Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4341
Main Title: Measurements and data analysis in relation to the "Ionospektroskop©"
Translated Title: Messungen und Datenanalyse in Bezug auf das "Ionospektroskop©"
Author(s): Tang, Hui
Referee(s): Stahl, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Ionosphäre ist ein Teil der Atomosphäre. Ihre Exisitenz beruht hauptsächlich auf der Sonnenstrahlung. Aufgrund des Vorhandenseins elektrisch aufgeladender Teilchen in der Ionospäre wird sie leitfähig. Die Ionosphäre beinhaltet verschiedene Schichten (D-, E-, F1 und F2- Schicht). Jede Schicht hat ihre eigenen Eigenschaften und zeigt unterschiedliche Einflüsse auf die eindringenden Funksignale. Die Bedeutung der Ionosphäre für unsere moderne Gesellschaft wird durch ihre Nutzung für Kommunikationssysteme, wie zum Beispiel ihre bedeutsame Anwendung für unsere Funkkommunikationssysteme, veranschaulicht. Die Ionosphäre kann die Funksignale unter geeigneten Bedingungen reflektieren. Durch die Verwendung von wiederholten ionosphärischen Reflexionen ermöglicht dies Funkkommunikation über große Distanzen. Mit anderen Worten: Eine ferne Signalausbreitung wird durch die mehrfachen Sprünge zwischen Ionosphäre und Boden möglich. Darüberhinaus ist die Auswirkung der Ionosphäre auf Satellitenkommunikation und Navigationssysteme ebenfalls deutlich erkennbar. Gleichzeitig hat die Ionosphäre eine dynamische und direkte Reaktion auf Solaraktivitäten. Die Untersuchung der Ionosphäre ist hilfreich, um die Wechselwirkung zwischen der Sonne und der Erde besser zu verstehen. Es gibt verschiedene Techniken zur Untersuchung der Ionosphäre. Sie können im wesentlich in erdbasierte Messungen (wie Ionosonde, Inkohärentes Scatter-Radar, usw.) und raumbasierte Messungen (wie Beacons, in-situ-Messungen, usw.) kategorisiert werden. Diese Messtechniken liefern wertvolle Informationen über die Ionosphäre. Aufgrund der Unregelmäßigkeit der Ionisierung in der Ionosphäre ist die Ionosphäre sehr unbeständig und ziemlich zufällig in ihren Wirkungen. Die Ionosphäre könnte als ein sehr komplexes System betrachtet werden, das mit Hilfe vieler miteinander verbundener Variablen oder Parameter wie Temperatur, Dichte, chemische Zusammensetzung, Ströme, usw. beschrieben werden kann. Unter reproduzierbaren Bedingungen ist es möglich, weitere ionosphärische Eigenschaften und Verhaltensweisen sowie die Wechselwirkung zwischen den ionosphärischen Parametern aus der Nähe zu studieren und zu verstehen. Im vorliegenden Fall wird ein "Ionospektroskop" genanntes Projekt durchgeführt. Das "Ionospektroskop" selbst wird als eine neue Messanordnung (oder System) angesehen, welche(s) eine Laborteilsimulation der Ionosphäre ermöglicht. Es muss mit der Anpassung an die erwarteten Ionosphärenbedingungen umgehen können, die im Labor reproduziert werden müssen. Aufgrund der Tatsache, dass das Ionospektroskop eine vollständig neue Anordnung ist, muss zunächst eine Grundlagenforschung, ob das Ionospektroskop unsere erwarteten Ziele erreichen kann, verwirklicht werden. Die Leistungsfähigkeit des Ionospektroskops wird mit verschiedenen Grundlagenversuchen unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht. Zugleich müssen die wichtigsten Eigenschaften des erzeugten Ionosphäre ähnlichen Plasmas mit Hilfe von reproduzierbaren Tests überprüft werden. Das bedeutet, dass sich unsere bisherige Arbeit auf das Erreichen experimenteller Grundtests fokusiert, den ersten Aufbau und die erste Analyse der Leistungsfähigkeit des Ionospektroskops. Diese Ergebnisse geben uns einen Überblick über die Leistungsfähigkeit des Ionospektroskops und bieten eine gute Grundlage für die weitere Forschung. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit basiert auf einigen Messtechniken, die verwendet werden, um zugehörige neue Messmethoden (realisiert durch praktische Messungen) zu entwickeln. Solche Messmethoden ermöglichen die erste Analyse der Leistungsfähigkeit des gesamten Ionospektroskop-Systems (realisiert durch Datenanalyse der durchgeführten Messungen). Der zugehörige Datenanalyseansatz für Messungen basiert auf dem dargestellt Datenanalyse-Konzept in Bezug auf diese Dissertation. Das Projekt selbst wird als offenes Projekt angelegt. Um die exakte Leistungsfähigkeit des Ionospektroskops zu verstehen und zu untersuchen, müssen etliche genaue, detaillierte Experimente durchgeführt und sehr viele Überlegungen berücksichtigt werden. Außerdem wird möglicherweise ein modifiziertes Ionospektroskop benötigt. Gleichzeitig erfordert das Projekt verschiedenes Wissen und Erfahrungen aus verschiedenen Bereichen wie Plasmaphysik, Atom- und optische Physik, Experimentalphysik, Messtechnik, Astrophysik, Elektronik, Elektromagnetismus, sowie Informatik, Weltraumgeodäsie und so weiter. Um alle Erwartungen (umfassende, detaillierte, präzise Messungen, ionosphärische Simulationen, usw.) zu erreichen, werden mehr Zeit, mehr Teilnehmer sowie ausreichende Mittel zur Abdeckung der Laborkosten benötigt.
