Характер возмущающего действия гармоник геопотенциала на элементы орбиты спутника.

По характеру воздействия все возмущения делят на четыре части:

1. вековое возмущение;

Периодические возмущения

2. короткопериодическое;

3. долгопериодическое;

4. резонансное.

1 – невозмущённое Кеплерово движение, элементы орбиты постоянны;

2 – вековое возмущение, элементы орбиты изменяются с течением времени по линейному закону.

3 – короткопериодические возмущения;

4 – долгопериодические возмущения;

5 – резонансные возмущения (большие А и Т).

У спутника с произвольной орбитой всегда есть резонансные возмущения от какой-нибудь гармоники геопотенциала. При этом зональные гармоники чётного порядка вызывают вековые возмущения в долготе восходящего узла, в аргументе перигея и в начальной средней аномалии. Зональные гармоники нечётного порядка вызывают долгопериодические возмущения у всех элементов орбиты.

Секториальные и тессеральные гармоники не вызывают вековые возмущения, но вызывают долгопериодические и резонансные возмущения у всех элементов орбиты. При этом все вековые возмущения стремятся к максимуму, если угол наклона орбиты ι стремиться к нулю. Если же угол ι стремиться к 90º, то в ней будут отсутствовать вековые возмущения.

 

34.Геометрические задачи космической геодезии. Геометрические задачи – это задачи по определению места положения точек земной поверхности в некоторой системе координат.Для определения координат точек геометрическим методом необходимо располагать теорией движения спутника или же проводить синхронные наблюдения с ряда пунктов. В первом случае имеем упрощённый орбитальный метод, а во втором случае синхронный метод.

35.Сущность синхронного метода и космической триангуляции. Система хордовых векторов образует космическую триангуляцию. Расстояние м/д пунктами может б. неограниченно.

С помощью космической триангуляции устанавливается только взаимное положение пунктов. Для того чтобы найти координаты пунктов в какой-то системе необходимо знать координаты исходных твёрдых точек. Задачи, решаемые синхронным методом.

1. Определение направлений хорд, соединяющей станции наблюдения.

2. Определение координат станций наблюдения в относительной системе координат.

3. Определение ориентировки референцной системы координат по отношению к осям инерции Земли.

4. Установление взаимосвязей между изолированными референцными системами.

36.Принципиальные схемы спутниковой триангуляции. Схемы космической триангуляции различаются по количеству пунктов, с которых проводятся синхронные наблюдения.

1. синхронизация на трёх пунктах.

Синхронные наблюдения ведутся с двух пунктов с известными координатами и одного определяемого пункта.

S₁, S₂ – положения спутника S.

В начальный момент времени с пунктов А, В и р наблюдают положение спутника S₁. Через некоторое время аналогично наблюдают положение спутника S₂.

Порядок обработки:

1) решают прямую засечку и по направлениям AS₁ и BS₁ находят координаты т. S₁.

2) решают прямую засечку и по направлениям AS₂ и BS₂ находят координаты т. S₂.

3) решают обратную засечку и по направлениям S₁р и S₂р находят координаты т. р.

 

2. синхронизация на двух пунктах с наблюдением двух положений спутника.

С пунктов А и р наблюдается 2 положения спутника S₁ и S₂. Далее с пунктов В и р наблюдается то же два положения спутника S₃ и S₄.

Направления AS₁ и pS₁ образуют плоскость Θ₁ – плоскость синхронизации. Направления AS₂ и pS₂ – плоскость Θ₂. Данные две плоскости синхронизации пересекаются по хорде Ар.

Аналогичные построения делают для положений S₃ и S₄. Плоскости синхронизации Θ₃ и Θ₄ пересекаются по хорде Вр.

Пересечении хорд Ар и Вр даёт координаты точки р.

Этот метод ещё называют способом хорд.

3. синхронизация на двух пунктах с наблюдением одного положения спутника.

В данном способе необходимо три исходных пункта.

Направления AS₁ и pS₁ образуют плоскость Θ₁. Направления ВS₂ и pS₂ – плоскость Θ₂, а направления СS₃ и pS₃ – плоскость Θ₃. Пересечение трёх плоскостей Θ₁, Θ₂, Θ₃ даёт координаты точки р.

37.Взаимосвязь измеренных величин и координат определяемых пунктов. Непосредственно измеренными величинами являются:

ü топоцентрическое расстояние ;

ü топоцентрическое прямое восхождение γ_pS;

ü топоцентрическое склонение δ_pS.

