Исследование координат и скоростей станций сети REGINA

АННОТАЦИЯ

Скорости станций Глобальной спутниковой системы позиционирования (GNSS) широко используются для геодинамических исследований. Цель данной статьи выполнить оценку координат и скоростей 30 станций GNSS новой международной сети REGINA, которая вносит свой вклад в создание Международной наземной системы отсчета ITRF. Обработка данных за период 2015-2020 проводилась в программном обеспечении GAMIT/GLOBK.

ABSTRACT

The velocities of the Global Navigation Satellite System (GPS) stations are widely employed for geodynamical studies. The aim of this paper is to investigate stations coordinates and velocities of 30 GNSS new international network REGINA, which contributed to the newest release of the International Terrestrial Reference Frame ITRF. The data processing for 2015-2020 period carried out in GAMIT/GLOBK software.

Ключевые слова: ГНСС, GAMIT/GLOBK, РЕГИНА, скорости станций

Keywords: GNSS, GAMIT/GLOBK, REGINA, stations velocities

Развитие высокоточной спутниковой технологии позволило расширить возможность изучения таких процессов как деформация Земли, перераспределение массы внутри и на поверхности твердой Земли, океанические и атмосферные циркуляции, изменения уровня моря, изменения массы ледников, температуры атмосферы, водяного пара и другие. Для достижения этих целей используются высокоточные методы измерений, среди которых развитие глобальных и региональных сетей на базе измерений GNSS (Global Navigator Sattelite System). Успешным примером таких сетей стали наблюдения в рамках Международной GNSS службы по геодинамике (IGS, International GNSS Service), продукты которой используются для улучшения и расширения Международной наземной системы отсчета (ITRF), мониторинга деформаций твердой Земли, мониторинга вращения Земли и изменений в жидкой Земле (уровень моря, ледники), определения орбиты спутников, мониторинга ионосферы и получения результатов измерений водяного пара [1]. Основой IGS является глобальная сеть из более чем 400 постоянно действующих геодезических станций качества, отслеживающих GPS, ГЛОНАСС, Galileo, BeiDou, QZSS и SBAS. Для расширения обеспечения коллокации различных геодезических инструментов и возможности наблюдения с помощью различных систем, также активно развиваются дополнительные региональные и международные сети. Среди них французская сеть REGINA (Réseau GNSS pour l'IGS et la Navigation), инсталляция которой началась в 2012 году Национальным центром космических исследований(CNES) и Французским географическим институтом (IGN) для приема сигналов европейской системы GALILEO [2].  В режиме реального времени около 30 станций сети передают данные в центр анализа данных в Тулузе (Франция). В основном станции совмещены с другой французской следящей спутниковой системой DORIS. На территории Узбекистана в г. Китаб Кашкадарьинской области с 2016 года проводятся непрерывные наблюдения на пунктах KIVC/DORIS и KITG/REGINA (рис. 1).

Рисунок 1. Сеть станций сети Регина [2] (слева) и станции DORIS/IDS, GNSS/REGINA в Китабе (справа)

В данной работе была выполнена обработка измерений, получаемых со станций сети REGINA для оценки позиций и скоростей пунктов. Для анализа были выбраны данные за период с 2015 по 2020 годы. Обработка проводилась в программном комплексе Массачусетского технологического института GAMIT/GLOBK [3].  Комплекс включает в себя набор программ для вычисления ежедневных позиций станций, оценки атмосферных задержек, решения неоднозначности фазы и параметров орбит. Этапы обработки измерений GPS были детально описаны в работе [4]. Они включают подготовку необходимых файлов (орбиты спутников, поправок часов, вычисление априорных значений координат, подготовку RINEX файлов, загрузку данных из глобального архива), вычисление матрицы ковариации координат и оценку скоростей станций на интервале нескольких лет. Метод наименьших квадратов позволяет уменьшить остатки разностей между априорными и оцененными значениями координат от уровня сантиметра до миллиметровой точности [5]. Для всех решений использовались высокоточные геоцентрические орбиты спутников IGS.  Оценка неоднозначности фазы c помощью комбинации Мельбурна-Вуббена для каждого спутника составила 95%. Кроме того, для анализа выбраны стандартные модели гравитационного поля IERS-1992, негравитационных ускорений спутников, модель Саастамойнена для оценки сухой и влажной частей атмосферных задержек, модель глобального давления и температуры GPT2 для коррекции зенитной задержки и модель океанической приливной нагрузки FES2004, рекомендованные стандартами Международной службы вращения Земли IERS 2010 [6].

Примеры полученных в программе GAMIT временных рядов станций AREQ, CPVG, KITG и GRAC, приведены на рис.2.

Рисунок 2. Временные ряды изменения координат станций сети REGINA

Основными критериями для оценки точности полученных данных являются проверка включения всех измерений в обработку и соответствие моделей заданной точности. Значения NRMS для стабилизации должны быть близки к единице во всех трех компонентах координат, а WRMS должно иметь значение 1-2 мм по горизонтали и 3-10 мм по вертикали [5]. Для вычисления координат станций, отнесенных на эпоху ITRF2014, их обработка с использованием фильтра Кальмана проводилась в программном пакете GLOBK [7] (рис.3). Величина ошибки определения горизонтальной скорости меняется от 0.13 мм до 0.51 мм, а для высоты от 0.43 мм до 1.42 мм.

Рисунок 3. Скорости станций сети REGINA

Анализ точности полученных координат и скоростей станций новой сети REGINA показал их надежность и возможность использования для построения Международной наземной системы отсчета ITRF. Данные также могут быть использованы для улучшения поля скорости на региональном уровне.

Список литературы:

1. About the IGS Network and International Terrestrial Reference Frame/ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://kb.igs.org/hc/en-us/articles/202457218-About-the-IGS-Network-and-International-Terrestrial-Reference-Frame (дата обращения: 12.03.2021).
2. REGINA project: overview / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://regina.cnes.fr (дата обращения: 12.03.2021).
3. Herring, T.A., King, R.W., Floyd, M., McClusky, S.C. Introduction to GAMIT/GLOBK. Release 10.7. Technical report. Massachusetts Institute of Technology. 2018 / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://geoweb.mit.edu/gg/Intro_GG.pdf (дата обращения: 12.03.2021).
4. Эргешов И.М., Махмудов М.Д., Фазилова Д.Ш. Обработка данных GPS в GAMIT/GLOBK: на примере постоянных станций сети Узбекистана // Universum: технические науки  - № 10(79). Часть 1. М., Изд. «МЦНО», 2020. – с. 50-55. DOI: 10.32743/UniTech.2020.79.10-1
5. King R.W., Herring T. A., Floyd M. A., McClusky S. C. GAMIT/GLOBK Overview / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://geoweb.mit.edu/~floyd/courses/gg/201807_Bishkek (дата обращения: 1.04.2021)
6. IERS Conventions // IERS Technical Note 36 / Gérard Petit and Brian Luzum (eds.). –Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie.  –2010. –P. 179.
7. Herring, T.A., R.W. King, R.W., McClusky, S.C. Global Kalman filter VLBI and GPS analysis program, GLOBK Reference Manual, Release 10.5. Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences Massachusetts Institute of Technology, Cambridge MA 2010b. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://chandler.mit.edu/~simon/gtgk/GLOBK_Ref.pdf