한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.2
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pp.235-240
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2006
Ionospheric scintillation induces a rapid change in the amplitude and phase of radio wave signals. This is due to irregularities of electron density in the F-region of the ionosphere. It reduces the accuracy of both pseudorange and carrier phase measurements in GPS/satellite based Augmentation system (SBAS) receivers, and can cause loss of lock on the satellite signal. Scintillation is not as strong at mid-latitude regions such that positioning is not affected as much. Severe effects of scintillation occur mainly in a band approximately 20 degrees on either side of the magnetic equator and sometimes in the polar and auroral regions. Most scintillation occurs for a few hours after sunset during the peak years of the solar cycle. This paper focuses on estimation of the effects of ionospheric scintillation on GPS and SBAS signals using a software receiver. Software receivers have the advantage of flexibility over conventional receivers in examining performance. PC based receivers are especially effective in studying errors such as multipath and ionospheric scintillation. This is because it is possible to analyze IF signal data stored in host PC by the various processing algorithms. A L1 C/A software GPS receiver was developed consisting of a RF front-end module and a signal processing program on the PC. The RF front-end module consists of a down converter and a general purpose device for acquiring data. The signal processing program written in MATLAB implements signal acquisition, tracking, and pseudorange measurements. The receiver achieves standalone positioning with accuracy between 5 and 10 meters in 2drms. Typical phase locked loop (PLL) designs of GPS/SBAS receivers enable them to handle moderate amounts of scintillation. So the effects of ionospheric scintillation was estimated on the performance of GPS L1 C/A and SBAS receivers in terms of degradation of PLL accuracy considering the effect of various noise sources such as thermal noise jitter, ionospheric phase jitter and dynamic stress error.
Ionospheric anomaly is one of the major error sources which deteriorate the GNSS performance. In the equatorial region, effects of the ionospheric plasma bubbles are of great interest because they are pretty common phenomena, especially in the period of the high solar activity. In order to evaluate the GNSS performance under circumstance of the bubbles, an ionospheric scintillation monitor has been developed and installed in Bangkok, Thailand. Furthermore, a model simulating the ionospheric delay and scintillation due to the bubbles has been developed. Based on these developments, the effects of the simulated plasma bubbles are analyzed and their agreement with the real observation is demonstrated. An availability degradation of the GPS ground based augmentation system (GBAS) caused by the bubbles is exampled in details. Finally, an integrated GPS/INS approach based on the Doppler frequency is proposed to remedy the deterioration.
Radio waves including GPS signals, various TV communications, and radio broadcasting can be disturbed by a strong solar storm, which may occur due to solar flares and produce an ionospheric delay anomaly in the ionosphere according to the change of total electron content. Electron density irregularities can cause deep signal fading, frequently known as ionospheric scintillation, which can result in the positioning error using GPS signal. This paper proposes a detection algorithm for the ionosphere delay anomaly during a solar storm by using multi-reference stations. Different TEC grid which has irregular electron density was applied above one reference station. Then the ionospheric delay in zenith direction applied different TEC will show comparatively large ionospheric zenith delay due to the electron irregularity. The ionospheric slant delay applied an elevation angle at reference station was analyzed to detect the ionospheric delay anomaly that can result in positioning error. A simulation test was implemented and a proposed detection algorithm using data logged by four reference stations was applied to detect the ionospheric delay anomaly compared to a criterion.
This paper presents the statistical analysis and the effects of the ionospheric scintillation to the satellite communication system. By receiving 1.694 GHz carrier wave of telemetry signal transmitted from Geostationary Meteorological Satellite (GMS-5) at both of King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok. and Chiang Mai University, Thailand, in order to study the characteristics of Ionospheric scintillation in case of different geomagnetic latitude Position; the statistical analysis of S$_4$, fade duration. message reliability and fade rate can be obtained . The data was analyzed from february 2000 to January 2001
Theerapatpaiboon, P.;Sukkaewthanom, S.;Leelaruji, N.;Hemmakorn, N.
