Ionosphere Modeling and Estimation Using Regional GPS Data

We present a GPS-derived regional ionosphere model, which estimates Total Electron Content (TEC) in a rectangular grid on the spherical shell over Korea. After dividing longitude and latitude over Korea with 1$^{\circ}$$\times$1$^{\circ}$ spatial resolution, the TEC at the vertex of the grid was estimated by the Kalman filter. The GPS data received from nine nationwide GPS stations, operated by Korea Astronomy Observatory (KAO), were used for this study. To reduce inherent noises, the pseudorange data were phase-leveled by a linear combination of pseudoranges and carrier phases. The solar-geomagnetic reference frame, which is less variable to the ionosphere movement due to the Sun and the geomagnetic field than an Earth-fixed frame, was used. During a quiet time of solar activity, the KAO's regional ionosphere map indicated 30-45 Total Electron Content Unit at the peak of the diurnal variation. In comparison with the Global ionosphere Map of the Center for Orbit Determination in Europe, RMS differences were at the level of 4-5 TECU for five days.

지역적인 GPS 관측 데이터를 이용한 이온층 모델링 및 추정

이온층 구면을 사각형 격자로 분할하여 각 격자에서 총전자수를 추정하는 지역적 GPS 이 온층 모델을 제시한다. 한반도 상공을 위도와 경도 1$^{\circ}$$\times$1$^{\circ}$의 공간해상도를 가진 격자로 구분하고 칼만 필터(Kalman filter)를 이용하여 격자 상의 총전자수를 추정하였다. 이 연구를 위해 한국천문연구원에서 운영하고 있는 전국 규모의 9개 GPS 상시 관측소의 데이터를 이용하였다. 수신된 의사거리 데이터의 측정 잡음을 줄이기 위해 의사거리와 반송파 위상 데이터를 선형 조합한 위상보정 의사거리(phase-leveled pseudorange) 데이터를 새롭게 만들어 사용하였다. 또한 지역적 이온층의 변화에 적합한 태양-지자기 좌표계(solar-geomagnetic reference frame)를 이용하였다. 태양 활동이 비교적 활발하지 않은 때의 경우, 이 연구의 모델은 이온층 활동이 활발한 낮 시간대의 총전자수가 대략 30-45 TECU 정도로 나타났다. 이 모델의 신뢰성을 평가하기 위해 한국천문연구원(Korea Astronomy Observatory, KAO)의 지역적 모델과 Center for Orbit Determination in Europe의 전 지구적 모델에 의한 총전자수를 동일 지역에 대해 비교했을 때 5일 동안 약 4-5 TECU 정도의 RMS 차이를 보였다.