Optimal combination of satellite and terrestrial gravity data for regional geoid determination using Stokes-Helmert’s method, the Auvergne test case

Abstract

The precise regional geoid modelling requires combination of terrestrial gravity data with satellite-only Earth Gravitational Models (EGMs). In determining the geoid using the Stokes-Helmert approach, the relative contribution of terrestrial and satellite data to the computed geoid can be specified by the Stokes integration cap size defined by the spherical distance and the maximum degree of the EGM-based reference spheroid. Larger values of the degree decrease the role of terrestrial gravity data and increase the contribution of satellite data and vice versa for larger values of the integration radius. The determination of the optimal combination of the two parameters and is numerically investigated in this paper. A numerical procedure is proposed to find the best geoid solution by comparing derived gravimetric geoidal heights with those at GNSS/levelling points. The proposed method is tested over the Auvergne geoid computation area. The results show that despite the availability of recent satellite-only EGMs with the maximum degree/order 300, the combination of the degree 160 and radius of 45 arc-min yields the best fitting geoid in terms of the standard deviation and the range of the differences between the estimated gravimetric and GNSS/levelling geoidal heights. Depending on the accuracy of available ground gravity data and reference geoidal heights at GNSS/levelling points, the optimal combination of these two parameters may be different in other regions.

Přesné modelování regionálního geoidu vyžaduje kombinaci zemských a satelitních gravitačních dat. Při určování geoidu pomocí metody Stokes-Helmert lze relativní příspěvek zemských a satelitních dat specifikovat pomocí poloměru integrace Stokesova integrálu a maximálního stupně referenčního sféroidu založeného na EGM. Větší hodnoty stupně EGM snižují příspěvek dat zemských dat a zvyšují přínos satelitních dat. Naopak je tomu pro větší hodnoty integračního poloměru. Stanovení optimální kombinace těchto dvou parametrů je v tomto článku numericky zkoumáno.