Фундаментальное уравнение космической геодезии позволяет

Космическая (спутниковая) геодезия

Первые наблюдения за небесными телам начались еще в 17 веке с изобретением первых телескопов. С развитием приборостроения и появлением новых оптических приборов и отсчетных механизмов для них, повышалась точность измерений, что в свою очередь давало людям возможность лучше понимать размеры и форму Земли, а также других объектов нашей Солнечной системы и даже целой Вселенной.

Благодаря началу гонки вооружений и развитию космической отрасли был запущен первый искусственный спутник Земли в 1957 г. Что дало возможность проведения измерений на ИСЗ как на точку в небе с известными координатами. Тяга человека к освоению космоса привела к запуску еще большего количества спутников, которые уже можно было не только измерять с Земли методами классической геодезии, но и сами спутники проводили измерения между собой и Землей. Это привело к появлению новых методы измерений, и в десятки раз увеличилась точность измерений. Вскрылись глубокие и обширные связи геодезии (ее задач и проблем) с другими науками о космическом пространстве и о Земле. Таким образом формировался раздел геодезии, получивший название космическая геодезия.

Космическая геодезия — это научная дисциплина, в которой для решения научных и практических задач геодезии используются результаты наблюдений искусственных спутников Земли (ИСЗ), космических аппаратов (КА) и Луны и звёзд.

В соответствии с этим в предмет изучения в рамках космической геодезии входят:
• теории движения небесных тел;
• разработка способов определения орбит небесных тел (прямая задача) и вычисления эфемерид (обратная задача);
• обоснование требований к геодезическим спутникам в отношении параметров их орбит и состава бортовой аппаратуры;
• обоснование требований к расположению станций наблюдения и их аппаратурного оснащения;
• изучение методов наблюдений и теории математической обработки наблюдений;
• интерпретация результатов наблюдений и их обработки.

Задачи космической геодезии

Задачи космической геодезии тесно связаны с проблемами картографирования Земли из космоса, с различными видами съемок ее поверхности, что весьма важно для получения планетарных характеристик Земли и изучения ее природных ресурсов. Наблюдение далеких небесных тел и расчёт их эфемерид помогает в освоении космоса и запусках космических кораблей.

1. Основной задачей КГ является определение размеров и формы Земли. Вместе с другими величинами, такими как гравитационная постоянная Земли, скорость вращения они образуют набор, называемый фундаментальными параметрами Земли. Используя методы КГ, геодезисты определили фундаментальные параметры не только для Земли, но и для Луны, Марса, Венеры и Меркурия.

2. Создание геоцентрической системы координат, которая подходила бы ко всей Земле. Такие системы у нас принято называть общеземными.

3. Определение положения и изменения со временем координат наземных пунктов, а также изменение траектории ИСЗ. Летая над поверхностью Земли ИСЗ испытывает на себе влияние гравитационных аномалий, из-за чего изменяется траектория его движения. Отсюда следует, что если получать его орбиту в разные моменты времени, то можно по изменению в орбите определить гравитационные аномалии и по ним найти положение геоида (или квазигеоида) над эллипсоидом. По изменению положения наземных пунктов можно измерять и моделировать геодинамические явления (например, движение полюсов Земли, определение характеристик вращения Земли – точного времени, движений литосферных плит).

После появления навигационных спутников второго поколения (GPS в 1980 г. и ГЛОНАСС в 1984 г.) появилась возможность строить не только глобальные сети, но и локальные сети и решать различные прикладные задачи для инженерной геодезии, кадастра, ГИС. При этом методы КГ оказались значительно более эффективными классических методов. Задача позиционирования объектов и определения параметров их движения относится к задачам навигации. Отличие методов навигации от методов в геодезии, в основном, состоит в том, что результаты определения координат объекта в навигации нужно иметь немедленно (в реальном времени), а в геодезии, как правило, такой срочности нет. Для высокоточной навигации были разработаны методы, которые дают возможность определять положение движущегося объекта с сантиметровой точностью (RTK). Теперь эти методы применяют и геодезисты. Более того, методы КГ позволяют производить непрерывный мониторинг (то есть отслеживание и прогнозирование) объектов, движущихся с большими скоростями (например, воздушных судов — аэрофотосъемка или речных судов — гидрография).

Возникновение и развитие космической геодезии

Чтобы лучше понять, почему возникла необходимость в развитии методов космической геодезии, следует остановиться на некоторых моментах из истории геодезии.

Известно, что различные геодезические работы выполнялись людьми с глубокой древности. Одними из первых известных нам геодезистов были египтяне. Они использовали для восстановления разрушаемых разливами Нила границ земельных угодий опорные пункты, которые находились вдали от реки. Также важное значение имело ориентирование и определение местоположения в сухопутных и морских путешествиях.

По мере развития человечества повышались требования к точности геодезических работ, совершенствовались методы и техника измерений, способы обработки измерительной информации.

Важное значение для развития геодезии имело предложение голландского ученого Снеллиуса (1580-1626 гг.) использовать в качестве метода передачи координат триангуляцию. В 1615-1617 гг. Снеллиус выполнил в Голландии градусное измерение по дуге меридиана, состоящее из 33 треугольников и имеющее протяженность около 130 км.

В XX веке для создания геодезического обоснования, наряду с триангуляцией, стала применяться полигонометрия. Ее развитие стимулировало широкое внедрение в геодезическое производство радио- и светодальномеров. Их использование позволило создавать геодезические построения методом трилатерации (путем измерения длин сторон треугольников).

Традиционные геодезические построения создавались на отдельных, разделенных значительными водными преградами или государственными границами, территориях. По ним были образованы геодезические референцные системы. К их числу относятся референц-эллипсоиды Бесселя, Кларка, Красовского, Хейфорда и др. (всего более 10). Положение референц-эллипсоидов, образующих геодезические системы на разных континентах, относительно друг друга и центра масс Земли нельзя установить при помощи только триангуляции и полигонометрии.

Ограниченные возможности классических методов в смысле передачи координат обусловлены сравнительно небольшими предельными длинами сторон триангуляции и полигонометрии (20-30 км), а также требованием взаимной видимости между пунктами. Для этого пункты строились на вершинах гор, а на равнинной местности устанавливались специальные сигналы.

В 1768 году Иоган Эйлер (сын Леонарда Эйлера) опубликовал работу, в которой обосновал возможность определения параметров земного эллипсоида по одновременным измерениям зенитных расстояний Луны с пунктов, расположенных на одном меридиане и имеющих известные астрономические координаты.

