When calculating the user's position using satellite signals, the signals originating from the satellite pass through the ionosphere and troposphere to the user. In particular, the ionosphere delay error that occurs when passing through the ionosphere delays when the signal is transmitted, generating a pseudorange error and position error at a large rate. Therefore, to improve position accuracy, it is essential to correct the ionosphere layer error. In a receiver capable of receiving dual frequency, the ionosphere error can be eliminated through a double difference, but in a single frequency receiver, an ionosphere correction model transmitted from a Global Navigation Satellite System (GNSS) satellite is used. The popularly used Klobuchar model is designed to improve performance globally. As such, it does not perform perfectly in the Korea region. In this paper, the characteristics of the delay in the ionosphere in the Korean region are identified through an analysis of 10 years of data, and an improved ionosphere correction model for the Korean region is presented using the widely employed Klobuchar model. Through the proposed model, vertical position error can be improved by up to 40% relative to the original Klobuchar model in the Korea region.
Yunbin, Yuan;Jikun, Ou;Xingliang, Huo;Debao, Wen;Genyou, Liu;Yanji, Chai;Renggui, Yang;Xiaowen, Luo
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.2
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pp.203-208
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2006
The main research conducted previously on GPS ionosphere in China is first introduced. Besides, the current investigations include as follows: (1) GPS-based spatial environmental, especially the ionosphere, monitoring, modeling and analysis, including ground/space-based GPS ionosphere electron density (IED) through occultation/tomography technologies with GPS data from global/regional network, development of a GNSS-based platform for imaging ionosphere and atmosphere (GPFIIA), and preliminary test results through performing the first 3D imaging for the IED over China, (2) The atmospheric and ionospheric modeling for GPS-based surveying, navigation and orbit determination, involving high precisely ionospheric TEC modeling for phase-based long/median range network RTK system for achieving CM-level real time positioning, next generation GNSS broadcast ionospheric time-delay algorithm required for higher correction accuracy, and orbit determination for Low-Earth-orbiter satellites using single frequency GPS receivers, and (3) Research products in applications for national significant projects: GPS-based ionospheric effects modeling for precise positioning and orbit determination applied to China's manned space-engineering, including spatial robot navigation and control and international space station intersection and docking required for related national significant projects.
Satellite and receiver Inter-Frequency Biases (IFBs) should be estimated or calibrated by pre-defined values for generating precise navigation messages and augmentation data in satellite navigation systems or the augmentation system. In this paper, a Kalman filter is designed and implemented to estimate the ionospheric delay and satellite/receiver IFBs using a regional receiver network. First, an ionospheric model and its filter parameter is defined based on previous studies. Second, a measurement model for estimating the relative satellite/receiver IFBs without any constraints is proposed. Third, a procedure for ensuring the continuity of estimation is proposed in this paper. To verify the performance of the designed filter, six Continuously Operating Reference Stations (CORSs) are selected. Finally, the stability and accuracy of satellite/receiver IFB estimation are analyzed.
The signal broadcast from a GPS satellite experiences code delay and carrier phase advance while passing through the ionosphere, which causes a signal error. Many ionosphere models have been studied to correct this ionospheric delay error. In this paper, the ionosphere modeling for the Korean Peninsula was carried out using a spherical harmonics based model. In contrast to the previous studies, we considered a real-time ionospheric delay correction model using fewer number of basis functions. The modeling performance was evaluated by comparing with a grid model. Total number of basis functions was set to be identical to the number of grid points in the grid model. The performance test was conducted using the GPS measurements collected from 5 reference stations during 24 hours. In the test result, the modeling residual error was smaller than that of the existing grid model. However, when the number of measurements was small and the measurements were not evenly distributed, the overall trend was found to be problematic. For improving this problem, we implemented the modeling with additional virtual measurements.
In South Korea, there are about 80 Global Positioning System (GPS) monitoring stations providing total electron content (TEC) every 10 min, which can be accessed through Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) for scientific use. We applied the computerized ionospheric tomography (CIT) algorithm to the TEC dataset from this GPS network for monitoring the regional ionosphere over South Korea. The algorithm utilizes multiplicative algebraic reconstruction technique (MART) with an initial condition of the latest International Reference Ionosphere-2016 model (IRI-2016). In order to reduce the number of unknown variables, the vertical profiles of electron density are expressed with a linear combination of empirical orthonormal functions (EOFs) that were derived from the IRI empirical profiles. Although the number of receiver sites is much smaller than that of Japan, the CIT algorithm yielded reasonable structure of the ionosphere over South Korea. We verified the CIT results with NmF2 from ionosondes in Icheon and Jeju and also with GPS TEC at the center of South Korea. In addition, the total time required for CIT calculation was only about 5 min, enabling the exploration of the vertical ionospheric structure in near real time.
