Лекція 1

Предмет і задачі супутникової (космічної) геодезії

Супутникова геодезія розв’язує наукові та практичні задачі вищої геодезії, а також задачі інженерної геодезії і створення кадастру на основі супутникових спостережень.

Задачі супутникової геодезії поділяються на дві частини.

Упершій частині задачі супутникової геодезії, в основному, співпадають із науковопрактичними задачами вищої геодезії і полягають у визначені фігури (форми і розмірів), зовнішнього гравітаційного поля Землі (геопотенціалу) та параметрів її обертання (координат полюса і нерівномірності добового обертання Землі).

Удругій частині – включають визначення:

-геоцентричних (земної та інерціальної) систем координат;

-плането-центричних систем координат;

-параметрів гравітаційних полів Місяця і планет;

- астрономічних і геодезичних сталих (гравітаційних параметрів Землі f M ), Сонця, Місяця та планет сонячної системи, кутової швидкості добового обертання Землі та планет та інших сталих).

Геодезичні супутники

Для супутникових спостережень можна використовувати супутники будь-якого призначення (військові, наукові, радіо-, теле-ретрансляційні, зв’язку тощо), але щоб отримувати найвищої точності результати визначень координат пунктів, параметрів обертання Землі, параметрів геопотенціалу та ін. необхідно спостерігати спеціальні геодезичні супутники.

Вони бувають пасивні та активні.

Пасивні супутники мають форму кулі малого діаметру до 30-32 см, велику масу 700900 кг, поверхня яких вкрита кутниковими відбивачами для лазерних спостережень.

Активні супутники мають різну форму, частіше геометрично правильну, на борту яких є апаратура для передачі радіоабо світлових сигналів для спостережень, атомний стандарт частоти для генерування сигналів і, як атомний годинник, комп’ютер для опрацювання інформації та керування роботою апаратури. Також сонячні батареї, як джерело живлення, та реактивні двигуни для корекції орбіти і орієнтування супутника.

Види орбіт ШСЗ

Орбіти супутників поділяються за висотою і формою орбіти. За висотою орбіти розрізняють як:

низькі, висота орбіти менше 2000 км;

високі, висота орбіти вище 2000 км до < 35000 км;

геостаціонарні, період обертання супутника приблизно співпадає з періодом добового обертання Землі (висота орбіти біля 36000 км);

за геостаціонарні.

За формою орбіти бувають:

•колові, коли ексцентриситет орбіти е = 0;

•еліптичні, коли ексцентриситет орбіти 0 < е < 1;

При подоланні відстані між небесними тілами орбіта супутника може також приймати і такі форми:

параболічну, коли ексцентриситет орбіти е = 1;

гіперболічну, коли ексцентриситет орбіти е > 1.

Методи космічної геодезії

Для розв’язування задач супутникової геодезії існують методи космічної геодезії, які розвивалися в залежності від точності технологій вимірювань та точності моделей сил, що визначають рух супутника, вони наступні:

1)геометричний;

2)орбітальний;

3)динамічний;

4)оперативний.

У геометричному методі космічної геодезії на основі синхронних фотографічних спостережень з двох або більшої кількості пунктів визначають координати невідомих пунктів у системі координат вихідних.

Координати пунктів визначаються побудовою просторових засічок і мереж космічної тріангуляції.

При цьому законів руху супутника знати не треба, супутник використовується як висока візирна ціль для передачі координат.

В орбітальному методі на основі будь-яких супутникових вимірів із багатьох пунктів, розміщених по всій поверхні Землі та високоточного прогнозування руху ШСЗ визначаються параметри його орбіти і координати пунктів. При цьому моделі сил, під дією яких рухається супутник не визначаються, тому це окремий випадок динамічного методу.

Динамічний метод космічної геодезії є найбільш загальним методом визначення будь-яких параметрів, що входять у модель руху ШСЗ. В цьому методі на основі також будь-яких супутникових спостережень визначаються і параметри орбіти супутника, і координати пунктів спостереження, і параметри обертання Землі, і параметри її гравітаційного поля та параметри інших моделей сил, під дією яких рухається супутник.

Оперативний метод космічної геодезії виник у зв’язку з розвитком глобальних навігаційних супутникових систем і є комбінацією геометричного і орбітального методів тому, що будуються засічки і використовуються координати вихідного пункту, як у геометричному методі, але при цьому базуються на орбітах супутників, як в орбітальному методі.

При цьому координати супутників визначаються наперед і передаються з супутниковим сигналом у земній системі координат.

Основне рівняння космічної геодезії

Уосновному рівнянні космічної геодезії зв’язані залежністю три вектори (рис.):

геоцентричний радіус-вектор супутника,

топоцентричний радіус-вектор супутника і

геоцентричний радіус-вектор пункту.