[論文レビュー] Datasets of ionospheric parameters provided by SCINDA GNSS receiver from Lisbon airport area

Tatiana Barlyaeva, Teresa Barata+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2020

Ionosphere and magnetosphere dynamics参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本論文では、リスボン空港（2014–2019年）に設置されたSCINDA GNSS受信機を用いて1分間隔で収集された、電離層パラメータ（Total Electron Content: TEC、ROTI、S4散光インデックス）の包括的データセットを提示する。2015年の主な地磁気月における1時間平均値も処理済みである。データはMendeley Dataから入手可能で、オープンソースの「SCINDA-Iono」MATLABツールボックスを用いて処理されたものであり、宇宙天候イベント中の電離層散光およびGNSS信号劣化の高分解能分析を可能にする。

ABSTRACT

Here we present datasets provided by a SCINDA GNSS receiver installed in the Lisbon airport area from November of 2014 to July of 2019. The installed equipment is a NovAtel EURO4 with a JAVAD Choke-Ring antenna. The data are in an archived format and include the general messages on quality of records (*.msg), RANGE files (*.rng), raw observables as the signal-to-noise (S/N) ratios, pseudoranges and phases (*.obs), receiver position information (*.psn), ionosphere scintillations monitor (ISMRB; *.ism) and ionospheric parameters: total electron content (TEC), rate of change of TEC index (ROTI), and the scintillation index S4 (*.scn). The presented data cover the full 2015 year. The raw data are of 1-minute resolution and available for each of the receiver-satellite pairs. The processing and the analysis of the ionosphere scintillation datasets can be done using a specific "SCINDA-Iono" toolbox for the MATLAB developed by T. Barlyaeva (2019) and available online via MathWorks File Exchange system. The toolbox calculates 1-hour means for ionospheric parameters for each of the available receiver-satellite pairs and averaged over all available satellites during the analyzed hour. Here we present the processed data for the following months in 2015: March, June, October, and December. The months were selected as containing most significant geomagnetic events of 2015. The 1-hour means for other months can be obtained from the raw data using the aforementioned toolbox. The provided datasets are interesting for the GNSS and ionosphere based scientific communities.

研究の動機と目的

• 中緯度・沿岸地域（ポルトガル・リスボン）に位置するGNSS受信機から得られる電離層パラメータの公開可能で高分解能のデータセットを提供すること。
• 地磁気嵐中の電離層散光およびGNSS信号品質への影響に関する研究を支援すること。
• 「SCINDA-Iono」MATLABツールボックスを通じて、生のGNSS散光データを分析するための標準的かつ再現可能な処理パイプラインを提供すること。

提案手法

• NovAtel EURO4受信機（JAVAD Choke-RingアンテナおよびSCINDAファームウェア搭載）を用いて、1秒間に1回のサンプリングレートで生のGNSSデータを継続収集した。
• データには擬似距離、搬送波位相、S/N比、TEC、S4、ROTI、受信機位置が含まれ、ASCIIおよびバイナリ形式で保存された。
• 「SCINDA-Iono」MATLABツールボックスは、生データを処理する目的で開発された。このツールボックスは、ギャップの除去、不良エポックの除外、および衛星ごとおよび全衛星にわたる1時間平均化を実行する。
• ツールボックスは、電離層パラメータの1時間平均値に加え、標準偏差および有効観測数も出力する。
• データ処理にはタイムスタンプによるフィルタリング、エポックレベルの品質チェック、日付および時間単位での自動ファイル整理が含まれる。
• すべてのデータおよびツールボックスは、Mendeley DataおよびMathWorks File Exchangeを通じて公開されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中緯度のリスボンのような地点で、地磁気嵐発生時における電離層TEC、ROTI、S4散光インデックスの時間的変動はどのように変化するか？
• RQ2 宇宙天候イベント発生時、イベリア半島におけるGNSS信号の散光が位置決め精度に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ3 「SCINDA-Iono」ツールボックスは、生のGNSSデータから電離層パラメータを信頼性高く抽出・平均化できるか？
• RQ4 2015年の重要な地磁気ストーム（例：3月2015年ストーム）において、電離層の不規則性の時間的パターンはどのようなものか？
• RQ5 異なる衛星-受信機リンクにおける電離層パラメータの統計的特性（平均値、標準偏差、データ可用性）はどのように変動するか？

主な発見

• データセットは2015年をカバーしており、102の受信機-衛星ペアから1分間隔のデータが収集され、3月、6月、10月、12月の1時間平均値が提供されている。
• 「SCINDA-Iono」ツールボックスは、標準的なハードウェア上で5分未満で生データを1時間平均値（標準偏差および観測数を含む）に処理し、正常に機能した。
• 2015年3月17日〜18日に発生した地磁気ストーム中に顕著な電離層不規則性が観測され、S4およびROTI値の上昇から強い散光が示された。
• 受信機バイアス補正は実施されておらず、受信機のキャリブレーションも行われなかったため、TEC値はバイアス補正なしで報告された。
• データは高い時間分解能と一貫性のある品質を示しており、安定した現地電源およびアクセス制御により、最小限のデータギャップが生じた。
• 生データおよび処理済みデータの両方の提供により、電離層モデルの検証およびGNSSアプリケーションにおけるリアルタイム散光低減技術の開発が可能になった。