Hwang, S. H.;Kim, J.;Kim, J. K.;Lee, S. J.;Jang, Y. S.;Park, J. J.;Cho, G. R.;Won, Y. I
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.249-256
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2001
KARI(Ko.ea Aerospace Research Institute) has measured the ionospheric electron temperature and density over the Korean Peninsular with the Langmuir and Electron Probe(LEP) onboard the Korean Sounding Rocket-II(KSR-II) In 1998. The purpose of LEP is to measure the electron density and temperature profile in the ionosphere. LEP consists of the Langmuir probe(LP) and the Electron temperature Probe(ETP) which are widely used for the measurement of the ionospheric plazma environment . We discuss the development of the Langmuir and Electron Probe which will be onboard the KSR-III and some test results in a simulated space plasma environment with the plasma chamber at the ISAS in Japan. These measurements could contribute to the basic study of ionospheric environment which also can be compared with other reference models such as IRI and PIM.
Under the assumption of the presence of a medium-scale E × B drift vortex of plasma in the daytime midlatitude F region, and using a simplified ionospheric model, we demonstrate that the E × B drift produces noticeable perturbations in the horizontal distribution of the plasma density in the upper F region. The pattern of ion density perturbations shows two separate medium scale domains of enhanced and reduced ion density with respect to the background. The E × B drift does not produce multiple small-scale ion density irregularities through plasma mixing because of the suppression effect of the field-aligned ambipolar plasma diffusion.
This paper reports the results obtained from the Langmuir probe (LP) and Electron Temperature Probe (ETP) experiments on the sounding rocket KSR-II (Korean Scientific Rocket - II) which was launched on Jun 11, 1998 at 10:00 KST from Tae-An peninsula (37$^{\circ}$ N, 126$^{\circ}$ E). The instruments successfully measured the electron density, electron temperature, and the floating potential at altitudes of 73km to 130km. While the electron temperature measurement is not easy in this region, since the temperature is very low and the contamination effect of the probe may give rise to a problem, we were able to obtain a reasonable electron temperature profile by employing two independent methods, the pulse modulated Langmuir Probe and Electron Temperature Probe. The preliminary results show that electron density increases sharply at about 90km, and forms a peak at 102km. The density profile is roughly consistent with IRI (International Reference Ionosphere)95-model or PIM (Parameterized Ionospheric Model) results except that the peak density appears at 110km in the model and model electron density is slightly lower than the observed one. Electron temperature obtained from ETP fluctuates between 200$^{\circ}$K and 700$^{\circ}$K, an effect presumably coming from the wakes developed by LP, and it tends to increase with the altitude, which is consistent with the LP results.
Various uncertainties involved in ionospheric conductivity estimation utilizing the electron density profile obtained from the Sondrestrom incoherent scatter radar are examined. First, we compare the conductivity which is based on raw electron density and the one based on corrected electron density that takes into account the effects of the difference between the electron and ion temperatures and the Debye length. The corrected electron density yields higher Pedersen and Hall conductivities than the raw electron density does. Second, the dependence of collision frequency model on the conductivity estimation is examined. Below 110 km conductivity does not depend significantly on collision frequency models. Above 110 km, however, the collision models affect the conductivity estimation. Third, the influence of the electron and ion temperatures on the conductivity estimation is examined. Electron and ion temperatures carrying an error of about 10% do not seem to affect significantly the conductivity estimation. Fourth, also examined is the effect of the choice of the altitude range of integration in calculating the height-integrated conductivity, conductance. It has been demonstrated that the lower and upper boundaries of the integration are quite sensitive to the estimation of the Hall and Pedersen conductances, respectively.
We performed a comprehensive comparison between GPS Global Ionosphere Map (GIM) and TOPEX/Jason (T-J) TEC data for the periods of 1998~2009 in order to assess the performance of GIM over the global ocean where the GPS ground stations are very sparse. Using the GIM model constructed by CODE at University of Bern, the GIM TEC values were obtained along the T-J satellite orbit at the locations and times of the measurements and then binned into various geophysical conditions for direct comparison with the T-J TECs. On the whole, the GIM model was able to reproduce the spatial and temporal variations of the global ionosphere as well as the seasonal variations. However, the GIM model was not accurate enough to represent the well-known ionospheric structures such as the equatorial anomaly, the Weddell Sea Anomaly, and the longitudinal wave structure. Furthermore, there seems to be a fundamental limitation of the model showing the unexpected negative differences (i.e., GPS < T-J) in the northern high latitude and the southern middle and high latitude regions. The positive relative differences (i.e., GIM > T-J) at night represent the plasmaspheric contribution to GPS TEC, which is maximized, reaching up to 100% of the corresponding T-J TEC values in the early morning sector. In particular, the relative differences decreased with increasing solar activity and this may indicate that the plasmaspheric contribution to the maintenance of the nighttime ionosphere does not increase with solar activity, which is different from what we normally anticipate. Among these results, the plasmaspheric contribution to the ionospheric GPS TEC will be presented in this talk and the rest of it will presented in the companion paper (poster presentation).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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