Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Арнольд К. Методы спутниковой геодезии

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.75 Mб
Скачать

K U R T A R N O L D

METHODEN

D E R S A T E L L I T E N G E O D A S I E

A K A D E M I E — V E R L A G • B E R L I N • 1970

К У РТ АРНОЛЬД

МЕТОДЫ

С П У Т Н И К О В О Й Г Е О Д Е З И И

Перевод с немецкого

И. И. Краснорылова и К. Д. Сергазиной

Под редакцией А. Н. Кузнецова

И ЗД А Т ЕЛ Ь С Т ВО «Н Е Д Р А» • М о с к в а • 1973

У Д К 528 : 629.195 (808.03)

Арнольд К. Методы спутниковой геодезии. Перевод с немец­ кого под редакцией доктора техи. наук профессора Кузнецова А. Н. М., «Недра», 1973. 224 с.

Монография К. Арнольда посвящена самому молодому разделу геодезической науки — спутниковой геодезии.

Автор рассматривает основные проблемы спутниковой геоде­ зии, используя результаты, полученные из наблюдений спутников учеными разных стран.

В книге содержатся необходимые сведения из небесной меха­ ники, рассматриваются методы наблюдений и данные о приме­ няющейся для этих целей аппаратуре, излагаются координатная проблема, вопросы составления эфемерид и вычисления орбит.

Основное внимание автор сосредоточивает на геометрическом п динамическом методах спутниковой геодезии, позволяющих решать многие вопросы, связанные с изучением формы и размеров Земли и параметров ее гравитационного поля. Делается попытка интерпретировать результаты спутниковой геодезии.

Книга представит несомненный интерес для геодезистов, гравиметристов, астрономов, инженерно-технических работников и может быть использована в качестве учебного пособия студен­ тами и аспирантами соответствующих специальностей.

Таблиц 16, иллюстраций 51, список литературы — 159 назва­

ний.

Гоо. пубп-ичная научно-. -:х-:н-: ;• ; т я

-:г <;ОС8 »

ч и т л , л - ; е г о з л л а

А

0271—198

 

131 73

0 4 3 ( 0 1 ) - 7

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы на основе использования наблюдений спутников для целей геодезии появилась быстро развивающаяся область науки— спутниковая геодезия. Благодаря новым возможностям теперь могут быть решены задачи, которые было трудно или даже невоз­ можно решить прежними методами геодезии. В книге освещены главным образом основные методы, применяющиеся в спутниковой геодезии. Отдельные числовые результаты, которые были получены в последнее время этими методами, изложены более кратко.

Из-за большого числа введенных сокращенных обозначений нельзя было избежать отдельных случаев, когда для двух различ­ ных понятий применялся одинаковый символ. Однако эти понятия настолько далеки друг от друга, что едва ли могут возникнуть недо­ разумения.

Я благодарю своих коллег доктора Д.|Шоепса идоктора Л. Штанге за просмотр рукописи и полезные замечания.

Потсдам, декабрь 1968

Автор

ПРЕДИСЛОВИЕ

К

ПЕРЕВОДУ

 

 

После запуска

4 октября 1957 г. первого в мире советского

ис­

кусственного спутника

Земли широкое развитие

получили наряду

с классическими методами решения геодезических

задач новые

ме­

тоды. В основе этих методов лежит использование наблюдений искус­ ственных спутников Земли (ИСЗ) и других космических объектов.

Применение спутникового геометрического метода позволило за короткий срок создать геодезические построения с расстояниями между пунктами в несколько тысяч километров и установить связь между разными геодезическими системами.

Спутниковый динамический метод позволяет определять пара­ метры, характеризующие внешнее гравитационное поле Земли, и созда­ вать геодезические построения в единой системе координат с началом в центре масс Земли. В дальнейшем по мере улучшения теорий дви­ жения и повышения точности наблюдений ИСЗ значение динамиче­ ского метода будет увеличиваться.

Следует отметить большую перспективность методов спутниковой геодезии в будущем для решения следующих геодезических задач.

Повышение точности лазерных наблюдений создаст предпосылки для использования наблюдений спутников с целью изучения дрейфа континентов и движения земных полюсов. Особенно полезными мо­ гут оказаться при этом стационарные ИСЗ, оснащенные уголковыми отражателями. Для решения этой задачи можно использовать также отражатели, установленные на Луне.

Применение спутникового динамического метода позволит иссле­ довать возможные изменения гравитационного поля Земли во вре­ мени, а также определить фигуру геоида в океанах, причем для успешного решения последней задачи потребуются высотомеры, обеспечивающие высокую точность.

Обобщением и развитием задач и методов спутниковой геодезии является использование искусственных спутников Луны и планет для изучения этих объектов геодезическими методами: создание

опорных сетей,

определение

параметров гравитационных

полей

и формы, составление топографических и специальных карт.

