GPS Radio Occultation (GPS-RO) 기법을 사용한 중성 대기 물리량 추정 시 전리권 오차 보정이 필수적이다. 그러나 일반적인 이중 주파수 선형 조합 보정 이후에도, 전리권 내 신호 굴절 및 분산 효과로 인한 잔여 전리권 오차 (residual ionospheric error, RIE)가 잔존한다. RIE는 이중 주파수 굴절각 차이의 제곱에 스케일 계수 κ를 곱한 형태로 근사할 수 있으며, 기존 모델은 시뮬레이션 데이터에 근거하여 제 안되 었지만, 이는 실제 전리권 변동성을 충분히 반영하지 못하는 한계점이 있다. 따라서 선행 연구에서는 태양 활동(높음/낮음)과 현지시간(낮/밤) 조건으로 구분한 환경 별 다변수 선형 회귀를 통해 새로운 κ 모델을 구축하였다. 본 연구에서는 GPS-RO 전자밀도 관측치 기반의 ray-tracing 시뮬레이션으로 실제 전리권 변동성이 반영된 κ 데이터를 산출하였으며, 이를 활용한 새로운 κ 모델 성능 분석을 진행하 였 다. 제안된 기법은 모든 환경에서 기존 모델 대비 RIE의 평균 및 표준편차를 유의미하게 감소시켰다.

Performance Analysis of an Improved Kappa Correction Model for Residual Ionospheric Errors in GPS-RO Bending-Angles

Jihyeok Park, Jaehee Chang, Kiyoung Sun, Jiyun Lee*

Ionospheric correction is essential in GPS Radio Occultation (GPS-RO) neutral atmospheric retrievals. However, even after the standard dual-frequency linear combination correction, residual ionospheric error (RIE) persists due to signal bending and dispersive effects within the ionosphere. RIE can be approximated as the square of the dual frequency bending angle difference multiplied by a scale factor, κ. Existing model for κ is derived from a model-based simulation. This approach, however, is limited as it does not sufficiently reflect the actual variability of the ionosphere. To address this, prior work developed a new κ model using multivariate linear regression stratified by environmental conditions—high/low solar activity and day/night local time. In this study, κ data reflecting real-world ionospheric variability are obtained via ray-tracing simulations driven by GPS-RO electron-density observations, and the performance of the new κ model is evaluated. The proposed method significantly reduced both the mean and standard deviation of RIE compared to the prior model in all cases.

Keywords: GPS radio occultation, neutral atmosphere, bending angle, kappa correction

Speaker 박지혁 한국과학기술원