Ionospheric error modeling is necessary to create reliable global navigation satellite system (GNSS) signals using a GNSS simulator. In this paper we developed algorithms to generate Klobuchar coefficients ${\alpha}_n$, ${\beta}_n$ (n = 1, 2, 3, 4) for a GNSS simulator and verified accuracy of the algorithm. The eight Klobuchar coefficients were extracted from three years of global positioning system broadcast (BRDC) messages provided by International GNSS service from 2006 through 2008 and were fitted with Fourier series. The generated coefficients from our developed algorithms are referred to as Fourier Klobuchar model (FOKM) coefficients, while those coefficients from BRDC massages are named as BRDC coefficients. The correlation coefficient values between FOKM and BRDC were higher than 0.97. We estimated total electron content using the Klobuchar model with FOKM coefficients and compared the result with that from the BRDC model. As a result, the maximum root mean square was 1.6 total electron content unit.
The ionospheric mid-latitude trough (IMT) is the electron density depletion phenomenon in the F region during nighttime. It has been suggested that the IMT is the result of complex plasma processes coupled to the magnetosphere. In order to statistically investigate the characteristics of the IMT, we analyze topside sounding data from Alouette and ISIS satellites in 1960s and 1970s. The IMT position is almost constant for seasons and solar activities whereas the IMT depth ratio and the IMT feature are stronger and clearer in the winter hemisphere under solar minimum condition. We also calculated transition heights at which the densities of oxygen ions and hydrogen/helium ions are equal. Transition heights are generally higher in daytime and lower in nighttime, but the opposite aspects are seen in the IMT region. Utilizing the Incoherent Scatter Radar (ISR) electron temperature measurements, we find that the electron temperature in the IMT region is enhanced at night during winter. The increase of electron temperature may cause fast transport of the ionospheric plasma to the magnetosphere via ambipolar diffusion, resulting in the IMT depletion. This mechanism of the IMT may work in addition to the simply prolonged recombination of ions proposed by the traditional stagnation model.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.23-26
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2006
Modernized GPS will have three frequencies modulated with three signals, which will be accessible to all users in the near future. This new frequency provides an opportunity to resolve the double differenced (DD) integer ambiguity very fast and with almost no baseline constraints. In order to study the performance of triple frequency system for Ambiguity Resolution (AR) over the medium baseline under different ionospheric levels, the Klobuchar Model was implemented and used in our triple simulation to generate the ionospheric delay. Furthermore, the White-Gaussian noise applying to distance-dependent parameters was added to the DD ionospheric delay. For medium baseline (defined as here 20 to 40kms), success rates of AR has been pretty improved. In this paper, the medium baseline AR strategies that take advantage of carrier phase measurement on the third frequency will be discussed.
Time comparison is necessary for the verification and synchronization of the clock. Two-way satellite time and frequency (TWSTFT) is a method for time comparison over long distances. This method includes errors such as atmospheric effects, satellite motion, and environmental conditions. Ionospheric delay is one of the significant time comparison error in case of the carrier-phase TWSTFT (TWCP). Global Ionosphere Map (GIM) from Center for Orbit Determination in Europe (CODE) is used to compare with Bernese. Thin shell model of the ionosphere is used for the calculation of the Ionosphere Pierce Point (IPP) between stations and a GEO satellite. Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) and Koganei (KGNI) stations are used, and the analysis is conducted at 29 January 2017. Vertical Total Electron Content (VTEC) which is generated by Bernese at the latitude and longitude of the receiver by processing a Receiver Independent Exchange (RINEX) observation file that is generated from the receiver has demonstrated adequacy by showing similar variation trends with the CODE GIM. Bernese also has showed the capability to produce high resolution IONosphere map EXchange (IONEX) data compared to the CODE GIM. At each station IPP, VTEC difference in two stations showed absolute maximum 3.3 and 2.3 Total Electron Content Unit (TECU) in Bernese and GIM, respectively. The ionospheric delay of the TWCP has showed maximum 5.69 and 2.54 ps from Bernese and CODE GIM, respectively. Bernese could correct up to 6.29 ps in ionospheric delay rather than using CODE GIM. The peak-to-peak value of the ionospheric delay for TWCP in Bernese is about 10 ps, and this has to be eliminated to get high precision TWCP results. The $10^{-16}$ level uncertainty of atomic clock corresponds to 10 ps for 1 day averaging time, so time synchronization performance needs less than 10 ps. Current time synchronization of a satellite and ground station is about 2 ns level, but the smaller required performance, like less than 1 ns, the better. In this perspective, since the ionospheric delay could exceed over 100 ps in a long baseline different from this short baseline case, the elimination of the ionospheric delay is thought to be important for more high precision time synchronization of a satellite and ground station. This paper showed detailed method how to eliminate ionospheric delay for TWCP, and a specific case is applied by using this technique. Anyone could apply this method to establish high precision TWCP capability, and it is possible to use other software such as GIPSYOASIS and GPSTk. This TWCP could be applied in the high precision atomic clocks and used in the ground stations of the future domestic satellite navigation system.
