Reference : Modelling the Mid-latitude Ionosphere: Assessment of the NeQuick Model using GPS TEC and...
Dissertations and theses : Master of advanced studies dissertation
Engineering, computing & technology : Electrical & electronics engineering
Physical, chemical, mathematical & earth Sciences : Earth sciences & physical geography
http://hdl.handle.net/2268/1547
Modelling the Mid-latitude Ionosphere: Assessment of the NeQuick Model using GPS TEC and Ionosonde Data
English
[fr] Modéliser l'ionosphère aux latitudes moyennes : évaluation du modèle NeQuick au moyen de données de TEC GPS et d'ionosonde
Bidaine, Benoît mailto [Université de Liège - University of Liège - ULg > Faculté des Sciences - Faculty of Sciences - FS > > DEA en sciences - In-depth study diploma in sciences > >]
13-Sep-2007
Université de Liège - University of Liège - ULg
DEA en sciences - In-depth study diploma in sciences
91
Warnant, René mailto
Billen, Roland mailto
Gérard, Jean-Claude mailto
[en] ionosphere ; model ; NeQuick ; ionosonde ; mid-latitudes ; Dourbes ; TEC ; mitigation ; positioning ; GNSS ; Galileo ; single frequency
[en] The ionosphere plays a crucial role in Global Navigation Satellite Systems (GNSS) accuracy. In extreme cases, this electrically charged part of the atmosphere can lead to errors in positioning exceeding 100 m. At first approximation, ionospheric effects depend mainly on the total content in free electrons of the ionosphere ("total electron content", TEC) defined as the integral of the electron density on the path between the satellite and the receiver.

The modelling of the latter parameter reveals thus itself critical in particular for single frequency receivers, the most common ones constituting the mass market. In the framework of GALILEO, the European system in development, the NeQuick model has been chosen to this extent. Computing monthly median electron densities as a basis, it will be integrated into a global algorithm providing the users with daily updated information and allowing them to calculate TEC and thus to mitigate the ionospheric effects.

In order to reach the specified correction level, the model itself and its latest evolutions as well as its use for GALILEO are investigated. Different situations have to be considered e.g. different latitude regions and the results can be compared to various data sets.

As a first step in a thorough analysis, we take benefit of ionosonde and GPS TEC data from the Dourbes Geophysical Observatory (Belgium) to study the mid-latitudes. Constraining the model with ionosonde measurements, we first investigate the difference between GPS-derived vertical TEC (vTEC) for Dourbes station and corresponding values from NeQuick for the latest years (for solar maximum in 2002 and minimum in 2006). With this approach, we reach residual errors of about 20% RMS for 2002 and 30% for 2006 keeping in mind that TEC values are far lower in this low solar activity year.

Through a focusing process, we identify then gradually best and worst months and days for which we observe the evolution between two versions of NeQuick. We highlight among others improvements from the latest modification in the topside formulation which appears clearly in the electron density profiles examined at the end of the assessment.
[fr] L'ionosphère joue un rôle crucial pour la précision des systèmes globaux de navigation par satellite (GNSS). Dans des cas extrêmes, cette partie de l'atmosphère chargée électriquement peut mener à des erreurs de positionnement dépassant 100 m. En première approximation, les effets ionosphériques dépendent principalement du contenu total en électrons libres de l'ionosphère ("total electron content", TEC) défini comme l'intégrale de la densité électronique sur le trajet entre le satellite et le récepteur.

La modélisation de ce dernier paramètre se révèle donc critique en particulier pour les récepteurs simple fréquence, les plus courants constituant le marché de masse. Dans le cadre de GALILEO, le système européen en développement, le modèle NeQuick a été choisi à cette fin. Calculant des densités électroniques mensuelles médianes à la base, il sera intégré à un algorithme global fournissant aux utilisateurs des informations mises à jour de manière journalière et leur permettant de calculer le TEC donc d'atténuer les effets ionosphériques.

Afin d'atteindre le niveau de correction requis, le modèle lui-même et ses dernières évolutions ainsi que son utilisation pour GALILEO sont étudiés. Différentes situations doivent être considérées, par exemple des régions de différentes latitudes, et les résultats doivent être comparés à divers ensembles de données.

Comme première étape d'une évaluation complète, nous tirons parti de données d'ionosonde et de TEC GPS du Centre de Physique du Globe à Dourbes (Belgique) pour étudier les latitudes moyennes. Conditionnant le modèle avec des mesures d'ionosonde, nous analysons la différence entre le TEC vertical obtenu par GPS pour la station de Dourbes et les valeurs correspondantes provenant de NeQuick pour les dernières années (pour le maximum solaire en 2002 et le minimum en 2006). Avec cette approche, nous atteignons des erreurs résiduelles d'environ 20% RMS pour 2002 et 30% pour 2006 gardant à l'esprit que les valeurs de TEC sont bien plus faibles au cours de cette année de faible activité solaire.

A travers un processus de focalisation, nous identifions ensuite graduellement les meilleurs et moins bons mois et jours pour lesquels nous observons l'évolution entre deux versions de NeQuick. Nous mettons entre autres en évidence les améliorations obtenues grâce à la dernière modification dans la formulation de la couche supérieure de l'ionosphère qui apparaît clairement dans les profils de densité électronique examinés à la fin de l'évaluation.
Researchers ; Professionals ; Students
http://hdl.handle.net/2268/1547

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