С начала XX века внимание к так называемым «лунным» методам усилилось, и космическая геодезия стала оформляться как раздел геодезической науки. Предпринимались попытки использовать для решения геодезических задач результаты наблюдений моментов покрытий звезд Луной, солнечных затмений и фотографирования Луны на фоне звезд. Из-за значительного удаления Луны от Земли (в среднем 384 000 км) лунные методы не позволяют достичь требуемой в настоящее время для решения геодезических задач точности. Например, применение фотографирования Луны на фоне звезд (наиболее точного из названных методов) обеспечивает получение координат пунктов наблюдений с ошибкой примерно 100 м.

В 1946 г. финский геодезист Ю. Вяйсяля разработал принципы построения триангуляции путем фотографирования вспышек света на фоне звезд. Для этого источник света поднимали на значительную высоту самолетом, газовым баллоном или ракетой и по команде с Земли он давал кратковременные вспышки. С двух пунктов на поверхности земли выполнялось синхронное фотографирование двух и более вспышек света в различных вертикальных плоскостях, по результатам которого можно было с высокой точностью определить направление хорды, соединяющей пункты наблюдений. Если таким образом определить направления хорд, соединяющих все пункты наблюдений, то можно вычислить координаты последних. Для этого необходимо знать координаты хотя бы одного из пунктов и длину хотя бы одной хорды.

Проводившиеся в ряде стран эксперименты по созданию таких построений показали, что при сторонах 100-300 км звездная триангуляция позволяет получать результаты достаточно высокой точности (ошибка направления хорды составляет 0,5-1,5²). Однако расстояния между пунктами были ограничены высотой баллонов с лампами-вспышками, которые могли подниматься на высоту до 30-40 км.

С запуском в СССР 4 октября 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли появилась возможность создавать космические построения, основанные на наблюдениях ИСЗ. Измерения доплеровского сдвига частоты передатчика этого спутника на пункте наблюдения с известными координатами позволили определить параметры движения ИСЗ. Обратная задача была очевидной: по измерениям одного и того же доплеровского сдвига при известных координатах ИСЗ найти координаты пункта наблюдения.

Все системы координат, применяемые в космической геодезии

При решении задач космической геодезии приходится использовать различные системы координат, отличающиеся между собой:

1. Расположением начала отсчета координат
• планетоцентрические
• геоцентрические
• квазигеоцентрические (референцные)
• планетографические
• топоцентрические
• спутникоцентрические
• барицентрические
2. Ориентацией основной плоскости
• экваториальные
• горизонтальные
• орбитальные
3. Ориентацией начальной плоскости
• гринвичские
• равноденственные
4. Видом координатных систем
• прямоугольные
• полярные
• цилиндрические
• сферические
• сфероидические

В настоящее время наиболее распространенными являются прямоугольные системы координат в трехмерном евклидовом пространстве, для задания которых необходимо указать начало, масштаб и ориентировку осей.

Среди многочисленных систем координат, используемых для решения тех или иных задач, выделим две основные — инерциальную (равноденственную) и общеземную.
Для практической реализации этих систем координат используется косвенный метод, то есть системы координат задаются совокупностью реперов (звёзды, квазары, точки земной поверхности), положение которых определяется из специальных наблюдений.

Инерциальная система координат

Инерциальной системой отсчета — это такая система координат, в которой свободная материальная точка движется равномерно и прямолинейно. За такую систему принимается астрономическая система координат, начало которой совмещено с центром масс Солнца, ось X направлена в точку весеннего равноденствия в плоскости среднего экватора Земли на эпоху 1900 — 1905 гг., ось Z перпендикулярна плоскости этого экватора, а ось Y образует правую систему координат. В этой системе обычно даются координаты звезд α₀ δ₀ в фундаментальных каталогах на определенную эпоху Т_о, где α₀ — прямое восхождение, δ₀ — склонение небесного объекта.
Для наблюдения космических объектов с Земли используется геоцентрическая инерциальная система координат, начало которой совмещено с центром масс Земли (ЦМЗ). Кроме сферических координат α, δ для объектов Солнечной системы используется полярная система ко ординат α, δ, ρ, где ρ — геоцентрический радиус-век тор, или прямоугольная декартова система Х, У, Z, а для околоземных объектов, например ИСЗ – инерциальная декартова система х, у, z.

Геоцентрическая общеземная система координат

В космической геодезии используется, в основном, геоцентрическая декартова система координат Х, У, Z, начало которой совмещено с центром масс Земли. Направления ее осей впервые были зафиксированы на XIV Генеральной ассамблее Международной ассоциации геодезии (МАГ) в 1967 году. Направление полярной оси Z номинально соответствует направлению от центра масс Земли на средний полюс Земли в период 1900-1905 годов — Международному условному началу (МУН или CIO — Convensional International Oгigin — согласованное международное начало). Начало счета долгот реализуется косвенным образом, как результат обработки долготных наблюдений национальных служб времени, сотрудничающих в рамках Международного бюро времени (BIH — Bureau Inteгnational de l’Heure), и задается принятыми долготами этих служб после учета поправок за движение полюса. Оно соответствует точке на среднем экваторе в период 1900-1905 годов вблизи Гринвичского меридиана. Одно из требований к установлению геоцентрической системы координат, выдвинутое на Международном коллоквиуме по отсчетным системам координат для динамики Земли (Торунь, Польша, 1974), — ее малая чувствительность к изменениям в распределении станций наблюдений за геодезическими ИСЗ или в частоте наблюдения с отдельных станций.

Орбитальная система координат

Орбитальная система координат состоит из плоскости орбиты, эксцентрическая аномалия Е, девиация D и радиальное расстояние r₀. Девиация определяет угловое отклонение объекта в эпоху t от плоскости орбиты в начальную эпоху t₀ из-за возмущений в его движении. Для перехода от орбитальной системы координат в прямоугольную необходимо знание элементов орбиты. Элементы орбиты характеризуют положение орбиты в пространстве, ее размер и форму, а также положение небесного тела на орбите.

Объектоцентрическая система координат

Под объектоцентрической системой координат понимается система, отнесенная к центру масс ИСЗ с осями, направленными по радиусу-вектору и к точкам юга и востока в плоскости местного горизонта. Одна ко для анализа точности вычисления положения ИСЗ и остаточных уклонений измеренных величин чаще используется система координат, оси которой направлены вдоль радиуса-вектора и перпендикулярно к нему по движению ИСЗ в плоскости и поперек орбиты так, чтобы система оказалась правой.

