Тропосферні затримки сигналів GPS-спостережень.

Переважно невідому зенітну тропосферну затримку сигналів

оцінюютьу мережі. У цьому разі одержані оцінки можуть враховувати будь-які зміни, що

відбуваються в атмосфері. Проблемним питанням цієї технології є сумарне врахування з

тропосферною затримкою деяких джерел додаткових впливів, таких, наприклад, як припливні

ефекти, вологе тропосферне коливання тощо.

Альтернативний шлях – моделювати тропосферну зенітну затримку стохастичною моделлю,

яка опрацьовує невідому затримку як змінний параметр від часу. Математичне урівнювання

виконуютьз послідовним фільтром Kalmanа. Головна сутьць ого підходу полягає в тому, що якщо

просторово-часові характеристики можна охарактеризувати на основі імовірнісних законів або

статистичних моделей, то ZTD/ZWD можна передбачити за змінами просторових вимірів та

часових масштабів згідно з заданою функцією щільності імовірності в значеннях просторово-

часових кореляцій коливань.

Останнім часом інтенсивно продовжуються науково-дослідні роботи з дослідження та

врахування двох головних джерел похибок, а саме похибки орбіти супутників GNSS та затримок

сигналів у тропосфері. У 1992 р. через Міжнародні GNSS служби IGS була запроваджена практика

точного визначення ефемерид GPS супутників, які стали стандартними їхніми продуктами високої

точності і яка фактично вивела невизначеністьо рбіти із списку істотних складових загальної

похибки супутникової технології визначення координат. Проблемою, що залишається сьогодні, є

визначення та врахування тропосферних затримок.

Атмосфера землі є нестабільною як у вертикальному, так і горизонтальному напрямах. Спо-

стерігаються великомасштабні і дрібні неоднорідності, які своєю чергою змінюються іноді за секунди і

навітьз а менший проміжок часу. Отож задача зводиться до оцінювання просторово-часових змін стану

атмосфери. Звичайно внесок різних шарів атмосфери у величину тропосферної поправки у відстаньд о

супутника не однаковий. Найбільший внесок робить пограничний шар. За даними аерологічного

зондування в Ужгороді досліджено значення тропосферної затримки по шарах у зеніті (таблиця).

10-кілометровий шар обумовлює 73,5 % поправки, а 14-кілометровий – вже 85,5 %. Отже, в

зеніті сумарний внесок у величину атмосферної поправки шарів атмосфери від (50 до 100) км

становитьв сього лише (1–2) мм [13, 14].

Оскільки час проходження сигналу крізь тропосферу дуже малий (незначний), то будь-які

фізичні зміни тропосфери для станції під час проходження сигналу не маютьз начення під час

визначення відстані до супутника. Похибки можутьбу ти тоді, коли супутник перебуває на певній

зенітній відстані, а виміряні псевдовіддалі зводятьд о зенітного напрямку. Тропосферна поправка

до псевдовіддалі через ці зміни в конкретний момент часу визначається практично без похибки за

стан атмосфери, якщо враховуються всі інші похибки вимірювання. В інший момент часу (навіть

через кілька секунд чи частки секунд) саме значення цієї тропосферної поправки до псевдовіддалі

може бути іншим. Все залежитьв ід просторово-часових змін стану атмосфери вздовж шляху

проходження сигналу від супутника до спостерігача за цей інтервал часу. Величина тропосферної

затримки залежитьв ід температури, вологості та тиску в точках проходження сигналу. До того ж

значну похибку у відстаньвно ситьз міна водяної пари в повітрі, хоч сама тропосферна поправка за

вологістьст ановить 10 % від сумарної поправки (сухої + вологої) [15].

У пограничному шарі атмосфери чітко проявляються добова періодичність перенесення тепла

і вологості, виникаютьс или внутрішнього тертя, швидко змінюються метеорологічні елементи,

розвиваються турбулентні явища, хмарність, інверсії температури та інші явища.

