Методы и средства измерений геодинамических параметров
Для объективной интерпретации изменений положений точек поверхности Земли приходится привлекать различные современные теории: тектоники упругих деформаций, приливов и вращения Земли и других. Для их качественного применения необходимы обширные знания о нашей планете и окружающем ее космическом пространстве, накопленные многими смежными науками: метеорологией, океанологией, космической физикой и другими.
Современный этап исследований характеризуется существенным опережением развитии методов и средств наблюдений по сравнению с уровнем теоретических разработок. Последнее обусловлено, прежде всего, отсутствием необходимой информации о глобальных характеристиках Земли (циркуляция океана, изменения уровня фунтовых вод, топография и физические условия на границе ядро - мантия и т.п.) [14].
В последние десятилетия благодаря значительному повышению точности измерительной техники, используемой для определения параметров движения искусственных спутников Земли, методы космической геодезии стали широко применяться для изучения глобальных и региональных геодинамических процессов и движения Земли как планеты Солнечной системы.
Для получения высокоточных оценок геодинамических и кинематических характеристик Земли применяются различные методы и средства измерений в зависимости от линейных размеров изучаемой геодинамической области.
Методы, используемые в космической геодезии, можно условно разделить на геометрические и динамические. При использовании РСДБ ориентация разы радиоинтерферометра осуществляется геометрическим методом относительно неподвижных внегалактических радиоисточников - квазаров, настолько далеких, что их угловым движением можно пренебречь. При применении современных спутниковых технологий (локация ИСЗ, GPS) используется, как правило, динамический метод. Орбитальное движение спутников используется здесь в качестве системы отсчёта. Спутниковая орбита определяется с учётом возмущений от гравитационного поля Земли и других небесных тел (Луны, Солнца, планет), негравитационных сил (торможение атмосферы, солнечная радиация, особенности космического аппарата и др.). Ни одна спутниковая технология не может обеспечить полного разделения вариаций орбитальных параметров от изменений параметров вращения Земли без привлечения дополнительной информации [14]. На практике вводится так называемая референцная орбита - дуга орбиты на интервале от 1 до 30 суток, которая определяется без существенного накопления ошибок, возникающих из-за неточности моделирования возмущающих сил.
|
|
|
Лазерная локация ИСЗ - наиболее эффективное измерительное средство в задаче построения геоцентрической системы координат. Наблюдения ведутся по двум десяткам спутников с оптическими отражателями на борту. Конструкция и орбитальные параметры спутников соответствуют конкретным научным задачам, для решения которых они выводятся на орбиту. В настоящее время функционируют более полусотни лазерных станций, не считая мобильных лазерных дальномеров. Точностные характеристики измерения единичной дальности лежат в довольно широких пределах: от 1 - 2 см до 10 - 15см.
|
|
|
Доплеровская орбитографическая радиопозиционная интегрированная спутниковая система (ДОРИС) состоит из более 50 передающих антенн (маяков), равномерно расположенных по южному полушарию и спутников с приемопередатчиками на борту, которые принимают и транслируют собранную с наземных маяков информацию на контрольную станцию координационного центра в Тулузе (Франция) Там происходит накопление, обработка и планирование программ наблюдений В настоящее время бортовые сегменты системы ДОРИС установлены на спутниках SPOT 2, SPOT-3 и на океанографическом спутнике TOPEX/POSEIDON. Система начала функционировать с 1990 г. и обеспечивает пяти сантиметровую точность в определении геоцентрических координат пункта наблюдения, ошибка определения длин базесных линий протяженностью – 100 км составляет 2 -5 см, а координаты полюса Земли с разрешением в 1 сутки определяются с точностью 1 - 2 миллисекунды дуги.
|
|
|
Спутниковая микроволновая система PRARK (точный инструмент для измерений дальности и скорости изменения дальности) разработана в Германии и впервые опробована на российском спутнике Метеор-3. В полм рабочем режиме система функционирует с 1995 г. на европейском спутнике FRS-2. Наземная станция транслятор PRARE полностью автоматическая. Измерения через спутник передаются на контрольные мастерстанции, расположенные в Г'ермании, где проводится их контроль и обработка. Основное назначение системы – высокоточное определение орбиты спутника, относительных координат наземных пунктов, параметров вращения Земли и гравитационного поля.
В последнее десятилетие значительно расширилась область применения спутниковой радионавигационной системы GPS (США),связанная с решением фундаментальных задач геофизики и геодинамики За этот же период точность определения трехмерных координат наземных пунктов (и орбитальных объектов с GPS-приемниками на борту) увеличилась более чем на порядок, с одновременным значительным, снижением стоимости приемной аппаратуры. Аналогичная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС имеется и в России, но ее использование пока ограничено из-за отсутствия высокоточной наземной аппаратуры и недостаточного количества действующих спутников.
|
|
|
Для того, чтобы повысить эффективность использования системы GPS в фундаментальных научных исследованиях динамики и физики Земли и уменьшить ошибки из-за неточностей эфемерид, выдаваемых на бортовой компьютер службой Министерства обороны США, международная научная общественность при одобрении Международного астрономического союза и Международного союза геодезии и
геофизики в 1994 году организовала специальную GPS-службу для геодинамики - МГС (IGS). Эта служба объединяет усилия нескольких научных институтов в США, Европе, Канаде, России и в других странах по созданию глобальной сети постоянно действующих станций GPS и по обработке этих данных с целью оперативною и независимого определения параметров орбит спутников системы GPS. Еженедельно в централизованный банк данных службы поступают результаты вычисления элементов орбит всех спутников с ошибками не более 5-15 см (регулярная бортовая эфемерида распространяется пользователями системы GPS с точностью 4 -5 м). Инструментальная точность современных GPS-приемников 3 мм по горизонтальной составляющей, и основным источником ошибок при определении положений наземных станций являются неопределенности опорной системы координат, задаваемой орбитами спутников. Вертикальная составляющая положения станции обычно определяется в 2 - 3 раза хуже из-за влияния не моделируемых флуктуаций влажной составляющей атмосферной рефракции. Однако в последнее время путем правильного планирования продолжительности и частоты измерений эту ошибку удается существенно уменьшить.
Наибольшее распространение GPS-измерения получили в тех областях геодезических и геодинамических исследований, где необходимо высокоточное определение относительных положений наземных пунктов и их изменений со временем. По сравнению с другими техническими средствами, используемыми в аналогичных целях, включая лазерную локацию ИСЗ и РСДБ, приемники навигационной системы GPS легко транспортируемы, малогабаритны, и для их установки и закрепления на местности необходима только геодезическая марка.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 60; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!