Геодезические системы координат

Геодезические системы координат могут быть определены как на общеземном эллипсоиде, так и на референц-эллипсоиде. Геодезическая широта В отсчитывается от плоскости экватора и равна углу между нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке и плоскостью экватора. Геодезическая долгота L отсчитывается от начального меридиана до меридиана данной точки А (рис. 1.1), геодезическая высота — по нормали от поверхности эллипсоида до данной точки. Поверхность эллипсоида задается его большой полуосью и сжатием или первым эксцентриситетом.

Горизонтальная система координат

Большинство измерений на земной поверхности выполняются в горизонтальной системе координат, связанной с отвесной линией. В данной работе горизонтальной системой координат будет считаться система, вертикальная ось которой направлена по нормали к поверхности эллипсоида, а горизонтальные оси – по касательным к меридиану и параллели в сторону возрастания широт и долгот. Эта система координат отличается от системы, связанной с отвесной линией, на величины составляющих уклонения отвесной линии, поэтому в наблюдения необходимо вводить соответствующие поправки.

В этой системе координат геодезические азимуты от считываются в горизонтальной плоскости от оси s, зенитные расстояния — от оси n. Геодезические азимуты и зенитные расстояния в свою очередь представляют собой сферическую топоцентрическую систему координат, а при добавлении расстояния от начала координат — полярную топоцентрическую систему.

Плоские прямоугольные системы координат

В практике геодезических и картографических работ, как правило, используются плоские системы координат. Они получаются при отображении эллипсоида на плоскости с помощью формул картографических проекций. Наиболее употребительными из них являются проекции Гаусса и Ламберта. Существуют также условные плоские системы координат, которые отличаются нестандартными началами или приближенно аппроксимируют некоторую условную систему.
Поэтому геоцентрические координаты пунктов, определенные относительным методом, необходимо перевычислить в требуемую плоскую систему координат.

Эти перевычисления ведутся в следующей последовательности:

— общеземные координаты Х, У, Z или В , L, Н перевычисляются в референцную систему с помощью трех или семи элементов трансформирования, которые определяются при совместном уравнивании КГС и местных геодезических сетей;
— если в первой операции участвовали декартовы ко ординаты Х , У, Z, то они перевычисляются в геодезические В , L, Н на заданном референц-эллипсиоде ;
— геодезические координаты перевычисляются в плоские прямоугольные;
— последние могут перевычисляться в условную систему координат.

Если уравнивание измерений выполняется в общеземной системе координат, исходные пункты перевычисляются в эту систему в обратном порядке. Если уравнивание измерений выполняется в какой-либо другой системе координат, необходимо перевычислить в нее измерения, их оценки и координаты исходных пунктов. В данной работе будет рассматриваться уравнивание измерений в общеземной пространственной декартовой системе координат Х, У, Z, поэтому понадобятся как прямая схема перевычислений, так и обратная — для перевычисления в общеземную систему координат исходных пунктов.

Методы создания геоцентрической системы координат

Гравиметрический метод

Гравиметрический метод состоит в изучении различными способами гравитационного поля Земли и представлении его в виде разложения по сферическим функциям.

Способы изучения гравитационного поля земли:

• гравиметрический наземный
• астрономо-геодезическим
• спутниковым альтиметрическим
• градиентометрическим и др.

Астрономо-геодезический метод

Астрономо-геодезический метод впервые был доведен до практического применения в работе И.Д. Жонголовича, где уравнение поправок для большой полуоси и координат центра общеземного эллипсоида x₀, y₀, z₀ относительно центра некоторого референц-эллипсоида

Рассматриваемый метод реализует следующую идею. Если достаточно точно определить фигуру квазигеоида и аппроксимировать ее эллипсоидом вращения при условии минимума отклонений фигуры квазигеоида от эллипсоида по методу наименьших квадратов, то этот эллипсоид и будет общеземным, а его центр будет совмещен с ЦМЗ. Но, как известно, результат такого решения зависит от точности и объема доступной гравиметрической информации. Использование этого метода в пределах некоторых стран и регионов привело к созданию множества референц эллипсоидов и национальных систем координат.

Метод разрабатывался в течение всего развития наземной геодезии, так как геодезисты всегда стремились изучать реальную физическую поверхность Земли, и только из-за ограниченности доступной измерительной информации получали референцную систему координат. В настоящее время опыт развития космической геодезии и нового уравнивания астрономо геодезической сети (АГС) СССР дает основания для уточнения некоторых постоянных, по уравнениям поправок градусных измерений предлагалось определить поправку к большой полуоси референц-эллипсоида Δа и координаты центра общеземного эллипсоида (ОЗЭ) Х_о, У_о, Z_o.
Речь должна идти о большем числе определяемых параметров.
При развитии геодезической сети на некоторой территории и обработке астрономо-геодезических данных предварительно принимается некоторый эллипсоид относимости, на который редуцируются все измерения. Его параметры ориентирования обычно задаются координатами исходного пункта, высотой геоида (квазигеоида) и исходным азимутом, которые, как правило, устанавливаются из астрономических определений. Для редукции измерений на эллипсоид относимости развиваются сети нивелирования и выполняется гравиметрическая съемка. Для исключения накопления ошибок измерений определяются пункты Лапласа с астрономическими координатами и азимутами, которые связаны не с эллипсоидом относимости, а с физической поверхностью Земли. На этом этапе предполагается, что это и есть ОЗЭ.

Спутниковые методы создания геоцентрической системы координат

Спутниковые методы создания геодезических сетей геометрический, орбитальный, динамический и навигационный, а также их сочетания и разновидности.
Например, метод коротких дуг является разновидностью орбитального метода. Геоцентрические системы координат создаются только орбитальным и динамическим методами.

Орбитальный и динамический методы позволяют в короткие сроки, наряду с другими определяемыми параметрами, получить координаты пунктов на земной поверхности в единой геоцентрической системе координат. Отличие этих методов от наземных способов создания геодезических сетей состоит в глобальности получения и обработки измерительных данных. В наземных геодезических сетях наблюдения выполняются в отдельных топоцентрических системах координат, связанных с плоскостью горизонта и отвесной линией. Поэтому для их совместной обработки требуется отнесение измерений на общую поверхность относимости (редуцирование) — эллипсоид или плоскость.
Спутниковые наблюдения сразу выполняются в единой системе координат, связанной с движением спутника в инерциальном пространстве в шкале атомного времени.

При обработке любых наблюдений используется некоторая модель исследуемого объекта. Например, в наземных сетях совокупность координат исходных пунктов и предварительных координат определяемых является моделью создаваемой геодезической сети, которая затем оптимизируется методом наименьших квадратов под имеющиеся измерения.

В спутниковых сетях, кроме предварительных координат пунктов, используются модель сил, воздействующих на движение спутника, фундаментальные геодезические и геофизические постоянные и другие величины, совокупность которых составляет так называемую Стандартную Землю.

