مطالعه ی سری های زمانی موقعیت های روزانه ی gps ایستگاه های دائمی ایران در فضای زمان با استفاده از روش برآورد مولفه های واریانس و در فضای فرکانس با استفاده از تابع چگالی طیف توانی نشاندهنده ی این مطلب است که منابع خطایی نظیر خطای مدل کردن مدار ماهواره ها، نقص مدل های مورد استفاده در حذف منابع خطای مربوط به محیط انتشار امواج الکترومغناطیسی باعث تحمیل نویز رنگی به موقعیت های روزانه ی ایستگاه های دائمی gps می شوند. در این تحقیق جهت توصیف رفتار نویز 4 مدل نویز نویز سفید (wn)، ترکیب نویز سفید و نویز صورتی (w+fn)، نویز سفید و نویز رنگی با شاخص طیفی متغیر (w+pl) و ترکیب نویز سفید و نویز براونی (w+rw) در نظر گرفته شده است. مدل نویز سفید (wn) به عنوان فرض صفر و سایر مدل ها را به عنوان فرض جایگزین در نظر گرفته شد. با استفاده از اختلاف mle در روش برآورد ماکزیمم درست نمایی و آماره ی تست در روش برآورد کمترین مربعات، بهترین مدل نویز تعیین شد. نتایج نشان می دهد، که مدل های نویز (w+fn) و (w+pl) ، مدل های مناسب تری جهت توصیف رفتار نویز سری های زمانی موقعیت های روزانه ی gps می باشد. میانگین شاخص های طیفی برآورد شده سری های زمانی موقعیت های روزانه ی gpsشبکه ی دائمی ایران در فضای فرکانس برابر با 9/0 می باشد، که نشانگر وجود نویز صورتی در این مشاهدات می باشد. واریانس سرعت در حالت مدل (w+fn) تقریباً 8 مرتبه از واریانس حاصل از مدل (wn) بزرگتر برآورد شد. کاهش سه تا پنج مرتبه ای مولفه های واریانس نویز و در نتیجه کاهش دو تا چهار مرتبه ای واریانس سرعت ایستگاه های شبکه ی خراسان با استفاده از حذف خطای مشترک نشانگر این مطلب است که خطاهایی مانند خطاهای مدل کردن مدار ماهواره ها، خطای تعیین پارامترهای دورانی زمین و تعیین پارامترهای اتمسفری وجود دارند، که بین ایستگاه های شبکه مشترک بوده و همبستگی مکانی بین مشاهدات موقعیت های روزانه را ایجاد می کنند. بررسی این مشاهدات در فضای فرکانس وجود تغییرات تناوبی با دوره تناوب 25/365 و هارمونیک های آن و همچنین 352 روز و هارمونیک های آن را نشان می دهد. در نظر گرفتن تغییرات مذکور در مدل تابعی سری های زمانی باعث کاهش مولفه های واریانس نویز می شود.

مدلسازی کینماتیک تغییر شکل ارتفاعی مستلزم تعیین سری زمانی از جابجایی های مطلق نقاط شبکه کنترل ارتفاعی است. تعیین میدان جابجایی واقعی سازه ها و تفسیر درست از فرآیند تغییر شکل آنها نیازمند شناسایی مشاهدات اشتباه و تعیین نقاط پایدار شبکه و محاسبه جابجایی مطلق سایر نقاط شبکه نسبت به نقاط پایدار آن می باشد. در گام نخست به منظور حذف تاثیر مشاهدات اشتباه بر روی کیفیت نتایج حاصل از برآورد کمترین مربعات از آزمون باقیمانده های استاندارد شده استفاده شده است. در ادامه این پایان نامه به منظور آنالیز جابجایی شبکه نقاط و بررسی پایداری آنها در فواصل زمانی بین اپکهای (اول و دوم - 6 ماه)، (اول و سوم - 11 ماه) و (اول و چهارم – 9.5 سال) از دو روش همانندی و مینیمم سازی نرم بردار جابجایی استفاده شده است. نتایج حاصل از آنالیزهای انجام شده با استفاده از این دو روش و در فواصل زمانی مذکور نشان می دهند که نقطه ای از شبکه ارتفاعی نیروگاه اتمی بوشهر را نمی توان یافت که در تمامی فواصل زمانی مذکور و با استفاده از هر دو روش همانندی و مینیمم سازی نرم بردار جابجایی پایدار شناخته شده باشد. علاوه بر این، آنالیز جابجایی شبکه نقاط ارتفاعی و بررسی پایداری آنها با استفاده از این دو روش فقط در فاصله زمانی بین دو اپک مورد بررسی صورت می گیرد که توام با تغییر دیتوم در فواصل زمانی مختلف بوده و منجر به محاسبه جابجایی نسبت به دیتومهای متفاوت می شود. عدم وجود نقاط پایدار در طول بازه رفتارسنجی نیروگاه اتمی بوشهر و نیاز به سری زمانی جابجایی های مطلق نقاط شبکه منجر به توسعه روش اپک مرجع شد. در این روش، جابجایی های مطلق نقاط شبکه با بازنویسی معادلات مشاهدات در سرشکنی خطاهای اتفاقی مشاهدات اپکهای مختلف بر حسب جابجایی نقاط شبکه نسبت به وضعیت مرجع آنها ( اپک اول) محاسبه شده است. در پایان با استفاده از کالمن فیلتر به بررسی کارایی مدل حرکت شتابدار و با شتاب ثابت برای تحلیل رفتار کینماتیک شبکه نقاط ارتفاعی نیروگاه پرداخته شده است.

