태양 폭풍과 화산 폭발, 지진과 같은 자연 현상들은 전리층의 Total Electron Contents (TEC) 변화를 유발할 수 있고 Global Navigation Satellite System (GNSS)는 이러한 전리층 변화를 관 측하는 수단으로 사용되어왔다. 특히 신호의 Geometry-Free Combination을 이용하여 도출되는 Rate of TEC index (ROTI)와, 신호 특성의 변화를 분석하는 S_4,σ_ϕ는 Ionospheric Irregularity (II)를 검출하는 지표로 사용되고 있다. 그러나 ROTI는 연산에 이용된 Sampling rate와 Time interval에 따라 다른 결과를 보이고, S_4,σ_ϕ 지표의 경우 감시 범위가 넓고 장기적 일 때 높은 II 검출 성능을 보이는 한편, 빠르게 이동하고 순간적으로 발생하는 자연 현상 등에 의한 II 검출에는 유용하지 않다. 따라서 Rate of TEC (ROT)를 이용하여 지진에 의해 발생한 II를 검출하고, 진앙지를 추정하는 방법을 연구하였다. ROT 변동은 위성의 위치, 기준국 위치에 따라 서로 다른 시간에 관측되는데, 이러한 시간 차이를 Inter-Station correlation을 이용하 여 추정하면 II의 속도 추정이 가능하다. 이와 같이 추정된 II의 속도와 ROT 변동이 발생한 Ionospheric Pierce Point (IPP) 및 기준국의 기하학적 관계를 이용하여 진앙지의 위치를 추정할 수 있다. 진앙지 추정 알고리즘에 대한 성능은 실측 데이터를 바탕으로 분석되었으며 향후 적용 가능한 분야에 대해서 제안하였다.

Co-Seismic Ionospheric Irregularity Detection and Epicenter Estimation Using Inter-Station Cross Correlation of ROT

Minhyoung Cho, Jeonghyeon Yun, Byungwoon Park

Natural Phenomena such as earthquakes, volcanic eruptions, solar storms cause variation of Total Electron Contents (TEC), and Global Navigation Satellite system (GNSS) has been used to monitor these ionospheric variations. Especially, Rate if TEC Index (ROTI) which can be derived from geometry-free combination of signals and S_4,σ_ϕ indices that denotes scintillation of signal have been used to detect ionospheric irregularities. However, ROTI shows different calculation result with respect to different sampling rate and averaging time interval, and S_4,σ_ϕ indices are unsuitable for small and fast-moving ionospheric irregularities. Thus, in this paper, we suggest a method of detecting ionospheric irregularities due to earthquakes using ROT and have studied the method of estimating epicenter of the earthquakes. ROT fluctuations and observed at different times depending on the location of the satellite and the reference stations. By estimating this time difference using Inter-Station Cross Correlation, it is possible to estimate the speed of ionospheric irregularities. The location of the epicenter can be estimated using the geometric relationship between the reference stations and the Ionospheric Pierce Point (IPP) where ROT fluctuation had occurred. Algorithm of epicenter estimation was analyzed based on actual data, and we had proposed the fields where these methods are applicable.

Keywords: rate of TEC, inter-station cross correlation, ionospheric irregularity, epicenter estimation

Speaker 조민형 세종대학교