S e m i n a r i u m W s p ó ł c z e s n e p r o b l e m y p o d s t a w o w y c h s i e c i g e o d e z y j n y c h, a p r o b l e m y d e f i n i o w a n i a k r a j o w y c h u k ł a d ó w o d n i e s i e n i a, G r y b ó w 2 0 1 2 Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych na stabilność rozwiązań GPS Janusz Bogusz, Mariusz Figurski
Wp r o w a d z e n i e 1. Badanie zmian okresowych w szeregach czasowych współrzędnych geodezyjnych. 2. Rozwiązania dobowe. 3. Rozwiązania 3-godzinne. 4. Próba interpretacji. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 2/39
R o z w i ą z a n i a 3 - g o d z i n n e Założenie: efekt pływowy Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 3/39
R o z w i ą z a n i a d o b o w e Step 3. ITRFxxxx Step 1. Step 2. IERS Conventions (2003) IERS Technical Note No. 32 Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 4/39
R o z w i ą z a n i a 3 - g o d z i n n e Analiza metodą najmniejszych kwadratów (Chojnickiego): analiza mająca na celu rozdzielenie widma w pasmach dobowych i półdobowych na poszczególne składowe częstotliwościowe. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 5/39
R o z w i ą z a n i a 3 - g o d z i n n e Równanie obserwacyjne na epokę t i : i j k d j T A j, k A A T j j - epoka; - grupa pływowa; l i v i j k - fala pływowa w obrębie grupy; d j A T j, k T i, j k cos(, - współczynnik wzmocnienie efektu pływowego wewnątrz grupy pływowej j poprzez elastyczną odpowiedź Ziemi; - amplituda teoret. fali pływowej k w obrębie grupy j; j ) T i, j, k j - argument dla epoki t i składowej pływowej (j,k); - przesunięcie fazowe przyjęte za stałe w grupie j. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 6/39
R o z w i ą z a n i a 3 - g o d z i n n e Równanie obserwacyjne na epokę t i : l i v i j k d j A T j, k T i, j k cos(, j ) d j A A T j j - współczynnik wzmocnienie efektu pływowego wewnątrz grupy pływowej j poprzez elastyczną odpowiedź Ziemi; j - przesunięcie fazowe przyjęte za stałe w grupie j. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 7/39
R o z w i ą z a n i a 3 - g o d z i n n e Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 8/39
R o z w i ą z a n i a 3 - g o d z i n n e Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 9/39
Wniosek główny: znaleźliśmy oscylacje rezydualne w częstotliwościach pływowych. Pytanie: czy mają one podłoże geodynamiczne czy też mogą być artefaktami systemu GPS? Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 10/39
Krynski J., Zanimonskiy Y. M., Cisak J., Wielgosz P. (2002): Variations of GPS solutions for positions of permanent stations reality or artefact. In: EUREF Publication No 8/2, Mitteilungen des Bundesamtes fur Kartographie und Geodasie, Frankfurt am Main, pp. 320-325. Krynski J., Zanimonskiy Y. M., Wielgosz P. (2002): Modelling biases in GPS positioning based on short observing sessions. Presented at XXVII General Assembly of European Geophysical Society, Nice, France, 25-29 April 2002. Stewart, M. P., Penna, N. T., and Lichti, D. D. (2005): Investigating the propagation mechanism of unmodelled systematic errors on coordinate time series estimated using least squares. Journal of Geodesy, 79(8), pp. 479-489. Penna N. T., King M. A., Stewart M. (2007): GPS height time series: Short-period origins of spurious long-period signals. Journal of Geophysical Research, 112, B02402, DOI: 10.1029/2005JB004047. King M. A., Watson C. S., Penna N. T., Clarke P. J. (2008): Subdaily signals in GPS observations and their effect at semiannual and annual periods. Geophys Res Lett, 35, L03302, DOI: 10.1029/2007GL032252, 2008. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 11/39
Nazwa Pochodzenie geodynamiczne Artefakt systemu GPS O1 zasadnicza fala księżycowa brak M2 zasadnicza fala księżycowa brak K1 K2 S1 S2 fala deklinacyjna o argumencie t (doba gwiazdowa): efekty rezonansowe jądra, przenoszenie się rocznej modulacji S1 na K1 i symetrycznie na P1 fala deklinacyjna podstawowej składowej pływowej M2, nieliniowość składowej K1 fala eliptyczna składowej S K1 zasadnicza fala pływowa pochodna okresu obiegu satelitów GPS, powtarzalność konstelacji, efekt wielodrożności sygnału okres obiegu satelitów GPS, szczątkowe błędy orbitalne efekty termiczne (model termiczny anteny, termiczny efekt atmosferyczny) efekty termiczne (niepełne modelowanie troposfery) Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 12/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: brak rezydualnych oscylacji w częstotliwościach O1 i M2. Można wnioskować, iż model pływowy (pływy Ziemi stałej, jak również oceaniczny efekt pośredni) w tych częstotliwościach wpasowuje się w obserwacje niemal idealnie. Niedokładność modelowania oceanu (w Polsce) i atmosfery (na całym świecie) przy dzisiejszych dokładnościach wyznaczeń współrzędnych może być jeszcze zaniedbany. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 13/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: zmiany w częstotliwościach S1 oraz S2 efekty termiczne anteny i bliskiego otoczenia (słup, budynek), jak również szczątkowe wpływy pływów termicznych atmosfery czy estymowania parametrów troposfery. Niezwykle trudne do modelowania. