Ученые ИСЗФ СО РАН и МГУ разработают новые методы мониторинга и прогноза состояния ионосферы

Ученые Института солнечно-земной физики СО РАН и Московского государственного университета получили грант Российского научного фонда для разработки методов мониторинга и прогноза состояния ионосферы и качества высокоточной навигации с применением интеллектуального анализа данных. Сумма гранта составляет 7 млн рублей в год, он рассчитан на 2023 –2025 годы. Значимость проекта и востребованность ожидаемых результатов определяется тем, что навигационные и радарные системы, работоспособность которых зависит от состояния ионосферы, все больше участвуют в экономической деятельности, в том числе в развитии беспилотных технологий и контроля космических объектов.

По словам руководителя группы, кандидата физико-математических наук, ведущего научного сотрудника ИСЗФ СО РАН Юрия Ясюкевича, обеспечить радиотехнические системы оперативной информацией о состоянии ионосферы для достижения максимальных технических характеристик – это важная научно-практическая задача:

- Когда радиосигналы, в том числе сигналы навигационных систем ГЛОНАСС и GPS, проходят через ионосферу – ионизированную часть атмосферы Земли – они могут значительно искажаться. Наша задача – спрогнозировать области, в которых эти искажения происходят. Сейчас мы не всегда можем снизить негативные эффекты от них, так как нет точной оперативной информации о состоянии ионосферы. Чтобы прогнозировать риски и планировать проведение работ, крайне важно знать не только то, что происходит сейчас, но и то, что будет происходить в ближайшие часы и дни.

Сегодня построением карт состояния ионосферы занимаются семь крупнейших международных центров, они являются ассоциированными членами международной службы спутниковых навигационных систем (IGS). Эти центры расположены в Китае, США, Евросоюзе и Канаде. Совместная работа иркутских и московских ученых поможет сделать шаг к созданию в России центра международного уровня. Это даст возможность получать среднесрочный (на один – два дня) прогноз состояния ионосферы.

По словам основного исполнителя проекта, кандидата физико-математических наук, доцента Московского государственного университета Артема Падохина, научная школа, созданная профессором В.Е. Куницыным на кафедре физики атмосферы МГУ, уже не одно десятилетие занимается разработкой новых технологий мониторинга ионосферы:

- На нашей кафедре была создана технология томографии ионосферы, которая отмечена государственной премией. Сейчас дошли и до построения глобальных ионосферных карт на основе данных GPS и ГЛОНАСС – именно они нужны для решения практических задач, в том числе повышения точности работы радиотехнических систем.

Ключевых задач проекта четыре: развитие методов построения глобальных ионосферных карт и повышение их точности на территории Российской Федерации; разработка методов прогнозирования ионосферы с применением современных методов интеллектуального анализа данных; разработка новых технологий определения областей ионосферы, где происходят возмущения; разработка методов прогноза погрешностей навигации на основе ГЛОНАСС и GPS.

Как отметил основной исполнитель проекта доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь» ИРГУПС, ведущий научный сотрудник ИСЗФ СО РАН Владислав Демьянов, серьезных прорывов в научно-технической деятельности можно ожидать только на стыке нескольких наук – как фундаментальных, так и прикладных:

- Тема нашей работы – как раз такой случай. С одной стороны, мы имеем сложную и чрезвычайно изменчивую среду распространения радиосигналов навигационных спутников – земную ионосферу, а с другой, не менее сложную техническую систему – комплекс глобальных навигационных спутниковых систем и наземных сетей измерительных станций. Научная проблема состоит в том, чтобы максимально учесть физическую природу ионосферы в работе комплекса систем высокоточной навигации. Хотя бум технологий спутниковой навигации продолжается уже с начала 2000-х годов, земная ионосфера остается камнем преткновения на пути развития любых новейших технологий навигации. Развитие наземных опорных измерительных сетей радионавигационных параметров в России и за рубежом дает отличную возможность обеспечивать любых пользователей навигационным сервисом с погрешностью до десятых долей метра. Но и здесь ионосфера остается пока основным источником нестационарных погрешностей навигационных определений, что определяет актуальность и практическую значимость нашей работы.

Над проектом будет работать коллектив из десяти человек с привлечением студентов и аспирантов иркутских и московских вузов.

- Наш коллектив – один из наиболее активных в области изучения ионосферы: за последние пять лет подготовлено около 100 публикаций в научных журналах, которые индексируются в международной базе данных Web of Science, разработаны новые методы и программно-аппаратные средства. Одним из крупнейших достижений стало создание открытого сервиса SIMuRG для автоматизации исследований неоднородностей ионосферы. Развивается международное сотрудничество с Китаем и Индией. Мы уверены, что работа будет плодотворная и полезная, и задачи, которые мы сформулировали, будут решены, – подчеркнул Юрий Ясюкевич.