Interpretation of Suomi 100 Satellite’s Radio Spectrometer Observations
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2020-12-14
Department
Major/Subject
Space Science and Technology
Mcode
ELEC3039
Degree programme
Master’s Programme in Electronics and Nanotechnology (TS2013)
Language
en
Pages
104 + 20
Series
Abstract
This thesis aims to develop a global ionosphere map (GIM) simulation in order to the study the space weather and the preparation of the medium and high frequency (MF/HF) radio waves in the Earth's ionosphere. The new C ++ software uses as the base the Ray tracer program previously developed at Aalto University, into which new features have been included. These model extensions allow for even more extensive use of the Ray tracing program in the ionospheric research than before. This thesis will first present the main properties of the Earth's ionosphere as well as the properties of the plasma waves in a cold plasma model. Then the method for determining the path of a radio wave by using the electron refractive index and the Hamiltonian ray function that utilizes the refractive index is introduced. The described approach forms the basis of the study presented in this work on the propagation of radio waves in the Earth's ionosphere. The thesis will then presents the case study in which the radio wave measurements of the Suomi 100 satellite are compared with the results of the Ray tracer's simulations. Developed software extensions are implemented for the Ray tracer in order to allow a real-time determination of ionospheric properties along the satellite's orbit. Moreover, the work tests the performance and truthfulness of the new functions and analysis tools developed for the radiation monitoring model. The thesis shows that the additions and extensions to the Ray tracer provide a versatile simulation program that can be used to study the propagation of the radio waves in the ionosphere. Also, the work provides an example analysis of how the model additions allow the extended Ray tracer program to be utilized in the interpretation of the radio wave measurements made by a satellite's radio spectrometer instrument.Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää globaali ionosfäärikarttasimulaatio (GIM) avaruussään sekä keski- ja korkeataajuuksisten (MF/HF) radioaaltojen tutkimukseen Maan ionosfäärissä. Uuden C++ -kielisen ohjelmiston pohjana on Aalto-yliopistossa aikaisemmin kehitetty säteenseurantaohjelma, johon on lisätty uusia toimintoja. Nämä mallilaajennukset mahdollistavat säteenseurantaohjelman entistä laajemman hyödyntämisen ionosfääritutkimuksessa. Diplomityössä esitetään aluksi Maan ionosfäärin keskeiset ominaisuudet sekä kylmän plasman aalto-ominaisuudet. Tämän jälkeen kuvataan menetelmä määrittää radiosäteen rata käyttäen plasman taitekerrointa sekä taitekerrointa käyttävää Hamiltonin sädeyhtälöä. Kuvattu lähestymistapa muodostaa pohjan työssä esitettyyn tutkimukseen radioaaltojen etenemistä Maan ionosfäärissä. Diplomityö esittelee seuraavaksi tapaustutkimuksen, jossa Suomi 100 -nanosatelliitin radioaaltomittauksia verrataan diplomityössä laajennetun säteenseurantasimulaation antamiin tuloksiin. Säteenseurantamalliin on kehitetty ohjelmistolaajennuksia, jotka mahdollistavat ionosfäärin ominaisuuksien reaaliaikaisen määrittämisen pitkin satelliitin rataa. Lisäksi työssä testataan säteenseurantamalliin kehitettyjen uusien toimintojen sekä analyysivälineiden suorituskykyä ja todenmukaisuutta. Diplomityö osoittaa, että säteenseurantamalliin tehnyt lisäykset ja laajennukset tarjoavat monipuolisen simulaatio-ohjelman, jolla voidaan tutkia radioaaltojen etenemistä ionosfäärissä. Lisäksi työ antaa esimerkkianalyysin siitä, kuinka tehdyt mallilisäykset mahdollistavat laajennetun säteenseurantamallin hyödyntämisen satelliitin radiomittalaitteen tekemien mittausten tulkinnassa.Description
Supervisor
Kallio, EsaThesis advisor
Kestilä, AnttiFontell, Mathias
Keywords
Suomi 100 nanosatellite, terrestrial ionosphere, radio wave, Ray tracing, global ionospheric map, satellite tracking