درطی یک دهه گذشته ظهور فناوری اسکنرهای لیزری دنیای مهندسی نقشه برداری را به شدت ‏متحول نموده و تلاش های فراوانی به منظور آشکارسازی قابلیت این ابزار در پایش تغییر شکل صورت ‏گرفته شده و می شود، با این وجود در کشور ما هنوز، این مورد توجه قرار نگرفته است. همین مسئله، ‏انگیزه اصلی انجام این تحقیق می باشد. ‏ در این تحقیق روش تناطریابی کمترین مربعات برای مرتبط سازی ابرنقاط پوششی پیاده سازی گردید ‏که به مراتب دقت های بهتری را نسبت به روش های مرسوم از قبیل مرتبط سازی با استفاده از تارگت ها ‏در اختیار می گذارد. مرتبط سازی دو ابرنقطه از یک ساختمان با استفاده از تارگت ها و تناظریابی ‏کمترین مربعات انجام شد که کاهش فاصله ابرنقاط ساختمان از 05/3 سانتیمتر برای یک زیرابر با ‏استفاده از تارگت های مشترک به 152/0 سانتیمتر، نشان از قابلیت تناظریابی کمترین مربعات در ‏مرتبط سازی ابرنقاط پوششی دارد. ‏ در صورت وجود یک محدوده پایدار در اطراف محدوده تغییرشکل پذیر، تناظریابی کمترین مربعات ‏مناسب ترین روش برای مرتبط سازی ابرنقاط و انتقال آنها به یک سیستم مختصات یکسان است. ‏همچنین در این حالت از این روش می توان برای اندازه گیری تغییرشکل های سه بعدی نیز استفاده ‏نمود. در صورت فراهم نشدن شرط وجود منطقه پایدار، لازم است ابرنقاط مشاهداتی در مقاطع زمانی ‏با دقت مناسب به یک سیستم مختصات یکسان انتقال یابند و سپس از تناظریابی کمترین مربعات ‏محلی برای آشکارسازی تغییرشکل ها استفاده شود. استفاده از این روش در آشکارسازی ‏تغییرشکل های لحظه ای که در آن ابرنقاط مشاهداتی به دلیل عدم تغییرمکان اسکنرلیزری، در یک ‏سیستم مختصات قرار دارند و همچنین برآورد میدان های جابجائی با استفاده از آن برای استفاده در ‏مکانیک محیط های پیوسته، پیشنهاداتی است که در این تحقیق ارائه می گردد.‏ کلمات کلیدی: فناوری اسکنر لیزری، مرتبط سازی، تناظریابی کمترین مربعات سه بعدی، میدان ‏جابجائی

به دلیل محدودیت های موجود در سیستم های تعیین موقعیت جهانی نظیر gps و با توجه به کاربردهای روز افزون اینگونه سیستم ها ، امروزه شاهد شکوفا شدن نسل های جدیدی از سیستم های تعیین موقعیت ماهواره-ای در کشورهای مختلف هستیم. این نوع سیستم ها به دو دسته سیستم های مکمل و مستقل منطقه ای تقسیم می شوند. طراحی آرایش یا هندسه فضایی این نسل از سیستم های تعیین موقعیت ماهواره ای متاثر از اهداف مورد نظر در این گروه از پروژه های فضایی و وابسته به پارامترهای مختلفی است. این تحقیق به طراحی آرایش فضایی سیستم تعیین موقعیت ماهواره ای مستقلی برای ایران می پردازد که از هفت ماهواره زمین آهنگ تشکیل شده و پوششی بهینه را در این محدوده فراهم می سازد. 5 سناریو مشتمل بر 7 ماهواره ارائه شده است. با مقایسه سناریوهای پیشنهادی بر مبنای معیارهای ضریب دقت (pdop)، ارزش صورت فلکی، اعتماد پذیری های داخلی و خارجی؛ همچنین میزان موفقیت در حل پارامتر ابهام فاز سناریو 4 به عنوان آرایش بهینه ای برای بخش فضایی این سیستم پیشنهاد شده است.

تغییرات انتگرال خطی دانسیته الکترونی بین ماهواره‏های gps و گیرنده (tec) از جمله پارامترهایی است که به عنوان یکی از پیش‏نشانگرهای زمین‏لرزه مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. تغییرات tec به عنوان یکی از پیش‏نشانگرهای زمین‏لرزه در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته شد. برای دستیابی به تغییرات tec نیازمند مدل سازی یونوسفر بودیم و از آنجا که راه‏های متنوعی برای مدل‏سازی یونوسفر وجود دارد، در این پایان نامه دو روش متفاوت مدل‏سازی یونوسفر به روش تک لایه، یعنی مدل‏سازی به روش جهانی که برای مدل سازی یونوسفر از هارمونیک های کروی به عنوان توابع پایه در مدل سازی یونوسفر بهره می گیرد و مدل‏سازی به روش محلی که از توابع تیلور به عنوان توابع پایه بهره می برد، معرفی و کارایی هر یک از این دو مدل در بررسی پیش‏نشانگرهای زمین‏لرزه در یونوسفر با هم مقایسه گردیده است. بدین این منظور از میانگین یک ماهه مقادیر tec در نقاط یک گرید منظم، پیش از وقوع زمین‏لرزه و انحراف معیار آنها به عنوان معیار مقایسه و حدود تغییرات آن استفاده شده است. بررسی‏های انجام شده در این پایان نامه وجود ارتباط معنادار بین این تغییرات و محل و زمان وقوع زمین‏لرزه‏های با بزرگای بیش از 6 را در هر دو روش مدل سازی محلی و جهانی تائید می‏کند. لازم به ذکر است که حد تشخیص پیش نشانگرهای زمین لرزه در مدل های محلی، زمین‏لرزه‏های با بزرگای بیش از 5 است اما در مدل جهانی تنها زمین‏لرزه‏های با بزرگای بیش از 6 را می توان تشخیص داد.

