Применение лазерной локации искусственных спутников Земли в геодезии. Предисловие
|
Скачать 299.01 Kb.
|
|
Применение лазерной локации искусственных спутников Земли в геодезии. Предисловие. Одной из важных прикладных задач, решаемых геодезистами, является определение координат наземных пунктов. После запуска первого искусственного спутника Земли появилась возможность использовать для этих целей космические аппараты. С одной стороны, спутники удалены от поверхности Земли, с другой стороны, направление на них зависит от положения наблюдателя. В космической геодезии существуют два метода, геометрический и динамический. Геометрический метод требует одновременного измерения направлений на спутник из нескольких пунктов, расположенных на поверхности Земли. Метод активно применялся в течение первых двадцати лет космической эры. Отметим следующие ограничения геометрического метода. Одновременное наблюдение объекта из разных пунктов довольно затруднительно как по погодным условиям, так и по условиям видимости. Кроме того, точность измерения угловых положений движущихся объектов не очень высокая и значительно уступает точности измерения угловых положений звёзд. В шестидесятые годы на искусственные спутники стали монтировать уголковые отражатели. На некоторых пунктах наблюдений установили специальные телескопы, оснащённые излучателем и приёмником лазерных импульсов. Первые эксперименты показали высокую точность измерений топоцентрических дальностей до спутников с помощью таких приборов. Погрешность одного измерения по внутренней сходимости оценивалась величиной порядка 3 метра. Метод измерений совершенствовался, точность возросла и составляет в настоящее время 1-2 сантиметра. В случае светолокационных наблюдений одним из вариантов геометрического метода является метод коротких дуг. Этот способ даёт оценку длины хорды между двумя пунктами, которые одновременно принимали участие в сеансе лазерной локации. Высокая точность лазерных наблюдений искусственных спутников Земли повысила эффективность динамического метода спутниковой геодезии. Главная особенность динамического метода: траектория движения космического аппарата должна быть вычислена с высокой точностью на интервалах времени от одного до нескольких суток. Это обстоятельство существенно усложняет процедуру определения координат наземных пунктов на основе измерения топоцентрических дальностей. Динамический метод космической геодезии предполагает последовательное решение ряда сложных и интересных задач:
При выполнении данной дипломной работы была поставлена следующая задача:
В первом разделе дан обзор исходных данных динамического метода космической геодезии: приведены сведения об уголковых отражателях, установленных на космических аппаратах, рассмотрены физические основы метода лазерной локации и сделана расшифровка записей результатов наблюдений, хранящихся в международном банке данных. Во втором разделе рассмотрены методы прогнозирования движения искусственных спутников Земли, сделаны оценки влияния на орбиту космического аппарата возмущающих факторов различной природы и дано описания пакета прикладных программ обработки лазерных наблюдений. В третьем разделе представлены дифференциальные формулы для определения координат станций наблюдений по методу наименьших квадратов и несколько примеров вычислений по этим формулам. В заключительном разделе кратко суммированы результаты выполненной работы. 1. Исходные данные. 1.1. Уголковые отражатели, установленные на искусственных спутниках Земли. 1.2. Физические основы метода лазерной локации. ^ Международная служба вращения Земли, станции лазерной локации и центры обработки информации обмениваются между собой результатами наблюдений в формате Quick Look (быстрый просмотр). Светолокация спутников производится с частотой несколько импульсов в секунду, поэтому общий объём измерительной информации очень велик. В вычислительном центре службы лазерной локации, куда в оперативном режиме поступают данные наблюдений, выполняется первичная редукция, то есть сглаживание, отбраковка ошибочных точек и образование из набора измерений, полученных на некотором промежутке времени, одного "нормального" места. Файлы с "нормальными" точками можно найти в Интернете по адресу ftp://cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/slr/slrql/. В одном наборе данных содержатся результаты первичной редукции измерений дальности, выполненные на различных обсерваториях в течение нескольких прохождений спутника в зоне видимости данного пункта. Каждая серия наблюдений, полученная на конкретной станции за одно прохождение, отделяется от следующей серии специальной "шапкой", состоящей из пяти цифр 9. Далее следуют одна "головная" строка, содержащая информацию, общую для всех измерений данной серии, и несколько строк с результатами наблюдений. Каждый спутник имеет свой условный номер. Номер ИСЗ Лагеос равен 7603901, то есть данный объект запущен 39-ым по счёту с начала 1976 года. Номер ИСЗ Лагеос-2 равен 9207002, то есть данный объект запущен 70-ым по счёту с начала 1992 года. Каждая обсерватория, или, другими словами, станция наблюдений, также имеет свой условный номер. Более подробно формат Quick Look рассмотрим на следующем примере, представляющем из себя запись одной серии лазерных наблюдений. 