Отличие орбитального метода от динамического состоит в том, что в орбитальном методе модель движения ИСЗ и параметры ГПЗ считаются исходными, а определяемыми, кроме координат пунктов, являются только начальные условия орбитальных дуг. В динамическом методе, кроме неизвестных орбитального метода, определяются параметры ГПЗ. Однако это не означает, что в орбитальном методе не могут определяться некоторые дополнительные неизвестные (например, баллистический коэффициент или координаты полюса), а в динамическом методе нет никаких принятых за исходные величин. Деление на модельные и определяемые параметры весьма условно и главное отличие динамического и орбитального методов состоит все же в определении, прежде всего, параметров ГПЗ, но исходная модель Стандартной Земли в них одна и та же.

При создании КГС используется следующая общая технология :

— проектирование и создание космического геодезического комплекса;
— планирование и выполнение наблюдений ;
— предварительная обработка материалов наблюдений;
— интегрирование и предварительное уточнение начальных условий орбитальных дуг;
— общее орбитальное или динамическое решение;
— распространение полученных результатов на другие параметры Стандартной Земли и при необходимости повторение общего решения с уточнённой моделью Земли.

В проекте создания модели Стандартной Земли предусматривается проектная точность получения ее параметров, число намеченных к запуску геодезических ИСЗ, количество и расположение пунктов КГС, их оснащение измерительными средствами, длительность периода наблюдений, порядок и сроки обработки материалов и получения окончательных результатов.

После запуска ИСЗ и испытания функционирования бортовых систем в его управляющий процессор (БЦВМ) периодически закладывается программа работы бортовых систем, обеспечивающая включение и выключение бортовых передатчиков и другой аппаратуры в зонах видимости наблюдательных пунктов или при выходе из н их. Центральный пункт управления комплексом (ЦУП) осуществляет постоянный радиоконтроль орбиты ИСЗ, поэтому практически не возникает задачи предварительного определения параметров орбиты. Эфемериды ИСЗ могут быть рассчитаны на длительное время вперед и тем или иным способом доведены до наблюдателей.

Заключение

Космическая геодезия – это не только совокупность нетрадиционных космических методов, позволяющих решать научные и практические задачи геодезии как науки о Земле, ведь «гео» – это по-гречески (γ̃η) Земля! Космическая геодезия – это не только научная дисциплина, использующая естественные и искусственные космические объекты для решения геодезических задач. Мы стоим на пороге постановки и решения основной задачи космической геодезии (как самостоятельной научной дисциплины): создание единой координатной основы для работы в Солнечной системе. Это значит, что космическая геодезия, начав с глобального изучения Земли, как одной из планет, в перспективе поможет человечеству выйти на уровень освоения всей Солнечной системы.

Конспект лекций по курсу «Космическая геодезия и геодинамика» для студентов специальности 120103 (стр. 6 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Уравнение для лазерных измерений:

,

где t — временная задержка (время прохождения сигнала прямо и обратно), — поправка за приведение к центру масс спутника, — поправка за калибровку дальномера. Тропосферная задержка слабо зависит от погоды, поэтому метод считается абсолютным.

Для лазерной локации Луны используются уголковые рефлекторы, расположенные на советских космических аппаратах Луноход-1 и Луноход-2, а также доставленные во время лунных экспедиций американских кораблей Аполлон-11, -14 и -15 [ Bur š a , Kosteleck ý 1999].

Радарные системы не зависят от погоды; используемые длины волн сантиметрового и дециметрового диапазона. Время распространения значительно зависит от влияния рефракции радио волн в атмосфере.

Различают однонаправленный и двунаправленный способы измерений расстояний.

Рис. 12. Схема работы лазерного дальномера (двухпутный метод)

Рис. 13. Лазерный спутниковый дальномер

Система контроля наведения Измерение времени t Регистрация данных Уголковые отражатели Следящий телескоп и детектор Лазер

3.5.3. Доплеровские наблюдения. Измерение разностей расстояний

Другой принцип позиционирования, используемый в радионавигации, основан на эффекте Доплера, при котором происходит изменение частоты сигнала, принятого наблюдателем, из-за относительного движения передатчика и приемника. Доплеровский сдвиг частоты определяется как разность между частотой принятого сигнала и частотой радио источника. Переданная и принятая частоты, fT и fR , связаны соотношением:

, (2.10)

где r – изменяющееся расстояние между передатчиком и приемником, — скорость изменения этого расстояния или лучевая скорость, vs – скорость распространения сигнала. Вместо термина «лучевая скорость» может применяться термин «радиальная скорость».

Доплеровскому сдвигу частоты fD = fT – fR соответствуют поверхности положения в виде конусов. Вершины конусов совпадают с положениями спутника ( S 1, S 2, S 3 на рис. 14), осями конусов являются векторы полной скорости V 1, V 2, V 3. Угол раствора конуса равен углу между векторами полной и лучевой скорости.

Рис. 14. Позиционирование по лучевой скорости.

3.5.4. Спутниковая альтиметрия

Это особая форма измерения расстояний, где измеряется вертикальное расстояние между спутником и поверхностью океана. Спутниковая альтиметрия была действительно первым способом измерений спутник-земля. Спутник имеет на борту радарный альтиметр, никаких базовых станций на земле не требуется. Высота альтиметра над поверхностью моря a 0 измеряется по времени двустороннего прохождения сигнала, который излучается спутником и отражается от морской поверхности.

Если высота орбиты спутника над эллипсоидом h известна, и обеспечивает приближенное соотношение

То есть среднее расстояние между уровнем моря и эллипсоидом (рис. 4.8) .Следовательно, спутниковую альтиметрию можно использовать для определения геоида на океанах.

Спутники GEOS -3 и SEASAT -1 были первыми двумя спутниками, которые несли радарные альтиметры, и интенсивно использовались для геодезических целей. Другими спутниками были GEOSAT , ERS -1, ERS -2, TOPEX — POSEIDON , GFO , JASON , ENVISAT , обеспечившими значительный вклад в геодезию, геофизику и океанографию. Запуск дополнительных спутников, оборудованных радио альтиметрами, ожидается в ближайшие несколько лет. Спутниковая альтиметрия с лазерной системой в стадии подготовки. Первый лазерный альтиметр был запущен на спутники ICESAT .

