Park, Sul-Gee;Cho, Deuk-Jae;Shin, Young-Cheol;Park, Chan-Sik
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.9
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pp.871-877
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2012
An error analysis of PPP (Precise Point Positioning) using IF (Ionosphere Free) combination is given in this paper. It is shown that the performance of the ordinary model with positions, clock bias, integer ambiguities and ionosphere delay as unknowns is equivalent to that of an ionosphere difference combination where ionosphere delay is cancelled out. Furthermore, it is shown that IF combination is an ionosphere difference combination but not unique. It is also proved that all difference models show same performances. The error analysis evaluated with a hardware simulator and real measurements show that the ionosphere delay is effectively eliminated by IF combination or equivalently by the ionosphere difference combination. However, if bias errors such as troposphere, clock bias or multipath are included in the measurements, the performance of the IF combination is degraded because the bias errors are amplified by the ionosphere difference operation.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.18
no.3
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pp.212-214
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2018
The finite-difference time-domain (FDTD) model was developed to analyze electromagnetic (EM) wave propagation in an inhomogeneous ionosphere. The EM analysis of ionosphere is complicated, owing to various propagation environments that are significantly influenced by plasma frequency, cyclotron frequency, and collision frequency. Based on the simple auxiliary differential equation (ADE) technique, we present an accurate FDTD algorithm suitable for the EM analysis of complex phenomena in the ionosphere under arbitrary-direction geomagnetic field. Numerical examples are used to validate our FDTD model in terms of the reflection coefficient of a single magnetized plasma slab. Based on the FDTD formulation developed here, we investigate EM wave propagation characteristics in the ionosphere using realistic ionospheric data for South Korea.
When calculating the user's position using satellite signals, the signals originating from the satellite pass through the ionosphere and troposphere to the user. In particular, the ionosphere delay error that occurs when passing through the ionosphere delays when the signal is transmitted, generating a pseudorange error and position error at a large rate. Therefore, to improve position accuracy, it is essential to correct the ionosphere layer error. In a receiver capable of receiving dual frequency, the ionosphere error can be eliminated through a double difference, but in a single frequency receiver, an ionosphere correction model transmitted from a Global Navigation Satellite System (GNSS) satellite is used. The popularly used Klobuchar model is designed to improve performance globally. As such, it does not perform perfectly in the Korea region. In this paper, the characteristics of the delay in the ionosphere in the Korean region are identified through an analysis of 10 years of data, and an improved ionosphere correction model for the Korean region is presented using the widely employed Klobuchar model. Through the proposed model, vertical position error can be improved by up to 40% relative to the original Klobuchar model in the Korea region.
The East African ionosphere (3°S-18°N, 32°E-50°E) was mapped using Total Electron Content (TEC) measurements from ground-based GPS receivers situated at Asmara, Mekelle, Bahir Dar, Robe, Arbaminch, and Nairobi. Assuming a thin shell ionosphere at 350 km altitude, we project the Ionospheric Pierce Point (IPP) of a slant TEC measurement with an elevation angle of >10° to its corresponding location on the map. We then infer the estimated values at any point of interest from the vertical TEC values at the projected locations by means of interpolation. The total number of projected IPPs is in the range of 24-66 at any one time. Since the distribution of the projected IPPs is irregularly spaced, we have used an inverse distance weighted interpolation method to obtain a spatial grid resolution of 1°×1° latitude and longitude, respectively. The TEC maps were generated for the year 2008, with a 2 hr temporal resolution. We note that TEC varies diurnally, with a peak in the late afternoon (at 1700 LT), due to the equatorial ionospheric anomaly. We have observed higher TEC values at low latitudes in both hemispheres compared to the magnetic equatorial region, capturing the ionospheric distribution of the equatorial anomaly. We have also confirmed the equatorial seasonal variation in the ionosphere, characterized by minimum TEC values during the solstices and maximum values during the equinoxes. We evaluate the reliability of the map, demonstrating a mean error (difference between the measured and interpolated values) range of 0.04-0.2 TECU (Total Electron Content Unit). As more measured TEC values become available in this region, the TEC map will be more reliable, thereby allowing us to study in detail the equatorial ionosphere of the African sector, where ionospheric measurements are currently very few.
Byung-Kyu Choi;Dong-Hyo Sohn;Junseok Hong;Woo Kyoung Lee
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.12
no.4
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pp.343-348
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2023
The ionosphere acts as the largest error source in the Global Navigation Satellite System (GNSS) signal transmission. Ionospheric total electron content (TEC) is also easily affected by changes in the space environment, such as solar activity and geomagnetic storms. In this study, we analyze changes in the regional ionosphere using the Qusai-Zenith Satellite System (QZSS), a regional satellite navigation system. Observations from 9 GNSS stations in South Korea are used for estimating the QZSS TEC. In addition, the performance of QZSS TEC is analyzed with observations from day of year (DOY) 199 to 206, 2023. To verify the performance of our results, we compare the estimated QZSS TEC and CODE Global Ionosphere Map (GIM) at the same location. Our results are in good agreement with the GIM product provided by the CODE over this period, with an averaged difference of approximately 0.1 TECU and a root mean square (RMS) value of 2.89 TECU.
