بهبود نقشه‌هاي جهاني مدل تجربي IRI2016 با تلفيق مشاهدات GPS و Swarm

The Improvement of IRI2016 global maps by the integration of Swarm and GPS observations

اين مقاله مدلي براي بهبود نقشه‌هاي محتواي الكترون كلي قائم (VTEC) مدل مرجع بين‌المللي يونوسفر 2016 (IRI) با استفاده از تلفيق مشاهدات Swarm با مشاهدات سيستم تعيين موقعيت جهاني (GPS) ارائه مي‌دهد. مدل ارائه شده از دو بخش مدل زمينه و تصحيحات تشكيل شده است. در اين مقاله مدل IRI2016 به عنوان مدل زمينه انتخاب گرديد و بخش تصحيحات با استفاده از توابع بسط هارمونيك‌هاي كروي تا درجه و مرتبه 15 در سيستم مختصات خورشيد-ثابت (Sun-fixed) مدل‌سازي شده است. در تركيب مشاهدات VTEC به دست آمده از Swarm و GPS، باياس‌هاي سيستماتيك ماهواره‌هاي Swarm به عنوان ترم‌هاي ثابت مجهول در هر اپك زماني در نظر گرفته شده‌اند. علاوه بر اين، براي در نظر گرفتن سطوح مختلف دقت گروه‌هاي مشاهداتي، از روش برآورد مولفه واريانس هلمرت استفاده شده است. جهت ارزيابي مدل پيشنهادي، نقشه‌هاي جهاني يونوسفري (GIM) تركيبي دو بعدي در 28 سپتامبر 2017 و 3 ژانويه 2018 به ترتيب با ضرايب Kp (شاخص فعاليت خورشيدي) 7 و 1 ساخته شده‌اند. مقايسه نقشه‌هاي GIM تركيبي به دست آمده با نقشه‌هاي GIM حاصل از خدمات بين‌المللي سيستم‌هاي ماهواره‌اي ناوبري جهاني (IGS)، نشان مي‌دهد كه مدل تركيبي سازگاري بيشتري با نقشه‌هاي IGS دارد و افزودن مشاهدات Swarm و GPS به مدل زمينه IRI2016، مي‌تواند تا حد زيادي مدل IRI2016 را به ويژه در مناطق اقيانوسي بهبود بخشد. نتايج نشان مي‌دهد نقشه‌هاي جذر ميانگين مربعات (RMS) و خطاي جذر ميانگين مربعات (RMSE) به ترتيب، حدود 19 الي 45 درصد و 43 الي 67 درصد براي روز با ضريب Kp بالا و حدود 13 الي 40 درصد و 15 الي 43 درصد براي روز با ضريب Kp پايين كاهش يافته‌اند.

This paper presents a model, the International Reference Model 2016 (IRI), in order to improve the vertical total electron content (VTEC) maps by combining Swarm observations with global positioning system (GPS) ones. The proposed model consists of two parts: the background model and the corrections. In this paper, the IRI2016 model was selected as the background model and the corrections were modeled by spherical harmonic expansion functions up to the degree and rank 15 in a Sun-fixed reference frame. In the combination of VTECs derived from Swarm and GPS, the systematic biases of Swarm satellites are considered as unknown constant parameters in each epoch of modeling. Besides, in order to take the different accuracy levels of observational groups into consideration, the Helmert variance component estimation method is used. To evaluate the proposed model, the two-dimensional combined global ionosphere maps (GIMs) are constructed on the 28th of September 2017 and the 3rd of January 2018 with 7 and 1 kp-indices values, respectively. The comparison of the combined GIM maps with the International GNSS Service (IGS) GIM maps, shows that the combined model is more compatible with IGS maps, and adding Swarm and GPS observations to the IRI2016 background model can significantly improve the IRI2016 model, especially in oceanic regions. The results show that the root mean square (RMS) and root mean square error (RMSE) maps are decreased about 19% to 45% and 43% to 67% for the day with high Kp-index and about 13% to 40% and 15% to 43% for the day with low kp-index, respectively.