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 14/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: S1 min=0.1 mm max=4.9 mm Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 15/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: S1 (Ray) non-ib, CE frame. min=0.04 mm max=0.14 mm. courtesy of Tonie van Dam Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 16/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: S2 min=0.1 mm max=1.8 mm Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 17/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: znaczące oscylacje w częstotliwościach K1 oraz K2. Efekt raczej wynikający z artefaktów systemu, niż z efektów dynamicznych. W rezyduach obserwacji grawimetrycznych czy klinometrycznych (dużo bardziej czułych np. na efekty rezonansowe) takiej dominacji amplitud K1 oraz K2 nad pozostałymi nie obserwuje się. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 18/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: K1 min=0.2 mm max=10.2 mm Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 19/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: K2 min=0.1 mm max=11.0 mm Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 20/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: dobowe Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 21/39
Opracowanie sieci ASG-EUPOS: półdobowe Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 22/39
Przenoszenie się oscylacji D y s k u s j a Penna N. T., Stewart M. P. (2003): Aliased tidal signatures in continuous GPS height time series. Geophys. Res. Lett. 30(23):2184. DOI: 10.1029/2003GL018828. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 23/39
Oscylacje roczne D y s k u s j a Figurski M., Szafranek K., Bogusz J., Kamiński P. "Investigation on stability of mountainous EUPOS sites coordinates". Acta Geodynamica et Geomaterialia, Vol. 7, No. 3 (159), 2010, pp. 263-274. Bogusz J., Figurski M., Kroszczyński K., Szafranek K. Investigation of environmental influences to the precise GNNS solutions. Acta Geodynamica et Geomaterialia, vol. 8, No. 1 (161), 2011, pp. 5-15. opracowanie dobowe EPN+ASG: 50/207 (24%) względem N 20/207 (10%) względem E 58/207 (28%) względem U Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 24/39
Oscylacje roczne Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 25/39
Oscylacje roczne Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 26/39
Oscylacje roczne Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 27/39
Oscylacje roczne Źródło: efekty rzeczywiste, artefakty, superpozycja. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 28/39
Oscylacje roczne Źródło: efekty rzeczywiste, o transfer mas na powierzchni Ziemi (efekty obciążeniowe), o ekspansja termalna gruntu i słupa (budynku), o inne deformacje o charakterze lokalnym. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 29/39
Oscylacje roczne Źródło: efekty rzeczywiste, artefakty, o niewystarczające modelowanie (orbita, troposfera, ocean ), o zmienna jakość danych, o efekt wielodrożności sygnału, o ciśnienie światła słonecznego, o niewystarczająca rozdzielczość czasowo-przestrzenna obserwacji Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 30/39
Oscylacje roczne składowa U 13/27 (48%) Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 31/39
Oscylacje roczne Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 32/39
Oscylacje roczne Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 33/39
Podsumowanie D y s k u s j a 1. Istnienie nawet niewielkich pod względem wartości niezamodelowanych oscylacji krótkookresowych może powodować zmiany o charakterze długookresowym w rozwiązaniach dobowych. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 34/39
Podsumowanie Yuning Fu, Jeff Freymueller, Tonie van Dam, Geoffrey Blewitt: The effects of using inconsistent OTL correction models for PPP users with IGS products. Presented at the IGS 2012 Workshop, Olsztyn, Poland. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 35/39
Podsumowanie D y s k u s j a 1. Istnienie nawet niewielkich pod względem wartości niezamodelowanych oscylacji krótkookresowych może powodować zmiany o charakterze długookresowym w rozwiązaniach dobowych. 2. Interpretacja zmian współrzędnych wyznaczonych za pomocą systemów nawigacyjnych musi być wykonywana bardzo ostrożnie. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 36/39
Podsumowanie MOP2 D y s k u s j a MOPI Kontny B., Bogusz J.: Models of vertical movements of the Earth crust surface in the area of Poland derived from leveling and GNSS data. Acta Geodynamica et Geomaterialia, v. 9, No. 3(167), 2012, pp. 331-337. Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 37/39
Podsumowanie D y s k u s j a 1. Istnienie nawet niewielkich pod względem wartości niezamodelowanych oscylacji krótkookresowych może powodować zmiany o charakterze długookresowym w rozwiązaniach dobowych. 2. Interpretacja zmian współrzędnych wyznaczonych za pomocą systemów nawigacyjnych musi być wykonywana bardzo ostrożnie. 3. Weryfikacja pewnych oscylacji może nastąpić za pomocą rozwiązań z systemu GLONASS. 4. Oscylacja roczna? Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 38/39
P o d z i ę k o w a n i a Dziękuję za cierpliwość Niniejsza praca jest finansowana z projektu badawczego Narodowego Centrum Nauki nr UMO-2011/01/B/ST10/05384 Wpływ niezamodelowanych efektów w częstotliwościach subdobowych J. Bogusz, M. Figurski 39/39