3.5.6 Системы спутник-спутник. Гравитационные миссии

Модель гравитационного поля должна иметь тот же уровень точности, что и обычно достигается для глобального определения положения. Некоторые из вкладов в различные области геодезии будут ( Schuyer , 1997) будут:

Геодезия – глобальная система высот, определение высот через GPS , движения льда и вертикальные движения земной поверхности,

Геофизика – процессы в земной коре и мантии, континентальной литосфере (пост-ледниковая отдача), океаническая литосфера (процессы субдукции),

Океанография – абсолютные циркуляции, изменение уровня моря, изменения климата.

Единственная прогнозируемая возможность для удовлетворения этих требований связана с гравитационными полевыми миссиями с высоким разрешением. Их сущность заключается в использовании спутников как гравитационные зонды в поле силы тяжести Земли. Чтобы преодолеть ограничения, связанные с наземными наблюдениями спутников, представляющими традиционные методы, должны выполняться три фундаментальных критерия:

— высота орбиты как можно ниже (200-500 км),

— непрерывный охват трехмерными наблюдениями больших орбитальных дуг, и

— разделение гравитационных и негравитационных сил, действующих на спутник.

С такими соображениями реализуются две концепции, которые уже проверены (см. также Rummel et al ., 2002). Это:

— наблюдения спутник-спутник (измерения расстояний и скорости изменения расстояний между спутниками), и

— спутниковая градиентометрия (измерение разности ускорений силы тяжести внутри спутника.

По первой концепции различают конфигурации между высокий-низкий и низкий-низкий. На рис. 15 продемонстрированы все три метода.

Рис. 15. Разные концепции, посвященные гравитационным полевым миссиям: SST — HL , SST — LL , SGG по [ Rummel et al ., 2002]

Наблюдения спутник-спутник в режиме высокий-низкий ( SST — HL ) означают, что спутник на орбите LEO наблюдается высокими спутниками типа GPS , ГЛОНАСС или Galileo относительно сети наземных станций. Негравитационные силы, действующие на низкий спутник, измеряются акселерометрами. Спутник LEO является зондом в гравитационном поле Земли, который можно точно и непрерывно наблюдать. Наблюдаемые 3- D ускорения соответствуют гравитационным ускорениям.

Наблюдения спутник-спутник в режиме низкий-низкий ( SST — LL ) означают, что два спутника LEO находятся на одной и той же низкой орбите, разделенные несколькими сотнями километров, и что расстояние D между обоими спутниками измеряется по межспутниковой линии связи с максимально возможной точностью. Снова, влияние негравитационных сил, действующих на два спутника LEO , можно либо измерить, либо компенсировать (см. [4.3.3.1]). В сущности, разность ускорений между двумя LEO измеряется. Конфигурация LL может объединяться с конфигурацией HL . Одно преимущество над чистым методом HL состоит в том, что вычитание (образование разностей) наблюдений обеспечивает намного более высокую чувствительность.

Спутниковая градиентометрия ( SSG ) означает, что измеряется разность ускорений непосредственно на спутнике. Поскольку КА находится в свободном падении, то ускорения можно измерить от центра масс спутника идеально во всех трех направлениях. Одно важно преимущество по сравнению с методом SST состоит в том, что негравитационные ускорения оказываются одинаковыми для всех измерений внутри КА, и, следовательно, исключаются при вычитании.

В первом случае ( SST — HL ) измеряются первые производные от гравитационного потенциала, а во втором случае ( SST — LL ) – разности первых производных вдоль длинной базовой линии. В третьем случае ( SSG ) определяются вторые производные. Кратко, методы можно охарактеризовать как

SST — HL – измерение ускорений на одном LEO ,

SST — LL измерение разностей ускорений между двумя LEO ,

SSG — измерения in situ градиентов ускорений в пределах одного LEO .

Было разработано огромное количество предложений по всем трем концепциям в течение последних 30 лет. Среди них – Geopotential Research Mission (GRM), Aristoteles или STEP (Satellite Test of the Equivalence Principle). Их обзор см. в Sneeuw , Ilk 1997. Хотя эти проекты не были реализованы, принципы, разработанные в них, тем не менее, вошли в большинство существующих или планируемых космических экспериментов.

Замечательно, что все три упомянутых выше метода возможно будут реализованы в первое десятилетие нового столетия в миссиях CHAMP , GRACE и GOCE . Этому периоду поэтому дано название – Десятилетие геопотенциальных исследований – Decade of Geopotentional Research . Эти миссии имеют различные характеристики и, следовательно, удовлетворяют разным аспектам определения высокоточного точного гравитационного поля. Рис. 10.1 дает представление об этом. Все три миссии будут значительно улучшать наилучшую существующую модель гравитационного поля EGM -96 на несколько порядков величин: CHAMP – до 70 порядок и степени, GRACE – примерно до 140, GOCE – до 350 порядка и степени. В то время как GRACE показывает наивысшую точность для низких гармоник до 70 порядка и, следовательно, может выявлять изменения гравитационного поля во времени на этом уровне, GOCE показывает наилучшие результаты между степенями 70 и 350 и может также обеспечить геоид с точностью 1 см для коротких полуволн с длиной около 80 км. Больше деталей дается в следующих двух разделах и в цитируемой литературе.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ «КОСМИЧЕСКАЯ ГЕОДЕЗИЯ И ГЕОДИНАМИКА» ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 300500

4.1 ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ГЕОДЕЗИИ

Космическая геодезия занимается решением задач геодезии (определение формы и размеров Земли и ее гравитационного поля) посредством наблюдений различных искусственных и естественных небесных тел. Среди таких небесных тел наибольший интерес в последние годы представляют квазары из-за их точечных размеров и отсутствия собственного движения и геодезические (в том числе навигационные) ИСЗ. На спутниках можно устанавливать специальное оборудование, которое позволяет решать задачи геодезии наиболее эффективным образом.

Введем в рассмотрение геоцентрическую земную систему отсчета OXYZ (рис. 1). Обозначим через R и r геоцентрические радиус векторы соответственно для пункта и спутника, r – топоцентрический радиус вектор спутника. Очевидное векторное соотношение

(1)

позволяет решать весь комплекс задач космической геодезии, почему его иногда называют основным уравнением космической геодезии. Предполагается, что компоненты вектора r получаются из наблюдений, а из векторов R и r один может быть известным, а другой — определяемым.

Рис. 1. Основная концепция позиционирования точки по спутнику

R –геоцентрический вектор положения антенны приемника,

r — геоцентрический вектор положения спутника,

ρ – топоцентрический вектор положения спутника относительно антенны.

Если известен вектор положения пункта наблюдений R , то можно найти координаты спутника:

. (2)

В таком виде основное уравнение используется для решения прямых задач космической геодезии. По нескольким положениям одного и того же спутника можно определить его орбиту. Если известно положение спутника на орбите r и измерен топоцентрический вектор r , то можно найти положение пункта наблюдений:

. (3)

Это выражение используется для решения обратных задач космической геодезии.