مهندسین دستیابی به دقت های بالا در تعیین موقعیت بوده است. یکی از روش هایی که در سال های اخیر مورد نظر جامعه مهندسین به ویژه مهندسین ژئودزی واقع شده است، دستیابی به موقعیت دقیق نقاط به صورت مطلق و تنها با استفاده از یک گیرنده می باشد. این روش مشروط بر ارائه داده های دقیق مداری و ساعت ماهواره که امروزه بوسیله شبکه های مختلفی در سراسر جهان در اختیار کاربران قرار می گیرد، می باشد. در کنار استفاده از این داده های دقیق، استفاده از کلیه مدل ها جهت حذف خطاهای موجود در مشاهدات از بخش های اصلی این روش می باشد. در این پایان نامه سعی بر پیاده سازی یک نرم افزار به روش سرشکنی متوالی به همراه مدلسازی بخشی از خطاهای معمول در تعیین موقعیت به صورت تک نقطه و مطلق بوده است. نتایج حاصل که علاوه بر استفاده از داده های دقیق ماهواره، مدل عاری از یونوسفر و حذف تاخیر تروپوسفری لحاظ شده است، قابلیت رسیدن به دقت های در حدود 1-2 متر را در تعیین موقعیت با مشاهدات حدود 1 ساعت و با نرخ 30 ثانیه نشان می دهد.

یکی از رایجترین روش ها جهت امور ناوبری دقیق و اهداف نقشه برداری کینماتیک استفاده از تکنیک تعیین موقعیت آنی می باشد. با بکارگیری این روش می توان در فواصل کمتر از 10 کیلومتر به دقتی در حدود سانتی متر دست یافت. اما از آنجایی که مقدار خطاهای وابسته به فاصله، بسته به موقعیت گیرنده متحرک تغییر می کنند، لذا هرچه فاصله میان ایستگاه مرجع و گیرنده متحرک بیشتر باشد اختلاف خطای سیستماتیک آنها نیز بیشتر خواهد شد و به همان میزان تصحیحات ارسال شده برای گیرنده متحرک اعتبار خود را از دست می دهند تا جایی که اگر فاصله بین ایستگاه مرجع و گیرنده متحرک بیش از 10 کیلومتر شود دقت آن به حد دسی متر کاهش می یابد، لذا نمی توان از این تکنیک در مناطق با وسعت زیاد استفاده نمود.در حال حاضر برای تعیین موقعیت در مناطق با وسعت زیاد از شبکه هایی با عنوان شبکه ایستگاه های چند مرجعی استفاده می شود که دقت آنها از دسی متر تجاوز نمی کند. برای افزایش دقت می بایست ایستگاه های مرجع بیشتری ایجاد شود که البته این امر مستلزم صرف هزینه و زمان بسیاری می باشد. برای رفع این نقیصه می توان با استفاده روش ایستگاه مرجع مجازی، در نزدیکی گیرنده متحرک ایستگاه مرجعی به صورت محاسباتی ایجاد نمود و دقت تعیین موقعیت را تا حد سانتی متر بهبود بخشید.این تحقیق به بررسی دقت حاصل از روش ایستگاه مرجع مجازی در فواصل مختلف پرداخته است. نتیجه کلی بدست آمده از این تحقیق بیان می کند که با استفاده از روش ایستگاه مرجع مجازی در شبکه هایی با میانگین ابعاد 100 کیلومتر در سطح اطمینان %95 با دقت 15میلیمتر،19 میلیمترو 19 میلیمتر به ترتیب در جهت محورهای x، yوz تعیین موقعیت نمود.

امروزه با توجه به ویژگی های تکاملی سیستم تعیین موقعیت جهانی (gps) و سیستم ناوبری اینرشیال (ins)، می توان از تلفیق این دو سیستم در ناوبری شهری استفاده نمود. با تلفیق این دو سیستم می توان موقعیت وسیله نقلیه را به صورت پیوسته و قابل اطمینان تعیین نمود. در فضاهای باز و هنگام رویت بیش از چهار ماهواره، تلفیق مزدوج ضعیف با استفاده از فیلتر کالمن متداول ترین روش تلفیق می باشد. اما با کاهش ماهواره ها در فضاهای شهری می بایست از روش تلفیق مزدوج قوی استفاده نمود. در این حالت به دلیل غیر خطی شدن مدل مشاهدات از یک فیلتر غیرخطی استفاده می شود. روش قدیمی در برخورد با این گونه مسائل استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته (ekf: extended kalman filter) می باشد، که در آن مشاهدات حول مقادیر اولیه خطی می شوند. روش دیگر استفاده از فیلتر کالمن نقاط سیگما (spkf: sigma points kalman filter) بوده که در آن احتیاجی به محاسبه ژاکوبین نیست و نسبت به فیلتر کالمن توسعه یافته ساختار ساده تری دارد. اما روش جدیدتر در برخورد با این گونه مسائل استفاده از فیلتر ذره ای (pf: particle filter) بر مبنای تئوری بیز می باشد. در این پایان نامه سه فیلتر ekf، spkf و pf به روش تلفیق مزدوج قوی بر روی شبه فواصل حاصل از یک گیرنده gps مدل z-12 ساخت ashtech و داده های خام یک imu مدل laserf iii ساخت honeywell مورد استفاده قرار گرفت. نتایج بیانگر آن است که در فضای شهری فیلتر ذره ای با خطای میانگین 44 متر پس از 23 دقیقه بهترین نتایج را ارائه می دهد؛ هر چند که بار محاسباتی آن بسیار بالا می باشد. هنگامی که تعداد ماهواره ها بیش از 4 عدد است، فیلتر spkf اندازه خطا را در مقدار مشخصی ثابت نگه می دارد ولی زمانی که تعداد ماهواره ها به زیر 4 ماهواره کاهش می یابد خطاهای این فیلتر به آرامی رو به افزایش می نهند همچنین خطای میانگین این فیلتر در زمان مشابه برابر 53 متر است. فیلتر ekf نیز نتایجی مشابه فیلتر spkf ارائه می دهد که البته rms خطای موقعیت در آن نسبتاً بالاتر از spkf و برابر 57 متر است.?

