Journal of Geospatial Information Technology

fa همگون سازی و مدلسازی چگالی خنثی ترموسفر با استفاده از مشاهدات ماهواره‌ های LEO Assimilation and Modeling of Thermospheric Neutral Density Using Observations from LEO Satellites ژئودزی (عمومی) Geodesy پژوهشي Research تخمین جهانی و چند سطحی چگالی خنثی ترموسفر(TND )  در مطالعه اتمسفر فوقانی و برای محاسبه نیروی درگ و نیروهایی که بر روی ماهواره ها و مدار پایین زمین ( LEO) عمل می کنند و برای کاربرد‌های تعیین مدار مهم است. مدل‌ها برای پیش‌بینی تغییرات  TND برای آزمایش های تعیین مدار دقیق استفاده می‌شوند، با این حال، عملکرد آنها را می‌توان با در نظر گرفتن سادگی ساختار مدل و محدودیت‌های نمونه‌گیری ورودی‌های مدل بهبود بخشید. در این مطالعه، یک الگوریتم کالیبراسیون برای ادغام اندازه‌گیری‌های TND مشتق شده از CHAMP  و GRACE به صورت آزاد در مدل NRLMSISE-2.0 استفاده می‌شود. جهت شناخت بهترسیستم ترموسفر، معمولا تمرکز بر روی پارامتر های مختلف این سیستم مانند چگالی خنثی ترموسفر می باشد. این پارامتر از طریق مدل های تجربی یا فیزیکی قابل برآورد و مدلسازی می باشد(که در این مطالعه تمرکز ما برروی مدل های تجربی می‌باشد) اما دقت لازم و کافی جهت استفاده در کاربردهای فضایی را ندارند. از این رو بهبود مدل های موجود همیشه چالش بزرگی در شناخت و مدلسازی ترموسفر به حساب می آید. حرکت ماهواره به شدت وابسته به شتاب کشش اتمسفری (تابعی از چگالی ترموسفر) است. به منظور محاسبه دقیق از چگالی ترموسفر می توان داده های ماهواره های مختلف را به مدل تجربی ترموسفری تزریق نمود تا با کالیبره نمودن تعدادی از پارامترها بتوان برای بازه ای که داده وجود ندارد، با دقت بالا مقدار چگالی ترموسفر را شبیه سازی کرد. بنابراین، با توجه به پایین بودن دقت مدل های تجربی در محاسبه میزان چگالی عناصر خنثی در ترموسفر، هدف از انجام این مطالعه کالیبره نمودن پارامترهای کلیدی و بهبود مدل های مختلف تجربی ترموسفر با استفاده از مشاهدات ژئودتیکی مختلف از جمله چگالی ترموسفر حاصل از مشاهدات ماهواره ارتفاع پایین می باشد. جهت تحقق این هدف، یافتن روش مناسب جهت استخراج پارامترهای کلیدی در مدل و کالیبره نمودن آنها امری ضروری به حساب می آید. در این مطالعه، بهبود مدل های موجود در سطح مدل تجربی ترموسفر، انجام شد. در زمینه بهبود مدل تجربی ترموسفری، چگالی جرمی حاصل از مشاهدات شتاب‌سنج در راستای حرکت دو ماهوراه   CHAMPو GRACE  جهت کالیبره نمودن مدل تجربی NRLMSIS2.0  استفاده شد. تصحیح تجربی و مدلسازی با استفاده از بسط هارمونیک کروی در عرض جغرافیایی و زمان محلی خورشیدی انجام می‌پذیرد. پس از بهبود مدل تجربی، خروجی آن در تعیین مدار بررسی می‌شود و مشاهده می‌شود که مدل بهبودیافته باعث تغییر در مدار شده و سپس با استفاده از 3 شاخص ارزیابی ARD، R و LD به بررسی مدل و مدل بهبودیافته پرداخته و متوجه شده که عملکرد مدل، با استفاده از 10 درصد داده‌ها برای اعتبار سنجی برای دو ماهواره  CHAMP و GRACE به ترتیب 40.23% و 45.80% با استفاده از پارامتر ارزیابی RMSE  بهبودیافته است.   Accurate modeling of thermospheric neutral density (TND) is required to analyze the non-gravitational forces that affect low-Earth orbit (LEO) satellites and improve the performance of orbit determination models. Although  empirical models such as NRLMSISE2.0 arewidelyutilized, the structural limitations in these models and their dependency on calibration leads to insufficient accuracy in environmental conditions. In this study, an algorithm is developed to integrate mass density observations from accelerometers mounted on CHAMP and GRACE satellites with the NRLMSISE2.0 model. After transferring the data to a reference height of 400km and performing statistical matching, corrections based on spherical harmonic expansion are applied in two variables of latitude and local solar time to reduce the bias between the observations and the model. The tatistical analysis of the performance of the improved model using the metrics of root mean square error (RMSE), relative deviation (ARD), logarithmic difference (LD), and correlation coefficient (R) shows that the improved model is able to reconstruct the thermospheric density structure more accurately and its performance in determining the satellite orbit is somehow improved. The numerical results indicate that the model accuracy for CHAMP and GRACE satellites is increased by 40.23% and 45.80%, respectively. These findings emphasize the effectiveness of the proposed method in updating thermospheric experimental models and their application in determining the orbit and spatial predictions.   چگالی خنثی ترموسفر, مدل تجربی, کالیبراسیون, مشاهدات ژئودتیکی. Thermospheric Neutral Density, Empirical Model, Calibration, Geodetic bservations 47 74 http://jgit.kntu.ac.ir/browse.php?a_code=A-11-312-5&slc_lang=fa&sid=1 Ghazaleh Ghazavi غزاله قضوی ghazale.gh76@gmail.com 100319475328460010686 100319475328460010686 No University of Tehran دانشگاه تهران saeed farzaneh سعید فرزانه farzaneh@ut.ac.ir 100319475328460010687 100319475328460010687 Yes University of Tehran دانشگاه تهران Mohammad Ali sharifi محمدعلی شریفی sharifi@ut.ac.ir 100319475328460010688 100319475328460010688 No University of Tehran دانشگاه تهران