太陽黑子周期內(nèi)對定位器信號的干擾

近幾年來，太陽發(fā)射出一陣陣的射電能量，影響了地球上所有向陽面的汽車定位器的性能。太陽產(chǎn)生無線電輻射并不令人驚訝。令人驚訝的是，在這一天，它們的能量非常強大。太陽在射電頻譜的廣闊區(qū)域內(nèi)不斷發(fā)射能量。這些輻射的通量密度通常相當?shù)停瑢?a target="_blank" href="http://www.juanbuji.cn" rel="nofollow">汽車定位器天線所收集的背景無線電噪聲貢獻不大。

然而，當太陽耀斑發(fā)生時，往往伴隨著非常強大的射電能量爆發(fā)。雖然在太陽黑子周期的高峰期，太陽耀斑的數(shù)量較多，當太陽受到的干擾較多時，太陽耀斑及其相關(guān)的強電波爆發(fā)隨時都有可能發(fā)生--包括當前太陽黑子最小值附近。

盡管如此太陽射電暴還是出乎意料。它是有記錄以來最大的一次，對地球上所有的汽車定位器都產(chǎn)生了影響，包括北美洲、南美洲和太平洋的大部分地區(qū)。增加的噪聲大大降低了L1和L2頻率上的載波噪聲密度（C/N0----衡量接收信號強度的一個指標），高達15dB-Hz。這導(dǎo)致一些衛(wèi)星的定位器在數(shù)分鐘內(nèi)無法鎖定位置，特別是那些在暴發(fā)到來之前處于低仰角、C/N0值較低的定位器。那些靠近亞太陽下點的定位器通常比那些距離較遠的定位器受到的影響更大，因為更多的或更多的暴發(fā)能量被定位器天線吸收。盡管如此，許多單頻定位器似乎仍在繼續(xù)提供僅有四顆衛(wèi)星的導(dǎo)航解決方案----甚至在二維模式下有三顆衛(wèi)星----而且大多數(shù)用戶對噪聲突發(fā)并沒有注意到這類定位器的噪聲突發(fā)。

該暴發(fā)功率是在青海太陽能陣列記錄的。它記錄了一系列頻率和極化的太陽射電發(fā)射，包括1.6GHz的右旋圓極化（RHCP），非常接近GPS的L1頻率。噪聲功率超過100萬個太陽輻射量單位的峰值，使這一暴發(fā)成為有記錄以來最大的暴發(fā)之一。他還查看了廣域增強系統(tǒng)（WAAS）的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)非常穩(wěn)健，雖然WAAS在整個暴發(fā)期間持續(xù)運行，但WAAS參考站的信號和其他地方一樣，受到了明顯的衰減。有些參考站在 L1 和 L2 頻率上記錄到的 PRN 4 的 C/N0 值在 12 月 6 日安靜的一天和 12 月 6 日。爆發(fā)期間的C/N0值下降非常明顯。

然而，許多用于高精度應(yīng)用的雙頻定位器，包括基準站的雙頻定位器，尤其是在L2頻率上的定位器，都遭受了嚴重的信號損失。此外，一些相關(guān)部門的定位器也失去了導(dǎo)航能力。據(jù)衛(wèi)星定位中心的負責人報告，很多交匯的四角地區(qū)出現(xiàn)了 "全球定位系統(tǒng)的大面積丟失"。有部物流車輛報告說，GPS信號失去鎖定，跟蹤衛(wèi)星的數(shù)量從7-9顆降到1顆，甚至沒有!李立華是研究這種和其他太陽電波暴對汽車定位器運行影響的工程師之一。他研究了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)（IGS）網(wǎng)絡(luò)中的定位器提供的數(shù)據(jù)，這些定位器在地球的太陽光側(cè)提供的數(shù)據(jù)。在暴發(fā)期間，至少有四顆衛(wèi)星在兩個頻率上提供數(shù)據(jù)的臺站數(shù)量從120多個下降到60個以下。

未來的GPS衛(wèi)星發(fā)出的更強的傳輸信號可能會使定位器在大爆發(fā)期間繼續(xù)跟蹤甚至低角度衛(wèi)星。較新的信號格式，可以在較低的C/N0值下進行跟蹤，這也將有助于定位器應(yīng)對太陽的爆發(fā)。即使是目前為抗干擾保護和室內(nèi)GPS使用而開發(fā)的定位器技術(shù)，也能讓定位器追蹤到更低的C/N0值，甚至可以通過很強的太陽電波暴。

隨著我們在2022年接近下一個太陽黑子周期的峰值，我們可以期待更多的太陽射電暴。一些預(yù)測認為下一個高峰期比上一個高峰期強30%-50%，這是由太陽可見光半球中太陽黑子活動的部分來衡量的。未來的太陽射電暴是否會像2006年12月6日的暴發(fā)一樣產(chǎn)生巨大的影響？

如果有什么辦法可以減輕太陽電波暴的影響？由于突發(fā)是寬帶噪聲，定位器很難將其與GPS信號區(qū)分開來。一些天線設(shè)計，如扼流圈等，會衰減低仰角的信號，因此，如果太陽在暴發(fā)時太陽在天空中的位置較低，那么使用這種天線的定位器受到的影響要比使用傳統(tǒng)天線設(shè)計的定位器小。而且由于定位器主要是在低仰角的衛(wèi)星上失去軌道，所以在較高仰角的衛(wèi)星上有更多的衛(wèi)星也會有幫助。因此，使用GPS和GLONASS、GPS、北斗和伽利略衛(wèi)星混合星座的定位器應(yīng)該比只使用GPS的定位器更能抵御太陽電波爆發(fā)。同樣，一個更大的GPS星座本身也會有幫助。