Питання на екзамен

62. Методи супутникових спостережень (Антонович К.М. Использование

спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Том 1.- М., 2005.-

334 с..pdf) 236

Для виконання супутникових вимірювань застосовуються такі методи

статичний (Static);

бистростатіческій (Fast Static, Rapid Static);

псевдокінематіческій (псевдостатіческій, реоккупації);

кінематичний.

Статичний метод передбачає, що вимірювання виконуються між двома (і більше) нерухомими приймачами тривалий період часу.

Бистростатіческій метод передбачає зменшення часу спостережень (до 5- 10 хвилин) в статичному методі за рахунок оптимального використання всіх доступних якісних вимірів при двох частотах. Обов'язковою умовою є використання двочастотних приймачів.

Псевдокінематіческій метод передбачає зменшення часу вимірів в порівнянні зі статичним методом за рахунок спільного використання двох 5-10 хвилинних періодів спостережень, розділених годинним (і більше) інтервалом, з тим щоб змінилося взаємне розташування спостережуваних супутників.

Кінематичний метод передбачає виконання одночасних спостережень між нерухомим (референцних) і мобільним приймачами. Для виконання методу необхідно на першому пункті виконати так звану ініціалізацію (рішення неоднозначності) і при переміщенні мобільних приймачів між пунктами необхідно підтримувати постійний захоплення 4-5 супутників. При втраті захоплення повторюється процедура ініціалізації. Метод має два різновиди: так звані Stop & Go ( "Стій-Іди", "Зупинка-Переїзд") кінематика і кінематика в режимі реального часу (Real-Time Kinematic - RTK).

Stop & Go кінематика передбачає фіксацію антени мобільного приймача на визначених пунктах для виконання вимірювань протягом близько 1 хвилини.

RTK аналогічна Stop & Go кінематики за технологією виконання польових робіт, але різниться за технологією обробки. RTK заснована на передачі поправок у виміри псевдодальностей від референцних приймача до мобільного через пристрій зв'язку (радиомодем). При спільній обробці вимірювань референцних і мобільного приймачів визначаються координати пункту, на якому встановлений мобільний приймач. Результати, на відміну від інших методів, видаються негайно після виконання вимірювань.

Точність вимірювань сучасними геодезичними супутниковими приймачами залежить від типу приймача і обраного методу вимірювань. Стандартні показники точності наведені в таблиці 4:

Точність геодезичних висот, як правило, в 1,5 рази нижче точності визначення векторів.

Точність супутникових вимірювань забезпечується при нормальних умовах спостережень, які повинні відповідати наступним вимогам:

1)Мінімальна кількість спостережуваних супутників - 4-5.

2)Значення DOP (Dilution Of Precision) не більше 4 (або інше паспортне значення) на всьому протязі вимірювань.

3)Відсутність невідновлювальних збоїв (пропусків циклів - Cycle Slip) при прийомі супутникових сигналів на всьому протязі вимірювань.

4)Мінімальний кут піднесення спостережуваних супутників над горизонтом - не менше 15 °.

5)Відсутність перешкод, що перешкоджають прийому сигналу або спотворюють сигнал (багатоколійних).

6) Нормальне атмосферний вплив.

63. Моделі руху супутника (незбурений і збурений). (Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Том

1.- М., 2005.- 334 с..pdf) 76 і 69

Не збурений

(http://www.miigaik.ru/upload/iblock/887/8874bf46b7c6b966cc785e70e2c6fdc3.pdf)

Необуреним рух супутників називають ще кеплерова рухом

Стосовно до руху планет Сонячної системи закони Кеплера можна сформулювати наступним чином:

Перший закон. Кожна планета Сонячної системи рухається по еліпсу навколо Сонця, що знаходиться в одному з його фокусів.

Другий закон. Площа, замітає геліоцентричним радіусвектором планети, пропорційна часу.

Третій закон. Ставлення квадратів періодів обертання планет

навколо Сонця пропорційно відношенню кубів їх великих півосей.

