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Scintillation modeling with random phase gradient screens

Vasylyev, Dmytro und Cahuasqui Llerena, Juan Andres und Hoque, Mohammed Mainul und Jakowski, Norbert und Kriegel, Martin und David, Paul und Tagargouste, Youssef und Buchert, Stephan und Berdermann, Jens (2024) Scintillation modeling with random phase gradient screens. Journal of Space Weather and Space Climate, 14 (29), Seiten 1-23. EDP Sciences. doi: 10.1051/swsc/2024028. ISSN 2115-7251.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.swsc-journal.org/articles/swsc/abs/2024/01/swsc230088/swsc230088.html

Kurzfassung

Multiple studies of scintillation phenomena have shown that, in certain situations, the intense phase fluctuations of trans-ionospheric radio signals are associated with the scattering on strong electron density gradients. The present study provides a theoretical framework for modeling such types of phase fluctuation events. Using the geometrical-optics approximation and retaining the second-order smallness correction in the expansion of the eikonal function, we relate the phase of the transmitted wave not only to the total electron content (TEC) of the ionosphere but also to the spatial gradient of the TEC. The considered correction term is related to the random refraction of signal rays on large-scale ionospheric structures, an effect, that becomes significant in the presence of strong electron density gradients. To conveniently simulate the wave propagation under such conditions, we propose the random phase gradient screen algorithm. For this purpose, we use the novel spatial electron density gradient product (NeGIX) based on in-situ observations of the Swarm Langmuir probe and ground-based TEC and TEC gradient observations. To illustrate the performance of the algorithm, we apply it to simulate a scintillation event over Europe and in the low-latitude region and compare the simulation results with scintillation indices, measured from GNSS ground observations. We show that in regions of the ionosphere where spatial ionospheric gradients are large, the phase gradient method shows better agreement with the observed scintillation levels than the conventional phase screen approach.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208670/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:is work is partially funded by ESA via the Swarm DISC Sub-contract SW-CO-DTU-GS-133.
Titel:Scintillation modeling with random phase gradient screens
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Vasylyev, DmytroDmytro.Vasylyev (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9119-1724NICHT SPEZIFIZIERT
Cahuasqui Llerena, Juan AndresAndres.Cahuasqui (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1783-0823171938534
Hoque, Mohammed MainulMainul.Hoque (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5134-4901NICHT SPEZIFIZIERT
Jakowski, NorbertNorbert.Jakowski (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3174-2624NICHT SPEZIFIZIERT
Kriegel, MartinMartin.Kriegel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5543-180XNICHT SPEZIFIZIERT
David, PaulPaul.David (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8925-3837NICHT SPEZIFIZIERT
Tagargouste, YoussefYoussef.Tagargouste (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buchert, StephanSwedish Institute of Space Physics (IRF), Uppsala, SwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Berdermann, JensJens.Berdermann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3308-4584NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 November 2024
Erschienen in:Journal of Space Weather and Space Climate
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.1051/swsc/2024028
Seitenbereich:Seiten 1-23
Verlag:EDP Sciences
ISSN:2115-7251
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ionospheric scintillation, Phase screens, Phase gradient screens, TEC gradients, NeGIX, Swarm
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt HIGAIN [KNQ]
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Weltraumwettereinfluß
Hinterlegt von: Vasylyev, Dmytro
Hinterlegt am:18 Nov 2024 09:54
Letzte Änderung:26 Nov 2024 12:27

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