New LITN

LITN低緯度電離層掃描網


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福爾摩沙三號衛星計畫近地軌道衛星(LEO)攜帶三項籌載:

於西元1992春季,中央央大學成立低緯度電離層掃描網 (, Low Latitude Ionospheric Tomographic Network , LITN) 此掃描網由北向南共有六個觀測站中國大陸的上海、溫州、臺灣的中壢、高雄、菲律賓的碧瑤和馬尼拉是利用美國海軍導航衛系統 (, Naval Navigation Satellite System , NNSS) 和接收機JMR –1 藉由斷層掃描技術來做為電離層的電子濃度二維的分布圖(Tsai et al . , 2000 ; Huang et al . , 1997 ; 黃啟瑞 , 1997 ) ,但現今NNSS衛星系統中有些衛星已經失效為了能繼續能研究臺灣區上空附近的電離層所以必須重建電離層斷層掃描網。現在於2003年7月中央大學開始向美國NWRA(NorthWest Research Associates , Inc . ) 購置ITS 接收機並接收福爾摩沙三號衛星訊號成立低緯度電離層觀測掃描網( LITN )左圖為利用福爾摩沙三號衛星觀測不規則體(Irregularlty)(註1)的情形


 

 

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天線接收流程圖



第一部份 利用衛星軌道參數(two line element,TLE)來估計衛星何時飛過

第二部分 利用地面接收站的 天線 經過放大去器(Pre Amp) 傳到接收系統

 

 

 

ITS30天線接收機

TS30 (Ionospheric tomography system 30)電離層斷層掃描系統,接收頻率為150MHz、400MHz 與1066.67MHz 信號標(beacon signal)之OSCAR/NNSS等型衛星設立衛星接收站於中央大學,後續並於南投、墾丁等地各設立ITS30接收站,以重新建立低緯電離層斷層掃描網(Low-latitude Ionosphere Tomography Network,簡稱LITN)進行對低緯度地區之電離層研究。 此系統接收衛星無線電信號,得到斜向全電子含量(slant Total Electron Content)資料值,經由斷層掃描技術,以用於電離層斷層掃描之研究。

接收系統:交插耦合天線(turnstile-type),三頻段(UHF, VHF,L-band),置於寬1.4米、長1.4米的金屬平台上,另外包括 30 dB 以上之前置放大器 (preamplifier) 、訊號聯合裝置(signal combiner) 、天線連接電纜線、PC。 交叉耦合天線: 其分為3個部份包含VHF、UHF以及L-BAND。

150MHz直徑:  95 cm |  400MHz直徑:  2 6.5cm  | 1067 MHz直徑:  14 cm
紅色:  VHF 上 長 4根 交叉耦合
藍色:  UHF 中 中 4根 交叉耦合
黃色:  L-BAND 下 短 4根 交叉耦合
30 dB 以上之前置放大器訊號聯合裝置:  4個接孔分別接VHF訊號線、UHF訊號線、Cable電纜線、L-BAND訊號線
接收機: 內部為 ADC轉換裝置、30db放大器、訊號聯合裝置接收OSCAR/COSMIC 訊號 150MHz (VHF)和400 MHz (UHF),1066.67MHz(L-band)頻率偏移(Frequency range offset)
              量由-200 ppm至 +110 ppm

 

接收衛星參數 (LEO Satellites and their Beacon Frequencies for NWRA ITS Receivers)

Sattellite Inclination VHF Freq.(MHz) UHF Freq(MHz)
OSCAR27 90.3070 149.988 399.968
OSCAR29 90.3134 149.988 399.968
OSCAR23 90.3668 149.988 399.968
OSCAR3232 90.3642 149.988 399.968
OSCAR2525 89.8024 149.988 399.968
OSCAR31 89.0024 149.900 399.968
NADEZHDA3 82.9208 150.000 400.000
COSMOS2184 82.9302 149.910 399.760
RADCAL 89.8562 150.012 400.032
COSMOS2266 82.9506 149.970 399.920
TSIKADA 82.9284 150.000 400.000
COSMOS2310 82.9417 149.910 399.760
COSMOS2315 82.9033 150.000 400.000
COSMOS2334 82.9348 150.030 400.080
COSMOS2336 82.9423 149.970 399.920
COSMOS2341 82.9190 149.910 399.760
COSMOS2346 82.9223 150.030 400.080
GEOSAT FO 108.0470 150.012 400.032
NADEZHDA5 82.9505 150.000 400.000
COSMOS2361 82.9350 150.030 400.080
ARGOS 98.7944 150.012 400.032
COSMOS2366 82.9248 149.940 399.840

 

衛星接收站

台灣: 桃園 中央大學
ITS Station
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緯度:24.262
經度:121.192
高度: 182 m
台灣: 嘉義 中正大學
ITS Station
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緯度:23.566
經度:120.466
高度:114 m
台灣: 屏東海洋生物博物館
ITS Station
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緯度: 22.050
經度:120.698
高度: 32 m
菲律賓:Manila-> Canlubany
ITS Station
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緯度:14.262
經度:121.043
高度: 112 m
印尼: Pontianak
ITS Station
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緯度:-0.003
經度:109.366
高度:10 m
台灣: 醒吾技術學院(測試中)
ITS Station
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緯度x
經度:x
高度: x m
台灣: 金門
ITS Station
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緯度:14.262
經度:121.043
高度: 112
台灣:太平島
ITS Station
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緯度:10.366
經度:109.366
高度: 10 m
 

 

 

下圖為接收站接收資料後的分析結果

F-layer (350km) ionospheric penetration points
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訊號(S4)強度變化




位於中壢中央大學所設立之ITS30接收站所得之投影至350公里
處之S4變化軌道圖。顯示其地理位置圖其中橫軸為經度座標縱
軸為緯度座標,另外縱軸多顯示紅色為其磁緯度座標,並於圖
左上方顯示其其衛星軌道由北往南運行,中間為OSCAR 32衛星
飛行軌道投影至350公里處之軌道圖,並利用顏色之變化顯示其
S4變化強度情形。20080506 00:32UT OSCAR32 屏東海生館站

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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衛星訊號的仰角 方位角 與相對TEC


中壢中央大學所設立之ITS30接收站所得之仰角、方位角、相對TEC 隨時間變化圖。由上而下依序為仰角,方位角,相對TEC值,橫軸為所接收之時間取樣頻率為50Hz。

 

 

 

 

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衛星 之 VHF UHF L-Band與強度

 

 

中壢中央大學所設立之ITS30接收站所得之相位以及訊號強弱之變化圖。其中橫軸為
所接收之時間,縱軸分為其相位值由-180~180度以及訊號強弱單位為dB,由上而下
依序為VHF相位,UHF相位,L-band相位,power訊號強度,紅色為VHF訊號,藍色為
UHF訊號,綠色為L-band訊號,並利用訊號之變化判斷分析。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

註1:閃爍(scintillation)

早先在進行通訊時,發現了一個奇怪的現象,當進行衛星通訊時,訊號會有閃爍(scintillation)的情形,當VHF訊號由衛星發射出來,在附近的接收站,有時甚至收不到信號,此現象引起了科學家研究的興趣。這種現象是由於不規則體在電離層 F 層所發生的不穩定現象,我們稱之為 spread F。關於此研究,科學家利用各種不同的儀器對此現象作觀測與分析,雷達回波訊號的量測、衛星及火箭in-situ 量測、以及理論與數值模擬的方法,使得我們對 spread F 的產生機制有較清楚的藍圖。

 

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