Определение и анализ координат и скоростей станций по наблюдениям европейской GPS-сети

• Автор: Панафидина, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 01.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 101 с. : ил.

Глава 1. Европейская GPS-сеть (EPN)

ф 1.1. Использование GPS для геодинамики

1.2. SINEX формат

1.3. Организация сети EPN

1.4. Обработка данных в центрах анализа EPN

1.4.1. Математические методы обработки

1.4.2. Регулярные решения

1.4.3. Специальные проекты

1.5. Проект ИПАРАН

Глава 2. Переработка официальных решений EPN

Ф 2.1. Удаление априорных ограничений

2.2. Приведение свободного решения к ITRF
2.3. Сравнение результатов
2.4. Заключение
Глава 3. Комбинированное решение для координат станций EPN
3.1. Метод получения комбинированного решения
3.2. Удаление выбросов
3.3. Стабильность нового решения
3.4 Официальное недельное решение после GPS-недели 1302
3.5. Сравнение результатов
® 3.6 Заключение
Глава 4. Геодинамическая интерпретация
4.1. Определение скоростей европейских GPS-станций
4.2. Сравнение GPS- и VLBI-данных
Заключение

Список литературы

Требования к точности определения земной системы отсчета постоянно растут по мере развития прикладных и фундаментальных исследований в различных областях астрономии, геодинамики, геофизики, а также для многих практических приложений в геодезии, космонавтике, изучении природных катаклизмов и в климатологии. Для обеспечения возможности сравнения различных результатов требуется общая система координат. В настоящее время принята международная земная система отсчета (ITRF). Она реализуется в виде координат и скоростей некоторого набора глобально распределенных станций. Наиболее точную реализацию этой системы предоставляет Международная служба вращения Земли и опорных систем координат (IERS). Она вычисляется как комбинация многих глобальных и региональных решений, полученных с помощью различных методов космической геодезии: РСДБ (радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами), LLR и SLR (Lunar and Satellite Laser Ranging), GPS (Global Positioning System) и DORIS (Doppler Orbitography Radio-positioning Integrated by Satellite).
Так как для региональных и локальных исследований плотность станций глобальной сети оказывается недостаточной, для уплотнения сети и улучшения доступности международной земной системы координат организуются региональные сети. Европейская GPS-сеть EPN (European Permanent Network) была организована в 1995 г. Состав станций не оставался постоянным на всем промежутке времени наблюдений, некоторые станции прекратили свою работу. Всего за всю историю существования сети в ней участвовало около 210 станций. В настоящее время в ней участвует около 180 постоянно наблюдающих GPS-станций. Она координируется подкомиссией по европейской системе координат (EUREF) Международной ассоциации геодезии.
Наблюдения на сети EUREF предоставляют уникальную возможность для изучения деформаций земной коры в Европе. Эти наблюдения централизовано собираются и обрабатываются центрами хранения данных и анализа EPN, после чего центр сводной обработки EPN выводит недельные решения и распространяет их в виде SINEX-файлов для свободного использования в научных исследованиях. Однако анализ этих официальных недельных решений показывает наличие
скачков и систематических сезонных ошибок, особенно заметных в составляющей по высоте. Эти эффекты вызываются применявшейся при вычислении сводного решения EPN до GPS-недели 1303 (декабрь 2004 г.) методикой обработки, при которой координаты некоторого набора опорных станций фиксировались к значениям координат соответствующей реализации ITRF.
Ошибки координат и скоростей опорных станций, пекулярное движение станций, локальные движения земной коры и периодическая смена оборудования на некоторых из них могут приводить к ошибкам в координатах всех станций сети. Из-за последовательной смены опорной системы координат (в разные периоды использовались опорные системы ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF2000) и методов обработки данных в рядах координат станций сети наблюдаются значительные скачки, что делает невозможным использование официального решения для исследования движений станций на всем промежутке времени наблюдений. С GPS-недели 1303 сводные решения вычисляются с использованием метода минимальных ограничений на координаты опорных станций. Этот метод дает возможность получить неискаженное решение для координат станций сети. Однако более ранние решения не были переобработаны для получения долговременного однородного ряда координат. Для геодинамических исследований некоторое время назад в рамках EUREF был организован специальный проект «Time Series Monitoring», основной задачей которого является получение однородных рядов координат станций европейской GPS-сети. К сожалению, результаты, полученные в рамках специального проекта, доступны только в графической форме на Интернет-сайте Центрального бюро EPN. Таким образом, получение независимых однородных рядов координат станций, доступных в виде SINEX-файлов и пригодных для дальнейших исследований, является актуальной задачей. Полученные однородные ряды координат станций позволяют получить надежные оценки скоростей станций в европейском регионе, а также оценить изменения длин баз между европейскими станциями, что представляет большой интерес для геодинамических исследований.
Основной целью настоящей работы является разработка и исследование практических методов вычисления независимых высокоточных рядов координат
Глава 3. Комбинированное решение для координат станций EPN
Полученное в предыдущей главе решение показывает хорошую стабильность в случайном отношении, однако оно было получено на основе официальных недельных комбинированных решений, что может вызывать систематические сдвиги относительно ITRF2000. Для большего контроля над систематической стабильностью получаемого решения в этой части работы было получено новое комбинированное решение для координат станций сети EUREF.
3.1. Метод получения комбинированного решения
Перед комбинированием индивидуальных решений отдельных центров анализа все явные априорные ограничения на координаты станций удалялись по формулам (2.3), (2.4) из каждого решения для данной GPS-недели. Решения центров анализа ASI и DEO не использовались для комбинации, так как эти центры анализа не предоставляют статистической информации (такой как число наблюдений и ошибка единицы веса), необходимой для удаления априорных ограничений. Решения всех остальных центров анализа были использованы для получения комбинированного решения. Средние ошибки координат станций отдельных центров анализа показывают скачки при изменениях в методе обработки данных. Например, на рисунке 25а приведены средние ошибки координат станций для центра анализа BKG, где до GPS-недели 920 для привязки решения к соответствующей реализации ITRS координаты нескольких опорных станций фиксировались, для GPS-недель 921 - 1129 на координаты всех станций подсети накладывались свободные ограничения (1 м), а начиная с GPS-недели 1130 опять использовалось несколько опорных станций с жесткими ограничениями (0.01 мм). Средние формальные ошибки координат для решения с жесткими ограничениями оказываются нереалистично маленькими (меньше 1 мм). Поэтому в данном случае, в отличие от метода, описанного в главе 2 (п.2.1), после удаления априорных ограничений ковариационные матрицы свободных решений не масштабировались таким образом, чтобы средняя ошибка координат станций после удаления ограничений равнялась средней ошибке координат станций до удаления ограничений.