Висновок диференціальних рівнянь руху ШСЗ заснований на

трьох законах Ньютона і закон всесвітнього тяжіння Ньютона, що заклали основи динаміки. Три закони Ньютона можна сформулювати наступним чином.

Перший закон. Кожне тіло залишається в стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки воно не буде виведено з

цього стану під дією сили, яка додається ззовні.

Другий закон. Швидкість зміни імпульсу тіла пропорційна доданої силі і спрямована уздовж лінії дії сили.

Третій закон. Кожній дії відповідає однакову і протилежно спрямована протидія.

Збурений

У вільному польоті на ШСЗ, крім центральної сили тяжіння, діють також сили, обумовлені [Баранов та ін., 1986; Балк, 1965]: нецентральним полем тяжіння, викликаним несферичністю Землі і неправильним розподілом мас всередині неї;

впливом гравітаційних полів Сонця, Місяця, планет і інших небесних тіл; опором атмосфери;

тиском прямий і відображеної сонячної радіації; місячно-сонячними приливами; релятивістськими ефектами і ін.

У супутників, що мають на борту запаси палива, прискорення можуть виникати через витік газів з паливних контейнерів.

Якщо відомі елементи орбіти на деякий початковий момент t0, які називають початковими умовами (НУ), і є модель сил, що обурюють, то після визначення збурюючих прискорень і

підстановки їх у рівняння (3.43), останні можна вирішити аналітичним або чисельним методом. В аналітичному методі рішення виходить у вигляді формул, що дозволяють знайти параметри руху у вигляді елементів орбіти або

координат і швидкостей КА на будь-який момент часу t. У чисельних методах рішення відшукується у вигляді таблиці значень параметрів руху

64. Збурюючі сили, що впливають на рух супутника. (76 стр Антонович К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. Том 1.- М., 2005.- 334 с..pdf)

У вільному польоті на ШСЗ, крім центральної сили тяжіння, діють також сили, обумовлені [Баранов та ін., 1986; Балк, 1965]: нецентральним полем тяжіння, викликаним несферичністю Землі і неправильним розподілом мас всередині неї; впливом гравітаційних полів Сонця, Місяця, планет і інших небесних тіл; опором атмосфери;

тиском прямий і відображеної сонячної радіації; місячно-сонячними приливами; релятивістськими ефектами і ін.

У супутників, що мають на борту запаси палива, прискорення можуть виникати через витік газів з паливних контейнерів.

1.Класифікація методів супутникових спостережень

-Радіоінтерферометрія з наддовгою базою

метод вимірювання координат радіоджерел за допомогою інтерферометрів, рознесених на великі відстані (понад 1000 км). Об'єктами спостережень є радіоджерела далекого космосу з незначними власними рухами, здебільшого квазари, активні ядра галактик. Антена є на кожному материку. Це основні центри для визначення координат. Цей метод є найточнішим методом визначення часу зв’язаного з обертовим рухом Землі.

-Лазерна локація ШСЗ

Вимірювання віддалей світловіддалеміром. Він подає імпульс зі Землі до супутника на якому є відбивачі (оптичні) і віддалемір вимірює віддаль. Вимір віддалі до супутника( супут.трилатерація) дає можливість визначити координати супутника, проводити моніторинг, створювати геодез.мережі.

Основне – визначення центру мас Землі, який змінюється до кількох мм( за рік до 5 мм), а якщо змінюється центр мас, то змінюються всі координати.

Центр мас Землі визначається в супутниковій геодез. Відносно еліпсоїда. Для визначення віддалі потрібен атомний годинник, щоб точно визначити координати супутника.

-Супутникові радіонавігаційні виміри

(ГЛОНАСС, GPS) Це задачі повсякденної геодезії.

-Супутникова альтиметрія

Вивчає поверхню геоїда. Супутники мають лазерний віддалемір, яким вимірюють віддаль до поверхні океану. Результати збираються в центрах спостережень (інформації). Точність невелика, близько 2 м. Зі сукупністю цих вимірів визнач.поверхню океану, а тому поверхню геоїда.