Построение любой геодезической сети, когда координаты от одних пунктов передаются на другие пункты, состоит в объединении прямых и обратных геодезических задач. Построение спутниковых геодезических сетей сводится к объединению прямых и обратных задач космической геодезии с использованием ИСЗ геометрическим или динамическим методом. В геометрическом методе обеспечивается синхронность наблюдений одного и того же спутника как минимум с двух пунктов с координатами R 1 и R 2, и передача координат происходит по схеме:

. (4)

Из этого уравнения видно, что

, (5)

т. е. геометрический метод по своей природе является относительным, и координаты спутника в передаче координат пунктов непосредственно не участвуют. Поэтому считается, что в геометрическом методе для получения положения спутника на орбите не требуется применять теорию его движения, а сам спутник используется только как высокая визирная цель или передатчик радиосигналов.

Вектор D 12, выражающий приращение координат между пунктами, при построении сетей космической триангуляции было принято называть «хордовым вектором». В современных спутниковых технологиях его обычно называют «вектором базовой линии». Очевидно, что

. (6)

Если построена сеть из хордовых векторов, включающая N пунктов, то положение i можно найти как

(7)

В динамическом методе синхронность наблюдений не является важным обстоятельством, более того, преимущественно используются несинхронные измерения, а объединение всех наблюдений производится под условием их принадлежности одной и той же мерной дуге. Поскольку передача координат производится через орбиты спутников, требуется совершенная теория их движения. В динамическом методе определяются не только координаты пунктов наблюдений, но также параметры орбит, геофизические параметры, входящие в характеристики возмущающих сил, действующих на спутники, в частности, параметры гравитационного поля Земли. Разновидностью динамического метода является орбитальный метод космической геодезии. В орбитальном методе модель гравитационного поля Земли предполагается хорошо известной, а из геофизических параметров могут определяться лишь те, которые сравнительно быстро изменяются, как, например, плотность атмосферы.

В орбитальном методе разработано несколько вариантов его реализации. Наиболее общая схема орбитального метода, когда производится уравнивание всех выполненных наблюдений с определением координат пунктов, орбит и геофизических параметров применяется, например, в центрах обработки Международной геодинамической службы. Повседневным стало применение навигационного варианта орбитального метода. В этом методе вначале по наблюдениям с опорных пунктов определяется орбиты спутников, далее они экстраполируются на некоторое время вперед и засылаются на спутники, а когда производятся измерения с неизвестных пунктов, параметры движения навигационных спутников передаются с них наблюдателю [Баранов и др. 1986].

4.2 АБСОЛЮТНОЕ И ОТНОСИТЕЛЬНОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ

Под позиционированием понимается определение пространственного положения объектов:

— по отношению к системе координат, начало которой однозначно определено и в общем случае недоступно. Определение положения в этой системе известно как позиционирование точки или абсолютное позиционирование.

— по отношению к другой точке, принимаемой за начало некоторой местной системы координат. Этот способ позиционирования известен как относительное позиционирование или дифференциальное позиционирование.

4.2.1 Абсолютное позиционирование

При абсолютном позиционировании должна быть строго определена и поддерживаться система отсчета (система опорных координат). Никакой прямой доступ к началу или опорным осям обычно невозможен и вся надежда ложится на совокупность опорных точек, несущих координатную систему. Обычно начало находится в центре масс Земли (геоцентре), а оси системы определяются общепринятым способом. В классической геодезии единственным средством, которым можно было определить абсолютное положение (точнее, плановые компоненты положения) были астрономические наблюдения.

В современной геодезии спутниковые наблюдения предлагают средство, которым можно определять трехмерное положение с различными степенями точности. Спутниковое позиционирование точки является процессом, в котором:

(1) дается вектор положения наблюдаемого спутника (в общеземной системе);

(2) дается топоцентрический вектор от наземной станции наблюдений до наблюдаемого спутника (в той же самой системе);

(3) определяется вектор положения наземной станции.

Концептуально это проиллюстрировано на рис. 1. К нему можно сделать следующие замечания:

— в зависимости от того, как измеряется вектор расстояния, возможны различные методы позиционирования,

— вектор положения спутника изменяется во времени, и требуется решать задачу вычисления спутниковых эфемерид, что требует применения алгоритмов небесной механики,

— наземная наблюдательная станция может быть стационарной, но может и находиться в движении,

— «естественной» системой координат для спутникового позиционирования является геоцентрическая система координат, обычно реализуемая в форме прямоугольных или геодезических координат. Главная ось этой системы направлена по оси вращения Земли, а основные направления выбираются в зависимости от решаемой задачи (либо в точку пространства, если система не вращается, либо в точку пересечения меридиана Гринвича и плоскости экватора для системы жестко связанной с Землей).

В некоторых методах космической геодезии положение стационарного объекта можно определять очень точно, например, в методе лазерной локации спутников. Однако обычно координаты пункта в абсолютном смысле определяются со значительно меньшей точностью, чем точность самих измерений.

4.2.2 Относительное позиционирование

Относительное позиционирование применяется и в обычной наземной геодезии, и в космической геодезии. Хотя координаты выражаются через три компоненты глобальной системы отсчета, они выводятся из наблюдений, сделанных вблизи контрольных точек, координаты которых известны.

В классической геодезии абсолютные координаты «начальной» станции в геодезической системе назначаются произвольным образом, а их связь с геоцентром поэтому определена с малой точностью. Однако в результате высокоточных геодезических измерений координаты других станций определяются со сравнительно высокой точностью, но только в относительном смысле. Таким способом может быть определен полный набор точек и образована сеть. Эта сеть является эффективным средством для распространения координат, и, имея много возможных «путей» передачи координат от одной станции к другой, можно использовать «избыточную» информацию для «уравнивания» сети, чтобы вывести наилучший набор координат для всех точек.

Поскольку методы обычного наземного позиционирования в прошлом использовались исключительно для определения векторов между станциями, связи между отдельными пунктами сети были ограничены взаимной видимостью. Принято различать плановые геодезические сети, в которых определяются широты и долготы опорных точек, и геодезические нивелирные сети, в которых точно определяются высоты. Обычно точки плановых сетей имеют слабо определенные высоты, а нивелирные реперы, как правило, не имеют плановых координат.

