Супутникова геодезія

Размещено на http://www.allbest.ru

Сутність методів супутникової геодезії

Умовно методи супутникової геодезії можна поділити на : геометричні та динамічні.

Сутність геометричного методу - синхронне спостереження ШСЗ з точок поверхні Землі. В даному випадку ШСЗ розглядається як висока візирна ціль ( для даного методу теорію руху ШСЗ знати не обов'язково). Спостереження виконуються шляхом визначення напрямку вектора, що з'єднує пункти. Такі вектори утворюють утворюють просторову векторну мережу - супутникову тріангуляцію, при обробці якої ми можемо визначити координати нових пунктів в системі опорних координат.

Головна позитивна риса геометричного методу полягає в можливості включити із розгляду теорію руху ШСЗ, а разом з нею фактори, які ускладнюють процес вирахування. [1]

У динамічному методі теорія руху ШСЗ використовується для вирішення задач супутникової геодезії, вона слугує основою для визначення параметрів гравітаційного поля Землі та визначення координат пунктів в абсолютній системі координат (яка віднесена до центру ваги Землі).

Можна розглянути геометричний метод супутникових спостережень за допомогою малюнку:

супутниковий геодезія український станція

Рис.1.Синхронні спостереження

На рисунку вектор r? - геоцентричний радіус - вектор ШСЗ, який визначає положення відносно центру ваги Землі; r? ?₁ - топоцентричний радіус - вектор, який визначає положення ШСЗ відносно точки спостережень на земній поверхні - M₁; R₁ - радіус - вектор, який визначає положення ШСЗ відносно вибраного референц-еліпсоїда; - радіус - вектор, що зв'язує положення центра референц-еліпсоїда з топоцентричним пунктом 0_r та з центром ваги Землі 0.

На даному рисунку видно як пов'язані ці вектори: - фундаментальне рівняння супутникової геодезії. Дане рівняння є вирішенням прямої задачі - визначення положення ШСЗ за відомих координат спостереження (компоненти вектора ) і визначені або виміряні всі три компоненти топоцентричного радіусу r? ?₁ на деякий момент часу. Положення ШСЗ має бути визначене в тій же системі координат, що і координати пункту спостережень.

Проте, для вирішення практичних задач частіше використовують зворотню задачу - визначення топоцентричного пункту Земної поверхні. Цю задачу можна вирішити, якщо відомі компоненти векторів r? ?_1, , r?:

.

Для спрощення вирішення зворотньої задачі при побудові геодезичних мереж засобами супутникової геодезії застосовують синхронні і квазісинхронні спостереження. Якщо в один і той же самий момент часу (синхронно) на пунктах М₁ та М₂ (на малюнку) визначенні або виміряні компоненти топоцентричних радіусів r? ?₁ та r? ?₂, то отримують два векторних рівняння:

Звідки отримуємо:

Якщо відомі координати одного з пунктів, то дане рівняння дає змогу визначити координати другого пункту в системі координат першого, при умові, що визначені компоненти топоцентричних радіусів. [1]

Сучасний стан української мережі станцій супутникової геодезії

Починаючи з 1991 року (після розпаду СРСР) постало питання освоєння супутникових методів спостережень на території України. Вся проблеми по вирішенню різноманітних задач в цій області (діяльність з проблем вивчення обертання Землі, створення мережі станцій лазерно-локаційних спостережень, геодинамічних станцій, що оснащені супутниковими віддалемірами і т.д.) були покладені на Національну академію наук, міністерство освіти і науки України, Укргедезкартографії, Держспоживстандарту, Національного космічного агенства.

Було створено Укргеокосмомережі, основними задачами якої є координація і контроль діяльності національних мереж космічної геодезії, узгодженість їх роботи з відповідними міжнародними службами, створення національної інформаційної геодинамічної бази даних, поширення базових координатних систем на територію України.

В наші дні на території України сформовані та функціонують в рамках Укргеокосмомережі ( Української мережі станцій космічної геодезії та геодинаміки) ряди станцій та мереж:

· мережа перманентних GPS-станцій;

· мережа станцій лазерної локації (ЛЛС) ШСЗ;

· станція радіоінтерферометрії з наддовгими базами (РНДБ);

· центри збору і аналізу геодинамічної інформації.