 

Монография

К. Арнольда

«Методы спутниковой геодезии»

была

издана в ГДР в

1970 г. В книге (главы 2—4) приведены сведения

из теории движения ИСЗ. Достаточно подробно рассмотрены факторы, вызывающие возмущения в движении искусственных спутников. Теория возмущений излагается в основном с использованием разра­ боток Каулы, Козаи и Мерсона. Приведены сведения о возмущениях в движении реальных спутников.

Аппаратуре и методам наблюдений ИСЗ посвящена в книге гл. 5. Здесь же приведены данные о спутниках, применявшихся для реше­ ния геодезических задач, а также формулы для расчета яркости пассивных искусственных спутников. Эти формулы могут быть ис­ пользованы при проектировании искусственных спутников.

Подобный подход, при котором теоретические исследования соче­ таются с конкретными практическими рекомендациями, имеет место и в следующих главах. Так, например, в гл. 6, посвященной коорди­ натной проблеме, системам измерения времени и редукционным вы­ числениям, даны практические рекомендации по обработке фото­ графических наблюдений, расчету эфемерид и условий видимости ИСЗ.

Центральное место в монографии занимают главы 8 и 9.

В гл. 8 подробно характеризуется геометрический метод, а в гл.9 — динамический. Приводятся результаты, полученные этими методами

в разных странах, а также при проведении международных

экспери­

ментов.

 

В настоящее время ясно, что наиболее ценные выводы при изу­

чении фигуры и гравитационного поля Земли могут быть

получены

в результате совместного использования наземных определений

(астрономических, геодезических и гравиметрических) и спутнико­ вых данных. Этому вопросу автор уделяет значительное внимание в главах 9 и 10.

Развитие спутниковой геодезии связано с получением научной информации, которая может быть использована при решении задач геодезии, теории фигуры Земли, физики Земли, физики атмосферы и других разделов науки. В этой связи особый интерес представляет гл. 11 монографии, в которой автором сделана попытка интерпре­ тировать полученные в спутниковой геодезии результаты, оценить их значение для смежных отраслей знаний.

Приведенная в книге библиография не отличается полнотой, поэтому можно рекомендовать использовать библиографию (около 800 наименований) к обзорной статье Л. П. Пеллинена «Исследование гравитационных полей и формы Земли, других планет и Луны по на­ блюдениям, космических аппаратов». «Итоги науки», «Исследование космического пространства 1970». М. 1972.

Есть все основания полагать, что книга К. Арнольда окажется полезной для геодезистов, астрономов, гравиметристов и других инженерно-технических работников, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

И.Краснорылов

О Б О З Н А Ч Е Н И Я

 

 

 

 

 

 

 

А, В,

С — главные

 

моменты

инерции

Земли

 

 

А — площадь

 

среднего

поперечного

сечения

спутника

 

А — азимут, отсчитанный от

направления на

север

Сг> — аэродинамический

коэффициент

лобового сопротивления

Cim.

коэффициенты сферических

функций

 

 

D

ослабление

света

атмосферой в

зените

 

 

Е — эксцентрическая

аномалия

 

 

 

 

G — среднее

значение

силы

тяжести

на поверхности Землп

 

Н — шкала

высот

 

 

 

 

 

 

/ — наклон лунной орбиты

к эклиптике

 

J s

(х) — функции

Бесселя

 

 

 

 

 

 

10 — солнечная постоянная

 

 

 

 

 

J і — коэффициент

зональной

сферической функции порядка I

 

К

коэффициент

(светового

давления)

 

 

L — аргумент

широты

 

 

 

 

М— масса Земли

М— средняя аномалия N — ондуляции геоида

Q — исходный пункт на поверхности Земли

R — расстояние станции наблюдений от центра масс Земли RE — большая полуось общего земного эллипсоида

RE — малая полуось общего земного эллипсоида Rs — радиус спутника

S — положение спутника Sim—коэффициенты сферических функций

 

 

Т — возмущающий

потенциал

 

 

 

 

 

 

Т — период обращения спутника

 

 

 

 

 

U — нормальный

потенциал

 

 

 

 

 

 

V — гравитационный

потенциал

 

 

 

 

 

 

V — главный

член

разложения V в случае шаровой

симметрии

 

 

 

W — потенциал силы тяжести

 

 

 

 

X,

Y,

Z

— координаты

станции в системе, связанной с телом

Земли. Ось

Z

 

 

 

 

направлена

к

среднему полюсу. Плоскость

XZ

плоскость

 

 

 

 

гринвичского

меридиана

 

 

 

 

X',

У ,

Z'

земная

система координат.

Плоскость X'Y'

плоскость гори­

 

 

 

 

зонта станции наблюдений. Ось X' направлена на восток, о с ь У

 

 

 

 

на серер, ось

Z'

— в зенит.

