Tevfik AYAN, Mosab HAWAREY

Uzay mekiği tırmanışı, deprem, ve füze fırlatılışından kaynaklanan TEC değişimlerinin GPS ile belirlenmesi

Depremler ve uzay mekiği tırmanışları gibi değişik enerji kaynaklarının atmosferde sesaltı basınç dalgaları ürettiği bilinmektedir. Bu dalgalar iyonosfer elektron yoğunluğunda dalgalanmayla sonuçlanır. Yeryüzüne ulaşan Global Konum Belirleme Sistemi 'nin (GPS) sinyalleri tüm iyonosferi geçer ve iyonosferdeki Toplam Elektron içeriği'ni (TEC) belirlemek için kullanılabilir. TEC değişimleri ise enerji dalgalarını algılamada kullanılabilir. Bu çalışmada bir uzay mekiği tırmanışı sırasında bırakılan enerji algılanıp, sonra TEC değişiminin bir Algılama Modeli geliştirilmiş ve test edilmiştir. Her bir değişik enerji kaynağı için farklı bir Algılama Modeline ihtiyaç olduğu düşünülmektedir. Kullanılan algoritmanın depremleri, uzay mekiği tırmanışlarını ve güçlü füze fırlatmalarını algılayabildiği gösterilmiştir. Füze fırlatma alanının konumunu belirleme konusunda deneyler yapılmıştır.

GPS detection of ionospheric perturbations excited by space shuttle ascent, earthquake, and missile launch

It is known that various energy sources like earthquakes and space shuttle ascents produce ultrasonic pressure waves in the atmosphere. These waves result in coupling between neutral molecules and electrons at ionospheric heights. This coupling results in perturbing the ionospheric electron content. The signals of the Global Positioning System (GPS) collected at the surface of earth can be specially processed to determine the Total Electron Content (TEC) since they pass the whole ionosphere. Furthermore, perturbations in TEC can be used to detect energy waves. In this paper, a mathematical formulation is shown and used to detect energy released by a space shuttle ascent reported in the literature. After that, a Detection Model is developed and considered partially efficient in detecting the perturbations excited by two other energy sources: an earthquake and a strategic long-range missile launch. It's thought that different Detection Models are needed to represent different energy releases. On the other hand, it has been verified that the mathematical formulation is capable of detecting earthquakes, space shuttle ascents and strong missile launches. The detection of launches of strong long-range ballistic missiles is a new application that has not been reported in the literature. The paper concludes with a study over the positioning of the 3D location of the missile launch pad.

PDF

___

Ayan, T., (2000). Jeodezik Ağların Optimizasyonu, Ders Notları, İTÜ İnşaat Fakültesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Bölümü, İstanbul.
Calais, E. ve Minster, J. B., (1996). GPS Detection of Ionospheric Perturbations Following a Space Shuttle Ascent, Geophysical Research Letters, 23, 15, 1897-1900.
Calais, E. ve Minster, J. B., (1998). GPS, Earthquakes, the Ionosphere, and the Space Shuttle, Phyics of the Earth and Planetary Interiors, 105, 167-181.
Calais, E., Minster, J. B., Hofton, M. A. ve Hedlin, M. A. H., (1998). Ionospheric Signature of Surface Mine Blasts from Global Positioning System Measurements, Geophysical Journal International, 132,191-202.
Hawarey, M., (2002). GPS Detection of Izmit Earthquake and Shape Model of Already GPS-Detected Space Shuttle Launch in 1993, Weikko A. Heiskanen Symposium in Geodesy, 1-4 Ekim, Ohio State University, Columbus, Ohio.
Bonilla, R., (2003). Kişisel görüşme.
Hawarey, M., (2004). Enerjiden Kaynaklanan İyonosfer Değişimlerinin GPS İle Belirlenmesi, Doktora Tezi, İTÜ İnşaat Fakültesi, İstanbul, Türkiye.
Kaplan, E. D., (1996). Understanding GPS -Principles and Applications, An Artech House Mobile Communications Series Book, Artech House, Boston, USA.
Parkinson, B. W., Spilker Jr, J. J., Axelrad, P., Enge, P., (1996). Global Positioning System: Theory and Applications, I, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Washington DC, USA.
Seeber, G., (1993). Satellite Geodesy, Translated from the original German publication "Satellitengeodâsie ", Walter de Gruyter, New York, USA.
Segall, P., ve Davis, J. L., (1997). GPS Applications for Geodynamics and Earthquake Studies, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 25.
Strang, G., ve Borre, K., (1997). Linear Algebra, Geodesy and GPS, Wellesley-Cambridge Press, Wellesley, USA.
USGS : United States Geological Survey, (1959). State of California-Point Arguello Quadrangle 7.5 Minute Topographic Map, Scale 1:24,000, Ministry of the Interior, Virginia, USA.
NGS: National Geodetic Survey (1999). http://www.ngs.noaa.gov
SOP AC: Scripps Orbit and Permanent Array Center,(2000). http://sopac.ucsd.edu
United States Geological Survey (1999). http://www.usgs.gov
United States Naval Observatory, (2003). http://www.usno.navy.mil