W ramach tematu realizowane są 4 zadania badawcze:

1. Zastosowanie obserwacji GNSS do monitorowania jonosfery oraz analizy jej wpływu na pozycjonowanie satelitarne.
2. Porównanie jakości długofalowej części wybranych modeli pola grawitacyjnego w aspekcie dopasowania wyznaczanej orbity do orbity a priori satelity GOCE w wersji kinematycznej i o zredukowanej dynamice
3. Doskonalenie metody PPP
4. Wyznaczanie zmian zawartości wód gruntowych z wykorzystaniem obserwacji GRACE – temat wspomagający do grantu NCN nr 2015/17/ST10/03927

Zadanie 1. Zastosowanie obserwacji GNSS do monitorowania jonosfery oraz analizy jej wpływu na pozycjonowanie satelitarne.

Celem badań jest określenie rozkładu oraz dynamiki zaburzeń całkowitej koncentracji elektronów (Total Electron Content - TEC) w jonosferze okołobiegunowej oraz zaproponowanie algorytmów umożliwiających redukcję wpływu tych nieregularności na precyzyjne pozycjonowanie GNSS. W ostatnim czasie prace skupiały się wokół rozwoju algorytmu opracowania szeregów czasowych kombinacji L4 do detekcji wielkoskalowych struktur jonosferycznych występujących na wysokich szerokościach geomagnetycznych. W szczególności obejmowały one wpływ przestrzennej orientacji sygnału GNSS na ich detekcję. Finalny algorytm został następnie wykorzystany do badań czap polarnych w czasie spokojnej i zaburzonej jonosfery okołobiegunowej. Przeprowadzone analizy miały na celu określenie warunków ich występowania w zależności od orientacji międzyplanetarnego pola magnetycznego. Dokonano także anlizy współwystępowania wspomnianych struktur wielkoskalowych oraz silnych fluktuacji TEC. Analizy związane z wpływem orientacji sygnału potwierdziły zależność skali struktur w obserwacjach kombinacji L4 od tego parametru. Przy czym, ze względu na złożoność tego powiazania, obejmującą między innymi azymut obserwacji oraz przyjętą wysokość modelu pojedynczej warstwy, konwersja skośnych wartości TEC do wartości pionowych nie może być stosowana bez dodatkowych analiz. Z drugiej strony trzeba zaznaczyć, że wykorzystanie surowych obserwacji w kierunku skośnym umożliwia skuteczną detekcję takich struktur. Szczegółowe badania nad powiazaniem między orientacją międzyplanetarnego pola magnetycznego a występowaniem czap polarnych potwierdziły, że struktury te są obserwowane głównie dla ujemnych wartości składowej Bz. W przypadku północno ukierunkowanego pola badane struktury występowały niezwykle rzadko. Ponadto przeprowadzone badania pokazały, że przemieszczaniu się czap polarnych towarzyszą silne fluktuacje TEC, będące wynikiem współwystępowania z nimi mniejszych struktur koncentracji elektronów.

Zadanie 2. Porównanie jakości długofalowej części wybranych modeli pola grawitacyjnego w aspekcie dopasowania wyznaczanej orbity do orbity a priori satelity GOCE w wersji kinematycznej i o zredukowanej dynamice

Celem tego zadania jest wskazanie optymalnych modeli pola grawitacyjnego do procesu poprawiania orbity niskiego satelity Ziemi, na podstawie uzyskanych wartości RMS dopasowania estymowanych orbit do orbity referencyjnej oraz doskonalenie systemu Obliczeń Orbitalnych TOP poprzez lepsze dopasowanie modelu matematycznego ruchu satelity z dodawaniem do procesu dynamicznej estymacji orbity kolejnych parametrów, uwzględniających dodatkowe przyśpieszenia empiryczne oraz skalowanie wykorzystywanych modeli opisujących grawitacyjne i niegrawitacyjne perturbacje. W ramach powyższego tematu, w ostatnim czasie, przeprowadzono testy porównawcze jakości długofalowej części wybranych modeli geopotencjału w procesie wyznaczania orbity satelity GOCE. Do testów wykorzystano oficjalną orbitę satelity GOCE. Poszczególne łuki tej orbity stanowiły odniesienie dla uzyskanych wyników, wykonanych za pomocą oprogramowania własnego (TOP). Dokładność oficjalnej orbity GOCE jest na poziomie centymetrowym. Pozycje satelity na orbicie referencyjnej o zredukowanej dynamice i na orbicie kinematycznej potraktowane zostały jak obserwacje w procesie poprawiania początkowego wektora stanu przy użyciu metody najmniejszych kwadratów. Ruch satelity determinowało pole grawitacyjne Ziemi, opisywane danym modelem geopotencjału oraz siły perturbujące. Porównania estymowanej orbity z orbitą referencyjną zostało przeprowadzone w układzie inercjalnym epoki standardowej J2000.0. Różnice pomiędzy orbitą estymowaną a orbitą referencyjną stanowią miarę względnej dokładności działania wybranych modeli geopotencjału. W pracy zostały uwzględnione różne modele geopotencjału. Dodatkowo przygotowano koncepcję rozszerzenia modelu ruchu satelity GOCE o kolejne parametry, wyznaczane w procesie dopasowania estymowanej orbity do orbity referencyjnej. Pozwoli to na zbadanie problemu w jakim stopniu możliwe jest zastąpienie metody wyznaczania orbity o zredukowanej dynamice metodą stricte dynamiczną. Zapewni to możliwość estymacji współczynników skalujących wykorzystywanych modeli dynamicznych, jako rodzaj adaptacji tych modeli do warunków wyznaczania orbity niskiego satelity.

Zadanie 3. Doskonalenie metody PPP

Celem zadania trzeciego jest doskonalenie algorytmów metody PPP, realizowanej przez oprogramowanie własne. Uzyskanie wysokich dokładności w metodzie PPP warunkowane jest odpowiednio dokładnym modelowaniem wszystkich czynników degradujących dokładność, w tym efektów związanych z wpływem troposfery. W ostatnim czasie zrealizowano badania dotyczące wpływu wyboru modelu troposfery (VMF1, GPT2w, MOPS, and ZERO-WET) na dokładność uzyskaną w metodzie PPP w warunkach aktywnej tropsfery, czyli w warunkach szybko zmieniajacych się parametrów pogodowych.

Dodatkowo, w ramach realizacji zadania dotyczącego metody PPP, zakończony i obroniony został doktorat pt. “ANALYSIS OF FACTORS THAT INFLUENCE THE QUALITY OF PRECISE POINT POSITIONING METHOD”, autor: Jakub Kalita, promotor: Zofia Rzepecka

Zadanie 4. Wyznaczanie zmian zawartości wód gruntowych z wykorzystaniem obserwacji GRACE

W ramach tego zadania prowadzone są prace wspomagajace względem realizacji grantu NCN, nr 2015/17/ST10/03927, pod tytułem: „Opracowanie metodyki monitoringu poziomu wód gruntowych z wykorzystaniem wielu technik wyznaczania geopotencjału”. W ostatnim czasie zrealizowano badania dotyczące wyznaczania zmian zawartości wód gruntowych i bilansu wodnego, z wykorzystaniem obserwacji GEACE, na wybranych obszarach Polski. Opracowano metodę stosowania modeli ARMA/ARIMA do analizy i predykcji zawartości wód gruntowych i bilansu wodnego. Dodatkowo, dokonano analizy teoretycznej możliwości zastosowania pomiarów czasu (dokladnych zegarów) do wyznaczania zmian potencjału pola siły ciężkości Ziemi.