Jaeryoung Lee;Andrew K. Sun;Heonho Choi; Jiyun Lee
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.13
no.1
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pp.63-73
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2024
NeQuick G is the ionosphere model utilized by Galileo single-frequency users to estimate the ionospheric delay on each user-satellite link. The model is characterized by the effective ionization level (Az) index, determined by a modified dip latitude (MODIP) and broadcast coefficients derived from daily global space weather observations. However, globally fitted Az coefficients may not accurately represent ionosphere within local area. This study introduces a method for regional ionospheric modeling that searches for locally optimized Az coefficients. This approach involves fitting TEC output from NeQuick G to TEC data collected from GNSS stations around Korea under various ionospheric conditions including different seasons and both low and high solar activity phases. The optimized Az coefficients enable calculation of the Az index at any position within a region of interest, accounting for the spatial variability of the Az index in a polynomial function of MODIP. The results reveal reduced TEC estimation errors, particularly during high solar activity, with a maximum reduction in the RMS error by 85.95%. This indicates that the proposed method for NeQuick G can effectively model various ionospheric conditions in local areas, offering potential applications in GNSS performance analyses for local areas by generating various ionospheric scenarios.
Ionosphere, one of the largest error sources, can pose potentially harmful threat to single-frequency GNSS (global navigation satellite system) user even after applying ionospheric corrections to their GNSS measurements. To quantitatively assess ionospheric impacts on the satellite navigation-based applications using simulation, the standard deviation of residual ionospheric errors is needed. Thus, in this paper, we determine conservative statistical quantity that covers typical residual ionospheric errors for nominal days. Extensive data-processing computes TEC (total electron content) estimates from GNSS measurements collected from the Korean reference station networks. We use Klobuchar model as a correction to calculate residual ionospheric errors from TEC (total electron content) estimate. Finally, an exponential delay model for residual ionospheric errors is presented as a function of local time and satellite elevation angle.
Currently, fast and accurate long baseline positioning in kinematic mode is a challenging topic, but positional accuracy can be improved with the help of the network-derived external ionospheric corrections. To provide not only ionospheric corrections, but also their variances, satellite-by-satellite interpolation for the ionospheric delays is performed using the least-squares collocation (LSC) method. Satellite-by-satellite interpolation has the advantage in that the vertical projection used in single-layer ionospheric model is not required. Also, more reliable user positioning and the corresponding accuracy assessment can be obtained by providing not only external ionospheric corrections but also their variances. The rover positioning with and without the external ionospheric delays in both rapid-static and kinematic mode was performed and analyzed. The numerical results indicate that the improvement in the positioning quality is achieved using the proposed method. With the TAMDEF network in Antarctica, 18 % improvement in mean time-to-fix in kinematic mode was achieved.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.195-198
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2006
One of the major sources of error in precise GPS positioning since the turn-off the Selective Availability(SA) is the ionospheric propagation delay. For the last decades, a lot of the ionospheric researches based on a GPS network have been implemented throughout the world. Especially researches of the ionospheric modeling for Wide Area Argumentation System(WAAS) have been undertaken and published. In mid-latitude regions, typical spatial and temporal variations in ionospheric models delay tend to minimal. The developed ionospheric model calls for a 1.25 degree grid at latitudes and a 2.5 degree grid at longitudes. The precise grid TEC estimated by the inversion technique is also compared with global ionosphere maps(GIMs) which have been provided by several analysis centers(ACs). The results of initial investigations into the suitability of the proposed ionospheric modeling scheme in north-east Asia are presented.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.199-202
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2006
One of the major sources of error in precise GPS positioning since the turn-off the Selective Availability(SA) is the ionospheric propagation delay. For the last decades, a lot of the ionospheric researches based on a GPS network have been implemented throughout the world. Especially researches of the ionospheric modeling for Wide Area Argumentation System(WAAS) have been undertaken and published. In mid-latitude regions, typical spatial and temporal variations in ionospheric models delay tend to minimal. The developed ionospheric model calls for a 1.25 degree grid at latitudes and a 2.5 degree grid at longitudes. The precise grid TEC estimated by the inversion technique is also compared with global ionosphere maps(GIMs) which have been provided by several analysis centers(ACs). The results of initial investigations into the suitability of the proposed ionospheric modeling scheme in north-east Asia are presented.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.64-72
