عنوان مقاله :
تلفيق مشاهدات gnss و فاصله جفتماهواره grace به كمك فيلتركالمن بياثر (مطالعه موردي: بازيابي ميدان گرانش شبيهسازيشده)
عنوان به زبان ديگر :
GRACE satellite pairs and GNSS range observations fusion using unscented Kalman filter (Case study: recovery of simulated gravitational field
پديد آورندگان :
شريفي محمدعلي دانشگاه تهران - پرديس دانشكدههاي فني - دانشكده مهندسي نقشهبرداري , فرزانه سعيد دانشگاه تهران - پرديس دانشكدههاي فني - دانشكده مهندسي نقشهبرداري , عموتقي علي دانشگاه تهران - پرديس دانشكدههاي فني - دانشكده مهندسي نقشهبرداري
كليدواژه :
ميدان ثقل , مشتقگيري عددي , ماهواره grace
چكيده فارسي :
با پيشرفت صنايع فضايي، توسعه علوم ماهوارهاي، بررسي ارتباط متقابل مدار ماهواره ها و طراحي ماموريت هاي زمين پژوهشي فضايي، تعيين ميدان گرانش و مدل سازي تغييرات آن همواره مورد توجه قرار گرفته است. امروزه گيرنده هاي سامانه موقعيت يابي جهاني امكان تعيين موقعيت ماهواره هاي گراني سنجي همچون grace را تا حد زيادي تسهيل كرده است. با دراختيار داشتن اطلاعات سينماتيكي و ديناميكي ماهواره همچون موقعيت و سرعت مي توان به تقريب قابل قبولي از ميدان گرانش زمين رسيد و تغييرات آن را در طول زمان رديابي و بررسي كرد. لزوم برآورد و تخمين دقيق تر مدار ماهواره هاي گرانيسنجي در تعيين ميدان گرانشي دقيق تر و صحيح تر، پژوهشگران را به سمت توسعه و بهبود ابزار اندازه گيري و روش هاي برآورد مدار ماهواره ها سوق داده است. در اين پژوهش در مرحله نخست با دو روش مشتق گيري عددي و فيلتركالمن گسترش يافته، توانايي مشاهدات gps در بازسازي مشاهدات فاصله ياب راديويي (kbr) بررسي و در ادامه توانايي اين فيلتر در تلفيق مشاهدات gps و kbr با نتايج فيلتر كالمن بي اثر مقايسه مي شود؛ نتيجه اين مقايسه، بهبود حدود ده برابري را نشان مي دهد. پس از آن به منظور بررسي دقت روش پيشنهادي از منظر عملي، با استفاده از روش شتاب و مدارهاي برآورد شده در مرحله پيشين، ميدان گرانش egm96 تا درجه و مرتبه 70 بازيابي و خروجي روش ها در ابتدا با واريانسِ درجه و سپس از منظر اختلاف ارتفاع ژئوئيدي با ميدان مرجع بررسي مي شود. نتايج اين مرحله نيز بهبود تقريباً ده برابري اختلاف هاي واريانسِ درجه و كمتر از ده برابر براي ارتفاع هاي ژئوئيدي را نشان مي دهد.
چكيده لاتين :
Earth gravitational field interacts closely with a variety of natural phenomena. Therefore, studying and modeling
the gravitational field and keeping tracks of its changes over time can make a huge contribution to the related
geophysical and environmental researches. A well-proven method which is used in dynamic estimation of time
varying state parameters is "Kalman filter". Kalman filter exploits dynamical properties of the states and noisy
measurements to estimate the optimal state for every time epoch, in its filtering scheme. Smoothed properties of
the involved dynamics, the accuracy of the noisy measurements, pay for noises in measurements and
incompleteness of the interchangeable dynamics provide optimal estimates of state for the dynamic system.
"Standard Kalman Filter" is performed to acquire the optimal solution when dealing with linear dynamics with
white noises in both dynamics and measurements while a non-linear system cannot be dealt with in the same
way. Various versions of Kalman filter have been introduced so far, including Extended Kalman Filter (EKF) and
Unscented Kalman Filter (UKF). The former uses linearization to derive locally-linear dynamics while the latter
is the approximation of the probability distribution of the states using sampling points of the state vector which
are commonly referred to as "sigma points". Due to the linearization involved in EKF, the method does not give
precise solutions when there are non-linearities of high orders while UKF solution is significantly better in the
sense of precision, accuracy and optimality. In this paper, the 9-points Newton numerical differentiation is
applied on the range values calculated from the relative state vector to reconstruct the so-called KBR range-rate
observations and EKF is performed along with positions of observations to give an optimal estimate of the state
vector at each time epoch. The calculated range-rates from both methods are then compared statistically. Then,
UKF is used to fuse position and range-rate observations and to estimate state vector. Finally, the residuals of the
reconstructed range-rate observations of three methods are compared statistically. The results show a relatively
significant improvement in KBR observations reconstructions for UKF estimated states. To re-evaluate the
superiority of UKF from the practicality point of view, the reconstructed range-rates are used to estimate the
harmonics coefficients of geopotential model in a field recovery problem using "acceleration method" in a
closed-loop simulation for EGM96. The degree-variances and differences in geoid heights are calculated and
plotted. The results show a near 5 to 10-times fold improvement in gravitational field recovery using UKF results
compared to the other two mentioned methods.
عنوان نشريه :
ژئوفيزيك ايران
عنوان نشريه :
ژئوفيزيك ايران