Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Анализ проблемы повышения показателей качества одномодовых ДКМ каналов связи в условиях диффузности и дисперсионности ионосферы на основе результатов измерения их уровней модифицированным аппаратно-программным комплексом трансионосферного зондирования ионосферы показал следующее. Дисперсионные искажения формы огибающей принимаемого ДКМ сигнала проявляются в каналах ДКМ связи только при передаче сигналов с шириной спектра свыше 80 кГц. При передаче по ДКМ каналам связи сигналов с меньшей шириной спектра невысокая помехоустойчивость и скорость передачи обусловлена наличием дискретной и диффузной многолучевости при РРВ, которые вызывают появление замираний и межсимвольной интерференции принимаемых сигналов. Дискретная многолучевость обусловлена отражением волны от различных слоев ионосферы и поверхности Земли и может быть устранена с помощью цифровых фазированных антенных решеток с узкой диаграммой направленности. Этот способ позволяет реализовать однолучевый (одномодовый) ДКМ канал связи, в котором замирания сигнала возникают по причине только диффузной многолучевости, обусловленой рассеянием волны на мелкомасштабных неоднородностях ионосферы. В этой связи актуальной задачей является разработка методик оценки вероятности ошибочного приема сигналов c бинарной ортогональной частотной модуляцией (BFSK), фазовой (PSK) и квадратурно-амплитудной (QAM) модуляцией в одномодовом ДКМ канале связи в зависимости от уровня диффузности ионосферы и выбора отношения рабочей частоты волны к максимально применимой частоте. Данные методики должны включать следующие этапы определения: 1) зависимости параметра Райса в одномодовом ДКМ канале связи от отношения рабочей частоты к МПЧ и уровня диффузности ионосферы с применением модифицированного аппаратно-программного комплекса GPS зондирования ионосферы; 2) зависимости вероятности ошибочного приема сигналов с BFSK , PSK и QAM от отношения рабочей частоты к МПЧ и уровня диффузности ионосферы . 2. Разработка математических моделей описания электронной концентрации и ПЭС в ионосфере для оценки уровня ее диффузности и дисперсионности состояла в следующем. осуществлялась в направлении теоретического обобщения на случай описания ПЭС при произвольных углах РРВ через ионосферу. Область применимости известной математической модели описания ПЭС в ионосфере, подходящей для оценки уровня ее диффузности и дисперсионности, ограничена рассмотрением только вертикального РРВ. Однако обычно трасса РРВ от космического аппарата (КА) ГНСС до приемника проходит через ионосферу не вертикально, а под некоторым углом возвышения. Поэтому при наклонной навигационной трассе величина ПЭС будет зависеть от этого угла. Обосновано, что при достаточно большом угле наклона трассы РРВ относительно горизонта (больше 30 градусов) регулярная и флуктуационная составляющие наклонного ПЭС будут превосходить значения этих составляющих для вертикального ПЭС на коэффициент, равный косекансу угла возвышения. 3. Обоснование и разработка принципа построения аппаратно-программного комплекса трансионосферного зондирования ионосферы и оценки уровня ее диффузности и дисперсионности на основе модификации двухчастотных навигационных приемников типа GPStation-6. Он состоит в измерении приемником GPStation-6. задержки огибающей и фазы принимаемых сигналов ГНСС на двух несущих частотах и расчете по этим параметрам ПЭС ионосферы на трассе РРВ для последующего выделения (фильтрации) мелкомасштабных флуктуаций ПЭС ионосферы и расчета их среднеквадратического отклонения (СКО). В соответствии с принципом построения аппаратно-программного комплекса трансионосферного зондирования ионосферы разработана структурная схема модифицированного приемника GPStation-6, которая состоит из 2 основных частей: 1) аппаратной части, включающей двухчастотный (ДЧ) приемник GPStation-6, осуществляющий измерение псевдодальностей и псевдофаз до КА ГНСС на двух несущих частотах; 2) блока дополнительного программного обеспечения, в котором осуществляется кодово-фазовые измерения ПЭС ионосферы с частотой дискретизации 50 Гц, цифровая фильтрация из временных рядов ПЭС мелкомасштабных флуктуаций и расчет их СКО. В блоке расчета ПЭС по кодово-фазовым измерениям в каждый момент отсчета времени с частотой дискретизации 50 Гц вычисляется ПЭС ионосферы на наклонной трассе РРВ. Для выделения только мелкомасштабных флуктуаций из полученных рядов ПЭС используется цифровой фильтр Баттерворта 6-го порядка, граничные частоты которого рассчитываются по разработанной методике.. В блоке расчета СКО мелкомасштабных флуктуаций ПЭС ионосферы вычисляются их значения за 50 отчетов. 