SWACI ein neuer Ionosphären-Wetterdienst

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1 SWACI ein neuer Ionosphären-Wetterdienst N. Jakowski, S. Stankov, C. Mayer, C. Becker, S. Schlüter Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. (DLR), Institut für Kommunikation und Navigation, Neustrelitz, Germany Institute of Communications and Navigation Page 1

2 Übersicht Das Projekt SWACI Zielstellungen SWACI- Service, die Produkte Bodengestützte Messungen Radiookkultationsmessungen auf CHAMP Rekonstruktion der oberen Ionosphäre/Plasmasphäre Kooperationsbeziehungen, Partner Institute of Communications and Navigation Page 2

3 Space Weather Application Center Ionosphere SWACI Das Projekt Gemeinsames Projekt der DLR Institute: Institut für Kommunikation und Navigation und Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum in der Außenstelle Neustrelitz 75% finanziert durch das Wirtschaftsministerium MV Laufzeit: 1 Juli Dezember 2006 Motivation Die Ionosphäre beeinflusst die Radiowellenausbreitung in modernen Radiosystemen auf Frequenzen bis zu 10 GHz. Ionosphärische Störungen und Irregularitäten beeinträchtigen Genauigkeit, Funktionalität und Sicherheit der Nutzung von Globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS). Institute of Communications and Navigation Page 3

4 SWACI - Zielstellung Reduzierung des Ionosphäreneinflusses durch: Monitoring der Ionosphäre mittels: - GNSS Bodenstationen (DLR,BKG,IGS) - LEO Satelliten mit GNSS-Empfängern CHAMP (GRACE, TerraSAR-X). Strahlung / Sonnenwind 1 CHAMP 2 3 Operationelle Bereitstellung globaler ionosphärischer Informationen Warnungen vor starken ionosphärischen Störungen Vorhersage des zu erwartenden ionosphärischen Verhaltens Post-Prozessierung historischer Daten für Analyse und Modellierung Institute of Communications and Navigation Page 4

5 Bodengestützte GNSS- Messungen GPS n e (h) e χ TEC = ne ds Strahlenweg s GPS Messprinzip ε G Erdmittelpunkt h I Ionosphärischer Positionsfehler d I auf der GNSS - Frequenz f d I K f = 2 TEC K = 40.3 m 3 s -2 Institute of Communications and Navigation Page 5

6 Prinzip der TEC-Kartengenerierung im DLR GPS1 GPS-data Model data GPS2 NTCM2 Model n (h) e χ ray path Used GPS ground stations of the IGS geodetic network. weighting R hsp TEC - map LATITUDE. Centre of Earth LONGITUDE Messung Transformation Wichtung Messung- Model TEC- Karte Kalibrierung in die Vertikale Assimilation der Daten in ein TEC Modell TEC Karten über Europa (*) operational (5 min): TEC Karten über Polarkappe (*) (*) bodengestützte GPS- Messungen von IGS Stationen, Verzögerung 1 Tag Institute of Communications and Navigation Page 6

7 SWACI Produkte (1) TEC Auflösung 1x1 Grad longitudinal gradients latitudinal gradients temporal gradients Szintillationen Institute of Communications and Navigation Page 7

8 GPS Radio Occultation auf CHAMP GPS GPS Satellite Radio Signal CHAMP Orbit CHAMP Institute of Communications and Navigation Page 8

9 Ableitung der Elektronendichteprofile Input: Differential TEC Output: Electron Density profile Bahnhöhe von CHAMP befindet sich in der Höhe der F2 Schicht Entwicklung einer modellunterstützten Inversionstechnik Annahme sphärischer Symmetrie ermöglicht operationelle Bereitstellung Institute of Communications and Navigation Page 9

10 SWACI Produkte (2) Vertikale Elektronendichteprofile, Datenbasis für Modelle Profile vom 1. Mai 2004 Validierung der Profile mit Ionosondendaten von Juliusruh Institute of Communications and Navigation Page 10

11 Monitoring der hohen Ionosphäre / Plasmasphäre auf CHAMP GPS Zenit- Antenne Start: 15 Juli 2000, i = 87, h = 450 km Gegenwärtige Höhe: h 350 km Institute of Communications and Navigation Page 11

12 SWACI Produkte (3) Vertikale Elektronendichteverteilung in der hohen Ionosphäre und Plasmasphäre ( Okt. 2003) Rekonstr./Tag Operationell seit 10. Juni 2005 Daten und Bilder im Web: Breite Datenbasis für die Entwicklung globaler Modelle Institute of Communications and Navigation Page 12

13 SWACI - Partner / Nutzer GFZ Potsdam EMAU Greifswald IAP Kühlungsborn BKG Frankfurt SEC Boulder SWENET/ESA LAPAN ISES SWACI SW-Dienst TBD NZ GALILEO SWENET / ESA ESOC, GSOC Allsat GmbH, Hannover DLR, IHR ISES Institute of Communications and Navigation Page 13

14 Zusammenfassung Das vom Land Mecklenburg Vorpommern zu 75% geförderte Projekt SWACI liefert seit dem 25. September 2005 einen operationellen Ionosphärenwetterdienst. Grundlage dieses Dienstes sind aktuelle boden- und satellitengestützte GNSS-Messungen aus Europa. Zusatzinformationen zum Weltraumwetter (solare und geomagnetische Aktivität) werden direkt vom SEC Boulder bzw. vom GFZ Potsdam bezogen und verarbeitet. Ein Schwerpunkt des Projekts ist die Entwicklung von Vorhersagealgorithmen für Kurzzeit-Prognosen zum Störungsgrad der Ionosphäre. Hauptnutzer sollen GNSS-Dienste sein. Eine breite internationale Zusammenarbeit wird angestrebt, u.a. Über das Space Weather European Network (SWENET). Institute of Communications and Navigation Page 14