-DORIS

Виконуються знімки для визнач.деформації земної поверхні, тобто це моніторинг поверхні Землі.

- INSAR – це нова система, яка працює з допомогою двох супутників, один з яких посилає сигнал на Землю, а інший приймає відбитий сигнал.

-Супутникова градієнтометрія

Супутник має антени, по яких вимірюється сила тяжіння і визначається поверхня геоїда.

2.Зоряна топоцетрична система координат

В горизонтній системі координат пункт спостережень є початком.ЇЇ ще називають топоцентричною. Основною лінією є прямовисна лінія на небесній сфері, утв.дві точки – точки зеніту і надиру.PnPs – лінія ІІ вісі обертання Землі. На небесній сфері вона утв.Пн небесний полюс і Пд неб.пол.

Великим колом на небесній сфері є переріз площиною, яка проходить через початок системи коодинат. Всі решта площини при перерізі з небесною сферою утв.малі кола. Велике коло, яке проходить через точки зеніту і надиру, Pn,Ps назив. астрономічним меридіаном. Велике коло, яке проходить через точки зеніту і надиру і площина якого є перпендикулярною до площини астроном.меридіану назив. першим вертикалом.

Основною площиною через системи координат є площина горизонту, тобто та, яка перпендикулярна до прямовисної лінії. Астроном.меридіан при перетині з площиною горизонту утворює дві точки: точку Півночі і Півдня. Перший вертикал при перетині з площиною горизонту утв.дві точки: точку Сходу і Заходу.В горизонтній системі координат викор. дві координати – це А(азимут), і h(висота над горизонтом).

А – це двогранний кут між площиною астрономічного меридіана і площиною вертикала заданого об’єкта. Геодез.азимут відлічується від точки Пн,а астрономічний від точки Пд. І відлічується за ходом годинникової стрілки.

h – це кут в площині вертикала заданого об’єкта між топоцентричним напрямком даного об’єкта і його проекцією на площину горизонту. В напрямку зеніту h зростає від 0 до+90, в напрямку надиру від 0 до -90. Замість h іноді використовують параметр z – зенітна віддаль – це кут між прямовисною лінією і топоцент. напрямком даного пункту.

3.Системи часу які застосовуються в космічній геодезії.

Всупутниковій геодезії використовуються три основні системи вимірювання часу:

- Система зоряного часу; Система сонячного часу; Система атомного часу.

Перші дві системи зв’язані з обертовим рухом Землі, система атомного часу є незалежна від обертового руху Землі.

Зоряний час – це годинний кут точки весняного рівнодення, або – це сума прямого сходження і годинного кута.

Всонячній системі координат точкою відліку є центр сонячного диску. Розрізняють справжній сонячний час і середній сонячний час. Справжньою сонячною добою є проміжок часу між двома послідовними нижніми кульмінаціями справжнього Сонця на місцевому меридіані. Середньою сонячною добою є проміжок часу між двома послідовними нижніми кульмінаціями середнього Сонця на місцевому меридіані.

Всистемі атомного часу за одиницю часу прийнято атомну секунду, що відповідає резонансній частоті квантового переходу надтонкої структури. Точність виміру атомної секунди становить 10^(-13).

4.Предмет та задачі супутникової геодезії

Супутникова геодезія – це розділ геодезії, у якому вивчаються методи визначення взаємного положення точок на земній поверхні, розмірів і фігури Землі, параметрів її гравітаційного поля на основі спостережень штучних супутників Землі. Предмет супутникової геодезії є теорія використання ШСЗ, космічних апаратів і Місяця для розв’язку геодез.задач, способи визначення і уточнення орбіт, обчислення ефемерид, вимоги до геодез.супутників у залежності від параметрів орбіт і складу бортової апаратури, вимоги до розташування наземних станцій спостереження і їх апаратурної бази, інструменти та методи спостереження супутників, а також питання опрацювання а інтерпритації отриманих результатів.

