3D Modeling of Ionospheric Tomography Using GPS Observations Geodynamics Network of Iran in Three Different Seasons

Ghaffari, M. R.; M. Hossainali, M.

3D Modeling of Ionospheric Tomography Using GPS Observations Geodynamics Network of Iran in Three Different Seasons

Authors

M. R. Ghaffari

M. M. Hossainali

Abstract

The function based approach to three-dimensional tomographic modeling of Ionosphere is analyzed. Harmonic and empirical orthogonal functions are used as the base functions required in the modeling of the horizontal and vertical variations of the electron density. The instability of solution has been numerically analyzed and the Tikhonov regularization technique has been used to regularize the solution. To come up with an optimum value for the regularization parameter, the direct measurements of the electron density obtained from the Tehran Ionosonde station, located at λ=51.64⁰ and φ=35.87⁰ , are used. The electron density model reconstructed in this paper has a maximum relative error of 36.44% and its minimum value is 0.8503. The maximum difference between the vertical total electron content (VTEC) obtained from the reconstructed model to that obtained from the corresponding IGS network Ionosphere product is 52.320 TECU and its minimum value is 1.268.

Keywords

Ionospheric tomography

GPS TEC

Ionosonde Data

Article Title Persian

مدل سازی سه بعدی تغییرات چگالی الکترونی شبکة GPS یونوسفر با استفاده از مشاهدات ژئودینامیک ایران در سه فصل مختلف

Authors Persian

میررضا غفاری رزین

مسعود مشهدی حسینعلی

Abstract Persian

توموگرافی بر اساس توابع پایه یکی از تکنیک‎های موجود جهت مدلسازی سه بعدی چگالی الکترونی در لایه یونوسفر است که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد. در این روش تغییرات افقی چگالی الکترونی توسط توابع هارمونیک و تغییرات عمودی آن بوسیله توابع متعامد تجربی مدلسازی می شوند.ناپایداری مساله به صورت عددی بررسی و از روش TIKHONOVجهت پایدارکردن مسئله استفاده شده است. مقدار بهینه پارامتر پایدارسازی از طریق مقایسه چگالی الکترونی بدست آمده از روش توموگرافی با چگالی الکترونی بدست آمده از ایستگاه یونوسوند تهران واقع در موقعیت و تعیین شده است. ماکزیمم خطای نسبی در بازسازی چگالی الکترونی به روش توموگرافی در منطقه مورد نظر 36.44+ درصد و مینیمم خطای آن 0.8503+ بدست آمده است. همچنین مقادیر VTECبدست آمده از این روش با مقادیر VTECحاصل از داده های شبکه IGSمقایسه شده که بیشترین مقدار اختلاف در این شبکه مقدار 52.320+ TECUوکمترین مقدار آن 1.268+ TECUاست.

Keywords Persian

توموگرافی یونوسفر

پارامتر پایدارسازی

ایستگاه یونوسوند

روشTIKHONOV

[1]Feltens, J., Dow, J. M., Martin-Mur, T. J., Romero, I. and Martinez, C. G., “Routine Production of Ionosphere TEC Maps at ESOC,” In Proceedings of the 1998 IGS Analysis Centers Workshop, Essoc Darmstad, Germany, 1998, pp. 273-284.

[2]Gao, Y. and Liu, Z. Z., “Precise Ionosphere Modeling Using Regional GPS Network Data,” Journal of Global Positioning System, Vol. 1, No. 1, 2002, pp. 18-24.

[3]Liu Z. Z ,“Ionosphere Tomographic Modeling and applications Using Global Positioning System (GPS) Measurments,” UCGE Reports, Number 20198, University of CALGARY, June 2004.

[4]Liu Z. Z. and Gao, Y., “Ionospheric Tomography Using GPS Measurements,” Proceeding of the International Symposium on Kinematic Systems in

Geodesy, Geomatics and Navigation, Banff, Alberta, Canada, June 5-8, 2001, 2001, pp. 111-120.

[5]El-Arini, M. B., Hegarty C. J., Fernow, J. P. and Klobuchar, J. A.,“Development of an Error Budget for a GPS Wide-Area Augmentation System (WAAS),” Proceeding of the Institute of Navigation

NTM-94, San Diego, CA, January, 1994.

[6]El-Arini, M. B., O’Donnell, P. A., Kellam, P., Klobuchar, J. A, Wisser, T. C. and Doherty P. H., “The FAA Wide Area Differential GPS (WADGPS) Static Ionosphere Experiment,” Proceeding of the Institute of Navigation NTM-93, San Francisco, CA, January, 1993.

[7]El-Arini, M. B., Conker, R. S., Albertson, T. W., Reagan, J. K, Klobuchar, J. A. and Doherty, P. H., “Comparison of Real-Time Ionosphere Algorithms for a GPS Wide-Area Augmentation System (WAAS),” Journal of The Institute of Navigation, Vol. 41, No.4, 1994-1995, pp. 393-413.

[8]Gao, Y., Heroux, P. and Kouba, J.,“Estimation of GPS Receiver and Satellite L1/L2 Signal Delay Biases Using Data from CACS,” Processing of KIS-94. Banff, Canada, Aug. – Sep., 1994.

[9]Skone, S., “Wide Area Ionosphere Grid Modeling in the Auroral Region,” UCGE Reports Number 20123, [Ph.D thesis], The University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada, 1999.