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2016
The coverage area of a GNSS regional ionospheric delay model is mainly determined by the distribution of GNSS ground monitoring stations. Extrapolation of the ionospheric model data can extend the coverage area. An extrapolation algorithm, which combines observed ionospheric delay with the environmental parameters, is proposed. Neural network and least square regression algorithms are developed to utilize the combined input data. The bi-harmonic spline method is also tested for comparison. The IGS ionosphere map data is used to simulate the delays and to compute the extrapolation error statistics. The neural network method outperforms the other methods and demonstrates a high extrapolation accuracy. In order to determine the directional characteristics, the estimation error is classified into four direction components. The South extrapolation area yields the largest estimation error followed by North area, which yields the second-largest error.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.9
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pp.689-699
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2013
During extreme ionospheric storms, anomalous ionospheric delays and gradients could cause potential integrity threats to users of GNSS (Global Navigation Satellite System) augmentation systems. GNSS augmentation ground facilities must monitor these ionospheric anomalies defined by a threat model and alarm the users of safely-of-life applications within time-to-alerts. Because the ionospheric anomaly threat model is developed using data collected from GNSS reference stations, the use of poor-quality data can degrade the performance of the threat model. As the total number of stations increases, the number of station with poor GNSS data quality also increases. This paper analyzes the quality of data collected from Korean GPS reference stations using comprehensive GNSS data quality check algorithms. The results show that the range of good and poor qualities varies noticeably for each quality parameter. Especially erroneous ionospheric delay and gradients estimates are produced due to poor quality data. The results obtained in this study should be a basis for determining GPS data quality criteria in the development of ionospheric threat models.
Sohn, Kyoung-Ho;Kim, Do-Yoon;Kee, Chang-Don;Rho, Hyun-Ho;Langley, Richard
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.598-601
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2006
The radio signal in GNSS was intentionally designed with two frequencies in order to combat the dispersion error caused by trans-ionospheric propagation. By measuring the path delay independently at the two, widely spaced GPS frequencies, L1 & L2, the TEC along the path from satellite to receiver can be measured directly. The issue with dual frequency measurement of the ionosphere is the calibration of L1/L2 interfrequency biases. L1/L2 interfrequency biases are generated because physical electric signal paths of L1 and L2 circuits are different from each other for both satellites and receiver. Conventionally L1/L2 interfrequency bias is estimated and broadcasted by 2D ionospheric model. In this paper, we estimated IFB (interfrequency bias) by 2D & 3D ionospheric models including real time filter methods and compared the result of those and concluded the merit of 3D tomography model to recover the problem of 2D thin shell model. We confirmed our conclusion by experimental data.
Solar activities ejecting high energy particles influence satellites and satellite communications as well as perturb geomagnetic fields. To understand space environments near the Earth being influenced by the Sun, we must study about the magnetosphere, the ionosphere, and the atmosphere beforehand. To study this issue, we investigate some ionospheric models, atmospheric models and geomagnetic field models : IRI(International Reference Ionosphere), PIM(Parameterized Ionospheric Model) and IGRF(International Geomagnetic Reference Field). We develop the models and build a web site to serve IRI, PIM and IGRF model on the internet so that one can easily get information of daily and global ionospheric and geomagnetic variations.
Kim, Eo-Jin;Chung, Jong-Kyun;Kim, Yong-Ha;Cho, Jung-Ho
Bulletin of the Korean Space Science Society
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2008.10a
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pp.24.3-24.3
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2008
The signals transmitted from satellites of Global Navigation Satellite System (GNSS) interact with the plasma of the ionosphere. To study the impact of the ionospheric plasma on GNSS applications a comprehensive knowledge of the ionosphere is required. Especially the correct measurement of the ionosphere such as the peak height of the F2 layer peak electron density (hmF2) is important for the GNSS ionospheric model. Anyang ionosonde station ($37.39^{\circ}N$, $126.95^{\circ}E$) has been operating from October 2000 and the accumulated data for 8 years may allow us to obtain climatological characteristics of middle latitude ionospheric F region for GNSS application. We analyzed the variations of the hmF2 and NmF2 over Anyang station for different conditions of solar activity, geomagnetic activity, season, and local time, and we compared our results with the IRI model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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