Development and validation of a GPS processing method using multi-directional humidity profiles for millimetric leveling
Développement et validation d'une méthode de calcul GPS intégrant des mesures de profils de vapeur d'eau en visée multi-angulaire pour l'altimétrie de haute précision.
Résumé
IGN is interested in the use of GPS for millimetric leveling activities: GPS is weatherproof, low cost and simple to work. A major error source is linked to the effect of GPS signals propagation through the atmosphere, which limits the vertical accuracy between 3 and 15 mm.
The NIGPS project, conducted in collaboration by IGN and SA (CNRS), aims at a precise correction of tropospheric effect on GPS signals propagation using multi-directional humidity measurements from Raman lidar. This dissertation fits to the work presented in 2005 by Jérôme Tarniewicz and aims at the methodological study, the instrumental development and the experimental validation of combined analysis of GPS and Raman lidar observations.
First we study troposphere impact on GPS and its correction from numerical simulations. Thus precise retrieval and validation of Raman lidar humidity measurements are investigated. Data from VAPIC'04 campaign confirm troposphere impact on GPS solution. Lidar measurements are compared to other techniques, which highlights lidar ability for fast water-vapor fluctuations retrieval. A first evaluation of the correction of GPS observations using zenithal lidar measurements is realized for 6h-sessions and emphasizes lidar contribution on considered cases. In the future, these results could be improved by taking into account slant lidar measurements.
The NIGPS project, conducted in collaboration by IGN and SA (CNRS), aims at a precise correction of tropospheric effect on GPS signals propagation using multi-directional humidity measurements from Raman lidar. This dissertation fits to the work presented in 2005 by Jérôme Tarniewicz and aims at the methodological study, the instrumental development and the experimental validation of combined analysis of GPS and Raman lidar observations.
First we study troposphere impact on GPS and its correction from numerical simulations. Thus precise retrieval and validation of Raman lidar humidity measurements are investigated. Data from VAPIC'04 campaign confirm troposphere impact on GPS solution. Lidar measurements are compared to other techniques, which highlights lidar ability for fast water-vapor fluctuations retrieval. A first evaluation of the correction of GPS observations using zenithal lidar measurements is realized for 6h-sessions and emphasizes lidar contribution on considered cases. In the future, these results could be improved by taking into account slant lidar measurements.
Le GPS est la technique de positionnement global la plus utilisée ; sa précision planimétrique en mode géodésique atteint le niveau millimétrique. Cependant, une limite importante réside dans la détermination de la composante verticale (3-15~mm pour des sessions de 24~h) dont l'estimation est dégradée par la perturbation de la propagation des signaux lors de la traversée de la troposphère.
L'action NIGPS, menée en collaboration par l'IGN et le SA (CNRS), vise à développer une correction de ces effets atmosphériques basée sur le sondage de l'humidité à l'aide d'un lidar Raman vapeur d'eau à visée multi-angulaire. Ce travail de thèse s'inscrit dans la continuité des travaux présentés en 2005 par Jérôme Tarniewicz et consiste à poursuivre l'étude méthodologique, les développements instrumentaux et la validation expérimentale de l'analyse conjointe des observations GPS et lidar.
Après l'étude à partir de simulations numériques de l'effet de la troposphère sur le GPS et de sa correction, nous nous intéressons à la restitution précise de mesures de vapeur d'eau par lidar Raman. Les données acquises lors de la campagne VAPIC permettent de vérifier l'impact de la troposphère sur le GPS. La comparaison des observations lidar à celles issues d'autres instruments permet de valider la mesure lidar et souligne la capacité de cette technique à restituer des variations rapides de vapeur d'eau. Une première évaluation de la correction des observations GPS par des mesures lidar au zénith est réalisée sur des sessions GPS de 6 h et montre l'apport de cette technique sur les cas considérés. Ces résultats devraient cependant être améliorés grâce la prise en compte de visées lidar obliques.
L'action NIGPS, menée en collaboration par l'IGN et le SA (CNRS), vise à développer une correction de ces effets atmosphériques basée sur le sondage de l'humidité à l'aide d'un lidar Raman vapeur d'eau à visée multi-angulaire. Ce travail de thèse s'inscrit dans la continuité des travaux présentés en 2005 par Jérôme Tarniewicz et consiste à poursuivre l'étude méthodologique, les développements instrumentaux et la validation expérimentale de l'analyse conjointe des observations GPS et lidar.
Après l'étude à partir de simulations numériques de l'effet de la troposphère sur le GPS et de sa correction, nous nous intéressons à la restitution précise de mesures de vapeur d'eau par lidar Raman. Les données acquises lors de la campagne VAPIC permettent de vérifier l'impact de la troposphère sur le GPS. La comparaison des observations lidar à celles issues d'autres instruments permet de valider la mesure lidar et souligne la capacité de cette technique à restituer des variations rapides de vapeur d'eau. Une première évaluation de la correction des observations GPS par des mesures lidar au zénith est réalisée sur des sessions GPS de 6 h et montre l'apport de cette technique sur les cas considérés. Ces résultats devraient cependant être améliorés grâce la prise en compte de visées lidar obliques.
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