نرم افزارهایplanning محصولاتی تجاری هستندکه از آن ها غالبا در برنامه ریزی برای انجام مشاهدات یک شبکه ماهواره ای ژئودزی استفاده می شود. برای این منظور معمولا در این نرم افزارها معیارهایی مثل تغییرات ضرایب دقت (dop)، زاویه ارتفاعی ماهواره ها، تعداد و مدت زمان ردیابی ماهواره ها از طریق ترسیم چارت های مربوطه مطالعه و بازه زمانی بهینه اندازه گیری تعیین می شود. شرکت های تولید کننده چنین نرم افزارهایی، عملا جزئیات مربوط به الگوریتم های محاسباتی مورد استفاده را در اختیار کاربران این نرم افزارها قرار نمی دهند. در این پایان نامه سعی شده تا با یافتن این الگوریتم نقاط قوت و ضعف این نرم افزارها مشخص گردد. بررسی های انجام شده در این پایان نامه نشان می دهد که بر خلاف نرم افزارهای پردازش مشاهدات ماهواره ای، معیارهای نرم افزارهایplanning بر اساس ترکیب های تفاضلی دوگانه مشاهدات، محاسبه نمی شوند. علاوه بر این، معیارهای حائز اهمیتی نظیر قابلیت اطمینان مشاهدات(قابلیت اطمینان داخلی) و مجهولات(قابلیت اطمینان خارجی) در این گروه از نرم افزارهای ماهواره ای محاسبه و در فرایند برنامه ریزی برای انجام مشاهدات یک شبکه ژئودزی ماهواره ای مورد توجه قرار نمی گیرد. مدت زمان بهینه برای انجام مشاهدات معمولا با فرض برخورداری از دید آسمانی مناسب و بر اساس معیارهای تقریبی مندرج در دستورالعمل های اندازه گیری تعیین می شود. در این پایان نامه ضمن پیاده سازی معیارهای فوق در قالب یک نرم افزار planning علمی که معادلات مشاهدات در آن در سطح تفاضل دو تشکیل می شود، پیاده سازی شده، مدت زمان بهینه اندازه گیری بر اساس معیار نرخ موفقیت در حل ابهام فاز محاسبه و تعیین شده است. محاسبات انجام شده به کمک داده های واقعی نشان می دهد که نتایج حاصل از نرم افزار planning توسعه یافته در قالب این تحقیق به نتایج واقعی نزدیکتر است.

زمین لرزه به عنوان یک پدیده تاثیرگذار طبیعی در ایجاد تغییرشکل های پوسته ای زمین همواره مورد توجه ژئودزین ها بوده است. در سالهای اخیر گروه جدیدی از این رویدادها تحت عنوان زمین لرزه های تدریجی شناسایی شده اند که در عمق زمین با پریودهای بلند مدت اتفاق افتاده و در بسیاری از موارد تنها توسط سیستم تعیین موقعیت جهانی gps قابل آشکارسای می باشند. بنابراین با توجه به نقش این رویدادها در تغییر شکل زمین، شناسایی و بررسی آن ها در مناطق مختلف جهان ضرورت می یابد. در این پایان نامه به آشکارسازی نوعی از این زمین لرزه ها تحت عنوان لرزشها و لغزشهای اپیزودیک با استفاده از داده های gps پرداخته شده است. برای این منظور سریهای زمانی تعدادی از ایستگاههای دائمی gps در منطقه مطالعاتی کاسکادیا با به کارگیری روش برآورد کمترین مربعات هارمونیک به صورت تک متغیره و چند متغیره مورد ارزیابی قرار گرفته است. در هر یک از این روش ها در ابتدا ترندهای خطی،اثرات سالیانه، نیم سالانه و سخت افزاری از روی سری های زمانی حذف شده و سپس با روش مذکور بررسی شده اند. در حالت تک متغیره با بررسی مجزای هر سری زمانی پریود متوسط وقوع رویداد در آن ایستگاه حاصل شده است که نتایج حاصل،این روش را به عنوان روش مناسبی برای آشکارسازی زمین لرزه های تدریجی معرفی می کند. در حالت چند متغیره نیز امکان تقسیم بندی منطقه مورد مطالعه بر اساس فواصل بازگشتی رویدادها با آنالیز همزمان تعدادی سری زمانی فراهم می شود. براساس این بخش از نتایج، منطقه کاسکادیا به سه ناحیه شمالی، میانی و جنوبی به ترتیب با پریود 28/ 438 ، 38/523 و 88/319 روز تقسیم می شود که در بازه بازگشتی گزارش شده برای این رویدادها در سایر تحقیقات قرار می گیرد.

