GPS detection of ionospheric perturbations excited by space shuttle ascent, earthquake, and missile launch

Abstract

Depremler ve uzay mekiği tırmanışları gibi değişik enerji kaynaklarının atmosferde sesaltı basınç dalgaları ürettiği bilinmektedir. Bu dalgalar iyonosfer elektron yoğunluğunda dalgalanmayla sonuçlanır. Yeryüzüne ulaşan Global Konum Belirleme Sistemi’nin (GPS) sinyalleri tüm iyonosferi geçer ve iyonosferdeki Toplam Elektron İçeriği’ni (TEC) belirlemek için kullanılabilir. TEC değişimleri ise enerji dalgalarını algılamada kullanılabilir. Bu çalışmada bir uzay mekiği tırmanışı sırasında bırakılan enerji algılanıp, sonra TEC değişiminin bir Algılama Modeli geliştirilmiş ve test edilmiştir. Her bir değişik enerji kaynağı için farklı bir Algılama Modeline ihtiyaç olduğu düşünülmektedir. Kullanılan algoritmanın depremleri, uzay mekiği tırmanışlarını ve güçlü füze fırlatmalarını algılayabildiği gösterilmiştir. Füze fırlatma alanının konumunu belirleme konusunda deneyler yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: GPS, toplam elektron içeriği, iyonosfer düzensiz değişiminin algılanması, füze fırlatılışı algılanması, 1999 İzmit depremi.It is known that various energy sources like earthquakes and space shuttle ascents produce ultrasonic pressure waves in the atmosphere. These waves result in coupling between neutral molecules and electrons at ionospheric heights. This coupling results in perturbing the ionospheric electron content. The signals of the Global Positioning System (GPS) collected at the surface of earth can be specially processed to determine the Total Electron Content (TEC) since they pass the whole ionosphere. Furthermore, perturbations in TEC can be used to detect energy waves. In this paper, a mathematical formulation is shown and used to detect energy released by a space shuttle ascent reported in the literature. After that, a Detection Model is developed and considered partially efficient in detecting the perturbations excited by two other energy sources: an earthquake and a strategic long-range missile launch. It's thought that different Detection Models are needed to represent different energy releases. On the other hand, it has been verified that the mathematical formulation is capable of detecting earthquakes, space shuttle ascents and strong missile launches. The detection of launches of strong long-range ballistic missiles is a new application that has not been reported in the literature. The paper concludes with a study over the positioning of the 3D location of the missile launch pad.Keywords: GPS, total electron content, detection of ionospheric perturbations, detection of missile launch, 1999 Izmit earthquake

    Similar works