1 10 20 30 40 50 | | | | | | 99999 7603901993057110041153200009703600001600387307100580511 021502028191051419271661000005908187288204200450000047 022218028201050225271646000006508187288204202770000045 022944028253049064925368000005708187288204200630000068 043770028125052868096722000005408188288204202930000068 044998028205055089599988000005008188286704201710000094 045688028149056379716299000005108188286704200190000089 99999 - "шапка", отделяющая одну серию от другой. 7603901993057110041153200009703600001600387307100580511 - "головная" строка. "Головная" строка содержит следующую информацию: колонки 1 - 7 : 7603901 - номер для отождествления спутника; колонки 8 - 9 : 99 - номер года от начала столетия; колонки 10 - 12 : 305 - номер дня от начала года; колонки 13 - 16 : 7110 - номер для отождествления станции; колонки 21 - 24 : 5320 - длина волны лазерного излучателя в единицах 0.1 нанометра; колонка 43 : 7 - индикатор длительности интервала осреднения "сырых" наблюдений при образовании одной нормальной точки: 0 = одиночное наблюдение, 2 = интервал осреднения 10 секунд, 3 = интервал осреднения 15 секунд, 4 = интервал осреднения 20 секунд, 5 = интервал осреднения 30 секунд, 6 = интервал осреднения 1 минута, 7 = интервал осреднения 2 минуты, 8 = интервал осреднения 3 минуты, 9 = интервал осреднения 5 минут; колонка 44 : 3 - индикатор шкалы времени: 3 = UTC (USNO), 4 = UTC (GPS), 7 = UTC (BIH); колонки 53 - 54 : 51 - контрольная сумма: остаток от деления на 100 суммы цифр в колонках 1-52. 021502028191051419271661000005908187288204200450000047 - строка результатов измерений. Строка результатов измерений содержит следующую информацию: колонки 1 - 12 : 021502028191 - момент излучения импульса, измеряемый в единицах 0.1 микросекунды от 0 часов UTC, если интервал наблюдений пересекает отметку 24 часа UTC, то приводится остаток от деления на 86400 секунд; колонки 13 - 24 : 051419271661 - разность между моментом приёма и моментом излучения импульса в пикосекундах; колонки 25 - 31 : 0000059 - стандартное отклонение разности между моментами приёма и возвращения импульса в пикосекундах; колонки 32 - 36 : 08187 - атмосферное давление в единицах 0.1 миллибар; колонки 37 - 40 : 2882 - температура по шкале Кельвина в единицах 0.1 градуса; колонки 41 - 43 : 042 - относительная влажность в процентах; колонки 44 - 47 : 0045 - количество одиночных измерений, использованных при образовании данной "нормальной" точки; колонки 48 - 52 : 00000 - не используются; колонки 53 - 54 : 47 - контрольная сумма: остаток от деления на 100 суммы цифр в колонках 1-52. Обозначим  км/с - скорость света, - момент излучения импульса в секундах, - разность между моментами приёма и излучения импульса в секундах, - момент отражения импульса от спутника в секундах, - расстояние от станции до спутника в момент отражения импульса в километрах.Эти величины связаны формулами  В программах обработки лазерных наблюдений ИСЗ используются именно эти параметры, и .В дальность надо внести поправку за рефракцию и поправку за положение центра масс. Вторая поправка зависит от расположения уголковых отражателей на спутнике. Для ИСЗ Лагеос эта поправка составляет 24 сантиметра. Для вычисления поправки за рефракцию в строке измерений содержатся метеорологические данные: температура, давление и влажность на обсерватории. К ним должен быть добавлен ещё один параметр: угловое расстояние спутника над горизонтом. Этот параметр определяется в процессе прогноза местоположения спутника.В астрономии для удобства используют непрерывный счёт суток, так называемые "юлианские дни". В космической геодезии применяют "модифицированные юлианские дни", образованные вычитанием числа 2400000.5 из текущего значения юлианской даты. В приведённом примере измерения выполнены на 305 день от начала 1999 года. Для перевода этой даты в модифицированные юлианские дни вычисляют модифицированную юлианскую дату на 31 декабря 1998 года (она равна 51178.0) и прибавляют к ней 305 дней. Получают число 51483.0, то есть 0 часов UTC 1 ноября 1999 года. Информацию об условных номерах, географических названиях и прямоугольных геоцентрических координатах геодезических маркеров, установленных на станциях наблюдений, можно найти в Интернете по адресу http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF/ITRF2000/results/ITRF2000_SLR.SSC Данные, содержащие в этом файле, являются результатом обработки многолетних лазерных наблюдений, и образуют Международную земную опорную систему