To better understand how high-latitude electric fields influence thermospheric dynamics, winds in the high-latitude lower thermosphere are studied by using the Thermosphere-ionosphere Electrodynamics General Circulation Model developed by the National Conte. for Atmospheric Research (NCAR-TIEGCM). The model is run for the conditions of 1992-1993 southern summer. The association of the model results with the interplanetary magnetic field(IMF) is also examined to determine the influences of the IMF-dependent ionospheric convection on the winds. The wind patterns show good agreement with the WINDII observations, although the model wind speeds are generally weaker than the observations. It is confirmed that the influences of high-latitude ionospheric convection on summertime thermospheric winds are seen down to 105 km. The difference wind, the difference between the winds for IMF$\neq$O and IMF=0, during negative IMF $B_y$ shows a strong anticyclonic vortex while during positive IMF $B_y$ a strong cyclonic vortex down to 105 km. For positive IMF $B_z$ the difference winds are largely confined to the polar cap, while for negative IMF B, they extend down to subauroral latitudes. The IMF $B_z$ -dependent diurnal wind component is strongly correlated with the corresponding component of ionospheric convection velocity down to 108 km and is largely rotational. The influence of IMF by on the lower thermospheric summertime zonal-mean zonal wind is substantial at high latitudes, with maximum wind speeds being $60\;ms^-1$ at 130 km around $77^{\circ}$ magnetic latitude.
Kim, Min-Ki;Kim, Hae-Dong;Choi, Won-Sub;Kim, Jin-Hyung;Kim, KiDuck;Kim, Ji-Seok;Cho, Dong-Hyun
Journal of Space Technology and Applications
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v.1
no.3
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pp.319-336
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2021
This paper discusses the results of launch environment tests for the engineering qualification model (EQM) of nanosatellite Scale magNetospheric and Ionospheric Plasma Experiment (SNIPE) for scientific missions and lessons learned for the design of nanosatellites. SNIPE is a group of four formation-flying 6U nanosatellites with a range of payloads for missions including space weather measurement. We developed the EQM to verify the preliminary design prior to fabricating the flight model. Launch environment test of EQM was conducted for the first time in 2019, and all failures were corrected and verified at the second test conducted in 2021. A notable point of the two tests is that the nanosatellite deployer used in the first test is different from that of the second test. The second deployer has the capability to fix the internal satellite whereas the first deployer just contains and deploys the satellite. Thus actual mechanical loads the satellite receives is reduced for the second test compared to the first test. This work compares the mechanical responses of two tests and proposes general guidelines for structural design of nanosatellites.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.181-184
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2006
Knowledge of the ionospheric peak parameter foF2 (the critical frequency of F2 layer) is one of key essential factors for predicting ionospheric characteristics and delay correction of satellite positioning. However, the foF2 was almost estimated using an empirical model of International Reference Ionosphere (IRI) or other expensive observing techniques, such as ionosondes and scatter radar. In this paper, the ionospheric peak parameter foF2 is the first observed by ground-based GPS with all weather, low-cost and near real time properties. Compared with the IRI-2001 and independent ionosondes at or near the GPS receiver stations, the foF2 obtained from ground-based GPS is in better agreement, but closer to the ionosonde. However, during nighttime, the IRI model overestimated the GPS observed values during winter and equinox months.Furthermore, seasonal variation trend of the foF2 in 2003 is studied using foF2 monthly median hourly data measured over South Korea. It has shown that the systematic diurnal changes of foF2 are apparent in each season and the higher values of foF2 are observed during the equinoxes (semiannual anomaly) as well as in mid-daytime of each season.
We established a regional ionospheric model for investigating ionospheric TEC (Total Electron Contents) variations over the Korean Peninsula during major geomagnetic storms. In order to monitor the ionospheric TEC variations, we used nine permanent GPS reference stations uniformly distributed in South Korea operated by the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). The cubic spline smoothing (CSS) interpolation method was used to analyze the characteristics of the ionospheric TEC variations. It has been found that variations of TEC over the Korean Peninsula increase when a major geomagnetic storm occurred on November 20, 2003. The TEC has increased about one and a half of those averaged quite days at the specific time during a geomagnetic storm. It has been indicated that the KASI GPS-derived TEC has a correlation with the geomagnetic storm indices (eq. Kp and Dst indices).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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