Kim, Jeong-Rae;Yang, Tae-Hyoung;Lee, Young-Jae;Jun, Hyang-Sig;Nam, Gi-Wook
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.1
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pp.361-365
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2006
High ionospheric spatial gradient during ionospheric storm is most concern for the landing approach with GNSS (Global Navigation Satellite System) augmentation systems. In case of the GBAS (Ground-Based Augmentation System), the ionospheric storm causes sudden increase of the ionospheric delay difference between a ground facility and a user (aircraft), and the aircraft position error increases significantly. Since the ionosphere behavior and the storm effect depend on geographic location, understanding the ionospheric storm behavior at specific regional area is crucial for the GNSS augmentation system development and implementation. Korea Aerospace Research Institute and collaborating universities have been developing an integrity monitoring test bed for GBAS research and for future regional augmentation system development. By using the dense GPS (Global Positioning System) networks in Korea, a regional ionosphere map is constructed for finding detailed aspect of the ionosphere variation. Preliminary analysis on the ionospheric gradient variation during a recent storm period is performed and the results are discussed.
Su-Kyung Kim;Sung Chun Bu;Chulsoo Lee;Beomsoo Kim;Donguk Kim
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.12
no.4
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pp.359-367
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2023
In order to ensure the high-integrity of reference stations of satellite navigation system, cycle slip should be precisely monitored and compensated. In this paper, we proposed a cycle slip algorithm for the integrity monitoring of the reference stations. Unlike the legacy method using the Melbourne-Wübbena (MW) combination and ionosphere combination, the proposed algorithm is based on ionosphere combination only, which uses high precision carrier phase observations without pseudorange observations. Two independent and complementary ionosphere combinations, Ionospheric Negative (IN) and Ionospheric Positive (IP), were adopted to avoid insensitive cycle slip pairs. In addition, a second-order time difference was applied to the IN and IP combinations to minimize the influence of ionospheric and tropospheric delay even under severe atmosphere conditions. Then, the cycle slip was detected by the thresholds determined based on error propagation rules, and the cycle slip was identified through weighted least square method. The performance of the proposed cycle slip algorithm was validated with the 1 Hz dual-frequency carrier phase data collected under the difference levels of ionospheric activities. For this experiment, 15 insensitive cycle slip pairs were intentionally inserted into the raw carrier phase observations, which is difficult to be detected with the traditional cycle slip approach. The results indicate that the proposed approach can successfully detect and compensate all of the inserted cycle slip pairs regardless of ionospheric activity. As a consequence, the proposed cycle slip algorithm is confirmed to be suitable for the reference station where real time high-integrity monitoring is crucial.
Ionosphere is deeply coupled to the space environment and introduces the perturbations to radio signal because of its electromagnetic characteristics. Therefore, the status of ionosphere can be estimated by analyzing the GPS signal errors which are penetrating the ionosphere and it can be the key to understand the global circulation and change in the upper atmosphere, and the characteristics of space weather. We used 9 GPS Continuously Operating Reference Stations (CORS), which have been operated by Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) , to determine the high precision of Total Electron Content (TEC) and the pseudorange data which is phase-leveled by a linear combination with carrier phase to reduce the inherent noise. We developed the method to model a regional ionosphere with grid form and its results over South Korea with $0.25^{\circ}\;by\;0.25^{\circ}$ spatial resolution. To improve the precision of ionosphere's TEC value, we applied IDW (Inverse Distance Weight) and Kalman Filtering method. The regional ionospheric model developed by this research was compared with GIMs (Global Ionosphere Maps) preduced by Ionosphere Working Group for 8 days and the results show $3\~4$ TECU difference in RMS values.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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1999.05a
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pp.78-81
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1999
The position and time errors of a conventional L1-band GPS receiver (1575.42MHz) are known to be about 100 m and 70 ns, respectively. These errors are mainly due to the propagation delay of GPS satellite signals through ionosphere. Various L1/L2 dual-band GPS receivers are normally used to compensate for those position and time errors by detecting an accurate propagation delay. These receivers detect the propagation delay difference between the L1 and L2 signals based on the fact that the propagation delay through ionosphere is dependent on frequency and, from which, calculate an accurate propagation delay of the GPS signals through ionosphere. In this paper, we analyzed the architecture of a L1/L2 dual-band CPS receiver by high-level simulations with Synopsys's COSSAP Tool.
Formation of longitudinally wave-like plasma density structure in the low-latitude F region is now a well-known phenomenon from the extensive studies in recent years. Observations of plasma density from multiple satellites have shown that the locations of the crests of the plasma density that are seen to be stationary during daytime are shifted after sunset. This phenomenon has been understood to be caused by eastward drift of the ionosphere at night. However, the eastward drift velocity of the ionosphere after sunset is not sufficiently large enough to explain the day-night difference in the longitudinal density structure. The just after sunset and the nighttime ionospheric morphologymay be affected by this drift after sunset. In this study, we will investigate the temporal variation of the phase of the longitudinal density structure and vertical plasma drift by analyzing the ROCSAT-1, TIMED/GUVI, and DMSP data and verify the role of the vertical drift after sunset in the change of the phase of the longitudinal density structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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