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1 Palaiseau - ONERA - The French Aerospace Lab

Abstract : Most recent methods in ionospheric tomography are based on the inversion of the total electron content measured by ground-based GPS receivers. As a consequence of the high frequency of the GPS signal and the absence of horizontal raypaths, the electron density structure is mainly reconstructed in the F2 region 300 km, where the ionosphere reaches the maximum of ionization, and is not sensitive to the lower ionospheric structure.To overcome these limitations, a new tomographic method of the lower ionosphere, based on the full inversion of over-the-horizon OTH radar data has been developed in this thesis.This method takes into account the effect of the electron density perturbation on the velocity of the electromagnetic waves, as well as the ray-path deflection. This last point is extremely critical for OTH radar inversions as the emitted signal propagates through the ionosphere between a fixed starting point the radar and an unknown end point on the Earth surface where the signal is backscattered.The first part of this work is based on the theoretical development of the tomography method of Over-the-Horizon radar, as well as the validation on synthetic benchmark tests and resolution analysis.After validation, the method has been applied to real data from the Over-the-horizon radar Nostradamus, showing the potential of a 3D ionospheric tomography over Europe.

Résumé : La plupart des méthodes récentes de tomographie de l’ionosphère sont basées sur l-inversion du contenu électronique total mesuré par des récepteurs GPS basés au sol. A cause de la haute fréquence du signal GPS et l-absence de rayon horizontal, la structure de la densité électronique est principalement reconstruite dans la région F2 300 km d’altitude, où l-ionosphère atteint le maximum d-ionisation. Cette reconstruction est peu sensible à la structure de l’ionosphère aux altitudes inférieures.Pour surmonter ces limitations, une nouvelle méthode de tomographie des couches basses de l-ionosphère, basée sur l-inversion complète de données de radar transhorizon a été développée dans cette thèse.Cette méthode prend en compte l-effet des perturbations de la densité électronique sur la vitesse des ondes électromagnétiques, ainsi que la déviation du trajet des ondes due à ces perturbations. Ce dernier point est extrêmement important pour l’inversion des données de radar transhorizon. En effet le signal émis se propage par l-ionosphère entre un point de départ fixe le radar et un point d’arrivée inconnu sur la surface de la Terre où le signal est rétrodiffusé.La première partie de ce travail est basée sur le développement théorique de la méthode de tomographie pour radar transhorizon, ainsi que la validation sur des données synthétiques et l-analyse des performances obtenues.Après la validation, la méthode a été appliquée à des données obtenues avec le radar transhorizon Nostradamus, montrant ainsi le potentiel d-une tomographie en 3 dimensions de l’ionosphère sur l-Europe.

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Keywords : INVERSE PROBLEM TOMOGRAPHY NOSTRADAMUS OVER THE HORIZON RADAR IONOSPHERE

Mots-clés : PROBLEME INVERSE TOMOGRAPHIE RADAR TRANSHORIZON





Autor: C. Roy -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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