Airborne Gravimetry Based on the Integration of Strapdown Inertial Navigation and Global Navigation Satellite Systems: The First Implimentations in Turkey

Analitik Ataletsel Navigasyon ve Küresel Navigasyon Uydu Sistemleri Entegrasyonuna Dayalı Hava Gravimetrisi: Türkiye’de İlk Uygulamalar

Abstract

Measuring the Earth's gravity field with positionaided strapdown inertial measurement unit using an aircraft as a mobile platform is regarded as Strapdown Airborne Gravimetry (SAG). It has been a very efficient technique in geodesy and geophysics for more than two decades that allows to acquire gravity data over areas not accessible by land. A SAG system has been developed by the cooperation of General Directorate of Mapping and iMAR Navigation GmbH within the Turkish height system modernization and gravity recovery project. After successful completion of the instrumentation and the software test procedure between 2017 and 2018, the first production-oriented airborne campaign was carried out during the fall 2019 over the Turkish Lake District. Comparisons at the cross-over points yield RMSE values below 0.8 mGal, which is a remarkable and crucial internal precision especially for geophysical applications where the precision of the measurements is the main concern. The external comparison with the latest high-resolution global geopotential model shows mean bias of around 1 mGal, which can be considered as promising longwavelength stability for geodetic applications such as regional geoid modelling. Relatively large gravity data gaps have been covered over the Turkish Lake District for the first time that will enable us to reduce the errors stem from the data voids and to enhance the resolution of the gravity field maps (e.g. geoid model, free-air, Bouguer, isostatic gravity anomalies) for better interpretations.

Özet

Yer gravite alanının konum-destekli analitik ataletsel navigasyon sistemi kullanılarak hava araçlarıyla ölçülmesine Analitik Hava Gravimetrisi (Strapdown Airborne Gravimetry-SAG) adı verilmektedir. Bu yöntem, yirmi yıldan daha fazla bir süredir yerden ulaşılamayan alanlar üzerinde gravite verisi toplamak amacıyla jeodezi ve jeofizikte etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Türkiye yükseklik sisteminin modernizasyonu ve gravite altyapısının iyileştirilmesi projesi kapsamında, Harita Genel Müdürlüğü ve iMAR Navigation GmbH iş birliğiyle SAG sistemi geliştirilmiştir. 2017 ve 2018 yılları arasında başarıyla tamamlanan cihaz ve yazılım testlerinin ardından ilk üretim odaklı hava gravimetrisi kampanyası 2019 yılında Göller Bölgesi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Çapraz-geçiş noktalarında yapılan karşılaştırmalarda 0.8 mGal altında RMSE değerlerine ulaşılmıştır. Bu sonuç, ölçü duyarlılığının daha önemli olduğu jeofizik uygulamalar için dikkate değer ve kritik bir sonuçtur. Güncel yüksek-çözünürlüklü global jeopotansiyel model ile yapılan dış karşılaştırmada ise yaklaşık 1 mGal ortalama fark bulunmuştur. Bölgesel jeoit modelleme gibi jeodezik uygulamalarda gereksinim duyulan gravite alanı uzun dalga boyu kararlılığı açısından bu sonuç memnuniyet vericidir. Göller Bölgesi üzerinde nispeten geçiş bir alandaki veri boşluğu ilk defa doldurulmuştur. Hava gravimetrisi çalışmaları veri boşluklarından kaynaklanan hataların azaltılmasına ve gravite alanı haritalarının (jeoit modeli, serbest-hava, Bouguer, isostatik gravite anomalisi vb.) doğruluğunun/çözünürlüğünün geliştirilmesine ve daha doğru yorumlar yapılabilmesine hizmet edecektir.