрасная, но устаревшая парадигма // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 1. С. 23–35. DOI 10.12737/5673.

6. Шагимуратов И. И., Филатов М. В., Ефишов И. И. Флуктуации полного электронного содержания и ошибки GPS-позиционирования, обусловленные полярными сияниями во время аврорального возмущения 27 сентября 2019 г. // Изв. РАН. Сер. физическая. 2021. Т. 85, № 3. С. 433–439. DOI: 10.31857/S036767652103025X.

7. Astafyeva E., Yasyukevich Yu., Maksikov A., Zhivetiev I. Geomagnetic storms, super-storms, and their impacts on GPS-based navigation systems // Space Weather. 2014. Vol. 12, is. 7. P. 508–525. DOI: 10.1002/2014SW001072.

8. Report Air Force Institute of Technology. Department of the Air Force Air University. 2012 [Электронный ресурс]: .

9. Николаев А. В., Долгачева С. А., Черняева С. А. О точности определяемых видимых границ полярных сияний в модели OVATION-Prime (PC) // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2021. Т. 37, № 4. С. 171–182. DOI: 10.26117/2079-6641-2021-37-4-171-182.

10. Vorobev A. V., Pilipenko V. A., Krasnoperov R. I., Vorobeva G. R., Lorentzen D. A. Short-term forecast of the auroral oval position on the basis of the “virtual globe’’ technology // Russ. J. Earth Sci. 2020. Vol. 20. Р. ES6001. DOI: 10.2205/2020ES000721.

11. Сажин В. И., Вдовин Е. М., Торшина А. В. Моделирование полного электронного содержания ионосферы // Изв. Иркутского государственного университета. Сер. Науки о Земле. 2014. Т. 9. С. 94–102.

12. Klobuchar J. A. Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users // IEEE Transactions on Aerospace Electronic Systems. 1987. Vol. 23. P. 325–331.

13. Гришенцев А. Ю., Коробейников А. Г., Величко Е. Н., Непомнящая Э. К., Розов С. В. Синтез бинарных матриц для формирования сигналов широкополосной связи // Радиотехника. 2015. № 9. С. 51–58.

14. Коробейников А. Г., Кудрин П. А., Сидоркина И. Г. Алгоритм распознавания трехмерных изображений с высокой детализацией // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2010. № 2. С. 91–98.

15. Grewal M. S., Andrews A. P. Kalman Filtering: Theory and Practice with MATLAB. Wiley, 2015. 640 p.