В случае СРНС абсолютное положение чаще всего определяется с невысокой точностью (то есть координаты относительно геоцентра известны довольно грубо), но относительные положения любой пары пунктов определяются с высокой точностью. Концептуально, относительное положение равно разности координат двух пунктов (в общеземной системе), выраженной в локальной системе отсчета с началом в одной из точек сети. Большая часть ошибок в абсолютных положениях являются общей для всех координат, и, следовательно, исключаются в компонентах базовых линий. В этом случае точность позиционирования приближается к точности измерения самих измерений, и поэтому является стандартным методом спутниковых измерений (а также точной навигации).

(8)

Геоцентрический радиус-вектор спутника r i является функцией текущих элементов орбиты , где j – номер мерной дуги (номер орбиты), ti – эпоха наблюдений спутника i . Поскольку , то

(9)

В свою очередь элементы орбиты на текущую эпоху являются функциями от вектора начальных условий движения НУД , поэтому можно записать:

. (10)

В этом уравнении

— матрица частных производных от параметров наблюдений по небесным геоцентрическим координатам спутника;

(11)

(12)

— матрица изохронных производных.

Матрица производных от параметров наблюдений по координатам пункта:

(13)

Вместо представления в Кеплеровых элементах орбиты может использоваться представление в других элементах (например, регулярных) или в прямоугольных координатах. В этом случае вектор НУД задается как =. Тогда матрица изохронных производных выглядит следующим образом:

(14)

В динамическом методе в уравнение поправок добавляются неизвестные гармонические коэффициента геопотенциала Cnm , Snm или поправки к известным гармоническим коэффициентам:

, (15)

где , и .

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ «КОСМИЧЕСКАЯ ГЕОДЕЗИЯ И ГЕОДИНАМИКА» ДЛЯ СТУДЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 300500

5. ГЛОБАЛЬНЫЕ РАДИО НАВИГАЦИОННЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

Приведем некоторые характеристики о спутниковых системах позиционирования, прошлых, действующих и планируемых.

5.1 Доплеровская система TRANSIT

История TRANSIT начинается со старта космических запусков (4 октября 1957 года). Когда в СССР был запущен Первый спутник, то доплеровское смещение сигналов было использовано для определения орбиты спутника. Впоследствии метод был реализован в обратном порядке таким образом, что, если орбита была известна, то положение приемника можно было определить [ Misra and Eng 2001]. Навигационные системы первого поколения, построенные на базе низкоорбитальных спутников, разрабатывались и вводились в строй в 60–70 гг. В США была разработана система навигации для ВМС под названием NNSS (Navy Navigation Satellite System), впоследствии получила наименование TRANSIT. В ее состав входили спутники типа Oscar и Nova .

Рис. 1. Конфигурация доплеровской спутниковой системы позиционирования TRANSIT (пять спутников на полярных орбитах).

Разработка системы TRANSIT началась в 1959 г., первый спутник был запущен в 1961 г. Система стала пригодна для военного использования с 1964 г. и была реализована для гражданского использования с 1967 г. Спутники ведут передачи на двух частотах (400 и 150 МГц), с фазовой модуляцией навигационных сообщений. Система в рабочем состоянии имеет небольшое количество спутников (4-6) на полярных орбитах с высотой около 1075 км и периодом обращения 107 минут (рис. 1.18), что подразумевает непродолжительное время прохождения в зоне видимости пункта (обычно в пределах 15 минут). Точность вычисления координат источника в системах первого поколения в большой степени зависит от погрешности определения скорости источника. Так, если скорость объекта определена с погрешностью 0,5 м, то это в свою очередь приведёт к ошибке определения координат в 500 м. Для неподвижного объекта эта величина уменьшается до 50 м. Для геодезического использования этой системы были разработаны малогабаритные приемники GEOCEIVER, позволяющие определять координаты с субметровой точностью. С помощью этой системы, в частности, в СССР и затем в России в 1984–1993 гг. была создана доплеровская геодезическая сеть.

Система в ышла из применения в 1996 г.

5.2 Доплеровская система Цикада

Разработки системы ЦИКАДА (другое название «Надежда») начались в СССР в 1963 г. В 1967 г. на орбиту был выведен первый отечественный навигационный спутник «Космос-192».

С РНС « Цикада-М » — это низкоорбитальная, глобальная, доплеровская система, предназначенная для навигационного обеспечения военных морских потребителей ВМС России. С 1990 г. система открыта для использования гражданскими потребителями. Система ограниченно применяется в целях топогеодезической привязки объектов. Прекращение работы системы «Цикада-М» в 1997 г.

Состав системы «Цикада-М» — 6 космических аппаратов (КА), находящихся на круговых орбитах на высоте 1000 км с углом наклонения 83°.
Оборудование наземных средств контроля и управления выработало технический ресурс, а ряд элементов аппаратуры космических аппаратов снят с производства.
КРНС «Цикада» аналогична системе «Цикада-М». В состав системы входят 4 КА, что позволяет при совместном применении сократить дискретность обсерваций.

5.3 Система ARGOS

ARGOS — еще одна спутниковая система, которая использует Доплеровский принцип позиционирования. ARGOS коммерческий проект Французского Национального Центра Космических исследований (CNES), НАСА и Американского Национального Управления по Океанам и Атмосфере (NOAA) и была впервые запущена в 1978 г. Передатчиками управляются пользователи с различных «платформ» (буи, отслеживаемые животные, радиозонды и т. д.), а спутники действуют как приемники (один из двух — Американский метеоспутник TIROS). CNES вычисляет положение и скорость платформ, передает информацию (и счет!) пользователю. Другие такие системы для «подписчиков» включает в себя системы поиска и спасения COSPAS-SARSAT и GEOSTAR. Важное различие состоит в том, что ARGOS по существу спутниковая система слежения, тогда как многие другие системы ( включая GPS) — системы самоуправления.

5.4 Система Галилео

Европейская спутниковая радионавигационная система Галилео разрабатывается по инициативе Европейского Союза и Европейского космического агентства (ЕКА). Галилео должна полностью войти в строй в 2008 г. в результате объединения усилий членов Европейского союза. В проекте предусматривается создание глобальной системы под гражданским управлением. Система должна включать глобальный (космический), региональный и локальный компоненты, а также приемники пользователей и терминалы.

Космический сегмент состоит из 30 спутников, распределенных в трех орбитальных плоскостях с наклонение 56 ° . Рассматриваются другие варианты созвездия Галилео, в частности, с использованием нескольких геостационарных спутников. Высота полета 23616 км, период обращения 14 ч. 04 мин. В запуске планируется выводить от двух до восьми спутников, в зависимости от возможностей ракеты и потребностей группировки. В качестве средств запуска возможно использование ракет-носителей Ариан, Протон и Союз. В космический сегмент входят два Центра контроля, размещаемые в Западной Европе, станции передачи данных и станции мониторинга. Региональный и локальный сегменты представляют инфраструктуру широкозонной и локальной дифференциальных подсистем.