نیاز به سنجش زمان همواره یکی از نیازهای اساسی بشر بوده است. متعاقباً، تعریف مقیاسی جهت سنجش زمان یکی از مسائل مورد بحث در ادوار مختلف تاریخ بوده است. در قرن اخیر، که می توان آن را قرن شکوفایی مقیاس های دقیق سنجش زمان دانست، با توجه به امکانات موجود در هر بره? زمانی و با در نظر گرفتن نیازهای مختلف، مقیاس های زمانی گوناگونی تعریف گردیده اند. علاوه بر این، در بسیاری از کاربردها، بایستی میزان آفست دو ساعت نسبت به یکی از مقیاس های زمانی اندازه گیری گردد. بدین منظور، سیستم های مختلفی برای انتقال زمان ابداع گردیدند که هرکدام قابلیت رسیدن به دقت خاصی در انتقال زمان را دارا می باشند. در بخش اول این تحقیق، سعی گردیده است تا دقیق ترین و کارآمدترین مقیاس های سنجش و سیستم های انتقال زمان معرفی گردد. سیستم تعیین موقعیت جهانی (gps) که کاربردهای بی بدیل آن در زمینه تعیین موقعیت بسیار شناخته شده است یکی از کارآمدترین سیستم های انتقال زمان نیز می باشد. ماهواره های این سیستم با در اختیار داشتن ساعت های اتمی دقیق و نیز پوشش جهانی، نقش مهمی را در انتقال زمان ایفا می نمایند. در این تحقیق، مبحث انتقال زمان از طریق gps مورد تاکید قرار گرفته و از این رو مفاهیم اولیه و الگوریتم استاندارد انتقال زمان با استفاده از داده های این سیستم ارائه گردیده است. ایران به عنوان کشوری در حال توسعه نیازمند تکنولوژی انتقال زمان بوده که دارای کاربردهای غیر قابل انکاری در بخش های مختلف صنعت می باشد. لذا هدف اصلی این تحقیق، شامل یافتن پاسخی برای امکان ایجاد شبکه انتقال زمان ژئودتیک در کشور نیز به صورت جامعی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور حساسیت نتایج انتقال زمان توسط gps به منابع مختلف ایجاد بایاس مورد محاسبه و ارزیابی قرار گرفته است. از سویی این بررسی ها نیازمند حضور گیرنده های مجهز به فرکانس خارجی می باشد. با توجه به عدم وجود این تجهیزات، این امر عمدتاً از طریق یک مطالع? شبیه سازی صورت پذیرفته است. طول بازهای مورد نظر برای شبیه سازی به گونه ای انتخاب شده اند که حداکثر خطای ناشی از منابع مختلف بایاس را ارائه کنند. بدین طریق می توان به هدف اصلی مورد نظر در این تحقیقات که مکان یابی ایستگاه های احتمالی برای تجهیزات مذکور می باشند دست یافت. نتایج بررسی های صورت گرفته، بایاس ناشی از تروپوسفر را به عنوان تأثیرگذارترین منبع ایجاد خطا در نتایج انتقال زمان مشخص نموده که منجر به ایجاد تغییراتی به انداز? بیش از یک نانوثانیه در نتایج انتقال زمان می گردد. بدین جهت، قرارگیری حداقل یک گیرند? ویژ? انتقال زمان در هر کلاس آب و هوایی ایران می توان راه حلی برای این حل مسئله، البته با در نظرگیری شرایط و امکانات موجود باشد. از سوی دیگر، جابجایی های ناشی از جذر و مد دریاهای جنوبی ایران نیز می توان منجر به تغییراتی در حدود بیش از 100 پیکوثانیه گردد. با توجه به نتایج حاصله، قرار گیری تجهیزات انتقال زمان در ایستگاه های ساحلی جنوب غربی ایران تأثیر این مقدار بایاس را به حداقل می رساند. مابقی منابع ایجاد بایاس نقش قابل صرف نظر کردنی را در کاربردهای صنعتی ایفا می کنند؛ با این حال تأثیر برخی از این منابع بایاس در کاربردهای بسیار دقیق بایستی مورد توجه قرار گیرد. مقدار عددی تأثیر هرکدام از این منابع بایاس در سطح ایران در این پایان نامه مورد محاسبه قرار گرفته است.

پایش عوارض طبیعی و عوارض ساخته دست بشر امری حیاتی با فوایدی نظیر اعلام خطر بلایای طبیعی زمین و یا تشخیص وضعیت غیر عادی در رفتار سازه محسوب می شود. از این رو، اهمیت سیستم های پایش در کاهش تهدیدات جانی و حمایت از سرمایه گذاری های زیربنایی، ایجاد و توسعه این قبیل سیستم ها را با به کارگیری ابزارهایی قابل اطمینان و کارآمد، اجتناب ناپذیر می سازد. در این راستا، سیستم تعیین موقعیت جهانی gps با توجه به قابلیت های ویژه ای که دارد، می تواند به عنوان ابزاری مهم برای دسترسی به اطلاعات تغییر شکل قابل اطمینان و صحیح جهت پایش تغییر شکل به صورت آنی و یا نزدیک به آنی محسوب می گردد. در این پایان نامه داده های 30 دقیقه نرخ بالای سیستم gps برای 28 ایستگاه واقع در شمال غربی ایالات متحده امریکا، توسط نرم افزار علمی bernese 5.0 به صورت نزدیک به آنی مورد پردازش قرار گرفت. بر این اساس، در حالت تعیین موقعیت مطلق، انحراف معیار گزارش شده توسط نرم افزار برای ایستگاه های مورد پردازش برای سه مولفه شرقی-غربی، شمالی-جنوبی و ارتفاعی به ترتیب دارای مقدار متوسط 5/3، 6/5 و 4/7 سانتیمتر و در حالت تعیین موقعیت نسبی، دارای مقدار متوسط 8/7، 9/7 و 3/8 میلیمتر می باشد. پس از تعیین مختصات خام، جهت کاهش نویز مشترک بین ایستگاه ها روش فیلترینگ مکانی-زمانی استفاده شده است. همچنین برای افزایش نسبت سیگنال به نویز داده ها و شناسایی بهتر سیگنال های تغییر شکل، از ترکیب برآورد بردار وضعیت در فیلترینگ کالمن و آنالیز مولفه اصلی (pca) استفاده شده است. برای این منظور، فرآیند گاوس-مارکف مرتبه اول برای مدل کردن همبستگی زمانی نویز و همچنین سیگنال گذرای موجود در سری زمانی (در صورت وجود) انتخاب شده است. با به کار گیری روش برآورد کمترین مربعات مولفه وریانس (lsvce)، مشاهده شد که با به کارگیری روش ذکر شده دامنه نویز سفید و رنگی به میزان 3 تا 5 برابر کاهش می یابد.

