GPS를 이용하여 위치를 결정할 때, 정밀도를 높이기 위하여 이온층의 영향은 반드시 고려되어야 한다. 따라서, GPS위성으로부터의 신호를 이용하여 이온층의 총전자수(TEC : Total Electron Contents)를 파악하는 시도가 이루어져왔는데, 이러한 작업의 결과는 현재에 와서는 정밀도를 높이기 위한 수단으로서 뿐만 아니라 이온층의 연구를 위한 도구로 널리 활용되고 있다. 이번 연구에서는 한반도 주변에 위치한ㅇ 8개 GPS 수신소의 자료를 처리하여, 한반도 성공에 대한 이온층이 총전자수를 지도의 형태로 나타내주는 TEC MAP을 얻어내었다.
The East African ionosphere (3°S-18°N, 32°E-50°E) was mapped using Total Electron Content (TEC) measurements from ground-based GPS receivers situated at Asmara, Mekelle, Bahir Dar, Robe, Arbaminch, and Nairobi. Assuming a thin shell ionosphere at 350 km altitude, we project the Ionospheric Pierce Point (IPP) of a slant TEC measurement with an elevation angle of >10° to its corresponding location on the map. We then infer the estimated values at any point of interest from the vertical TEC values at the projected locations by means of interpolation. The total number of projected IPPs is in the range of 24-66 at any one time. Since the distribution of the projected IPPs is irregularly spaced, we have used an inverse distance weighted interpolation method to obtain a spatial grid resolution of 1°×1° latitude and longitude, respectively. The TEC maps were generated for the year 2008, with a 2 hr temporal resolution. We note that TEC varies diurnally, with a peak in the late afternoon (at 1700 LT), due to the equatorial ionospheric anomaly. We have observed higher TEC values at low latitudes in both hemispheres compared to the magnetic equatorial region, capturing the ionospheric distribution of the equatorial anomaly. We have also confirmed the equatorial seasonal variation in the ionosphere, characterized by minimum TEC values during the solstices and maximum values during the equinoxes. We evaluate the reliability of the map, demonstrating a mean error (difference between the measured and interpolated values) range of 0.04-0.2 TECU (Total Electron Content Unit). As more measured TEC values become available in this region, the TEC map will be more reliable, thereby allowing us to study in detail the equatorial ionosphere of the African sector, where ionospheric measurements are currently very few.
The Global Navigation Satellite System (GNSS) has been used as a tool to accurately extract the Total Electron Content (TEC) in the ionosphere. The multi-GNSS (GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, and QZSS) constellations bring new opportunities for ionospheric research. In this study, we develop a regional ionospheric TEC model using GPS, Galileo, and QZSS measurements. To develop an ionospheric model covering the Asia-Oceania region, we select 13 International GNSS Service (IGS) stations. The ionospheric model applies the spherical harmonic expansion method and has a spatial resolution of 2.5°×2.5° and a temporal resolution of one hour. GPS TEC, Galileo TEC, and QZSS TEC are investigated from January 1 to January 31, 2024. Different TEC values are in good agreement with each other. In addition, we compare the QZSS(J07) TEC and the Center for Orbit Determination in Europe (CODE) Global Ionosphere Map (GIM) TEC. The results show that the QZSS TEC estimated in the study coincides closely with the CODE GIM TEC.
Byung-Kyu Choi;Dong-Hyo Sohn;Junseok Hong;Woo Kyoung Lee
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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제12권4호
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pp.343-348
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2023
The ionosphere acts as the largest error source in the Global Navigation Satellite System (GNSS) signal transmission. Ionospheric total electron content (TEC) is also easily affected by changes in the space environment, such as solar activity and geomagnetic storms. In this study, we analyze changes in the regional ionosphere using the Qusai-Zenith Satellite System (QZSS), a regional satellite navigation system. Observations from 9 GNSS stations in South Korea are used for estimating the QZSS TEC. In addition, the performance of QZSS TEC is analyzed with observations from day of year (DOY) 199 to 206, 2023. To verify the performance of our results, we compare the estimated QZSS TEC and CODE Global Ionosphere Map (GIM) at the same location. Our results are in good agreement with the GIM product provided by the CODE over this period, with an averaged difference of approximately 0.1 TECU and a root mean square (RMS) value of 2.89 TECU.
한반도 상공에서의 전리층에 의한 GPS 측위오차를 정량적으로 파악하기 위해 국토해양부의 44개 상시관측소 데이터를 이용해 2차원 전리층 지도를 작성하였다. 한반도를 위경도 방향으로 $0.1^{\circ}{\times}0.1^{\circ}$의 조밀한 격자로 나눈 뒤 각 격자점에서의 VTEC을 산출하였으며, 관측치로는 이중주파수 의사거리 관측치와 반송파위상 관측치의 선형조합에 의한 위상평활 의사거리를 사용하였다. 국토해양부와 천문연구원의 45개 상시관측소 데이터를 이용해 2003년 1월 25부터 5일 동안의 TEC 값을 2시간 단위로 산출하고 Center for Orbit Determination in Europe의 Global Ionosphere Map과 비교한 결과 8.0 TECU의 차이를 보였다.
