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Precision measurements of radar transverse scattering speeds from meteor phase characteristics
Radio Science ( IF 1.6 ) Pub Date : 2020-10-01 , DOI: 10.1029/2019rs006987
Michael Mazur 1 , Petr Pokorný 2, 3 , Peter Brown 4, 5 , Robert J. Weryk 6 , Denis Vida 1 , Carsten Schult 7 , Gunter Stober 8 , Anamika Agrawal 9
Affiliation  

We describe an improved technique for using the backscattered phase from meteor radar echo measurements just prior to the specular point ($t_{0}$) to calculate meteor speeds and their uncertainty. Our method, which builds on earlier work of Cervera et al (1997), scans possible speeds in the Fresnel distance - time domain with a dynamic, sliding window and derives a best-speed estimate from the resultant speed distribution. We test the performance of our method, called pre-$t_{0}$ speeds by sliding-slopes technique (PSSST), on transverse scattered meteor echoes observed by the Middle Atmosphere Alomar Radar System (MAARSY) and the Canadian Meteor Orbit Radar (CMOR), and compare the results to time-of-flight and Fresnel transform speed estimates. Our novel technique is shown to produce good results when compared to both model and speed measurements using other techniques. We show that our speed precision is $\pm$5$\%$ at speeds less than 40 km/s and we find that more than 90$\%$ of all CMOR multi-station echoes have PSSST solutions. For CMOR data, PSSST is robust against the selection of critical phase value and poor phase unwrapping. Pick errors of up to $\pm$6 pulses for meteor speeds less than about 50 km/s produce errors of less than $\pm$5$\%$ of the meteoroid speed. In addition, the width of the PSSST speed Kernel density estimate (KDE) is used as a natural measure of uncertainty that captures both noise and $t_0$ pick uncertainties.

中文翻译:

从流星相位特征精确测量雷达横向散射速度

我们描述了一种改进的技术,该技术使用刚好在镜面反射点 ($t_{0}$) 之前的流星雷达回波测量的反向散射相位来计算流星速度及其不确定性。我们的方法建立在 Cervera 等人 (1997) 的早期工作的基础上,使用动态滑动窗口扫描菲涅耳距离 - 时域中可能的速度,并从结果速度分布中得出最佳速度估计值。我们在中层大气 Alomar 雷达系统 (MAARSY) 和加拿大流星轨道雷达 (MAARSY) 观测到的横向散射流星回波上测试了我们的方法的性能,称为通过滑动斜坡技术 (PSSST) 的 pre-$t_{0}$ 速度。 CMOR),并将结果与​​飞行时间和菲涅耳变换速度估计值进行比较。与使用其他技术的模型和速度测量相比,我们的新技术显示出良好的结果。我们表明,在速度低于 40 公里/秒时,我们的速度精度为 $\pm$5$\%$,并且我们发现所有 CMOR 多站回波中有超过 90$\%$ 具有 PSSST 解决方案。对于 CMOR 数据,PSSST 对临界相位值的选择和较差的相位展开具有鲁棒性。对于小于约 50 公里/秒的流星速度,拾取高达 $\pm$6 脉冲的误差会产生小于流星体速度 $\pm$5$\%$ 的误差。此外,PSSST 速度核密度估计 (KDE) 的宽度用作不确定性的自然度量,可捕获噪声和 $t_0$ 拾取不确定性。我们表明,在速度低于 40 公里/秒时,我们的速度精度为 $\pm$5$\%$,并且我们发现所有 CMOR 多站回波中超过 90$\%$ 具有 PSSST 解决方案。对于 CMOR 数据,PSSST 对临界相位值的选择和较差的相位展开具有鲁棒性。对于小于约 50 公里/秒的流星速度,拾取高达 $\pm$6 脉冲的误差会产生小于流星体速度 $\pm$5$\%$ 的误差。此外,PSSST 速度核密度估计 (KDE) 的宽度用作不确定性的自然度量,可捕获噪声和 $t_0$ 拾取不确定性。我们表明,在速度低于 40 公里/秒时,我们的速度精度为 $\pm$5$\%$,并且我们发现所有 CMOR 多站回波中超过 90$\%$ 具有 PSSST 解决方案。对于 CMOR 数据,PSSST 对临界相位值的选择和较差的相位展开具有鲁棒性。对于小于约 50 公里/秒的流星速度,拾取高达 $\pm$6 脉冲的误差会产生小于流星体速度 $\pm$5$\%$ 的误差。此外,PSSST 速度核密度估计 (KDE) 的宽度用作不确定性的自然度量,可捕获噪声和 $t_0$ 拾取不确定性。
更新日期:2020-10-01
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