4. Разработка алгоритма функционирования аппаратно-программного комплекса трансионосферного зондирования ионосферы и оценки уровня ее диффузности и дисперсионности на основе модификации двухчастотных навигационных приемников типа GPStation-6 осуществлена в соответствии с структурной схемой комплекса. В разработанном алгоритме комплекса в каждый момент отсчета времени с интервалом 0,02 с осуществляется вычисление ПЭС ионосферы на наклонной трассе РРВ от КА ГНСС до приемника GPStation-6. C течением времени по мере накопления дискретных значений ПЭС ионосферы на выходе блока дополнительного программного обеспечения будут формироваться временные ряды мелкомасштабных флуктуаций ПЭС ионосферы и их СКО. Разработанный алгоритм положен в основу его аппаратно-программной реализации. На физическом уровне комплекс состоит из двухчастотного GISTM-приёмника NovAtel GPStation-6, персонального компьютера (ПК) мониторинга, сервера обработки данных и клиентского ПК. На программном уровне ПК мониторинга и сервер обработки используют операционную систему семейства GNU/Linux Astra Linux и систему контейнеризации Docker в связке с Docker Compose. 5. Экспериментальные исследования по измерению модифицированным приемником GPStation-6 мелкомасштабных флуктуаций и среднего значения полного электронного содержания ионосферы, уровней ее диффузности и дисперсионности на территории Северо-Кавказского федерального университета (г. Ставрополь). С помощью аппаратно-программной реализации комплекса наблюдалось перемещение КА типа GPS-30 в 45-минутном интервале 08:47 – 09:32 по гринвичскому времени. Получены экспериментальные результаты изменения на этом интервале времени ПЭС ионосферы на трассе РРВ при перемещении КА GPS-30. Наблюдалось увеличение ПЭС на этой трассе РРВ с величины 16 ТECU до 22 ТECU (т.е. в 1,3 раза). На 4-минутном интервале времени с 09:08 до 09:12 наблюдалось увеличение флуктуационной составляющей ПЭС до 0,05 TECU, что в 1,6 раз превышают фоновые значения TECU на участках времени 08:47…09:08 и 09:12…09:32. В момент времени, близкий к 09:11 они с течение нескольких секунд могут достигать максимальной величины 0,1 TECU (т.е. почти в 3 раза выше фонового значения 0,03 TECU).

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Пространственно-временные модели одномодового ДКМ канала связи с замираниями различных типов и дисперсионными искажениями, позволяющие установить зависимости их параметров от уровня диффузности и дисперсионности ионосферы и выбора рабочей частоты. В ионосфере (особенно в области экваториальных и полярных широт) наблюдаются естественные возмущения ионосферы, вызывающие при трансионосферном распространении радиоволн (РРВ) в одномодовом ДКМ канале интерференционные замирания (или мерцания, сцинтилляции) принимаемых сигналов. При сильных возмущения ионосферы могут возникать частотно-селективные замирания (ЧСЗ), межсимвольная интерференция (МСИ) и дисперсионные искажения (ДИ) принимаемых сигналов. В этих условиях помехоустойчивость ДКМ связи существенно (на несколько порядков) снижается. Анализ причин возникновения замираний в одномодовых ДКМ каналах показал, что при ионосферных возмущениях может сущестенно возрастать интенсивность мелкомасштабных (10...1000 м) неоднородностей электронной концентрации (ЭК) ионосферы (т.е. уровень диффузности ) относительно среднего (фонового) значения на линии (трассе) распространения радиоволн от передатчика до приемника ДКМ связи. В этих условиях РРВ сопровождается искажениями (флуктуациями) фазового фронта влны на выходе неоднородной ионосферы . Дальнейшее РРВ за ионосферой в свободном пространстве до приемника происходит по множеству различных путей (диффузных лучей), образуемых на поверхности фазового фронта. В результате интерференции приходящих диффузных лучей на входе приемника ДКМ связи возникают замирания. По мере возрастания среднеквадратического отклонения (СКО) мелкомасштабных флуктуаций ЭК ионосферы и определяемых им СКО фазового фронта волны на выходе ионосферы происходит сужение полосы когерентности (интервала частотной корреляции) замираний