[论文解读] 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 8

一句话总结

本论文展示了来自里斯本机场（2014–2019年）一台SCINDA GNSS接收机以1分钟分辨率采集的电离层参数综合数据集——总电子含量（TEC）、ROTI和S4闪烁指数，以及2015年关键地磁月的1小时平均值。数据可通过Mendeley Data获取，并使用开源的'matlab'工具箱'SCINDA-Iono'进行处理，支持对空间天气事件期间电离层闪烁和GNSS信号衰减的高分辨率分析。

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.

研究动机与目标

• 提供一个公开可访问的、来自中纬度沿海地区（葡萄牙里斯本）GNSS接收机的高分辨率电离层参数数据集。
• 支持在地磁扰动期间对电离层闪烁及其对GNSS信号质量影响的研究。
• 通过'SCINDA-Iono' MATLAB工具箱提供标准化、可复现的数据处理流程，用于分析原始GNSS闪烁数据。

提出的方法

• 使用NovAtel EURO4接收机配合JAVAD Choke-Ring天线及SCINDA固件，以1 Hz的采样率连续采集原始GNSS数据。
• 数据包括伪距、载波相位、信噪比（S/N）、TEC、S4、ROTI及接收机位置，以ASCII和二进制格式存储。
• 开发了'SCINDA-Iono' MATLAB工具箱以处理原始数据，去除数据间隙和异常历元，并对每颗卫星及所有卫星进行1小时平均处理。
• 该工具箱生成电离层参数的1小时平均值，以及标准差和有效观测数。
• 数据处理包括时间标签过滤、历元级质量检查，并按日期和小时自动组织文件。
• 所有数据及工具箱均可通过Mendeley Data和MathWorks File Exchange公开获取。

实验结果

研究问题

• RQ1 在里斯本这类中纬度地区，电离层TEC、ROTI和S4闪烁指数在地磁风暴期间如何随时间变化？
• RQ2 在空间天气事件期间，GNSS信号闪烁在伊比利亚半岛对定位精度的退化程度如何？
• RQ3 'SCINDA-Iono'工具箱能否可靠地从原始GNSS数据中提取并平均电离层参数，以支持科学研究？
• RQ4 2015年重大地磁风暴（如3月风暴）期间，电离层扰动的时间模式是什么？
• RQ5 不同卫星-接收机链路的电离层参数（均值、标准差、数据可用性）的统计特性有何差异？

主要发现

• 数据集覆盖2015年全年，包含102个接收机-卫星链路的1分钟分辨率数据，同时为3月、6月、10月和12月提供1小时平均值。
• 'SCINDA-Iono'工具箱能将原始数据成功处理为1小时平均值（含标准差和观测数），在标准硬件上处理时间少于5分钟。
• 在2015年3月17–18日的地磁风暴期间观察到显著的电离层扰动，S4和ROTI值升高，表明存在强烈的闪烁现象。
• TEC值未进行接收机偏差校正，因未对接收机进行校准。
• 数据具有高时间分辨率和一致的高质量，由于现场电源和访问控制可靠，数据间隙极少。
• 原始数据与处理后数据的并存，使得电离层模型验证和GNSS应用中实时闪烁抑制技术的开发成为可能。