Wave normal directions and wave distribution functions for ground-based transmitter signals observed on GEOS-1

François Lefeuvre (1, 2) , T. Neubert (3) , Michel Parrot (1, 2)

1 CRPE - Centre de recherches en physique de l'environnement terrestre et planétaire
2 LPCE - Laboratoire de physique et chimie de l'environnement
3 DSRI - Danish Space Research Institute

(FRE) Sept pulses TBF, d'une durée de 1 seconde, émis à partir de l'émetteur Norvégien du système de navigation Oméga et observé à bord du satellite GEOS-1, sont analysés à partir de trois méthodes différentes de détermination de direction de normales d'ondes : le produit croisé d'échantillons successifs du vecteur champ magnétique de l'onde, la méthode de Means, et la méthode de détermination de la fonction de distribution des ondes basée sur le concept du maximum d'entropie. Les deux premières méthodes supposent que le champ électromagnétique est localement et instantanément celui d'une seule onde plane. La première est basée sur l'interprétation de la mesure des 3 composantes magnétiques du champ dans une bande de 300 Hz centrée sur la fréquence d'émission d'Oméga, la seconde sur l'interprétation de la matrice spectrale des 3 composantes magnétiques du champ à la fréquence d'Oméga. Dans la troisième méthode, le champ est supposé aléatoire. Il est caractérisé par une fonction de distri- bution des ondes (WDF) estimée à partir de la même matrice spec- trale que celle utilisée dans la méthode de Means. On lève l'ambiguité sur la direction de k en ajoutant à la mesure des composantes magnétiques la mesure d'une composante électrique du champ. On compare et on discute les trois types de méthodes et leurs relations à partir des propriétés statistiques du signal : rapport signal sur bruit, stationarité en temps, dearé de pola- risation, valeur de la polarisation. En définitive, on trouve que les vecteurs k font un angle voisin de 140° avec la direction du champ magnétique terrestre et sont orientés légèrement à l'est du méridien magnétique local. Ils varient en fonction du temps avec une période de 0.2 à 0.4 seconde. (ENG) Seven VLF whistler-mode pulses of -1 s duration, emitted from the Omega Navigation System transmitter located in Norway, and observed on-board the GEOS-1 satellite, are analysed by three , different methods of détermination of the wave normal directions : the cross-product of successive samples of the magnetic field vec- tor, !12ans' method, and the Maximum Entropy 14method of détermination of the Wave Distribution Function. The two first methods assure that the electromagnetic field is locally and instantaneously like that of a single plane wave. The first is based on the interpretation of the 3 magnetic wave field components measurements in a 300 Hz band centered at the neighbourhood of the Oméga frequency, the second on the interpretation of the spectral matrix elements of the 3 magnetic wave field components at the Oméga frequency. In the third method the field is supposed to be random. It is characte- rized by a Wave Distribution Function (WDF) which is determined from the same spectral matrix as the Means method. Adding the measurements of one electric field component, one removes the ambiguity about the k direction. The three types of methods and their solutions are compared and discussed taking into account the statistical properties of the signal : Signal to noise ratio, stationarity in time, degree of polarization, polarization value. The k vectors are found to make angles of -140° with the Earth magnetic field direction, and to point slightly Eastward of the local magnetic meridian. They admit a time variation of .2- to .4- sec periodicity.

Domaines: Sciences de la Terre

François Lefeuvre, T. Neubert, Michel Parrot. Wave normal directions and wave distribution functions for ground-based transmitter signals observed on GEOS-1. [Research Report] Centre de recherches en physique de l'environnement terrestre et planétaire (CRPE). 1981, 56 p., figures, graphiques. ⟨hal-02191856⟩