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2004년도 ICCAS
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pp.20-23
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2004
Tropospheric and ionospheric scintillation may impact on C-band satellite communication systems, particularly at lowmargin systems and low elevation angles. This paper presents the characteristics of C-Band scintillation at low elevation angle received and recorded the satellite signal from INTELSAT above the Pacific Ocean Region (POR) from January 2002 to December 2002 in the period of solar maximum. We received 3.9525 GHz beacon signal at Sri-Racha satellite earth station by the 32 meters in diameter antenna with 8 degrees of elevation. The analysis was found that the values of amplitude fluctuation is mostly about 0.5-0.6 dB peak to peak and $S_4$ = 0.03-0.04. The maximum amplitude fluctuation is about 9 dB peak to peak occurring in April. The occurrence numbers of scintillation is most frequently in April and minimum in November. The occurrence numbers of tropospheric scintillation are most frequently in April and October, and minimum in November. It relates to temperature and water vapor pressure variation in $N_{wet} $. The occurrence numbers of ionospheric scintillation are most frequently in April and September, and minimum in November. It varies corresponding to both equinoctial periods (vernal and autumnal equinox in March and September) and solstice periods (June and December) respectively.
이온충 신틸레이션 채널(transionospheric scintillation channel)에서 PSK通信시스템의 誤率을 가우스 쿼드러처積分(Gauss quadrature integration)公式의 方法을 利用하여 계산하였다. 使用한 채널 모델은 Rino의 모델로 交信信號의 포락선이 相關가우스 랜덤 과정으로 천천히 변하는 페이딩 채널이다. 신틸레이션 채널에 대한 誤率은 UHF帶의 傳送에서 실제 이온중 신틸레이션 데이터를 使用하여 계산하였다.
Chung, Jong-Kyun;Hong, Junseok;Yoo, Sung-Moon;Kim, Jeong-Han;Jee, Geonhwa;Hegai, Valery V.
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제34권4호
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pp.245-250
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2017
As a part of collaborative efforts to understand ionospheric irregularities, the Korea ionospheric scintillation sites (KISS) network has been built based on global positioning system (GPS) receivers with sampling rates higher than 1 Hz. We produce the rate of TEC index (ROTI) to represent GPS TEC fluctuations related to ionospheric irregularities. In the KISS network, two ground-based GPS sites at Kiruna (marker: KIRN; geographic: $67.9^{\circ}$ N, $21.4^{\circ}$ E; geomagnetic: $65.2^{\circ}$ N) and Chuuk (marker: CHUK; geographic: $7.5^{\circ}$ N, $151.9^{\circ}$ E; geomagnetic: $0.4^{\circ}$ N) were selected to evaluate the ROTI value for ionospheric irregularities during the occurrence of the 2015 St. Patrick's Day storm. The KIRN ROTI values in the aurora region appear to be generally much higher than the CHUK ROTI values in the EIA region. The CHUK ROTI values increased to ~0.5 TECU/min around UT=13:00 (LT=23:00) on March 16 in the quiet geomagnetic condition. On March 17, 2015, CHUK ROTI values more than 1.0 TECU/min were measured between UT=9:00 and 12:00 (LT=19:00 and 22:00) during the first main phase of the St. Patrick's Day storm. This may be due to ionospheric irregularities by increased pre-reversal enhancement (PRE) after sunset during the geomagnetic storm. Post-midnight, the CHUK ROTI showed two peaks of ~0.5 TECU/min and ~0.3 TECU/min near UT=15:00 (LT=01:00) and UT=18:00 (LT=04:00) at the second main phase. The KIRN site showed significant peaks of ROTI around geomagnetic latitude=$63.3^{\circ}$ N and MLT=15:40 on the same day. These can be explained by enhanced ionospheric irregularities in the auroral oval at the maximum of AE index
이 논문에서는 2024 년 5 월에 일어난 지자기 폭풍 동안 한반도 주변에 나타난 다양한 전리권과 고층대기 교란을 살펴본다. 대규모 태양 폭발로 일어난 이번 지자기 폭풍은 21년 만에 발생한 G5 등급으로, 우리나라에서도 오로라가 보일만큼 전 지구적으로 극심한 우주 환경 변화를 가져왔다. 한국천문연구원은 국내에서 수집한 GNSS(Global Navigation Satellite System) 자료로부터 전리권 총 전자량(total electron content, TEC)을 산출해 대한민국 상공의 전리권 변화를 감시하고, 전리권에 의한 위성항법 신호 교란을 직접 확인할 수 있는 GNSS 신틸레이션 관측소를 국내·외 5곳에 설치해 운영 중이다. 이번 지자기 폭풍 동안 대한민국 상공의 TEC 는 큰 변화를 겪었다. 밤에는 TEC 증가와 강한 신틸레이션이 일어났고, 다음날 낮에는 TEC가 평소보다 70% 이상 감소하였는데, 이는 11년 태양 활동 주기 중 한두 번 꼴로 나타나는 드문 현상이다. 낮에 일어난 TEC 감소는 열권 구성 성분 변화와 관련이 있지만, 밤에 일어난 TEC 증가와 신틸레이션의 원인은 아직 명확하지 않아 추가 분석이 필요하다.
