Анотація до роботи:

Торопа І.М. “Вплив регіональних властивостей тропосфери на результати GPS спостережень”. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.24.01 – геодезія. – Національний Університет “Львівська політехніка”, Львів, 2004.

Робота присвячена розв’язанню задачі підвищення точності визначення атмосферної поправки у радіовіддалемірні спостереження штучних супутників Землі.

Виконана оцінка точності визначення в західному регіоні України сухої (гідростатичної) і вологої (негідростатичної) складових зенітної тропосферної затримки за найбільш відомими аналітичними моделями. Встановлені висоти шарів атмосфери, які потрібно враховувати при обчисленні впливу сухої та вологої складових тропосферної затримки. Запропонована експоненційна модель зміни з висотою індексу показника заломлення водяної пари з визначеними нами коефіцієнтами дозволяє отримати середнє інтегральне його значення з середньою квадратичною похибкою приблизно 2 одиниць.

Модифіковано модель Saastamoinen для визначення сухої складової зенітної тропосферної затримки у західному регіоні України. Запропоновано три варіанти цієї моделі. Модифіковані нами моделі підвищують точність визначання сухої складової зенітної тропосферної затримки.

Розроблена модель для визначення вологої складової зенітної тропосферної затримки у Львівській області. Запропоновано два варіанти цієї моделі. Середні квадратичні похибки визначення вологої складової зенітної тропосферної затримки для запропонованих нами моделей є меншими від відповідних величин для моделей Saastamoinen і Hopfield.

Встановлено, що для визначення вологої складової з максимальною похибкою 2-3 мм необхідно визначати прямим або посереднім методами температуру і вологість повітря до висоти 3 км, а для шарів атмосфери від 3 км до нижньої границі тропопаузи використовувати статистичні дані.

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій вирішена актуальна задача підвищення точності визначення атмосферної поправки у радіовіддалемірні спостереження штучних супутників Землі. Основні результати досліджень можна сформулювати так:

1. Виконана оцінка точності визначення в західному регіоні України сухої (гідростатичної) і вологої (негідростатичної) складових зенітної тропосферної затримки за найбільш відомими аналітичними моделями.

Середня квадратична похибка визначення сухої (гідростатичної) складової зенітної тропосферної затримки за відомими аналітичними моделями коливається від 5 до 20 мм. Найкращі результати отримані для моделі Davis і двох моделей Saastamoinen.

Використання стандартних моделей атмосфери для визначення сухої складової зенітної тропосферної затримки не дає бажаних результатів для знаходження затримок, оскільки в цих моделях відсутній параметр вологості і вони не враховують сезонних змін метеорологічних величин.

Аналіз значень вологої (негідростатичної) складової зенітної тропосферної затримки, визначених за найбільш відомими моделями, засвідчив, що для західного регіону України вони не дають задовільної точності. В окремих випадках їх помилки можуть перевищувати 10 см. Середня квадратична похибка визначення вологої (негідростатичної) складової зенітної тропосферної затримки за цими моделями коливається від 20 до 42 мм. Найбільша кількість значень різниць для трьох станцій знаходиться в діапазоні 50-10 мм, що свідчить про те, що визначати з міліметровою точністю вологу складову зенітної тропосферної затримки за допомогою досліджуваних моделей не можливо.

2. Встановлені висоти шарів атмосфери, які потрібно враховувати при обчисленні впливу сухої та вологої складових тропосферної затримки.

Для досягнення точності визначення сухої складової затримки не меншої ніж 1 мм можна рекомендувати враховувати суху складову тропосферної затримки до висоти 80 км.

Шар атмосфери від нижньої межі тропопаузи до висоти 20-30 км приносить у формування вологої зенітної тропосферної затримки 0,4-1,2 мм, що складає від 0,7 до 2,6 % від загального значення цієї затримки. Товщина цього шару складає 8-18 км. Тому враховувати вологу складову для Західної України можна лише до нижньої межі тропопаузи.

