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Ionospheric gradient estimation using ground-based GEO observations for monitoring multi-scale ionospheric dynamics

Li, Zhiyao und Zhong, Jiahao und Wang, Ningbo und Hao, Yongqiang und Wan, Xin und Jakowski, Norbert und Hoque, Mohammed Mainul und Liu, Ang und Li, Zishen und Liu, Runqing und Nykiel, Grzegorz (2025) Ionospheric gradient estimation using ground-based GEO observations for monitoring multi-scale ionospheric dynamics. Satellite Navigation, 6 (30). Springer Nature. doi: 10.1186/s43020-025-00187-4. ISSN 2662-9291.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1186/s43020-025-00187-4

Kurzfassung

High-resolution and real-time monitoring of ionospheric dynamics is important for space weather research and satellite-based communication and navigation. However, the existing observational frameworks often face trade-offs between spatial coverage, temporal continuity, and resolution. This study presents a novel fixed-geometry observation framework, which utilizes the ionospheric gradients derived from a network of Geostationary Earth Orbit (GEO) satellites and ground-based Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers. The stationary geometry between GEO satellites and ground receivers enables the formation of dense, fixed Ionospheric Pierce Points (IPPs), and geometry-invariant inter-IPP baselines, which serve as fundamental sensing units. Leveraging this configuration, the proposed framework produces high-resolution ionospheric Total Electron Content (TEC) gradient fields (spatially < 0.25°, temporally 30 s), without requiring satellite motion corrections. This enables multi-scale analysis of ionospheric disturbances in real time. Case studies demonstrate the framework can resolve sub-minute electron density variations during the diurnal development of Equatorial Ionization Anomalies (EIA), track the evolution of plasma irregularities associated with Equatorial Plasma Bubbles (EPBs), and characterize the propagation of Large-scale Traveling Ionospheric Disturbances (LSTIDs). The GEO-based framework provides a geometry-consistent and scalable tool that bridges the gap between sparse satellite observations and high-resolution ionospheric diagnostics, which is significant for both scientific investigation and operational space weather monitoring.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220993/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ionospheric gradient estimation using ground-based GEO observations for monitoring multi-scale ionospheric dynamics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Li, ZhiyaoSun Yat-Sen University, ZhuhaiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhong, JiahaoSun Yat-Sen University, ZhuhaiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, NingboCASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hao, YongqiangSun Yat-Sen University, ZhuhaiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wan, XinSun Yat-Sen University, ZhuhaiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jakowski, NorbertNorbert.Jakowski (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3174-2624NICHT SPEZIFIZIERT
Hoque, Mohammed MainulMainul.Hoque (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, AngCASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, ZishenCASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, RunqingCASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nykiel, GrzegorzDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2025
Erschienen in:Satellite Navigation
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:6
DOI:10.1186/s43020-025-00187-4
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Yang, YuanxiState Key Laboratory of Geo-Information EngineeringNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer Nature
ISSN:2662-9291
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ionosphere, total electron content, horizontal gradients, geostationary satellites
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Ionosphäre
Standort: Neustrelitz
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Weltraumwetterbeobachtung
Hinterlegt von: Jakowski, Dr.rer.nat. Norbert
Hinterlegt am:18 Dez 2025 14:43
Letzte Änderung:18 Dez 2025 14:43

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