Et skridt i retning af at gøre GPS mere modstandsdygtig over for rumvejr

Samfund rundt om i verden er nu afhængige af satellitbaserede navigationssystemer, såsom GPS, til en lang række applikationer, inklusive transport, landbrug, militær ammunition, beredskabstjenester, og sociale netværk, blandt andre. Imidlertid, naturlige farer såsom rumvejr kan forstyrre signaler fra disse Global Navigation Satellite Systems (GNSS).

For bedre at forstå sådanne forstyrrelser, Sun et al. har udviklet en matematisk model, der nøjagtigt emulerer afbrydelser af GNSS-signaler forårsaget af et bestemt rumvejrfænomen:uregelmæssige lavdensitetspletter i det ladede ionplasma, der udgør Jordens ionosfære.

Disse plasmapletter med lav tæthed dannes normalt over Jordens ækvator omkring tusmørket og er kendt som ækvatoriale plasmabobler. Når GNSS-signaler støder på dem, signalerne gennemgår en form for modifikation kendt som ionosfærisk scintillation, som kan falme deres intensitet til det punkt, at de ikke længere registreres af en modtager - signalet kan gå tabt.

Mange GNSS-satellitter bruger signaler ved to forskellige frekvenser for at modvirke ionosfærisk scintillationsdrevet fading, med én frekvens, der fungerer som backup. Imidlertid, et signal kan stadig gå tabt, hvis begge frekvenser afbrydes.

For at fange virkningerne af ionosfærisk scintillation og udforske fordelene ved dobbeltfrekvente GNSS-signaler, forskerne udviklede den nye model ved hjælp af en matematisk tilgang kendt som en Markov-kæde. De estimerede parametre for modellen ud fra data om faktiske signalforstyrrelser forårsaget af ionosfærisk scintillation over Hong Kong den 2. marts 2014.

For at teste modellen, forskerne sammenlignede deres forudsigelser med data fra den virkelige verden og fandt ud af, at den nøjagtigt emulerede timingen og varigheden af ​​de faktiske signalforstyrrelser og gjorde det mere præcist end en tidligere model, der ikke brugte en Markov-kædetilgang. Modelsimuleringer tyder også på, at dobbeltfrekvente GNSS-signaler kan, Ja, markant modvirke de forstyrrende virkninger af stærk scintillation, specifikt i forbindelse med flynavigation.

I fremtiden, denne nye modelleringstilgang kunne udvides til at forbedre forståelsen af ​​andre effekter af ionosfærisk scintillation på GNSS-signaler, samt deres virkninger på andre breddegrader. En bedre forståelse af disse forstyrrelser kunne i sidste ende informere bestræbelserne på at gøre GNSS-satellitter mere modstandsdygtige over for scintillation og andre former for rumvejr.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Eos, vært af American Geophysical Union. Læs den originale historie her.