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Ionospheric tomography by gradient enhanced kriging with STEC measurements and ionosonde characteristics

Minkwitz, David und van den Boogaart, Karl Gerald und Gerzen, Tatjana und Hoque, Mohammed Mainul und Hernandez-Pajares, Manuel (2016) Ionospheric tomography by gradient enhanced kriging with STEC measurements and ionosonde characteristics. Annales Geophysicae (34), Seiten 999-1010. Copernicus Publications. doi: 10.5194/angeo-34-999-2016. ISSN 0992-7689.

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Kurzfassung

The estimation of the ionospheric electron density by kriging is based on the optimization of a parametric measurement covariance model. First, the extension of kriging with slant total electron content (STEC) measurements based on a spatial covariance to kriging with a spatial-temporal covariance model, assimilating STEC data of a sliding window, is presented. Secondly, a novel tomography approach by gradient enhanced kriging (GEK) is developed. Beyond the ingestion of STEC measurements, GEK assimilates ionosonde characteristics providing peak electron density measurements as well as gradient information. Both approaches deploy the 3D electron density model NeQuick as a priori information and estimate the covariance parameter vector within a maximum likelihood estimation for the dedicated tomography time stamp. The methods are validated in the European region for two periods covering quiet and active ionospheric conditions. The kriging with spatial and spatial-temporal covariance model is analysed regarding its capability to reproduce STEC, differential STEC and foF2. Therefore the estimates are compared to the NeQuick model results, the 2D TEC maps of the International GNSS Service and the DLR’s Ionospheric Monitoring and Prediction Center, and in case of foF2 to two independent ionosonde stations. Moreover, simulated STEC and ionosonde measurements are used to investigate the electron density profiles estimated by the GEK in comparison to a kriging with STEC only. The results indicate a crucial improvement in the initial guess by the developed methods and point out the potential compensation for a bias in the peak height hmF2 by means of GEK.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/107674/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ionospheric tomography by gradient enhanced kriging with STEC measurements and ionosonde characteristics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Minkwitz, DavidDavid.Minkwitz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
van den Boogaart, Karl GeraldTU Freiberg, HZDRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerzen, Tatjanatatjana.gerzen (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hoque, Mohammed MainulMainul.Hoque (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hernandez-Pajares, ManuelUPC BarcelonaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 November 2016
Erschienen in:Annales Geophysicae
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.5194/angeo-34-999-2016
Seitenbereich:Seiten 999-1010
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:0992-7689
Status:veröffentlicht
Stichwörter:ionosphere, data assimilation, kriging, tomography, multi-sensor, gradient enhanced kriging
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation und Navigation
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KN - Kommunikation und Navigation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Ionosphäre (alt)
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Navigation
Hinterlegt von: Minkwitz, David
Hinterlegt am:14 Nov 2016 15:51
Letzte Änderung:03 Nov 2023 07:29

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