Doğruluğu yüksek troposfer modeli ve iz düşüm fonksiyonunun belirlenmesi: Türkiye örneği
Determination of high accurate troposphere model and mapping function: Case study of Türkiye
Yazar: ALİ HASAN DOĞAN
Danışman: PROF. DR. BAHATTİN ERDOĞAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry

Özet:
Troposfer içeriğindeki kuru hava ve su buharından dolayı GNSS ve VLBI gibi uzay jeodezisi tekniklerinde sinyal gecikmelerine neden olmaktadır. Hassas konum bilgisi elde edebilmek için troposferik gecikmelerin elimine edilmesi gerekmektedir. Troposferik gecikmeler her ne kadar sinyal yolu boyunca gerçekleşse de, bu gecikmeler uzay jeodezisi tekniklerinde başucu yönünde hesaplanmaktadır. Bu iki gecikme arasındaki ilişki iz düşüm fonksiyonları ile sağlanmaktadır. İz düşüm fonksiyonları Herring'in sürekli kesir modeline göre belirlendiğinden, atmosferin asimetrik etkilerini tam olarak yansıtamamaktadır. Bu nedenle özellikle düşük uydu yükseklik açılarında cm mertebesinde hatalara neden olmaktadır. Bu tez çalışmasında, ıslak iz düşüm fonksiyonun modifiye edilebilmesi için üç farklı yaklaşım önerilmiş ve olası model hatalarının azaltılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ECMWF'nin ERA5 veri seti kullanılarak ışın izleme yöntemine dayalı olarak troposferik gecikmeler elde edilmiştir. Daha sonra önerilen yaklaşımlar; iki farklı simülasyon çalışması ve gerçek GPS verilerine dayalı olarak beş farklı senaryo altında test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre önerilen yaklaşımlar simülasyon çalışmalarında hem ZTD hem de Yükseklik bileşeninde doğruluğu artırmaktadır. Ancak gerçek verilere dayalı analizlerde her ne kadar ZTD doğrulukları görece iyileşmiş olsa da Yükseklik bileşenine katkı sağlayamamıştır. Bu çalışmada ayrıca Türkiye için doğruluğu yüksek bir troposfer modelinin oluşturulması da amaçlanmıştır. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, mevcut modellerin gerek çözünürlükleri ve kullanılan veri türleri gerek de doğrulukları bakımından farklılıkları göze çarpmaktadır. Bu çalışmada; yıllık, yarı yıllık ve günlük etkilerin dikkate alındığı yeni bir troposfer modeli önerilmiştir. Bu bağlamda ERA5'in 1979 ile 2019 yılları arasındaki 41 yıllık veri seti kullanılmıştır. IGS'nin hassas troposfer ürünleri referans alındığında ZTD doğruluğu 3.15 cm olarak elde edilmiştir. Ayrıca, yersel meteorolojik verilere dayalı gerçekleştirilen analizlerde ise basınç için doğruluk 5.05 mbar, sıcaklık için ise 4.47 K seviyelerindedir.

Abstract:
Due to contents of the dry air and water vapor, troposphere causes radio signal delays in space geodetic techniques such as GNSS and VLBI. These tropospheric delays should be eliminated to achieve precise point positioning. Although tropospheric delays occur along the signal path, these delays are estimated in zenith direction in space geodetic techniques. The relation between these delays is provided by the mapping functions (MFs). Since the MFs are determined according to Herrings continued fraction form, they cannot fully represent the asymmetric effects of the atmosphere. Thus, the MFs cause cm level errors especially in low elevation angles. In this thesis, three different approaches are proposed to modify the wet MF and it is aimed to reduce mismodelling errors. In this context, tropospheric delays were obtained based on ray-tracing algorithm using ECMWF's ERA5 dataset. Next, the proposed approaches were tested based on two simulation studies and real GPS data under five different scenarios. According to results, proposed approaches improve the accuracy of both ZTD and station height in simulation studies. However, although ZTD accuracies were slightly improved, the proposed approaches could not improve the station height's accuracy in real case study. In this thesis, it is also aimed to develop a troposphere model with high accuracy for Türkiye. According to studies in the literature, the existing models differ from each other in their resolution, data source used and especially in their accuracy. In this study, a new troposphere model which considers annual, semi annual and diurnal effects has been presented. In this context, ERA5's 41 years of data between 1979 and 2019 was used. The ZTD accuracy was obtained as 3.15 cm w.r.t IGS's final troposphere products. Moreover, it was found that the accuracies of the pressure and temperature is 5.05 mbar and 4.47 K w.r.t the terrestrial meteorological data, respectively.