Поля метеоелементів неоднорідні вздовж земної поверхні і по вертикалі. Виникають

випадкові зміни метеоелементів в часі. Вимірювання показали, що температура приземного шару

повітря в конкретній точці траєкторії змінюється в окремі моменти дуже швидко, наприклад, за

деякі частки секунди на 1 0С або в двох точках простору, відстаньмі ж якими є один метр, миттєва

різниця температур може досягати 2 0С [16, 17].

Температура тропосферних шарів має річний та добовий хід. Причини та наслідки тут не

розглядаємо. З річними та сезонними змінами температури в приземному шарі зв’язані висотні

розподіли температури і градієнти температури пограничного шару тропосфери.

У тропосфері температура повітря з висотою в середньому змінюється за лінійним законом

де Tk – абсолютна температура на нижній межі шару атмосфери товщиною h; γi – вертикальний

градієнт температури; Ti – абсолютна температура на верхній межі шару.

Системи координат WGS-84

Світова геодезична система - систем координат 1984 року (WGS-84)

являє собою загальноземну систему, отриману шляхом уточнення

доплеровськой опорної системи NSWC 9Z-2 за результатами доплеровських

вимірювань супутникової радіонавігаційної системи ВМС США ТРАНЗИТ.

Початок і осі WGS-84 визначаються наступним чином:

- початок координат - центр мас Землі;

- вісь Z - направлена на Міжнародне умовне початок CIO, як це

встановлено Міжнародним бюро часу BIH;

- вісь X - перетин площині початкового меридіана WGS-84 і площини

екватора, при цьому як вихідний меридіана приймається нульовий меридіан,

визначений BIH;

- вісь Y - доповнює правостороннім ортогональну систему координат з

початком у центрі Землі і прив'язану до Землі (ECEF); вона розташована в

площині екватора під кутом 90 ° на схід від осі X.

WGS-84 являє собою прив'язану до Землі глобальну опорну систему,

включаючи модель Землі, та визначається набором основних і допоміжних

параметрів (табл. 1).

Основні параметри визначають форму земного еліпсоїда, його кутову

швидкість і масу Землі, яка включена в еліпсоїд.

Допоміжні параметри детально визначають модель земного тяжіння

(EGFM), ступінь і порядок якої рівні n = m = 180. Цю модель застосовується

для розрахунків висот над геоїд в системі WGS-84, компонентів порушення

тяжіння WGS-84 та середніх гравітаційних аномалій 1°´1° WGS-84 шляхом

розкладання на сферичні гармонічні функції. Розкладання такої міри і порядку

необхідні для точного моделювання змін гравітаційного поля Землі на її

поверхні і поблизу її.

Велика піввісь (a) 6378137 м

Полярний стиск (1/f) 1/298,257223563

Кутова швидкість (w) 7,292115 ´ 10-5 радий/с-1

Геоцентрична гравітаційна стала (з

урахуванням маси атмосфери Землі)

GM (fm) 398600,5 км3/с-2

Другий гармонійний коефіцієнт (C20) – 484,16685*10^-6

Початок координат і орієнтація осей системи WGS-84 визначаються

координатами п'яти контрольних станцій системи GPS: Колорадо-Спрінгс,

Гаваї, Асансьон, Дієго Гарсія і Кваджалейн.

Точність (1 σ) координат WGS-84, виражена через геодезичні широту φ,

довгота λ і висоту h, дорівнює:

в горизонтальній площині σφ = σλ = ± 1 м;

у вертикальній площині σh ± 1... 2 м.

Система WGS-84 двічі уточнювалася за результатами супутникових

вимірів GPS (у 1994 і 1996 роках). Нові реалізації WGS-84 отримали

позначення WGS-84 (G730) і WGS-84 (G873), де G вказує, що координати були

отримані GPS-методом, число після G вказує номер GPS-тижня. У СРНС GPS

уточнені реалізації WGS-84 використовуються з 29 червня 1994 року і 29 січня

1997 відповідно.