Если производятся только линейные измерения, то надо как минимум 3 измерения.

38. xyz – геоцентрическая с.к.;

XYZ – референцная с.к.;

Δr – смещение референцной с.к. относительно геоцентрической;

- топоцентрический радиус-вектор.

Наблюдение за спутником с наземных пунктов производится в некоторой референцной с.к. у которой центр не совпадает с центром масс Земли.

Мы получили векторный четырёхугольник: - основное уравнение космической геодезии в общей постановке.

Данное уравнение космической геодезии используется при решении динамических задач.

39. Динамические задачи подразделяются на:

- прямые;

- обратные.

Прямые задачи: известны координаты пункта наблюдения, параметры референцной системы и топоцентрический радиус-вектор. Необходимо определить координаты спутника.

Обратные задачи: известно положение спутника, топоцентрический радиус-вектор. Необходимо найти координаты пункта наблюдения.

Координаты спутника в обратной задаче вычисляются на основе теории движения:

Если из пунктов с известными координатами производить наблюдения за спутником, то используя теорию движения можно уточнить параметры гравитационного поля и элементы орбиты спутника. Такие задачи называются динамическими задачами первого типа.

Если при этом уточняются ещё и координаты пункта наблюдения, то это будут динамические задачи второго типа.

При решении задач второго типа уточняются все параметры (координаты пункта наблюдения, элементы орбиты и параметры гравитационного поля). При этом возникает противоречие. Чтобы точно проинтегрировать уравнение движения надо знать значения возмущающих сил, но при этом сами возмущающие силы, тоже подлежат уточнению. Выход из этого противоречия заключается в использовании метода приближений.

В общем виде он выглядит таким образом:

1. принимают некоторые начальные значения параметров гравитационного поля С и S;

2. с помощью этих параметров гравитационного поля интегрируют уравнение движения, и находят координаты спутника;

3. используя найденные координаты спутника с помощью основного уравнения космической геодезии, уточняют параметры гравитационного поля.

после этого цикл повторяется, т.е. используя уточнённые параметры гравитационного поля, снова интегрируют уравнение движения, и находят координаты спутника.

40.Спутниковое нивелирование. Сущность спутникового нивелирования. На борту спутника устанавливается радиовысотомер, который излучает радиосигналы, когда спутник находится над мировым океаном.

Сферический фронт волны достигает поверхности океана по кратчайшему расстоянию и так же по кратчайшему расстоянию возвращается назад, т.е. высотомер определяет высоту спутника над поверхностью мирового океана.

, где - радиус-вектор геоида.

Мы получаем прямое нивелирование высот геоида.

Достоинства спутникового нивелирования:

1. Чувствительность орбиты спутника к распределению масс в теле Земли;

2. Его можно использовать практически на всей территории мирового океана и с любой дискретностью;

3. Случайный характер отклонения водной поверхности от геоида.

Источниками погрешностей в данном методе являются:

1. Погрешности радиовысотомера – составляют < 50 мм;

2. Задержки радиосигнала в атмосфере и ионосфере – составляют < 10 мм;

3. Геометрия океана.

Влияние геометрии океана уменьшается за счёт увеличения количества наблюдений. Так же наблюдения планируют т.о. чтобы их выполнять в наиболее спокойные периоды.

Этот способ так же называют спутниковая альтиметрия.

41.Классификация способов наблюдения за ИСЗ. В космической геодезии способы наблюдений классифицируют по диапазону э/м колебаний, в которых ведутся наблюдения. Если наблюдения ведутся в диапазоне световых волн, то это оптические способы. Если используются радиоволны, то это радиотехнические способы.

Оптические способы бывают:

1. визуальный способ;

2. фотоэлектрический способ;

3. фотографический способ;

4. лазерный способ;

5. телевизионный способ;

6. кинотеодолитный способ;

7. различные комбинации из этих способов.

Радиотехнические способы разделяются в зависимости от используемого физического явления. Радиотехнические способы бывают:

1. радиодальномерный способ;

2. доплеровский способ;

3. интерференционный способ

В отличие от классической геодезии визуальный способ не получил большого распространения по причине того, что спутник плохо видно и он имеет высокую скорость.

Так же не имеют большого распространения фотоэлектрический и кинотеодолитный способы. Причина заключается в сложности аппаратуры, используемой при выполнении данных способов, и сложности процесса обработки данных способов.

