Лопушанський О.М. Побудова моделей гравітаційного поля Земли за супутниковими даними

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : 05.24.01 – Геодезія, фотограмметрія та картографія. — Національний університет «Львівська політехніка». — Львів, 2016. — 138 с.Науковий керівник: д.ф.-м.н., професор О.М. Марченко.Мета і задачі дослідження: дана робота спрямована на вдосконалення існуючих методів побудови моделей гравітаційного поля Землі за супутниковими даними. За останнє десятиліття стрімкого розвитку набули супутникові місії (і не тільки земні). До них можна віднести значну кількість альтиметричних супутників, супутники класу LEO (Low Earth Orbit) (зокрема місія GOCE), загальноземні навігаційні супутникові системи та безліч космічних місій, запущених з метою вивчення гравітаційних полів інших космічних об’єктів. Всі ці проекти дають можливість велику кількість даних. Саме з цієї причини основною задачею роботи є розробка алгоритму, який дозволить ефективніше використовувати наявні масиви різнорідних даних для побудови моделей гравітаційного поля Землі. Основний акцент поставлено на побудові розв’язку та розробці методу, який б дозволив значно спростити процес моделювання гравітаційного поля за даними градієнтометра. Для досягнення ефективного результату в роботі використано дані супутникової градієнтометрії та набір даних супутникової альтиметрії, що дає змогу отримати якісніший розв’язок. Отже, в роботі поставлено такі основні завдання:
виконати аналіз різних методів побудови моделей гравітаційного поля Землі за даними супутникової градієнтометрії.
вдосконалити метод побудови моделей гравітаційного поля Землі за даними супутникової градієнтометрії, який базуються на квадратурних формулах.
здійснити побудову моделей гравітаційного поля Землі за розробленою методикою.Наукова новизна одержаних результатів.
Розроблено методику побудови моделей за даними супутникової градієнтометрії, що базується на квадратурних формулах Гаусса-Лежандра.
Побудовано модель гравітаційного поля GOCE-LP01s за даними супутникової градієнтометрії до 220 степеня/порядку відносно нормального поля WGS84 до 10 степеня.
Побудовано модель гравітаційного поля GOCE-LP02s за даними супутникової градієнтометрії до 250 степеня/порядку відносно нормального поля GOCE-LP01s до 180 степеня.
Побудовані поля Δg і висот N (з точністю ≤ 10 см) в межах апробації моделей GOCE-LP01s та GOCE-LP02s за даними супутникової альтиметрії для регіону Чорного моря.
Побудовану модель GOCE-LP02s перевірено з даними GPS-нівелювання з стандартним відхиленням 40 см, що відповідає іншим сучасним розв’язкам, отриманими за даними GOCE.
Побудовано модель стаціонарної топографії на регіон Чорного моря за різнорідними даними, використовуючи отримані моделі та дані супутникової альтиметрії.Практичне значення одержаних результатів. Дана робота спрямована на зменшення часу опрацювання та зменшення необхідних комп’ютерних потужностей під час визначення гармонічних коефіцієнтів, отриманих із великої кількості даних. Максимальна кількість даних для визначення гравітаційного поля Землі обмежена максимальною потужністю комп’ютерних ресурсів. Запропонований алгоритм дає змогу працювати з великою кількістю даних, не використовуючи «супер-комп’ютери», що дало змогу отримати моделі GOCELP-01S з роздільною здатністю до 220 степеня/порядку та GOCELP-02S з роздільною здатністю до 260 степеня/порядку. Складені програмні пакети для розв’язку типових задач можуть бути використані в освітніх та науково-дослідних інституціях, які займаються подібною проблематикою.Вступ.
Застосування супутників LEO для вивчення гравітаційного поля Землі.
Сучасні методи визначення гравітаційного поля Землі.
Динамічний метод супутникової геодезії.
Лінеаризація геодезичних вимірів.
Побудова системи вараційних рівнянь для визначення необхідних похідних.
Особливості місій CHAMP та GRACE.
Основи методу Етвеша виміру других похідних потенціалу. Аероградієнтометрія.
Аероградієнтометрія.
Метод супутникової градієнтометрії.
Особливості місії GOCE.
Основні системи координат GOCE.
Просторовий підхід визначення гармонічних коефіцієнтів C_nm та S_nm.
Підхід часових рядів визначення гармонічних коефіцієнтів C_nm та S_nm.
Методи квадратурних формул для визначення гармонічних коефіцієнтів.
Загальні відомості гравітаційного Ньютонового потенціалу.
Аномальний потенціал та основні геодезичні функціонали.
Застосування квадратурних формул на сфері.
Квадратурні формули Driscoll - Healy.
Модифікація квадратурних формул Gauss-Legendre для супутникової градієнтометрії.
Квадратурні формули O.Colombo.
Побудова моделей гравітаційного поля землі за даними GOCE.
Вихідні дані.
Бракування даних.
Застосування процедури «вилучення – відновлення» для визначення C_nm, S[i]nm[/i].
Фільтрація за Кальманом для побудови рівномірної сітки
Gauss-Legendre.
Побудова моделі GOCE-LP01s.
Побудова моделі GOCE-LP02s.
Перевірка побудованих моделей на даних GPS-нівелювання.
Результати застосування різних моделей геопотенціалу для побудови (квазі)геоїда в регіоні New Mexico.
Застосування побудованих моделей для визначення поверхні (квазі)геоїда та поля Δg на морі.
Дослідження океанічних течій. Основні положення.
Основні припливні системи.
Основні співвідношення для побудови поля Δg та (квазі)геоїда за даними SSH.
Фільтрація вихідних даних.
Інверсія висот поверхні моря SSH в аномалії сили тяжіння Δg.
Побудова (квазі)геоїда на основі процедури вилучення – відновлення.
Побудова статичної моделі SSHM висот поверхні моря.
Висновки та рекомендації.
Загальні висновки.
Список використаної літератури.В файлі відсутній титульний аркуш.