Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В 2023 г. выполнены следующие работы: 1. Проведены работы по модернизации подсистемы сбора данных ГНСС в рамках системы SIMuRG (https://simurg.iszf.irk.ru) для регулярного сбора данных сетей отечественных сетей. В связи со спецификой доступа подсистема выведена в отдельный микросервис. Проведено тестирование необходимой для построения карт ПЭС сети в том числе и с учетом регулярности появления данных. На территории РФ выбраны ~200 станций для построения карт полного электронного содержания. С целью увеличения доступного количества данных и скорости их получения была разработана система распределенного получения данных зарубежных сетей. На период подачи отчета системой собрано ~20 млн. файлов наблюдений ГНСС в формате Rinex объемом ~50 TБ за ~9 тыс. дней в период 1998-2023гг. 2. Выполнены работы по созданию и тестированию инфраструктуры для получения и хранения глобальных ионосферных карт. Накопленные карты используются для обучения моделей, основанных на методах машинного обучения для прогноза глобального распределения полного электронного содержания. Для доступа к моделям разработан микросервис предоставляющий внешний интерфейс для системы SIMuRG, которая обеспечивает графический интерфейс пользователя для доступа к прогнозам. Дополнительно интерфейс предоставляет информацию о версии модели и параметрах обучения. На текущий момент проведены работы по среднесрочному прогнозированию глобального распределения полного электронного содержания на основе индекса солнечной активности F10.7. 3. Проведено моделирование возможности реконструкции глобальных карт индекса возмущенности ионосферы ROTI, оценены параметры необходимой сети приемных пунктов и возможные пространственно-временные разрешения. Собран банк данных ROTI, вариаций ПЭС трех диапазонов периодов, а также абсолютного ПЭС (на основе обработки данных RINEX). 4. Проведены выездные измерения для оценки фактической наблюдаемости и интенсивности сбоев измерений кодовых компонент сигналов GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS, IRNSS и SBAS в условиях действия сильной многолучевости. Динамические измерения проведены в процессе перемещения на автомобиле в условиях плотной городской застройки с использованием мультисистемного приемника Septentrio PolarX5 и NovAtel GPS-704-X с частотой регистрации измерений 50 Гц. Проведен системный анализ характеристик шумов дальномерных измерений кодовых компонент сигналов GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS, IRNSS и SBAS в стационарных условиях наблюдений. Измерения проведены и использованием мультисистемных приемников Septentrio PolarX5 и Javad Delta-G3T, подключенных к общей антенне Javad RingAnt-G3T. Оборудование установлено в стационарном пункте в ИСЗФ СО РАН (пункт ISTP). 5. Проведен анализ глобального электронного содержания в период 1998-2023 гг. Проведено моделирование ГЭС в 25-м цикле солнечной активности используя данные 23-24го циклов. В качестве основы использовалась технология нейронных сетей. План работ выполнен полностью. Работы в части моделировании ГЭС являются дополнительными к плану и лежат в плоскости целей проекта. В 2023 г. выполнены получены следующие результаты: 1. Разработана инфраструктура включающая в себя надежное хранилище данных на основе RAID-массива, база данных (https://simurg.space/db), способы получения и предоставления данных конечных пользователям при помощи графического интерфейса. Данные собираются и обрабатываются автоматически с учетом загруженности и доступности данных международных и отечественных систем. Алгоритм расчета отечественных ионосферных карт адаптированный для работы в системе SIMuRG и иное программное обеспечение доступно в публичном репозитории (https://github.com/gnss-lab). 2. Разработаны модели для среднесрочного прогноза глобального распределения полного электронного содержания. В качестве обучающего набора использовались данные 1998–2020 гг., валидационного набора – за 2021 г., тестового набора – за 2022 г. Модели доступны на ресурсе SIMuRG (https://simurg.space/tec_forecast). Разработаны модели на базе полносвязной нейронной сети (GIMLi-DenseNN-F10.7), линейной регрессии(GIMLinear-F10.7) и градиентного бустинга (GIMLi-XGBDT-F10.7). В качестве входного параметра для прогноза ПЭС на горизонт 1–3 дня является текущее значение индекса F10.7. Созданы альтернативные модели, использующие среднее арифметическое стандартного отклонения индекса F10.7 за периоды 27 дней и 180 дней. 3. Результаты моделирования реконструкции карт ROTI показали, что несмотря на различие в орбитах и характеристиках сигналов, возможно в рамках одной процедуры комбинировать оценки ROTI, полученные с использованием сигналов различных ГНСС. При картировании индекса ROTI на регулярной пространственно-временной сетке в солнечно-синхронной геомагнитной системе координат при размерах сетки 2x2° MLAT и локальному времени для северного полушария (50-90°), текущая конфигурация мировой приемной сети ГНСС дает возможность получать регулярные карты ROTI с временем усреднения 6 ч, что лучше стандартных продуктов, предоставляемых IGS. Для достижения временного разрешения в один час конфигурация сети должна обеспечивать расстояния между соседними станциями ~350 км. Для анализа быстрых ионосферных процессов имеет смысл фокусироваться на анализе данных ROTI на нерегулярно распределенном, но большом числе подионосферных точек, что дает возможность добиться необходимого временного разрешения. Такой подход в настоящий момент реализован в системе SIMuRG, где аккумулированы данные ROTI для всех доступных приемных пунктов за ~9 тыс. дней в период 1998-2023гг. 4. Выявлено, что наблюдаемость дальномерных измерений для разных сигнальных компонент ГНСС в условиях сильной многолучевости существенно зависит от вида сигнальной компоненты. Наилучшая устойчивость отмечалась для компонент: C2I, C6I, системы BeiDou; C1C, C1W, C2W – GPS; C1C – ГЛОНАСС; C5Q, C7Q – Galileo. Наихудшая устойчивость компонент в условиях многолучевости: C1P, C5P, C7I для системы BeiDou; C1L и C5Q – GPS; C2C – ГЛОНАСС; C1C - Galileo. Получены статистически значимые оценки шумов дальномерных измерений при использовании разных компонент сигналов ГНСС. Самый низкий уровень среднеквадратического отклонения (СКО) (в среднем за сутки) соответствует компоненте C5Q – ~ 0.06-0.08 м; для C1W и C2W GPS – ~ 0.1-0.15 м; C2L и C1C – ~ 0.2-0.25 м. Для ГЛОНАСС шумы характеризуются большими значениями: С1P –~0.25 м, С1С – 0.4 м, С2P – 0.5 м, С2С – ~ 1 м. Рекомендовано повысить устойчивость работы алгоритмов решения навигационной задачи в условиях нерегулярных внешних воздействий (многолучевость, факторы космической погоды) путем следующих мероприятий: - Адаптивного подбора дальномерных измерений по сигнальным компонентам, которые наиболее устойчивы к воздействию нерегулярных факторов; - Преимущественного использования сигналов спутников на геостационарных и геосинхронных орбитах для решения навигационной задачи в силу отсутствия угловой зависимости шумов дальномерных измерений по сигналам таких спутников; - Адаптивного подбора конфигураций сигналов спутников от двух и более систем ГНСС, которые обладают наилучшей совместимостью по критерию максимальной равноточности дальномерных измерений. 5. Разработана модель прогнозирования ГЭС в 25-м цикле солнечной активности. Показано, что без учета данных о динамике F10.7 модель не может в полной мере описать скорость нарастания ГЭС в 25-м цикле. В то же время модель, включающая F10.7 успешно справляется с этой задачей.