Стабільне функціонування Укргеокосмомережі сприятиме:

· участі України в міжнародній кооперації зі створення підтримки та метрологічні атестації двох основних систем координат, а саме Міжнародної небесної системи координат (ICRS) і Міжнародної земної системи координат (ITRS);

· розповсюдженню базових систем координат на територію України;

· визначенню параметрів перетворення між цими системами координат на заданий момент часу (розробці і реалізації моделей процесії-нутації, визначенню параметрів обертання Землі: координати полюсу та Всесвітнього часу);

· відтворенню одиниць часу, формуванню, збереженню та розповсюдженню національної атомної шкали часу AT (UA), а також створенню національної шкали Координованого Всесвітнього часу - UTC (UA).

Рис.2.Мережа перманентних GPS - станцій

В Україні відкрито 10 перманетних GPS - станцій (Рис.2.): “Київ-Голосіїв”, “Ужгород”, “Полтава”, “Сімеїз”, “Миколаїв”, “Львів”, “Харків”, “Євпаторія”, “Алчевськ”, “Шацьк”. Більшість українських станцій входить до мережі GNSS - служби та Європейської перманентної GPS - мережі (EPN). [1]

Рис.3. Мережі станцій лазерної локації ШСЗ

Українська мережа станцій лазерної локації ШСЗ є регіональною складовою відповідної міжнародної мережі, яка входить до Міжнародної служби лазерної локації (ILRS). Вона координує проведення лазерних спостерезень ШСЗ і Місяця з метою підтримки астрономічних, геодезиних та геофізичних досліджень. Міжнародна ЛЛС-мережа об'єднує станцій лазерної локації, розташованих у більш ніж 30 країнах світу.

Украхнська мережа має в собічотири станції лазерної локації: “Київ-Голосів”, “Львів”, “Сімеїз”, “Кацівелі”.

В Україні станції радіоінтерферометрії з наддовгими базами (РНДБ-станції) є складової міжнародної мережі РНДБ станцій, яка входить в Міжнародну РНДБ-службу (IVS).

Українська РНДБ-мережа представлена лише однієї діючою станцією “Сімеїз” та станцією, яка працює лише в екстреальному режимі (Євпаторія).

Рис.4. Українська РНДБ

Системи координат і системи виміру часу в супутникових технологіях

Положення світила на небесній сфері визначають за допомогою сферичних координат (б;д). Для того, щоб вирішити це завдання, потрібно на небесній сфері обрати два взаємно перпендикулярних великих кола, одне з яких приймається за основне, а інше - за початкове. Одна з точок перетину цих двох кіл приймається за початкову в даній системі координат.

Горизонтна система координат

В горизонтній системі координат основним колом являється небесний (астрономічний) горизонт. За початкове коло беруть небесний мередіан PZP'Z', а за початкову точку - точку півдня S.

Для того, щоб визначити положення світила у проводять дугу ZуZ' - вертикал сітила.

Рис.5.Горизонтна система координат

Першою кординатою в горизонтній системі координат буде дуга Mу - висота світила h. Ця дуга відраховується від небесного горизонту NS до самого світила у (від 0^о до 90^о пн.ш.; від 0^о до -90^о пд.ш.). Часто замість висоти використовують її доповнення до 90^о,тобто, дугою Zу, яку називають зенітною відстаню Z.

Мале коло dуd' - це алмукантарант світила; всі світила, що знаходятьсяна одному алмукантараті мають однакову висоту та зенітну відстань:

h+z=90^o. [1]

Другою координатою в цій системі буде дуга A, відрахована ід точки півдня S до основи вертикала світила. Або ж А - це двохгранний кут між площинами небесного мередіана та вертикалом світилом. Цей кут називається азимутом світила А (відраховується від 0^о до 360^о за ходом годинниквої стрілки).

Для спостерігача світило змінює своє положення, оскільки воно переміщається по добовій паралелі світила bуb'. Це є причиною того, що горизонтальні координати в даному пункті в різний час доби будуть різними.

Також горизонтні координати залежать від географічного положення місця спостереженнь, оскільки, прямовисні лінії в різних точках поверхні Землі будуть мати різні напрямки. [1]

Перша екваторіальна система координат

В першій екваторіальній системі координат основним колом є небесний екватор, початкове коло - небесний мередіан, а початковою координатою точкою системи - верхня точка екватора Q.

Размещено на Allbest.ru