3. Експоненційна модель зміни з висотою індексу показника заломлення водяної пари з визначеними нами коефіцієнтами дозволяє отримати середнє інтегральне його значення з середньою квадратичною похибкою приблизно 2 одиниць.

4. Модифіковано модель Saastamoinen для визначення сухої складової зенітної тропосферної затримки у західному регіоні України. Запропоновано три варіанти модифікованої моделі Saastamoinen:

із середньомісячними значеннями коефіцієнтів для кожної станції (модель D1);

із середньорічним значенням коефіцієнта для кожної станції (модель D2);

із усередненими середньомісячними значеннями коефіцієнтів для станцій Львів, Ужгород і Чернівці (модель D3).

Модель D1 дозволяє визначати суху складову зенітної тропосферної затримки, залежно від станції спостережень, приблизно від 2 до 6 разів точніше порівняно з моделлю Saastamoinen, а порівняно з моделлю Hopfield – від 3 до 7 разів точніше. Модель D2 дозволяє визначати суху складову зенітної тропосферної затримки приблизно від 1,5 до 3,7 разів точніше порівняно з моделлю Saastamoinen, а порівняно з моделлю Hopfield – від 2,1 до 4,7 разів точніше. Регіональна модель (модель D3) визначає суху складову тропосферної затримки від 1,6 до 2,8 разів краще порівняно з моделлю Saastamoinen і від 2,2 до 3,8 разів - порівняно з моделлю Hopfield.

5. На основі запропонованої нами залежності зміни з висотою індексу показника заломлення водяної пари та встановленої нами висоти, до якої потрібно враховувати вологу складову, розроблена модель для визначення вологої складової зенітної тропосферної затримки у Львівській області. Запропоновано два варіанти цієї моделі:

із середньомісячними значеннями коефіцієнтів (модель W1);

із середніми значеннями коефіцієнта для кожної пори року (модель W2).

Середні квадратичні похибки визначення вологої складової зенітної тропосферної затримки для запропонованих нами моделей W1 і W2 є меншими від відповідних величин для моделей Saastamoinen і Hopfield. Середні квадратичні похибки визначення вологої складової зенітної тропосферної затримки для моделі W1 на 36% менші порівняно з моделлю Saastamoinen і на 38% – з моделлю Hopfield, а для моделі W2 середні квадратичні помилки на 33% менші порівняно з моделлю Saastamoinen і на 34% – з моделлю Hopfield.

6. Встановлено, що для визначення вологої складової у західному регіоні України з високою точністю необхідно визначати прямим або посереднім методами температуру і вологість повітря до висоти 3 км, а для шарів атмосфери від 3 км до нижньої границі тропопаузи використовувати статистичні дані. Такий підхід дозволить визначати вологу складову зенітної тропосферної затримки з максимальною похибкою 2-3 мм.

Публікації автора:

1. Костецька Я.М., Торопа І.М. Про врахування впливу тропосфери на результати GPS спостережень // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва: Зб. наук. пр. – Л., 2002. – С. 89-92.

   Костецька Я.М., Торопа І.М. Аналіз аналітичних моделей для визначення негідростатичної складової зенітної тропосферної затримки при GPS спостереженнях // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва: Зб. наук. пр. – Л., 2003. – С. 146-150.

   Костецька Я.М., Торопа І.М. Точність аналітичних моделей для визначення негідростатичної складової зенітної тропосферної затримки при GPS спостереженнях // Геодезія, картографія і аерофотознімання. – 2003. – № 64. - С. 27-33.

   Костецька Я.М., Торопа І.М. До питання точності моделей для визначення тропосферної затримки при GPS спостереженнях // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва: Зб. наук. пр. – Л., 2004. – С. 92-97.

   Торопа І.М. Моделювання сухої складової тропосферної затримки для врахування впливу нейтральної атмосфери на результати GPS спостережень // Геодезія, картографія і аерофотознімання. – 2004. – № 65. – С. 5-12.