Ionospheric tomography and first interpretations of including space-based GPS

When L-band radio waves of space-based radio navigation systems such as Global Positioning System (GPS) travel through the atmosphere and ionosphere, their ray paths are bent and their travel time are increased as a result of refractive-index gradients. As the ionosphere is a dispersive medium the two GPS frequencies are subject to different delays in time and modifications in amplitude, phase and polarisation which is an effect of free electrons. By using these two radio frequencies one can derive information about the Total Electron Content integrated along the ray path. After calibration, these data are included into the tomographic reconstruction. The tomographic methode presented in this paper works on algebraic iterative methodes like SART and MART. Calculations are based on International GPS Service (IGS) ground received data. Space-based GPS is provided by LEO (Low Earth Orbiter) satellites like CHAMP. By means of incorporating such occultation data into tomography an improvement of reconstruction of the vertical structure of the electron density is expected. First confirming interpretations of a selected occulation event are presented in this paper. It is shown, that space-based GPS data can improve tomographic results mainly in middle to lower altitudes of the ionosphere.Wenn sich Radiowellen eines Navigationssystemes, wie das des Global Positioning Systems (GPS), in der Atmosphäre und Ionosphäre ausbreiten, erfahren sie eine Beugung des Strahlweges und eine Erhöhung der Laufzeit aufgrund der Gradienten des atmosphärischen Refraktionsindexes. Da die Ionosphäre ein dispersives Medium darstellt, unterliegen beide GPS-Frequenzen dort unterschiedlichen Störungen in Laufzeit und Veränderungen in Amplitude, Phase und Polarisation, was auf die Effekt der freien Elektronen zurückzuführen ist. Unter der Verwendung der beiden Radiofrequenzen kann man Informationen über die Anzahl der über den Strahlweg integrierten Elektronen erhalten. Nach der Kalibrierung dieser Daten, können sie zur tomographischen Rekonstruktion verwendet werden. Die hier vorgestellte Tomographie verwendet algebraisch iterative Methoden, wie SART und MART. Die tomographischen Berechnungen bauen auf bodengestützte GPS-Daten des International GPS Services (IGS) und satellitengestützten GPS-Daten von LEO (Low earth orbiter) Satelliten wie CHAMP auf. Durch die Intergration von Okkultationsdaten in die Tomographie wird eine Verbesserung der Rekonstruktion der vertikalen Struktur der Elektronendichte erwartet. Erste bestätigende Interpretationen eines ausgewählten Okkultationsereignisses werden in diesem Artikel vorgeführt. Es wird gezeigt, dass satellitengestützte GPS-Daten die tomographischen Ergebnisse vorallem in der mittleren und unteren Ionosphäre verbessern können