In questo lavoro vengono presentati i risultati finali del processamento dati della missione GOCE tramite l’approccio space-wise, da oltre vent’anni studiato ed implementato presso il Politecnico di Milano. In particolare sono stati elaborati i dati di tutta la missione, da novembre 2009 ad ottobre 2013, corrispondente ad oltre cento milioni di epoche. Questo periodo include sia la fase iniziale, durata quasi 3 anni, con il satellite all’altezza nominale di 255 km, sia la fase finale di abbassamento dell’orbita nella quale il satellite è stato lentamente portato fino a 224 km passando attraverso periodi intermedi di misura a quota costante. La fase di preprocessamento dati per la ricerca e la correzione di outlier è stata svolta in modo semi-automatico con una supervisione continua da parte dell’operatore e per questo motivo è stata molto onerosa; tuttavia l’eliminazione degli outlier, presenti in maggior numero nell’ultima fase di abbassamento dell’orbita, è cruciale per il raggiungimento di un risultato soddisfacente, indipendentemente dal metodo di analisi successivamente utilizzato. L’approccio space-wise è sostanzialmente un approccio iterativo di collocazione, che richiede la modellizzazione sia della correlazione temporale dell’errore di misura del gradiometro a bordo del satellite, sia della correlazione spaziale del segnale di gravità che si vuole recuperare. In particolare, l’idea base di questo approccio è quella di ridurre l’enorme mole di dati lungo orbita su una griglia globale all’altezza del satellite applicando la collocazione su aree locali, ciascuna caratterizzata da una covarianza del segnale adattata localmente. In questo modo il livello del filtraggio del dato risulta controllato localmente, diversamente da quanto avviene negli approcci diretto e time-wise dove viene applicata una regolarizzazione globale alla stima ai minimi quadrati dei coefficienti delle armoniche sferiche. Il risultato di questo processamento consiste quindi in griglie globali di derivate seconde del potenziale gravitazionale a una risoluzione spaziale di 0.2°x0.2°. Da queste griglie si deriva un modello globale in armoniche sferiche attraverso integrazione numerica. Sia per le griglie che per i coefficienti armonici viene fornita una stima dell’errore calcolata tramite un’opportuna simulazione Monte Carlo. Il contenuto informativo dei prodotti space-wise è stato valutato confrontandoli con altre griglie e altri modelli globali disponibili. Questo confronto mette in rilievo l’ovvia debolezza della collocazione locale nella stima dei gradi medio-bassi del campo gravitazionale, ma anche la sua miglior capacità di recuperare i più alti degree, ovvero i dettagli del campo. In questo senso l’approccio space-wise può fornire un risultato complementare a quello degli altri due approcci ufficiali all’analisi dati GOCE.

La stima del campo di gravità da dati GOCE: i risultati finali dell’approccio space-wise

GATTI, ANDREA;REGUZZONI, MIRKO;MIGLIACCIO, FEDERICA;SANSO', FERNANDO
2016

Abstract

In questo lavoro vengono presentati i risultati finali del processamento dati della missione GOCE tramite l’approccio space-wise, da oltre vent’anni studiato ed implementato presso il Politecnico di Milano. In particolare sono stati elaborati i dati di tutta la missione, da novembre 2009 ad ottobre 2013, corrispondente ad oltre cento milioni di epoche. Questo periodo include sia la fase iniziale, durata quasi 3 anni, con il satellite all’altezza nominale di 255 km, sia la fase finale di abbassamento dell’orbita nella quale il satellite è stato lentamente portato fino a 224 km passando attraverso periodi intermedi di misura a quota costante. La fase di preprocessamento dati per la ricerca e la correzione di outlier è stata svolta in modo semi-automatico con una supervisione continua da parte dell’operatore e per questo motivo è stata molto onerosa; tuttavia l’eliminazione degli outlier, presenti in maggior numero nell’ultima fase di abbassamento dell’orbita, è cruciale per il raggiungimento di un risultato soddisfacente, indipendentemente dal metodo di analisi successivamente utilizzato. L’approccio space-wise è sostanzialmente un approccio iterativo di collocazione, che richiede la modellizzazione sia della correlazione temporale dell’errore di misura del gradiometro a bordo del satellite, sia della correlazione spaziale del segnale di gravità che si vuole recuperare. In particolare, l’idea base di questo approccio è quella di ridurre l’enorme mole di dati lungo orbita su una griglia globale all’altezza del satellite applicando la collocazione su aree locali, ciascuna caratterizzata da una covarianza del segnale adattata localmente. In questo modo il livello del filtraggio del dato risulta controllato localmente, diversamente da quanto avviene negli approcci diretto e time-wise dove viene applicata una regolarizzazione globale alla stima ai minimi quadrati dei coefficienti delle armoniche sferiche. Il risultato di questo processamento consiste quindi in griglie globali di derivate seconde del potenziale gravitazionale a una risoluzione spaziale di 0.2°x0.2°. Da queste griglie si deriva un modello globale in armoniche sferiche attraverso integrazione numerica. Sia per le griglie che per i coefficienti armonici viene fornita una stima dell’errore calcolata tramite un’opportuna simulazione Monte Carlo. Il contenuto informativo dei prodotti space-wise è stato valutato confrontandoli con altre griglie e altri modelli globali disponibili. Questo confronto mette in rilievo l’ovvia debolezza della collocazione locale nella stima dei gradi medio-bassi del campo gravitazionale, ma anche la sua miglior capacità di recuperare i più alti degree, ovvero i dettagli del campo. In questo senso l’approccio space-wise può fornire un risultato complementare a quello degli altri due approcci ufficiali all’analisi dati GOCE.
Atti della XX Conferenza Nazionale ASITA
978-88-941232-6-5
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