Jan Kryński, Yevgen M. Zanimonskiy - Seria Monograficzna nr 8
cena: 35 zł
Analiza zmienności w ciągach rozwiązań GPS i ciągach obserwacji grawimetrycznych
Niniejsza praca stanowi próbę oryginalnego rozszerzenia wyników badań nad zmiennością rozwiązań GPS prowadzonych w ośrodkach naukowych o dodatkowe elementy poznawcze oraz sformułowania wniosków o wymiernym znaczeniu aplikacyjnym. Celem pracy jest dokonanie jakościowej i ilościowej oceny krótkookresowych zmian składowych wektorów wyznaczanych z obserwacji GPS oraz zbadanie możliwości stworzenia ich modelu matematycznego. Modelowanie krótkookresowych zmian składowych wektorów wymaga dogłębnej analizy rozwiązań uzyskanych z krótkich serii obserwacyjnych z uwzględnieniem ewentualnej korelacji ze zmiennością residuów przyspieszenia siły ciężkości oraz dobowymi i sezonowymi zmianami stanu jonosfery i troposfery. W pracy wykorzystano ogólnodostępne obserwacje GPS wykonane na krajowych stacjach EPN: Borowa Góra, Borowiec, Józefosław, Lamkówko, a także na stacjach Bad Homburg, Dresden, Kijów, Potsdam, Uzhgorod. Analizie poddano ciągi czasowe rozwiązań dla składowych wektorów łączących stacje permanentne GPS. Wektory te zostały obliczone przy użyciu programu Bernese, a także komercyjnego programu Pinnacle, w oparciu o krótkie sesje obserwacyjne, obejmujące okresy od kilkunastu do kilkuset dni. Badane ciągi czasowe residuów przyspieszenia siły ciężkości uzyskano na podstawie obserwacji grawimetrycznych wykonanych na stacjach w Borowej Górze, Lamkówku i Józefosławiu przy użyciu wspomaganych komputerowo grawimetrów polowych LCR-G z jednoczesną automatyczną rejestracją warunków meteorologicznych. Dodatkowo w celu interpretacji oraz określenia lokalnego charakteru zmian residuów przyspieszenia siły ciężkości przeanalizowano ciągi czasowe otrzymane z grawimetrycznych obserwacji na stacjach pływowych międzynarodowego Globalnego Projektu Geodynamicznego (GGP): Bad Homburg Castle, Black Forest Observatory, Brussels, Membach, Metsahovi, Potsdam, Strasbourg i Wettzell oraz obserwacji wykonanych przy użyciu szerokopasmowego sejsmometru STS-1 w Kijowie. W szczególności przedmiotem badań były zaobserwowane w ciągach czasowych zmienności o okresach od kilku godzin do jednej doby.
W pierwszej kolejności przeprowadzono badania ogólnej charakterystyki krótkookresowych zmienności w ciągach rozwiązań wektorów z obserwacji GPS oraz w ciągach czasowych uzyskanych z obserwacji grawimetrycznych. Na kolejnym etapie prace koncentrowały się nad rozwiązaniem zagadnienia optymalizacji rozdzielczości czasowej ciągów rozwiązań GPS w aspekcie detekcji konkretnych systematycznych błędów okresowych. Polegało ono na dobraniu odpowiedniej długości sesji obserwacyjnej zapewniającej wymaganą dokładność rozwiązania wektora oraz na ewentualnym częściowym nakładaniu opracowywanych sesji obserwacyjnych w celu zapewnienia odpowiedniej gęstości czasowej rozwiązań. Zadanie to zostało wykonane na podstawie analizy spektralnej wyników obliczeń przeprowadzonych przy użyciu programu Bernese dla wybranych wektorów. W oparciu o opracowaną metodykę wygenerowano ciągi czasowe składowych wektorów pomiędzy stacjami permanentnymi GPS, które następnie posłużyły do analizowania krótkookresowych błędów systematycznych, rozdzielenia ich efektów w zależności od źródeł ich powstawania oraz do badań nad ich modelowaniem.
Oddzielny rozdział pracy poświęcono analizie wiarygodności oceny dokładności rozwiązań GPS otrzymywanych zarówno przy użyciu programu Bernese, jak i programu Pinnacle. W wyniku analizy rozwiązań GPS określono współczynniki skali między parametrami wewnętrznej i zewnętrznej oceny dokładności tych rozwiązań.
Zastosowanie ciągów czasowych rozwiązań, opartych na wykorzystaniu obserwacji z częściowo pokrywających się (zachodzących na siebie) interwałów, umożliwiło efektywne wykrywanie nagłych zmian wartości współrzędnych wektorów obliczonych z obserwacji GPS. Szczególnej analizie poddano wpływ atmosfery na zmienność rozwiązań GPS. Dla okresów odpowiadających przedziałom czasowym badanych rozwiązań GPS utworzono ciągi czasowe przebiegów zmienności całkowitej zawartości elektronów (TEC) w jonosferze, troposferycznego opóźnienia zenitalnego (TZD) oraz parametrów meteorologicznych, takich jak temperatura, ciśnienie i wilgotność, a także parametr aktywności słonecznej. Przeprowadzono analizę zależności korelacyjnych między krótkookresowymi zmianami wartości współrzędnych wektora i zmianami TEC (ze szczególnym uwzględnieniem burz magnetycznych) oraz zmianami TZD (ze szczególnym uwzględnieniem frontów atmosferycznych). Wykorzystanie aparatu analizy korelacji umożliwiło wygenerowanie wielu modeli, których zastosowanie pozwala na obniżenie poziomu zakłóceń w rozwiązaniach GPS.
Przeprowadzono analizę porównawczą zmian w ciągach czasowych składowych wektorów obliczonych z obserwacji GPS oraz w ciągach czasowych różnic residuów przyspieszenia siły ciężkości na stacjach Borowa Góra, Lamkówko i Józefosław. Poddano również pod dyskusję empiryczny model krótkookresowych zmian przyspieszenia siły ciężkości. Przedstawiono także koncepcję łącznego wykorzystania ciągów czasowych obserwacji grawimetrycznych i GPS.
Uzyskane wyniki zostały wykorzystane do fizycznej interpretacji krótkookresowych zmian wyników pomiarów składowych badanych wektorów oraz zmian residuów przyspieszenia siły ciężkości, a następnie do utworzenia ich empirycznych modeli.