Космическая геодезия (функции, методы и задачи)

Вы будете перенаправлены на Автор24

Космическая геодезия – раздел науки, посредством которого возможно решать практические задачи геодезии с применением результатов наблюдений естественных и искусственных небесных тел.

Указанное научное направление принято называть новой отраслью геодезии, развитие которой официально стартовало после запуска первого искусственного спутника Земли. Для точного определения формы и размеров земной поверхности еще с начала XVIII столетия использовали Луну, которая слишком далеко расположена от нашей планеты, следовательно, точность установления фигуры Земли была крайне низкой.

В дальнейшем ученые разработали ряд методов астрономических наблюдения для целей геодезии:

• применение солнечных затмений;
• покрытие небесных тел Луною;
• фотографирование естественного спутника на фоне звездного неба путем применения специальных фотоприборов, разработанных ученым Михайловым А. А.

Хотя способы наблюдения Луны были в итоге доведены до совершенства, но погрешность была более 300 метров. В конце 1957 года Михайлов заявил, что в будущем Луну комплексно заменит искусственный спутник планеты.

Методы космической геодезии

Рисунок 1. Методы космической геодезии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Основным методом данного раздела в науке является синхронное наблюдение спутника с наземных, основных пунктов.

При этом определяются самые различные показатели относительно положения координат и спутников. Параметрами выступают скорость и дальность изменения предметов, угловое направление точек визирования пунктов, то есть спутник в определенной концепции координат, режимы его движения и трансформация углов.

Готовые работы на аналогичную тему

Основными методами космической геодезии выступают:

• становление опорной геодезической сети и развитие Мировой астрономической системы;
• выявление координат ракет по научным наблюдениям с наземных станций;
• установление положения подводных и надводных кораблей, а также самолетов и машин;
• обеспечение безошибочного картографирования наиболее удаленных и труднодоступных регионов;
• исследование гравитационного внешнего поля Земли и его размеров.

Согласно вышеперечисленных пунктов можно сделать заключение, что преимущество методов космической геодезии заключается в том, что с помощью быстрой передачи координат на расстояние несколько тысяч километров происходит разработка уникальных построений в абсолютной системе координат. Также посредством способов геодезии в астрономии определяют показатели гравитационного поля, которые требуют сравнительно небольшого количеств станций на земной поверхности.

Задачи космической геодезии

На сегодняшний день ученые продолжают изучать принципы и способы космической геодезии, однако основные задачи указанной научной области известны. Среди них:

1. Установление взаимного положения координат в конкретной единой геодезической концепции.
2. Определение местоположения центра эллипсоида относительно центра земных масс.
3. Нахождение точек пунктов в абсолютной системе, которая относится к центру Земли и создана в результате действия мировой геодезической сети.
4. Выявление связи между отдельными геодезическими концепциями.
5. Исследование внешнего гравитационного поля Земли и его формы.
6. Развитие важных фундаментальных постоянных в геодезии.

При решении практически всех научных задач способы космической геодезии имеют значительные преимущества по сравнению с традиционными методами. Это непосредственно связано с тем, что элементарные геодезические установки разрабатываются на отдельных территориях и формируют только слабые геодезические сети. В таком случае расположение эллипсоидов относительно друг друга и центра земных масс невозможно установить посредством полигонометрии и триангуляции. То есть осуществить бесперебойную геодезическую связь всех материков в единую мировую геодезическую систему – нельзя.

Из огромного количества запускаемых на орбиты систем, важное значение для геодезии имеют особенные астрономические объекты, наблюдения на которые позволяют ученым быстро и точно передавать координаты на расстояния в несколько тысяч километров, а также разрабатывать масштабную геодезическую сеть в абсолютной концепции координат, отнесенной к центру масс Земли и определять центральные параметры гравитационного земного поля, причем получать конечные результаты существенно надежнее, чем с помощью традиционных методов.

Кроме того, способы космической геодезии предоставляют возможность применять итоги наблюдений при исследовании дрейфа континентов и движения земных полюсов, а также при установлении фигуры геоида в океанах, что помогает решать проблемы картографирования планеты из космоса.

Системы координат в геодезии

Рисунок 2. Система геодезических координат. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Под этими концепциями координат стоит понимать – земные геоцентрические системы.

Начало их движения – центр земных масс (геоцентр) – координата отсчитывания; вектор Z – параметр вращения Земли относительно северного полюса; центральная плоскость – ось экватора Земли; точка X – пересечение плоскости экватора с показателем меридианы Гринвича OG; ось Y – обогащает систему.

Проблема заключается в том, какую координату считать земным полюсом, какую точку называть экватором, и как корректно задать начальное направление меридиана Гринвича. Вращение Земли вокруг собственной оси подразумевает явление сложной, двойственной природы.

Первые эксперименты определили наличие движения естественного полюса планеты относительно определенной точки, названной Условным Земным Полюсом. С 1899 года специалисты Международной службы широты занимается рассмотрением и объяснением движения полюса.

В движении вектора вращения Земли в космической геодезии выделяют вынужденные и свободные колебания. Период свободных отклонений – примерно 430 суток – амплитуда более 6-10 метров. Именно такие погрешности не регулярны и могут быть установлены из наблюдений.

Квантовые генераторы в космической геодезии

Большие перспективы в измерительной современной технике космической геодезии имеют квантовые оптические генераторы или лазеры. Они помогают точно установить дальность и радиальный параметр скорости с гораздо более высокой точностью, чем посредством радиотехнических методов. Таким образом, исследуемая научная область позволяет уточнить земную форму, безошибочно установить координаты любых пунктов и разработать топографические карты на все районы нашей планеты.

Все это способствует морскому флоту точно находить очертания материков и быстро получать координаты рифов, островов, маяков и других важных морских объектов. Эти данные дают возможность выбирать самые безопасные маршруты движения, обеспечивая тем самым безопасность работы воздушного и наземного транспорта.

В последнее время стремительное распространение получили радионавигационные концепции, среди которых наиболее популярными стали системы, применяющие искусственные земные спутники. Такие устройства обеспечивают навигационной системе масштабность.

Всепогодность современной навигации достигается посредством использования радиоприборов сверхвысокочастотного диапазона. Навигационные установки с применением спутников базируются на измерении показателей относительного движения и положения изучаемого объекта. Подобные сети прочно входят в практику самолетовождения и кораблей, так как помогают с максимальной точностью определять местоположение предметов при любых погодных условиях, в любое время суток.