Samhällen runt om i världen är nu beroende av satellitbaserade navigationssystem, som GPS, för en mängd applikationer, inklusive transport, lantbruk, militär ammunition, akuttjänster, och sociala nätverk, bland andra. Dock, naturliga faror som rymdväder kan störa signaler från dessa Global Navigation Satellite Systems (GNSS).

För att bättre förstå sådana störningar, Sun et al. har utvecklat en matematisk modell som exakt emulerar avbrott av GNSS-signaler orsakade av ett speciellt rymdväderfenomen:oregelbundna lågdensitetsfläckar i den laddade jonplasma som utgör jordens jonosfär.

Dessa plasmafläckar med låg densitet bildas vanligtvis ovanför jordens ekvator runt skymningen och är kända som ekvatoriska plasmabubblor. När GNSS-signaler stöter på dem, signalerna genomgår en typ av modifiering som kallas jonosfärisk scintillation, som kan blekna deras intensitet till den grad att de inte längre detekteras av en mottagare – signalen kan gå förlorad.

Många GNSS-satelliter använder signaler vid två olika frekvenser för att motverka jonosfärisk scintillationsdriven fädning, med en frekvens som fungerar som backup. Dock, en signal kan fortfarande gå förlorad om båda frekvenserna störs.

För att fånga effekterna av jonosfärisk scintillation och utforska fördelarna med dubbelfrekventa GNSS-signaler, forskarna utvecklade den nya modellen med hjälp av ett matematiskt tillvägagångssätt känd som en Markov-kedja. De uppskattade parametrar för modellen från data om faktiska signalavbrott orsakade av jonosfärisk scintillation ovanför Hongkong den 2 mars 2014.

För att testa modellen, forskarna jämförde sina förutsägelser med verkliga data och fann att den exakt efterliknade tidpunkten och varaktigheten av de faktiska signalstörningarna och gjorde det mer exakt än en tidigare modell som inte använde en Markov-kedja. Modellsimuleringar tyder också på att dubbelfrekventa GNSS-signaler kan, verkligen, avsevärt motverka de störande effekterna av stark scintillation, särskilt i samband med flygplansnavigering.

I framtiden, denna nya modelleringsmetod skulle kunna utökas för att förbättra förståelsen av andra effekter av jonosfärisk scintillation på GNSS-signaler, samt deras effekter på andra breddgrader. En bättre förståelse för dessa störningar skulle i slutändan kunna informera ansträngningar att göra GNSS-satelliter mer motståndskraftiga mot scintillation och andra former av rymdväder.

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Eos, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.