چگالی الکترونی لایه یونسفر، اطلاعات با ارزشی از شرایط فیزیکی این لایه از اتمسفر را فراهم می کند. انتشار امواج الکترومغناطیس در لایه یونسفر تحت تأثیر الکترون های آزاد این محیط می باشد. در نتیجه مدل سازی یونسفر در بسیاری از زمینه ها از قبیل ارتباطات مخابراتی، ناوبری و تعیین موقعیت ماهواره ای، سیستم های راداری و سایر فناوری های فضایی مورد توجه می باشد. مدل های تجربی از قبیل مدل iri صرفاً یک پیش بینی کلی از چگالی الکترونی یونسفر و vtec را ارائه می دهند. امروزه سیستم های gnss از قبیل gps به ابزاری کارآمد در مطالعه خصوصیات فیزیکی اتمسفر زمین تبدیل شده و اطلاعات با ارزشی جهت مدل سازی یونسفر در اختیار قرار می دهند. نقشه های جهانی یونسفری از vtec یکی از محصولات روزانه igs می باشد. ایستگاه های gnss شبکه مشاهداتی igs به صورت غیرهمگن در سراسر جهان پراکنده بوده و عدم پوشش این شبکه در مناطقی مانند ایران، موجب کاهش دقت نقشه های جهانی یونسفری در این مناطق می گردد. استفاده از توابع هارمونیک کروی روش معمول مدل سازی جهانی یونسفر بوده و به دلیل محمل جهانی آن، استفاده از آن نیازمند داده های منظم در کل کره می باشد. توابع با محمل فشرده به مانند موجک جهت مدل سازی منطقه ای یونسفر مناسب تر خواهند بود. در این رساله مدل سازی منطقه ای یونسفر با استفاده از مشاهدات شبکه دائم gps ایران جهت بهبود مدل تجربی و فیزیک پایه iri انجام گردید. در مدل سازی تک لایه یونسفر، بخش معلوم مدل سه بعدی vtec از مدل iri استخراج شده و بخش تصحیح برحسب توابع مقیاس b-spline نسبت به متغییرهای طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و زمان بسط داده شد. جهت کنترل دقت مدل سازی، مقادیر vtec حاصل از مدل سازی با مقادیر vtec دقیق حاصل از مشاهدات گیرنده های دو فرکانسه gps مقایسه گردید. ریشه میانگین مربعات خطای vtec حاصل از مدل سازی، هارمونیک های، مدل iri و نقشه های جهانی یونسفری به ترتیب برابر 0.50 ،1.27 ، 2.74 و4.24 در مقیاس tecu می باشد، که نشان دهنده برتری توابع پایه با محمل فشرده نسبت به توابع پایه با محمل جهانی در مدل سازی منطقه ای یونسفر و دقت بالای مدل توسعه داده شده در مناطق عاری از ایستگاه های یونوسوند iri و ایستگاه های gnss شبکه igs می باشد. در مدل سازی چند لایه یونسفر، بخش معلوم مدل چهار بعدی چگالی الکترونی از مدل iri استخراج شده و بخش تصحیح برحسب توابع مقیاس b-spline نسبت به متغیرهای طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و زمان و توابع متعامد جهت مدل سازی تغییرات ارتفاعی چگالی الکترونی بسط داده شد. از چگالی الکترونی حاصل از مشاهدات ایستگاه یونوسوند جهت ارزیابی دقت نتایج مدل سازی چگالی الکترونی استفاده گردید. مقایسه مقادیر ریشه میانگین مربعات خطای مدل سازی و مدل iri و هم چنین خطای نسبی مدل سازی (7 درصد) و مدل iri (22 درصد)، نشان دهنده دقت بالای مدل توسعه داده شده در بازسازی چگالی الکترونی یونسفر نسبت به مدل iri به خصوص در مناطق عاری از ایستگاه های یونوسوند iri می باشد. روش پایدارسازی تکراری lsqr که مناسب پایدارسازی مسائل بد وضع با ماتریس ضرایب بزرگ و تنک می باشد، در برآورد پارامترهای مدل بکار گرفته شد.