The ionosphere is a part of the atmosphere. Its existence mainly depends on the solar radiation; because of the presence of electrically charged particles in the ionosphere, it gets conductible. The ionosphere contains different ionized regions (D region, E region, F1 and F2 region). Each region has its own properties and shows distinct influence on the entering radio signals. The importance of the ionosphere for our modern society is represented by its utilization for communication systems, such as its meaningful application for our radio communication system. The ionosphere can reflect the radio signals under appropriate conditions. By using repeated ionospheric reflections, this enables radio communication over long distances. In other words, a long-distance signal propagation gets possible through the multiple hops between ionosphere and ground. Furthermore, the effect of the ionosphere on satellite communications and navigation systems is also very noticeable. At the same time, ionosphere has a dynamic and direct response to solar activities. Studying the ionosphere is helpful to better understand the interaction between the Sun and the Earth. For studying the ionosphere, there are different kinds of techniques. They can be mainly categorized into ground-based measurements (such as Ionosonde, incoherent scatter radar, etc.) and spaced-based measurements (such as beacons, in situ experiments, etc.). These measurement techniques provide valuable information about the ionosphere. However, due to the patches of ionization in the ionosphere being irregular, as a consequence, ionosphere is greatly variable and quite random in its effects. The ionosphere could be considered as a very complex system which can be described by means of many interconnected variables or parameters such as temperature, density, chemical composition, currents and so on. Under a reproducible situation, it is possible to closely study and understand more ionospheric properties and behaviors as well as the interaction between the ionospheric parameters. In the present case, a project called “Ionospektroskop” is undertaken. Ionospektroskop itself is thought of as a new measuring arrangement (or system) that provides a laboratory partial simulation of the ionosphere surrounding; it has to handle the adaptation to the expected ionospheric conditions which must be reproduced in the laboratory. Due to the fact that the Ionospektroskop is a completely new arrangement, a fundamental research, whether the Ionospektroskop can accomplish our expected purpose, has to be achieved firstly. The capability of Ionospektroskop is examined with different basic experiments under reproducible conditions. At the same time, the most important properties of the created ionosphere-like plasma have to be investigated by reproducible tests. This means our work so far is focused on achieving experimental foundation tests, the first setup and the first analysis of the capability of the Ionospektroskop. These achievements give us an overview of the Ionospektroskop capabilities and provide a good foundation for the further research. The focus of the present work is based on several measuring techniques used to develop related new measuring methods (realized by taking practical measurements). These measuring methods enable to achieve the first analysis of the capability of the whole Ionospektroskop system (realized by data analysis of taken measurements). The related data analysis approach for measurements is based on the represented data analysis concept with respect to this dissertation. The project itself is indicated as an open-end project. To understand and investigate the exact capabilities of the Ionospektroskop, a lot of precise, detailed experiments are required to be taken and a great many of considerations have to be taken into account. Furthermore a modified Ionospektroskop may be needed. At the same time, the project requires different knowledge and experiences involving different fields, such as plasma physics, atomic and optical physics, experimental physics, measuring techniques, astrophysics, electronics, electromagnetisms, as well as computer science, space geodesy and so on. To achieve all the expectations (comprehensive, detailed, precise measurements, ionospheric simulations, etc.), more time, more participants as well as sufficient laboratory fee must be taken into account.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-62552
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4638
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4341
Exam Date: 10-Dec-2014
Issue Date: 11-Feb-2015
Date Available: 11-Feb-2015
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Ionospektroskop
Ionosphäre
Laborteilsimulation
Ionosphäre-ähnliches Plasma
neue Messanordnung
Ionospektroskop
ionosphere
laboratory partial simulation
ionosphere-like plasma
Rogowski based coil measurements
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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