23. Движение спутника в сводном полете. Понятие возмущенного движения и виды возмущений. Основные принципы Лагранжа.

Свободный полет – это действие на космический аппарат гравитационных и инерционных сил. В свободном полете на ИСЗ действуют силы, обусловленные: 1. нецентральным полем тяготения, вызванными не сферичной фигурой Земли и неправильное распределение масс внутри Земли; 2. Влияние гравитационных полей, солнца, луны, планет и других небесных тел. 3. Сопротивление атмосферы. 4. Давление прямой и отраженной солнечной радиации. 5. Лунно-солнечными приливами. 6. Релятивистскими эффектами.

Эти силы называются возмущающими силами, а движение спутников в полете этих сил – возмущающим движением. Вызываемые этими силами ускорения в движении спутника называется возмущающим ускорением. Наибольшее возмущение при движении спутника происходит от сжатия Земли. Возмущения бывают: вековые и периодические. Вековыми называются возмущения в долготе восходящего узла и в аргументе перицентра имеются возмущения линейно связанные со временем. Возмущение, вызванное, сжатием Земли приводит к вращению плоскости орбиты относительно оси вращения Земли (прецессия орбиты ) и вращение орбиты эллипса в плоскости самой орбиты. В наклонение орбиты и эксцентриситете имеются только короткопериодические возмущения от сжатия.

При изучении возмущающего движения используется принцип Лагранжа, согласно которому возмущающее движение спутника происходит по орбите, элементы которой меняются со временем, так как в каждый момент времени возмущенная орбита совпадает с Кеплеровой орбитой, имеющей с ней общий радиус вектор спутника и вектор скорости – оскулирующая орбита. Если известны элементы орбиты на некоторый начальный момент времени, то после определения возмущающего ускорения и подставив их в дифференциальное уравнение возмущенного движения можно решить аналитическим и численным методами. Аналитический – решение в виде формул, позволяющих найти параметры движения в виде элементов орбиты или координат и скоростей ИСЗ на любой момент времени. Численный – решение в виде таблиц, значений параметров движения, задаваемых с шагом интегрирования Δt.

24. Прямые и обратные задачи космической геодезии. Основное уравнение космической геодезии. Методы космической геодезии.

Основное уравнение космической геодезии состоит из прямой и обратной задач космической геодезии. Прямая задача космической геодезии позволяет определить координаты спутника по координатам пункта наблюдения , Обратная задача: - получение координат пункта на Земле по координатам спутника. О – центр масс Земли, Оxyz – геоцентрическая СК. O’ – это Квазегеоцентр. O’x’y’z’ – Квазегеоцентрическая СК. М – пункт наблюдения. - топоцентрическая СК. m – спутник. r – геоцентрический радиус-вектор спутника. r’ – квазегеоцентрический радиус вектор спутника. – топоцентрический радиус-вектор спутника. R – геоцентрический радиус-вектор пункта. R’ – радиус-вектор пункта. – вектор сдвига. γ – небесная система координат G – земная СК (Гринвич). - средняя СК. γG – это мгновенная СК. γ˚,G˚ - фундаментальная эпоха.

Методы космической геодезии.

1- Геометрический метод – в основе метода лежит использование ИСЗ как высокой визирной цели. При этом не нужно знать теорию его движения. Используют синхронные и квазисинхронные наблюдения с нескольких пунктов. Достоинства: исключена теория движения ИСЗ, нет необходимости учитывать факторы, влияющие на возмущение орбиты. Результат данного метода – относительные определения координат. Недостатки: ограничение длины линии на земной поверхности (самая большая длина стороны 8 тыс.км.), данный метод подвержен внешним условиям.

Три типа геометрических построений:

1) Построение отдельных фигур или засечек для определения уединенных пунктов (привязка). Для реализации используют классические методы построений: метод хорд, метод плоскостями синхронизаций.

2) Построение рядов для передачи систем координат на большие расстояния. Используют для привязки уединенных геодезических систем.

3) Развитие сплошных сетей. Используются для обеспечения сплошных территории единой ск и для создания сети пунктов с необходимой точностью.

Особенности сетей: все измерения являются односторонними, положение ИСЗ получают с меньшим весом и наблюдают с нескольких пунктов.