یکی از خطا های عمده در تعیین موقعیت به روش ماهواره ای، شکست امواج در لایه تروپوسفر است. راه حل های زیادی برای محاسبه تأخیر تروپوسفر وجود دارد. ردیابی اشعه از میان مدل عددی پیش بینی وضع هوا یکی از روش های موجود در تخمین تاخیر تروپوسفری است که امروزه مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از مدل پیش بینی وضع هوا wrf در کشور امکان بررسی روش مطرح شده را فراهم کرده است. در این پایان نامه سعی شده با ترکیب داده های حاصل از مدل wrf با مشاهدات سطحی و جو بالا در ایستگاه های دیدبانی به ساختار صحیحی از وضعیت اتمسفر دست یافت. تأخیر تروپوسفری حاصل از روش ردیابی اشعه از نظر دقت و صحت با تأخیر تروپوسفری حاصل از مدل سستامینن به عنوان روشی معمول در تخمین کمیت مورد بحث، مقایسه شده است. از تکرارپذیری در تعیین موقعیت به عنوان معیاری جهت ارزیابی نتایج استفاده شده است. تأخیر تروپوسفری حاصل از دو رویکرد بر روی فایل مشاهدات تصحیح شده و موقعیت مطلق دقیق نقاط بدست آمده است. به عنوان نمونه کاهش 2/15 میلی متر در ریشه خطای مربعی متوسط تکرارپذیری مولفه ارتفاعی حاصل از روش ردیابی اشعه نسبت به مدل سستامینن است. تکرارپذیری در طول خطوط باز نیز مورد بررسی قرار گرفت. به عنوان نمونه کاهش 1/92 میلی متر در ریشه خطای مربعی متوسط تکرارپذیری در طول خطوط باز در یک بازه زمانی مرطوب از روش ردیابی اشعه نسبت به مدل سستامینن است. نتیجه حاصل علاوه بر اینکه نشان دهنده دقت بیشتر روش ردیابی اشعه در تخمین تاخیر تروپوسفری است؛ نمایانگر پتانسیل مدل عددی پیش بینی وضع هوا wrf جهت دستیابی به برآوردی دقیق تر در مقدار تخمین تأخیر تروپوسفری با استفاده از روش ردیابی اشعه است. یکی از کاربردهای تاخیر تروپوسفری بدست آمده از پردازش های gps، تخمین آب قابل بارش موجود در جو است. در این پایان نامه از آب قابل بارش بدست آمده از این روش به عنوان معیاری جهت بررسی صحت در تخمین تاخیر تروپوسفری استفاده شده است. در این پایان نامه بهترین رابطه بین دو پارامتر تأخیر تر و آب قابل بارش برای کشور معرفی گردیده است. دو مدل تجربی، مدل خطی و مدل درجه دوم برای ایران تولید شده است. جهت بررسی روش صحیح تر در محاسبه تأخیر تر تروپوسفری، سه روش تخمین، مدل سازی و روش ردیابی اشعه مورد ارزیابی قرار گرفته است. با استفاده از مدل خطی تولید شده برای کشور و اعمال تأخیر تر حاصل از سه روش مذکور، آب قابل بارش محاسبه شده است. آب قابل بارش به دست آمده از داده های رادیوسوندی با آب قابل بارش تخمین زده شده از سه روش با یکدیگر مقایسه و مقدار نرم اختلاف آن ها برآورد شده است. مقدار نرم اختلاف در روش ردیابی اشعه 2/11 میلی متر بدست آمده است که به میزان 1/72 میلی متر نسبت به روش مدل سازی و 2/58 میلی متر نسبت به روش تخمین کمتر است. نتیجه حاصل بیانگر صحت بیشتر تأخیر تروپوسفری بدست آمده از روش ردیابی اشعه در محاسبه آب قابل بارش است.

یکی از مراحل توسعه سیستم هایی ماهواره ای، طراحی هندسه بخش فضایی است. در این پایان نامه طراحی هندسی بهینه این سیستم ها با دو هدف مجزا بررسی می گردد. هدف اول ارائه خدمات تعیین موقعیت و ناوبری به صورت مستقل در منطقه خاورمیانه است. درحالی که در هدف دوم یک سیستم ماهواره ای هواشناسی به منظور تهیه داده های رادیو آکولتیشن با تعداد و توزیع بهینه در منطقه آسیا-اقیانوسیه دنبال می شود. برای تعیین هندسه سیستم تعیین موقعیت، pdop و نرخ موفقیت در حل ابهام فاز به عنوان دو معیار مناسب ارزیابی و معرفی شده است. از دسته بندی ماهواره ها به منظور گردش آن ها در یک مسیر بسته یکسان در سیستم مختصات زمین چسب و با فاصله ثابت و برابر به عنوان قید در فضای بهینه سازی این مسئله استفاده شده است. با بحث بر روی تعداد ماهواره ها، 6 و 7 ماهواره برای ارزیابی و تصمیم گیری در خصوص تعداد مناسب ماهواره ها انتخاب شده است. پس از بهینه سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و ارزیابی سیستم های پیشنهادی، عملکرد منطقه ای مبتنی بر pdop برای سیستم شامل 7 ماهواره، نه تنها با gps قابل مقایسه است بلکه مقادیر محاسبه شده ارزش منظومه مبتنی بر pdop با آستانه های 1/25، 1/5 و 2 برتری عملکرد این سیستم را نشان می دهد. نشان داده شده است که چنانچه علاوه بر ناوبری، تعیین موقعیت دقیق یکی از اهداف اصلی توسعه این سیستم باشد، استفاده از 7 ماهواره منطقی خواهد بود. همچنین، در پی طراحی هندسه فضایی یک سیستم متشکل از 6 ماهواره leo به منظور جمع آوری داده های رادیو آکولتیشن در منطقه آسیا-اقیانوسیه، نرم توزیع و cov در یک فضای سه بعدی زمان-مکان به عنوان پارامترهای ارزیابی تعریف و منظومه های گل، شبکه ای دو بعدی و سه بعدی به عنوان قیود فضای بهینه سازی انتخاب شده اند. پس از بهینه سازی بر مبنای تابع هزینه نرم توزیع داده ها، عملکرد دو سیستم پیشنهادی با سیستم formosat-3/cosmic مقایسه شده است. این مقایسه مبتنی بر نرم توزیع، cov و تعداد داده های نتیجه شده در روز های اول ماه های سال 2013 صورت گرفته است. نتایج برتری کامل هندسه بهینه گل شبکه ای دو بعدی پیشنهادشده بر مبنای سه ارزیابی صورت گرفته و شکست استفاده از مدارهای بیضوی استفاده شده در هندسه گل شبکه ای سه بعدی را در تمامی مراحل ارزیابی نشان می دهند.