в трансионосферном канале связи. Когда в результате сужения ширины полосы когерентности трансионосферного канала она становится сравнимой с шириной спектра передаваемых сигналов, замирания их частотные составляющих становятся частотно-селективными (ЧСЗ). Одновременно с ЧСЗ возникают МСИ принимаемых сигналов. Таким образом, глубина общих (неселективных) замираний и полоса их когерентности в принимаемых сигналах, которые определяют помехоустойчивость одномодовых ДКМ каналов связи, зависят от СКО мелкомасштабных флуктуаций ЭК ионосферы. Этот параметр можно определить на основе измерений СКО флуктуаций полного электронного содержания (ПЭС) ионосферы на трассе РРВ глобальной навигационный спутниковой системы (ГНСС) методами GPS-мониторинга с помощью двухчастотного приемника GPStation-6 . Аналогично полосе (интервалу) частотной когерентности можно определить интервалы пространственной и временной корреляции замираний в одномодовом ДКМ канале (необходимые для применения методов разнесенного приема синалов) на осное методов GPS-мониторинга СКО флуктуаций ПЭС ионосферы на трассе ГНСС. Кроме того, методами GPS-мониторинга можно измерить и среднее (фоновое) значение ПЭС на трассе РРВ, на основе которого можно рассчитать полосу дисперсионных искажений на трассе РРВ в одномодовом ДКМ канале связи. На основе описанного подхода осуществлена разработка моделей одномодового ДКМ канала связи с замираниями и дисперсионными искажениями и получены аналитические зависимости параметров, характеризующих глубину общих замираний принимаемых сигналов (индекс ионосферных мерцаний, параметры Райса), интервалов частоной, пространственной и временной корреляции замираний принимаемых сигналов и полосы дисперсионных искажений от выбора частотно-временных параметров сигналов и геометрии ДКМ радиолинии на базе GPS-монторинга уровня диффузности ионосферы и среднего значения ПЭС на трассе ГНСС. 2. Метод оценки показателей качества одномодового ДКМ канала связи, позволяющего установить их зависимости от уровня диффузности и дисперсионности ионосферы, параметров передаваемых сигналов и их разнесенного приема базируется на установлении зависимости вероятности ошибочного приема сигналов от отношения сигнал /шум и параметров замираний принимаемых сигналов (их глубины и интервалов частотной, временной и простанственной корреляции), зависящих от уровня дуффузности ионосферы и полосы дисперсионных искажений. На основе оценки помехоустойчивости (вероятности ошибки) приема сигналов (одиночного и разнесенного) в каналах связи с замираниями представляется возможным определить вероятность (надежность) связи и пропускную способность каналов связи. В результате разработки метода оценки показателей качества одномодового ДКМ канала связи в зависимости от уровня диффузности и дисперсионности ионосферы, параметров передаваемых сигналов и их разнесенного приема получены аналитические зависимости вероятности ошибочного приема сигналов, вероятности сязи и пропускной пособности от отношения сигнал/шум на входе приемника и частотно-временных параметров передаваемых сигналов (рабочей частоты, ширины спектра, длительности, базы), а также уровня диффузности и дисперсионности ионосферы. 3. Рекомендации по повышению показателей качества одномодовых ДКМ каналов связи на основе оценки уровней диффузности и дисперсионности ионосферы модифицированным приемником GPStation-6. Разработана структура построения комплекса прогноза помехоустойчивости трансионосферных каналов связи при возмущениях ионосферы, которые сопровождаются возникновением частотно-селективных замираний, межсимвольной интерференции и дисперсионных искажений принимаемых сигналов, на основе результатов GPS-мониторинга ионосферы, реализованного с помощью модифицикации программного обеспечения двухчастотного премника GPStation-6. Рабработаны рекомендации по повышению помехоустойчивости одномодового ДКМ канала связи путем адаптации частотно-временных параметров передаваемых сигналов (рабочей частотой, ширины спектра, длительности, базы) к результатам GPS-мониторинга среднего значения и СКО мелкомасштабных флуктуаций ПЭС ионосферы. Разработаы методы синтеза формирования ансамблей ортогональных кодовых последовательностей для формирования широкополосных сигналов с небольшой базой с требуемыми корреляционными функциями для снижения их частотно-селективных и дисперсионных искажений.