기상청 국가기상위성센터에서는 우주기상 업무의 일환으로 국내 GNSS 관측자료를 이용한 기상 및 우주기상 활용체계를 구축하였다. 본 연구에서는 국내 GNSS 관측망 자료를 이용한 준실시간 전리권 총전자밀도(TEC) 산출 시스템을 소개하고 산출된 결과를 제시하고자 한다. 국가기상위성센터의 준실시간 전리권 총전자밀도 산출 시스템에서는 국가지리정보원, 한국천문연구원, 위성항법 중앙사무소 및 기상청, 총 80여개의 GNSS 관측자료를 수집하고, 수집된 자료에 대하여 24시간 시간 창 기법(Time Windowing Method)을 적용하여 각 지점별 전리권 TEC 자료를 매시간 산출하고, 산출된 각 지점별 IPP(Ionospheric Pierce Point)에서의 TEC 값을 반스 내삽(Barnes Interpolation)을 사용하여 한반도 상공의 전리권 총전자밀도 격자자료를 생성하였다. 생성된 TEC 격자값을 IGS(International GNSS Service)에서 제공하는 전지구 전리권 총전자밀도 지도와 비교한 결과 한반도 상공의 전리권 상태를 더 잘 기술할 수 있음을 보였다.
We present a GPS-derived regional ionosphere model, which estimates Total Electron Content (TEC) in rectangular grids on the spherical shell over Korea. The GPS data from nine GPS stations were used. The pseudorange data were phase-leveled by a linear combination of pseudoranges and carrier phases. During a quiet day of solar activity, the regional ionosphere map indicated 30-45 Total Electron Content Unit (TECU) 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.
전리층에 의한 신호지연 오차는 2000년 5월 SA해제 후 GPS 측위의 가장 큰 오차 요인이다. 이 연구에서는 전리층 오차를 산출하기 위한 방법으로 국토지리정보원 44개소의 상시관측소로부터 제공된 위상평활코드 의사거리 관측값을 이용하여 전리층 총전자수를 추정하였다. 총전자수를 정확하게 추정하기 위해 위성과 수신기의 하드웨어 바이어스인 DCB(Differential Code Bias)를 산출하여 적용하였으며, 적용 효과를 확인하기 위해 GlM을 기준으로 DCB 적용 전 후의 전리층 총전자수를 비교하였다. 그 결과, DCB를 적용했을 때 약 3~4 TECU, 적용하지 않았을 때 약 35~45 TECU의 RMS 오차를 나타냈다. DCB를 적용하여 $1^{\circ}{\times}1^{\circ}$ 공간해상도의격자형 전리층 총전자수 지도를 생성하였으며, 이때 총전자수 추정에 이용되는 상시관측소의 개소 수 증가에 따른 효과를 분석하기 위해 상시관측소의 개소 수를 10개소, 20개소, 30개소, 44개소 순으로 증가시키며 총전자수를 추정하였다. 각 총전자수 지도를 GIM과 비교하여 RMS 오차를 산출한 결과, 10개소의 상시관측소를 이용한 경우 5.3 TECU에서 44개소의 상시관측소를 이용한 경우 3.9 TECU로 감소하는 것을 확인하였다.
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).
It is a mistaken impression that the midlatitude ionosphere was a very stable region with well-known morphology and physical mechanism. However, the large disturbances of midlatitude ionospheric contents in response to global thermospheric changes during geomagnetic storms are reported in recent studies using global GPS TEC map and space-born thermospheric UV images, and its importance get higher with the increasing application areas of space navigation systems and radio communication which are mostly used in the midlatitudes. Positive and negative storm phases are used to describe increase and decrease of ionospheric electron density. Negative storms result generally from the enhanced loss rate of electron density according to the neutral composition changes which are initiated by Joule heating in high-latitudes during geomagnetic storms. In contrast, positive ionospheric storms have not been well understood because of rare measurements to explain the mechanisms. The large enhancements of ground-based GPS TEC in Korea were observed on 8 and 10 November 2004. The positive ionospheric storm was continued except for dawn on 8 November, and its maximum value is ~65 TECU of ~3 times compared with the monthly mean TEC values. The other positive phase on 10 November begin to occur in day sector and lasted for more than 6 hours. The O/N2 ratios from GUVI/TIMED satellite show ~1.2 in northern hemisphere and ~0.3 in southern hemisphere of the northeast Asian sector on 8 and 10 November. We suggest the asymmetric features of O/N2 ratios in the Northeast Asian sector may play an important role in the measured GPS TEC enhancements in Korea because global thermospheric wind circulation can globally change the chemical composition during geomagnetic storms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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