امروزه جهت¬یابی در سیستم¬های ناوبری هوایی و نظامی، به عنوان مثال سیستم هواپیماهای بدون سرنشین (uavs)، امری اجتناب ناپذیر است. با توسعه کاربردهای سیستم gps، ایده استفاده از این سامانه تعیین موقعیت و ناوبری ماهواره¬ایی در تعیین وضعیت مطرح شد. محاسبه پارامترهای وضعیت به محاسبه بردار موقعیت نسبی بین آنتن ها با استفاده از روش های تعیین موقعیت نیاز دارد. برای رسیدن به برآوردی دقیق از وضعیت، مشاهدات فاز حامل gps با ابهام فاز حل شده استفاده می گردد. در این پایان¬نامه نیز به منظور برآورد دقیق این پارامترها، از مشاهدات فاز حامل gps استفاده شده است. در صورتی که تنها از مشاهدات فاز حامل در مسئله تعیین وضعیت استفاده شود این مسئله به یک مسئله بدوضع تبدیل می-شود. محاسبه مقادیر ابهام فاز و در نتیجه موقعیت نسبی با مشکل کمبود رنک ماتریس ضرایب مواجه است. اعمال قیود داخلی و پارامترهای وزن دار در روند سرشکنی معادلات مشاهدات ضمن برطرف نمودن مشکل کمبود مرتبه ماتریس ضرایب به برآوردی واقع¬بینانه¬تر از مجهولات می انجامد. نتایج حاصل از این الگوریتم با مقادیر واقعی وضعیت گزارش شده، مقایسه گردید و مقادیر بایاس پارامترهای هدینگ، رول و پیچ به ترتیب 0344/0 و 0154/0 و 0292/0- درجه به دست آمد. همچنین بایاس به دست آمده از روش پیشنهادی این پایان¬نامه با مقادیر بایاس محاسبه شده از الگوریتم moore-penrose مقایسه شدند. نتایج حاصل از این مقایسه نشان دادند که روش پیشنهادی با دقت بهتری پارامترهای وضعیت را تخمین زده است. در ادامه با استفاده از روش کمترین مربعات و انتقال مبدأ سیستم مختصات جسم مرجع به مرکز ثقل آنتن ها، پارامترهای وضعیت شامل هدینگ، پیچ و رول، برای چهار ایستگاه محاسبه شده است. این انتقال مبدأ باعث می¬شود تا با تعداد آنتن¬های کمتر نیز از روش سرشکنی کمترین مربعات به منظور تخمین پارامترهای وضعیت استفاده شود. بنابراین روش پیشنهادی برای دستیابی به پارامترهای وضعیت بسیار مناسب بوده و نتایج بسیار خوبی را در پی خواهد داشت.

بخار آب یکی از مهم ترین کمیت های موجود در جو است که نقش به سزایی در تغییرات آب و هوایی دارد. مدل سازی این کمیت به دلیل زمان¬مند و مکان¬مند بودن آن به سادگی امکان پذیر نیست. امروزه از روش توموگرافی جهت مدل سازی این کمیت استفاده می گردد. مسئله بازسازی توموگرافیک چگالی بخار آب تروپوسفر مسئله¬ای بدوضع است چراکه فاقد جوابی یکتا و پایدار می-باشد. در این پایان¬نامه، برای نخستین بار چگالی بخار آب و انکسار پذیری تر تروپوسفر در شمال غربی ایران با استفاده از روش توموگرافی، در طی روزهای 300 تا 302 سال 2011 با فواصل 1 ساعته بازسازی شده¬اند. همچنین، برای نخستین بار از مفهوم ماتریس رزولوشن مدل برای طراحی مدل توموگرافی و از ایده ایستگاه¬های مجازی برای مقید نمودن مسئله استفاده شده است. راست آزمایی نتایج حاصل از طریق مقایسه میان پروفیل¬های بازسازی شده از روش توموگرافی و پروفیل¬های حاصل از مشاهدات ایستگاه رادیوسند و محاسبه¬ی معیارهای آماری ریشه مربع میانگین خطا، انحراف معیار و بایاس صورت گرفته است. در روز 300 میزان ریشه مربع میانگین خطا، انحراف معیار و بایاس برای انکسار پذیری تر به ترتیب برابر با 72/1، 72/1 و 0045/0 میلی¬¬متر بر کیلومتر و برای چگالی بخار آب به ترتیب برابر با 27/0، 26/0 و 0360/0 گرم بر متر مکعب به¬دست آمد. در روز 301 این مقادیر برای انکسار پذیری تر به ترتیب برابر با 17/2، 15/2 و 26/0 میلی¬¬متر بر کیلومتر و برای چگالی بخار آب به ترتیب برابر با 37/0، 33/0 و 16/0 گرم بر متر مکعب به¬دست آمد. در روز 302 نیز این مقادیر میزان برای انکسار پذیری تر به ترتیب برابر با 72/2، 34/2 و 40/1 میلی¬¬متر بر کیلومتر و برای چگالی بخار آب به ترتیب برابر با 62/0، 47/0 و 44/0 گرم بر متر مکعب به¬دست آمد. با توجه به نتایج حاصل، پروفیل های توموگرافی تطابق قابل قبولی را با پروفیل های رادیوسوندی دارند. این موضوع بیانگر مدل¬سازی صحیح چگالی بخار آب و انکسار پذیری تر تروپوسفر در شمال غربی ایران می¬باشد.