Characterisation of ionospheric properties and links to space weather in the context of navigation operations.

Space weather affects the upper part of the atmosphere called the ionosphere. For trans-ionospheric radio signals such as the GNSS signals for navigation operations, this layer of the atmosphere has an impact on the signal. It produces a delay of the signal, which can be mitigated by a dual-frequency technique but when the layer is turbulent, it produces irregularities that generate rapid fluctuations in the amplitude and phase of the signal. These fluctuations are called scintillation events, and they cannot be mitigated as for the delay. Scintillation can prevent the signal from being received or worsen the quality of the measurements by increasing noise. Therefore, it is important to characterise scintillation and its effect on the signal. This work analyses various indices provided by the literature to characterise scintillation to determine what are they advantages and drawbacks but also to understand the link between scintillation and space weather. Several indices have been selected and are presented in the study. After their presentation, the indices are computed over several kind of scenario, from a “quiet” ionosphere to an extreme geomagnetic storm case, over stations at different latitudes in the world. From these computations, some conclusions are made: at different latitudes, the phenomenon behind scintillation generation are due to different physical causes; the receiver’s technology is of high importance in assessing scintillation events occurrences; it is interesting to combine the indices together rather than finding the ultimate one as they provide different characteristics for scintillation detection.

Il tempo meteorologico spaziale influisce sulla parte superiore dell'atmosfera chiamata ionosfera. Per i segnali radio transionosferici, come i segnali GNSS per le operazioni di navigazione, questo strato dell'atmosfera ha un impatto sul segnale. Produce un ritardo del segnale, che può essere ridotto con una tecnica a doppia frequenza, ma quando lo strato è turbolento, produce irregolarità che generano rapide fluttuazioni nell'ampiezza e nella fase del segnale. Queste fluttuazioni sono chiamate eventi di scintillazione e non possono essere mitigate come nel caso del ritardo. La scintillazione può impedire la ricezione del segnale o peggiorare la qualità delle misure aumentando il rumore. Pertanto, è importante caratterizzare la scintillazione e il suo effetto sul segnale. Questo lavoro analizza vari indici forniti in letteratura per caratterizzare la scintillazione, per determinare quali siano i vantaggi e gli svantaggi, ma anche per comprendere il legame tra la scintillazione e il tempo meteorologico spaziale. Sono stati selezionati diversi indici che vengono presentati nello studio. Dopo la loro presentazione, gli indici sono stati calcolati su diversi tipi di scenario, da una ionosfera “tranquilla” ad un caso estremo di tempesta geomagnetica, su stazioni a diverse latitudini del mondo. Da questi calcoli sono state tratte alcune conclusioni: a latitudini diverse, i fenomeni che generano la scintillazione sono dovuti a cause fisiche diverse; la tecnologia del ricevitore è di grande importanza per valutare l'occorrenza di eventi di scintillazione; è interessante combinare gli indici tra loro piuttosto che trovare quello definitivo, poiché forniscono caratteristiche diverse per la rilevazione della scintillazione.