2003년 10월 28일에 X18 급의 태양 플레어가 발생한 다음날인 10월 29일부터 10월 31일까지 할로윈 이벤트로 불리는 초대형 지자기 폭풍이 전 지구적으로 발생하였다. 할로윈 이벤트 기간 동안 한반도 상공 전리권 양상을 살펴보기 위해서 GPS 신틸레이션 S4 지수와 GPS 토모그래피 기법을 사용한 최대 전자밀도($NmF_2$)의 변화를 날짜별로 분석하였다. GPS 신호손실과 신틸레이션의 총 발생 횟수는 10월 28일과 29일이 각각 1,094회와 1,387회로 30일과 31일의 604회와 897회에 비해 높게 나타났다. 이는 지자기 폭풍이 반드시 전리권 교란을 발생하지 않음을 의미 한다. 그러므로 지자기 폭풍이 아닌 전리권 교란을 감시하기 위해서는 지자기 교란 지수보다 S4 지수가 유용할 것이다. 전리권 전자밀도 변화 양상은 GPS 토모그래피 기법으로 산출된 전리권 최대전자밀도($NmF_2$) 값을 날짜별로 분석하였다. 10월 28일에 가장 높은 $NmF_2$ 값을 보이고 있다. 이는 안양 이온존데에서 관측된 $NmF_2$ 값의 변화와 일치되는 경향을 보이며, 전자밀도가 낮은 30일과 31일에 GPS 신틸레이션과 신호손실 총 발생회수가 낮게 나타나는 양상을 보이고 있다. 결론적으로 지자기 폭풍과 GPS 신호 품절의 상관성은 나타나지 않고 있으나 전자멸도가 감 소할수록 GPS 신호품질은 양호한 것으로 나타나고 있다. 향후 장기관측 자료 분석을 통해 평상시와 지자기 폭풍 기간 동안의 GPS 신호품질과 전자멸도 변화에 대해 연구가 진행될 것이다.
대한원격탐사학회 2008년도 International Symposium on Remote Sensing
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pp.348-357
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2008
The classification of the effect of ionospheric disturbances on the radio occultation signal amplitude has been introduced based on an analysis of more than 2000 seances of radio occultation measurements per formed with the help of the CHAMP German satellite. The dependence of the histograms of variations in the radio occultation signal amplitude on the IMF variation index has been revealed. It has been indicated that it is possible to introduce the radio occultation index characterizing the relation between ionospheric disturbances and solar activity. An amplitude radio occultation (RO) method is proposed to study connection between the ionospheric and solar activity on a global scale. Sporadic amplitude scintillation observed in RO experiments contain important information concerning the seasonal, geographical, and temporal distributions of the ionospheric disturbances and depend on solar activity. The probability of strong RO amplitude variations (RO $S_4$ index greater than 0.2) in the CHAMP RO signals diminishes sharply with the weakening of solar activity from 2001 to 2008. The general number of RO events with strong amplitude variations can be used as an indicator of the ionospheric activity. We found that during 2001-2008 the daily globally averaged RO $S_{4a}$ index depends essentially on solar activity. The maximum occurred in January 2002, minimum has been observed in summer 2008. Different temporal behavoir of $S_{4a}$ index has been detected for polar (with latitude greater than $60^{\circ}$) and low latitude (moderate and equatorial) regions. For polar regions $S_{4a}$ index is slowly decreasing with solar activity. In the low latitude areas $S_{4a}$ index is sharply oscillating, depending on the solar ultraviolet emission variations. The different geographical behavoir of $S_{4a}$ index indicates different origin of ionospheric plasma disturbances in polar and low latitude areas. Origin of the plasma disturbances in the polar areas may be connected with influence of solar wind, the ultraviolet emission of the Sun may be the main cause of the ionospheric irregularities in the low latitude zone. Therefore, the $S_{4a}$ index of RO signal is important radio physical indicator of solar activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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