координат (ITRF, International Terrestrial Reference Frame). В наборе данных есть строка про обсерваторию с условным номером 7110. ^ 0.001 0.002 0.002 Станция лазерной локации (SLR) 7110 расположена на территории США, называется Монумент Пик и имеет координаты: X=-2386278.211 метра, стандартное отклонение 0.001 метра, Y=-4802354.145 метра, стандартное отклонение 0.002 метра, Z=+3444881.598 метра, стандартное отклонение 0.002 метра. Для эллипсоида с параметрами r=6378144.11 метра и f=1.0/298.257 получаем геодезические долготу, широту и высоту обсерватории: o ' " o ' " L = 243 34 38 , B = 32 53 30.260 , H = 1831.927 метра. Лазерная светолокация даёт значения топоцентрической дальности до спутника, отсчитываемое не от геодезического маркера на станции, а от точки, лежащей на оптической оси устройства. Для учёта этого обстоятельства для каждой обсерватории вычислены эксцентриситеты. Для станции 7110 значения эксцентриситетов составляют x=-1.2150 метра, y=-2.4020 метра, z=+1.7100 метра. Начальные параметры движения искусственных спутников Земли в виде средних кеплеровских элементов орбиты на заданную дату можно найти в Интернете по адресу http://www.celestrac.com/NORAD/elements/ . Эти данные ежедневно публикует радиотехническая служба слежения за спутниками США. Формат параметров называют двустрочными орбитальными элементами НОРАД. Данные для каждого спутника содержат три строки: AAAAAAAAAAA ^ 2 NNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NNNNNNN NNN.NNNN NNN.NNNN NN.NNNNNNNNNNNNNN В строке 0 записано имя объекта из одиннадцати символов. Строка 1 Колонка Описание 01-01 номер линии, 03-07 номер спутника, 10-11 международный указатель (последние две цифры года запуска), 12-14 международный указатель (порядковый номер запуска), 15-17 международный указатель (часть запущенного изделия), 19-20 эпоха элементов (последние две цифры года), 21-32 эпоха элементов (день с дробной частью от начала года), 34-43 первая производная от среднего движения, 45-52 вторая производная от среднего движения, 54-61 эффективный коэффициент отражения, 63-63 тип эфемериды, 65-68 номер элементов, 69-69 контрольная сумма. Строка 2 колонка Описание 01-01 номер линии, 03-07 номер спутника, 09-16 угол наклонения (градусы), 18-25 прямое восхождение восходящего узла (градусы), 27-33 эксцентриситет (впереди числа ставить десятичную точку), 35-42 аргумент перигея (градусы), 44-51 средняя аномалия (градусы), 53-63 среднее движение (обороты за сутки), 64-68 количество витков на эпоху, 69-69 контрольная сумма. Пример: LAGEOS 1 08820U 76039A 99305.13363095 .00000017 00000-0 -14899-1 0 5491 2 08820 109.8476 88.0433 0044671 225.0214 134.6681 6.38664538292505 В трёх строках формата НОРАД даны средние кеплеровские элементы 29250-го витка спутника Лагеос на 305.13363095 день с начала 1999 года. Угол наклонения равен 109.8476 градусов, долгота восходящего узла равна 88.0433 градуса, эксцентриситет орбиты равен 0.0044671, аргумент перигея и средняя аномалия в градусах равны 225.0214 и 134.6681, среднее движение составляет 6.38664538 оборотов за сутки. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 |
Применение лазерной локации Луны в геодезии. Предисловие Луны, помогавшие мореплавателям ориентироваться в безграничных водных просторах. С одной стороны, Луна удалена от поверхности Земли,... |
 |
Реферат по астрономии «Природа Венеры и Марса» С запуском в 1957 г в Советском Союзе первых искусственных спутников Земли стало возможным наблюдать космические объекты непосредственно... |
|
Реферат по астрономии Тема «Спутники планет» В настоящее время открыто 136 спутников планет. Из них 101 спутник имеет собственные названия, а остальные временные обозначения.... |
|
Предисловие: от Льюиса Кэррола к стоикам Предисловие переводчика |
|
В поисках потерянного родства предисловие Земли? Мы предлагаем поискать разгадку там, где хоть что-то сохранилось неискалеченным. В мире тайн, совершенно секретных отделов... |
|
В научно-технический отдел Сибирского регионального Представляется Вашему вниманию открытие в области физики Земли, делающее новый шаг в познании явлений природы и имеющее практическое... |
 |
Уровень (базовый, профильный). Только для 10 – 11 классов Земли. Глобус- модель Земли. Изображение на глобусе с помощью условных обозначений морей, океанов, суши. Смена дня и ночи на Земле.... |
|
Политика информационной безопасности (финансовые организации) Пути реализации непреднамеренных искусственных (субъективных) угроз безопасности информации |
|
2012 предисловие Я знаю, что некоторые люди не привыкли читать предисловие к книге. Если вы – один из них, я настоятельно советую на этот раз отказаться... |
|
Михаил Ефимович Литвак Предисловие ко второму изданию Предисловие... Но за это время появился новый материал. В частности, появились наработки по управлению толпой, четче сложились представления о работе... |