 

 

 

 

 

Z

зенитное

расстояние

 

 

 

 

 

 

о —

большая

полуось

орбиты

спутника

 

 

 

а£ — большая полуось орбиты Луны

Ъ— малая полуось орбиты спутника

с — скорость света с* — коэффициент поглощения

е — эксцентриситет орбитального эллипса / — фокусное расстояние

/— сжатие Земли

/— частота

/

=

s i n 2 і

 

 

f*

— сжатие земного

экватора

Ag

— аномалия

силы

тяжести

\Ag]q

среднее значение аномалии силы тяжести для площади Fq

AgF

аномалия

в свободном воздухе

 

g — единичный вектор между соседними станциями

 

h — высота

над уровнем моря; высота

 

і

— наклон

орбиты

 

£ £

— наклон

лунной орбиты к земному экватору

 

 

- / =

V~i

 

к— гравитационная постоянная

т— масса спутника

т£ — масса Луны

т— яркость (звездная величина)

 

 

п — среднее

движение

спутника

 

 

п — среднее

значение

среднего движения спутника

 

 

п

— перпендикулярный вектор

 

 

п<£ — среднее

движение

Луны

 

 

uq

— среднее

движение

Солнца

 

 

р

— фокальный

параметр

 

 

р — фазовый

угол спутника

 

 

р — вес при

уравнивании

Pi> Pf

Рз — постоянные

интегрирования

<Ь> 9з — постоянные

интегрирования

 

 

г

— расстоярие спутника от центра масс Земли

 

 

г*

— астрономическая

рефракция

 

 

 

— геоцентрический

радиус-вектор Луны

 

 

s

— расстояние между станцией наблюдений и спутником

 

 

t

— время

 

 

 

 

 

t

— ускорение под действием светового давления Солнца

sl,

s2,

s3

— геоцентрические

координаты Солнца

 

 

 

v

орбитальная

скорость

спутника

 

 

 

 

 

 

 

v — случайная

ошибка

 

 

 

 

 

 

 

 

Щі vq

— ошибки вдель я поперек следа

спутника

 

 

 

 

 

х,

у,

z; — координаты

 

спутника

в пространственной

 

астрономической

xs, ys,

z s

 

системе

координат

 

 

 

 

 

 

 

х°,

у°,

— пространственные координаты спутника в

системе,

отнесен­

 

 

 

 

 

ной к эпохе

1950

 

 

 

 

 

 

 

х',

у',

z' —пространственные

координаты

 

спутника

в

истинной

астроно­

 

 

 

 

 

мической системе на начальный момент (t =

 

Т')

 

х",

у",

z" — пространственные

координаты

 

спутника

в

истинной

астроно­

 

 

 

 

 

мической

системе для текущего момента

времени

t = Т"

х"',

у"',

z"

пространственные

координаты

спутника;

ось

z"' —

перпенди­

 

 

 

 

 

кулярна

к

плоскости

орбиты спутника,

ось

 

х" — направлена

 

 

 

 

 

в восходящий узел орбиты

 

 

 

 

 

 

х"",

у"",

z""

— пространственные координаты спутника; ось

z"" —

перпенди­

 

 

 

 

 

кулярна

к

плоскости

орбиты

спутника, ось

 

х"" — направлена

 

 

 

 

 

в перигей

орбиты

 

 

 

 

 

 

 

х^,

у^,

z £

— геоцентрические

координаты

Луны

 

 

 

 

 

х, у, z

координаты

снимка

 

 

 

 

 

 

 

х',

у',

z'

— тангенциальные

координаты

 

 

 

 

 

 

х*, у*, z* —

координатная

 

система

в

плоскости снимка

(у*—горизон­

 

 

тальная

ось)

 

 

 

 

 

 

 

Г

коэффициент

 

 

 

 

 

 

 

9 — звездное

время

 

 

 

 

 

Q — восходящий

узел

 

 

 

 

 

а — прямое

восхождение

 

 

 

 

у

— нормальная

сила

тяжести

 

 

 

уЕ

— нормальная

сила тяжести

на

экваторе

 

 

 

коэффициенты

 

 

 

 

 

 

 

б —

склонение

 

 

 

 

 

 

 

 

С —

высота геоида над референц-эллипсоидом

 

д

плотность

 

 

 

 

 

 

 

 

X

географическая долгота к востоку от Гринвича

 

% —

разность

фаз

Солнца (суточный эффект)

 

а — поверхность

шара

единичного

радиуса

 

ф' — географическая

широта

 

 

 

 

Ф — геоцентрическая

широта

 

 

 

ф* — sin ф* =

е

 

 

 

 

 

 

 

 

а>Е

угловая

скорость

вращения

Земли

 

ш — аргумент

перигея

 

 

 

 

 

•ф — сферическое расстояние

между пунктами S и Q

 

5, Ц — составляющие

уклонений

отвеса

 

І, ті —

координаты спутника в плоскости орбиты

 

І, х\, Z

коэффициенты

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