Основними задачами супутникової геодезії є:

-Визначення фундаментальних постійних, які характеризують форму, розміри, та добовий рух Землі, Місяця та планет, а також зміни цих фундаментальних постійних в часі;

-Створення геоцентричної та планетоцентричної системи координат;

-Визначення положення референц-еліпсоїда відносно центра мас Землі;

-Визначення гравітаційного поля Землі і поверхні геоїда;

-Координування об’єктів.

5.Геометричний метод космічної геодезії

Геометричний метод грунтується на синхронному фотографування ШСЗ на фоні зоряного неба мінімум з двох пунктів поверхні Землі. Такі спосереження дають можливість визгначити напрям вектора, який з’єднує ці пункти. Множина таких векторів утворює векторну просторову систему, яка назив.космічною тріангуляцією. Таким методом можна

будувати мережі зі сторонами порядку 1,5-2000 км, а також зв’язати материки та острова в єдиній системі координат.

Перевагою геом.методу є те, що він виключає знання теорії руху супутника, а також фактори, які складно врахувати(коливання орбіти, аномалія гравітації, опір атмосфери) Недоліки геом.методу:

-При цьому методі визначаються лише відносні положення нових пунктів в системі вихідних координат.

-Неможливо прив’язати мережу космічної тріангуляції до центру мас Землі.

В основі методу лежить фундаментальне рівняння супутникової геодезії. По суті воно пов’язує три вектори r,r’,R. r – вектор, що з’єднує центр мас Землі і ШСЗ – геоцентричний вектор упутника. r’ – з’єднує пункт Р з ШСЗ – топоцентричний вектор супутника. R – з’єднує початок референцної системи з пунктом.

r = r’+R+ΔR R = r- r’ – ΔR

6.Система сонячного часу

Точкою відліку в цій системі є центр сонячного диску. Розрізняють справжній сонячний час і середній сонячний час. Справжньою сонячною добою є проміжок часу між двома послідовними нижніми кульмінаціями справжнього Сонця на місцевому меридіані. За початок справжньої сонячної доби на певному меридіані приймається момент нижньої кульмінації Сонця (справжня північ). Але тривалість справжньої сонячної доби не є постійною величиною.Це пов'язано з двома причинами: кутом нахилу екліптики до площини екватора і зміною кутової швидкості обертання Сонця навколо Землі. Проекції двох дуг одинакової довжини на площину екватора будуть різними за довжиною внаслідок кута нахилу екліптики до екватора і екліптичності орбіти сонця. З законів Кеплера відомо, що швидкість руху тіла на екліптичній орбіті є змінною, а орбіта Сонця екліптичною. З цього випливає, що кожна справжня сонячна година і доба є іншою. Тому було введено поняття середнього сонця. Середнє сонце – це фіктивна точка, яка рівномірно рухається вздовж небесного екватора, і за той же проміжок часу (рік), що і Сонце, повертається до точки весняного рівноденняϓ. Середньою сонячною добою є проміжок часу між двома послідовними нижніми кульмінаціями середнього Сонця на місцевому меридіані.

Відповідно сонячний час Т☼ - це год.кут Сонця + 12 год. Середня сонячна доба є довшою від зоряної на 3хв.56с. Справжнє Сонце збігається зі Середнім 3 січня і 4 липня.

7.Орбітальний метод космічної геодезії

Це метод похідний від динамічного. Він полягає у сумісному визначенні координат пунктів та елементів орбіти ШСЗ за сукупністю вимірів, виконаних на цих пунктах спостережень, при цьому параметри гравітаційного поля вважаються завчасно відомими і незнімнними.

Орбіта супутника визнач. в геоцентричній системі координат і координати пункту визначаються в тій же системі. Проте, для цього методу потрібний складний математичний апарат.

8.Класифікація методів супутникових спостережень. ( 1 питання)