2- Динамический метод. Является более сложным, так как основан на изучении эволюции орбиты ИСЗ во времени – необходимо располагать адекватной моделью движение ИСЗ. Данный метод позволяет получить абсолютные значения координат (привязаны к центру масс Земли) и возможность определить внешнего гравитационного поля Земли. Этот метод решает основную задачу космической геодезии. Задачи динамического метода: 1 – определение и уточнение параметров геопотенциала по возмущениям орбит ИСЗ, 2 – совместное определение параметров геопотенциала и координат пункта по наблюдениям положения ИСЗ.

3- Орбитальный метод – это модификация динамического метода. В данном методе используется уточнение действующих на ИСЗ сил. По измерениям определяют координаты пункта и элементы орбиты. Если предположить, что элементы орбиты известны (постоянны), то получаем упрощенный орбитальный метод. Координаты определяем путем обратной пространственной засечки.

Общие принципы орбитального метода: простейшую схему передачи координат данным методом применительно к единичной спутниковой орбите представляют совокупностью задач:

1) Уточнение параметров орбиты спутника по наблюдениям с наземных пунктов.

2) Прогнозирование уточненных в эпоху Т элементов орбиты ИСЗ на момент времени t_i наблюдений с определяемого пункта.

3) Определение координат изолированного пункта по выполненным с него наблюдениям спутника.

Достоинства: автономность определения координат пунктов – возможность определения положения пункта без непосредственно геометрической связи с другими пунктами. В данном методе прямые и обратные задачи объединяются под условием принадлежности всех наблюдений одной и той же орбите. Часть орбиты, обеспеченная наблюдениями, называется мерной дугой. Её можно наблюдать день, неделю, месяц и т.д. для получения координат.

25.Спутниковыерадионавигационные системы GPS и ГЛОНАСС. Принципы функционирования и значение спутниковых технологий в геодезии.

GPS – глобальная система позиционирования, а ГЛОНАСС – глобальная навигационная спутниковая система. Система GPS состоит из 3х сегментов: космического, контрольного и сегмента пользователей. Российская система состоит из подсистемы космических аппаратов, подсистемы контроля и управления и подсистемы аппаратуры пользователей. Американская система GPS и Российская ГЛОНАСС при полном развертывании состоит из 24 спутников, вращающихся на орбитах с высотой около 20 000 км. Спутники непрерывно передают сигналы, содержащие информацию об их положении и точном времени, а так же дальномерные коды, позволяющие измерить расстояние. С помощью спутниковых приемников определяют координаты имеющих либо время прохождения сигнала от нескольких спутников до приемника, либо фазу сигнала на несущей частоте. В первом случае расстояние измеряется с метровым уровнем точности, во втором случае с миллиметровым уровнем точности. Каждый приемник может производить измерения либо независимо от других приемников, либо синхронно с любыми приемниками. В первом случае называется абсолютным методом, достигает точность однократного определения координат по кодам порядка от 1 до 15 метров. Более высокую точность можно определить по фазовым измерениям. При таком методе наблюдения один из приемников обычно располагается в пункте с известными координатами, тогда положение остальных приемников можно определить относительно первого приемника с точностью несколько миллиметров. Относительный метод (от 1 до 1000 км). Метод GPS измерений можно разделить на: статический и кинематический. При статических измерениях приемник на пункте находится в неподвижном состоянии, наблюдение составляет от 5 минут до нескольких часов и даже суток, в зависимости от требуемой точности. В кинематических измерениях один приемник находится на опорном пункте, другой движении. Точность такого спутника немного меньше, чем статического. Внедрение спутниковых систем в геодезию обусловлено рядом прогрессивных возможностей: 1- широкий диапазон точностей. 2- при построении геодезических сетей не нужна необходимость прямой видимости, поэтому не нужно строить высокие знаки, сигналы. 3- спутниковые технологии производительнее, чем обычнее. 4- Кинематические измерения ценны в морской геодезии, аэрофотосъемки, так как не нужно производить привязку опознаков. 5- независимость от погоды. 6- быстрая обработка и уменьшение ошибок. 7- одновременно могут определить координаты. 8- обеспечить непрерывное наблюдение в режиме реального времени.

Области применения: создание и сгущение геодезических сетей; топографическая съемка карт и планов, специальная и тематическая съемка; сбор данных для ГИС; мониторинг природных ресурсов; создание земельного кадастра; создание цифровых карт; фотограмметрия; точная навигация и управление транспортом; гидрография; военные и разведочные службы и т.д.