Застосування супутникових та наземних даних для побудови моделей гравітаційного поля Землі

Abstract

Дисертаційне дослідження спрямоване на удосконалення алгоритму ефективного використання великої кількості різнотипної інформації з метою побудови моделей гравітаційного поля Землі. У роботі використані новітні дані супутникової градієнтометрії GOCE. Запропоновано алгоритм редукування первинних гравітаційних градієнтів на сферичну поверхню. Розроблено антиподно-рівномірну сітку розташування даних та наведено дискретні ортогональні властивості. Розроблено спосіб швидкого складання та розв’язання нормальних рівнянь. В результаті була побудована комбінована модель гравітаційного поля Землі LP-04C(360/720). Порівняння отриманої моделі із вхідними аномаліями сили тяжіння DTU10 та незалежною інформацією із полігону Нью-Мехіко, де виконувалось GNSS-нівелювання підтвердило доцільність та ефективність запропонованої методики. Диссертационное исследование направлено на совершенствование алгоритма эффективного использования большого количества разнотипной информации с целью построения моделей гравитационного поля Земли. В работе использованы новейшие данные спутниковой градиентометрии GOCE. Предложен алгоритм редуцирования первичных гравитационных градиентов на сферическую поверхность. Разработана антиподно-равномерная сетка расположения данных и приведены дискретные ортогональные свойства, способ быстрого составления и решения нормальных уравнений. В результате была построена комбинированная модель гравитационного поля Земли LP-04C(360/720). Сравнение модели с входными аномалиями силы тяжести DTU10 и независимой информации с полигона Нью-Мехико, где выполнялось GNSS-нивелирования подтвердило целесообразность и эффективность предложенной методики. The goal of the dissertation researches is the constraction of the new algorithm of efficient using of a large number of heterogeneous information in order to construct models of Earth's gravitational field. The up-to-date information of the satellite gradiometry GOCE was used in this work. Was offered an algorithm to reducing the primary gravity gradients on a spherical surface. An antipode-uniform grid of location of the data was designed and discrete orthogonal properties were provided. This grid and its properties were compared with the classical variant. As a result the individual cases of the location of the data and compliance of the orthogonal properties to them were generalized. A way of quickly generating and solving of normal equations matrix was developed by the author, in order to reduce the computation time and computer resources. Normal equations matrix become very sparse due to the orthogonal properties developed by the author. The consequence of this is that it can be divided into many smaller matrices. Thus inversion of one large matrix was replaced by the inversion of much smaller dimension matrices. To handle different types of data, was offered a procedure "Remove-Restore". Low and medium frequency were determined on the basis of GOCE vertical gravitational gradients at an altitude of 250 km. Then we used gravity anomalies DTU10 to determine the high-frequency component and refinement of medium and low frequencies. This approach has been chosen because the high-frequency component is smoothed with increasing of altitude, while the midium frequency and low-frequency components do not vary significantly at an altitude of 250 km. It is importantly, GOCE gradiometry has not improved the highfrequency component of the gravitational field, but it provided measurements which covered the globe (except the polar gaps), which could not be done using ground methods (in inaccessible locations). Moreover, the algorithm is stable when calculate high order of harmonic coeficients, so it is not required to apply the method of regularization which is required for most algorithms of harmonic coefficients determination. As a result a combined model of the Earth's gravitational field LP-04C (360/720) was built. It based on vertical gravity gradients and gravity anomalies. The studies highlighted the importance of average of data points to build global models. Was built a set of gravity anomalies and approximate quasigeoid heights in order to verify the developed algorithm of constructing of combined model of the gravitational field of the Earth. The expediency and effectiveness of the proposed method of construction of combined model of gravitational field of the. Earth was confirmed by the comparison of these data with the input gravity anomalies DTU10 and independent information from the landfill in New Mexico, where was performed GNSS-leveling. So, in terms of practice, this work is a reliable tool for determining the harmonic coefficients for a large number of heterogeneous data and the proposed algorithm can be used to build other models of the gravitational field of the Earth, that can be used to refine the surface of Ukraine quasigeoid.