Лабораторные работы, дистанционное зондирование сигналами ГНСС

Задание № 1

 Изучить принцип работы спутниковых навигационных систем, измеряемые параметры радиосигналов, принимаемые приемником от спутника.

• Хуторова О.Г. Дистанционное зондирование атмосферы радиосигналами спутниковых навигационных систем. Теоретические основы. Учебное пособие Каз.федер.ун-т. – Казань, 2011.- 117 с.Zondirovanie_radiosignalami.pdf

1. Скачать программу ReadRinex_Lab​.py и пример данных в облачном хранилище (GD)
   • Программа написана на python (Документация Python 3). Требуются дополнительно модули  matpotlib, numpy , georinex
2. Изучить алгоритм работы программы, понять процесс выборки измерений, построение графиков спутниковых измерений для примера данных: псевдодальности, фазовых измерений, доплеровских измерений.

               !!!ВАЖНО: правильно задавайте имя файла в программе и диапазон  времени выборки данных

Задание № 2

1. Построить графики спутниковых измерений для  нескольких примеров данных с разных спутников в разное время. дополнить все графики подписями осей с единицами измерений, расширенной легендой - именем представляемого параметра сигнала. Выбрать время и номер спутника, доступные для скачивания (не менее 20 минут, не более часа). Если данные не отображаются или выводятся нулевые значения - измерений с данного спутника нет. Подобрать время и номер спутника так, чтобы отображались графики, отличные от нуля во всем диапазоне времени, не имеющие пропусков и скачков. Для отчета записать дату, время, число минут, номера спутников.
2. Объяснить физический смысл радиоизмерений приемника ГЛОНАСС – GPS: псевдодальностей по кодовому измерению  (С1), фазовых измерений на частотах f1 и f2 (L1, L2) и доплеровских измерений на частоте f1  (D1),  отношение сигнал/шум (S1).
3. Объяснить временные зависимости всех измеряемых величин. 
4. Ответить на вопрос: можно ли измерения параметров радиосигналов считать случайными функциями, почему?

Задание № 3

1. Как изменяются параметры радиосигналов, проходящих через ионосферу и нейтральную атмосферу?
2. Объяснить влияние ионосферы на распространение радиоволн.
3. Практическое задание:
   • На основе предыдущей программы сделать выборки измерений с нескольких спутников, пригодные  для зондирования ионосферы следующим образом.
   • Подобрать время (30-60 минут) и номер спутника так, чтобы отображались графики L1 и  L2, отличные от нуля во всем диапазоне времени, не имеющие пропусков и скачков.

!!!ВАЖНО: Для расчетов ПЭС нужно, чтобы число и время измерений L1 и L2 строго совпадали (Можно отредактироватьпрограмму так, чтобы удалялись строки с пустыми ячейками L2 или L1)

• Рассчитать  полное электронное содержание ПЭС (TEC-total electron content), по сигналам  с нескольких  спутников по  фазе за этот период времени 
• Объяснить временную зависимость ПЭС
• Оценить соотношение сигнал/шум, его среднее значение и дисперсию, временную зависимость. Сравнить с ПЭС. Объяснить результаты.
• Аппроксимировать временные ряды ПЭС линейной или полиномиальной зависимостью. Оценить какая функция аппроксимирует тренд ПЭС и соотношение сигнал/шум лучше. Объяснить результаты.
• Вычесть полученные тренды (аппроксимации) из временных рядов. Оценить среднее значение и дисперсию, временную зависимость полученных выборок. Объяснить результаты.
• Можно ли флуктуации ПЭС полученные в п.III считать случайным процессом?
• Проверить, являются ли флуктуации ПЭС стационарным процессом, функцией сосстационарными приращениями.
• Оценить статистические параметры флуктуаций ПЭС: среднее значение и дисперсию, плотность распределения, автокорреляционную функцию, структурную функцию, спектр. Построить графики. Объяснить результаты.

Задание № 4

Известно, что возмущения в ионосфере зависят от времени суток и  сезона.

1. Провести выборку данных ПЭС со спутника, взятых в дневных и ночных условиях по локальному времени (желательно подобрать выборку одних и тех же спутников). 
2. Сравнить статистические параметры ПЭС и флуктуаций ПЭС (среднее значение и дисперсию, плотность распределения, корреляционную функцию, структурную функцию, спектр), полученные в разное время сутокх. Объяснить результаты.

Задание № 5

Известно, что возмущения в ионосфере зависят от космической погоды (солнечных вспышек. солнечного ветра), геомагнитной активности. Поэтому надо найти данные о магнитных бурях, солнечных вспышках, солнечных протонных событиях для подбора реализаций спутниковых измерений. 

• Сайт данных о космической погоде 
• данные о магнитных бурях - индексы геомагнитной активности
  • Планетарный К-индекс
• ​ Наблюдения Солнца  - спутники GOES 
• данные о солнечных вспышках, протонных событиях

1. Выбрать в папке файлы данных, соответствующие спокойным и возмущенным условиям. Провести выборку данных ПЭС со спутника, взятых в спокойных и возмущенных условиях (подобрать выборку одних и тех же спутников  в одно время суток, но в разные дни). 
2. Сравнить статистические параметры флуктуаций ПЭС (среднее значение и дисперсию, плотность распределения, корреляционную функцию, структурную функцию, спектр), полученные в спокойных и возмущенных условиях. Объяснить результаты.

Написать отчет по заданиям. В отчете ответить на все поставленные вопросы. Оформить отчет по  ГОСТ 7.32-2017.Отправить отчет по заданию преподавателю по почте