[논문 리뷰] Datasets of ionospheric parameters provided by SCINDA GNSS receiver from Lisbon airport area

Tatiana Barlyaeva, Teresa Barata외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 17.

Ionosphere and magnetosphere dynamics참고 문헌 3인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 2014–2019년 동안 리스본 공항에 설치된 SCINDA GNSS 수신기에서 1분 간격으로 수집한 이온층 파rameter—총 전자 함량(Total Electron Content, TEC), ROTI, S4 산란 지수—의 종합적인 데이터셋을 제시한다. 2015년 주요 지자기 월에 대해선 1시간 평균 데이터도 처리하였다. 데이터는 Mendeley Data를 통해 공개되며, 오픈소스 'SCINDA-Iono' MATLAB 도구상자를 사용해 처리되었으며, 우주 날씨 사건 동안 이온층 산란 및 GNSS 신호 품질 저하에 대한 고해상도 분석을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중위도 해안 지역(포르투갈 리스본)에 위치한 GNSS 수신기에서 공개 가능한 고해상도 이온층 파rameter 데이터셋을 제공하기 위함.
• 지자기 불안정 기간 동안 이온층 산란 및 GNSS 신호 품질에 미치는 영향을 연구하기 위함.
• 원시 GNSS 산란 데이터를 분석하기 위한 표준화되고 재현 가능한 처리 파이프라인을 제공하기 위해 'SCINDA-Iono' MATLAB 도구상자 활용.

제안 방법

• NovAtel EURO4 수신기와 JAVAD Choke-Ring 안테나, SCINDA 펌웨어를 사용해 1Hz로 원시 GNSS 데이터를 연속적으로 수집.
• 데이터에는 유도거리, 신호 위상, S/N 비율, TEC, S4, ROTI, 수신기 위치 포함. ASCII 및 이진 형식으로 저장.
• 'SCINDA-Iono' MATLAB 도구상자는 원시 데이터를 처리하기 위해 개발되었으며, 간격, 불량 에포크 제거 및 위성별, 전체 위성 기준 1시간 평균 처리 수행.
• 도구상자는 이온층 파ram터의 1시간 평균값, 표준편차 및 유효 관측 수를 생성.
• 시간 태그 기반 필터링, 에포크 수준의 품질 검사, 날짜 및 시간별 자동 파일 정리 포함된 데이터 처리 절차.
• 모든 데이터 및 도구상자는 Mendeley Data 및 MathWorks File Exchange를 통해 공개.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지자기 스토밍 기간 동안 리스본과 같은 중위도 지역에서 이온층 TEC, ROTI, S4 산란 지수는 시간에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 우주 날씨 사건 기간 동안 이베리아 반도에서 GNSS 신호 산란은 위치 정확도에 얼마나 심각하게 영향을 미치는가?
• RQ3 'SCINDA-Iono' 도구상자는 원시 GNSS 데이터에서 이온층 파ram터를 신뢰성 있게 추출하고 평균화하여 과학적 분석에 활용할 수 있는가?
• RQ4 2015년 주요 지자기 스토밍, 예를 들어 3월 2015년 스토밍 기간 동안 이온층 불안정성의 시간적 패턴은 어떠한가?
• RQ5 다양한 위성-수신기 링크 간 이온층 파ram터의 통계적 특성(평균, 표준편차, 데이터 가용성)은 어떻게 달라지는가?

주요 결과

• 2015년 전체 연도를 커버하는 1분 간격 데이터셋으로 102개의 수신기-위성 쌍에서 수집되었으며, 3월, 6월, 10월, 12월에 대해선 1시간 평균 데이터 제공.
• 'SCINDA-Iono' 도구상자는 원시 데이터를 1시간 평균값, 표준편차 및 관측 수로 성공적으로 처리하였으며, 일반 하드웨어에서 5분 이내에 완료.
• 2015년 3월 17–18일 지자기 스토밍 기간 동안 뚜렷한 이온층 불안정성이 관측되었으며, 높은 S4 및 ROTI 값은 강한 산란을 시사.
• 수신기 보정 없이 TEC 값이 보고되었으며, 수신기 캘리브레이션을 수행하지 않았음.
• 강력한 현장 전원 및 접근 제어 덕분에 데이터 간격이 최소화되어 고시간 해상도와 일관된 품질 확보.
• 원시 데이터 및 처리된 데이터의 가용성 덕분에 이온층 모델 검증 및 GNSS 애플리케이션을 위한 실시간 산란 보완 기술 개발이 가능.