42.Фотографический метод. Этот метод первым обеспечил необходимую точность наблюдений. При этом аппаратура не очень сложная и не требует больших затрат. Способ основан на идее фотографической астрометрии. Если на снимке

изображён объект на фоне звёзд, то используя координаты звёзд можно вычислить координаты данного объекта.

Для получения таких снимков разработаны специальные камеры. Они бывают двух типов: следящие и не следящие. Не следящие – это камеры с неподвижной визирной осью. У следящих камер визирная ось подвижная и может отслеживать движение спутника.

Точность определения координат таким методом 1’’-2’’.

Порядок обработки фотографических наблюдений спутника:

1. участок заснятого звёздного неба отождествляют с атласом и находят изображения спутника;

2. выбор опорных звёзд и определение их координат по каталогу (α_п; δ_п);

3. приведение координат звёзд на дату наблюдения;

4. измерение прямоугольных координат звёзд и спутника на координатно-измерительной машине: x_i; y_i; x_s; y_s;

5. вычисление идеальных координат опорных звёзд

На фотоснимке можно ввести прямоугольную систему координат, которая называется идеальной. Начало координат этой системы – это оптический центр снимка (проекция главной точки объектива на снимок). Одна из осей это проекция на снимок круга склонений главной точки объектива. Вторая ось перпендикулярна ей.ξ₁; η₁; ξ₂; η₂; ξ_i; η_iИдеальная система координат не совпадает с системой координат измерительной машины.Идеальные координаты опорных звёзд можно вычислить, если известны их экваториальные координаты и фокусное расстояние камеры.

6. отыскание связей идеальной и измеренной системы координат

Взаимосвязь ищется в виде полиномов:

Для определении коэффициентов полиномов необходимо как минимум 6 опорных звёзд, но на практике для повышения точности используют 10-12 звёзд.

Данные полиномы могут использоваться в линейном виде, тогда данный метод называют способом Тернера.

Если используются полиномы высших порядков, то это обобщённый способ Тернера.

7. вычисление идеальных координат спутника

8. переход от идеальных координат спутника к экваториальным координатам

(ξ_S; η_S) → (α_S; δ_S)

43.Лазерные наблюдения. В настоящее время лазерные наблюдения позволяют получать наиболее точные результаты для решения различных задач космической геодезии. Как правило, используются лазерные дальномеры. Кроме того лазерный луч может использоваться для освещения спутника.

Лазерный дальномер включает в себя:

1. лазерный передатчик (обычно рубиновый лазер);

2. приёмное устройство;

3. систему обработки данных.

Кроме того на спутнике должны быть уголковые отражатели.

Так же проводится лазерная локация луны. Это стало возможным после того как на Луну доставили уголковые отражатели. Они были доставлены советскими экспедициями ЛУНОХОД и американскими – АППОЛОН.

Эффективность лазерной локации зависит от многих факторов:

1. энергия лазерного импульса;

2. площадь отражателей;

3. расстояние до объекта.

Для измерения используется временной метод:

На точность измерения влияет:

1. задержка радиосигнала в атмосфере;

2. задержка радиосигнала в ионосфере;

3. точность измерения времени;

4. точность значения скорости света.

В современных лазерных дальномерах случайная ошибка измерения дальности соответствует около 60 см. Точность счётчиков времени соответствует дальности от 1 м до 10 см, т.е. наносекундам.

При точном учёте температуры и давления ошибка в дальности не превышает 20 см.

Лазерные дальномерные системы являются стационарными, поэтому их используют в пунктах космической триангуляции.

Телевизионный метод наблюдения. Главное достоинство телевизионной аппаратуры – высокая чувствительность. Это даёт возможность наблюдать объекты, яркость которых на 4-5 порядков меньше, чем при фотографическом способе. Это даёт возможность использовать более простые телескопы с менее мощной оптикой. Кроме того телевизионная аппаратура даёт большие возможности для автоматизации процесса наблюдений. Это позволяет получать координаты объектов реальном масштабе времени.

Недостатком телевизионного метода являются значительные помехи и искажения телевизионного сигнала. Кроме того, недостатком является малый размер поля изображения. Из-за малого размера поля изображения в кадр попадает недостаточное количество опорных звёзд.

Для устранения данного недостатка используют различные калибровочные сетки, а также комбинируют данный метод с другими способами наблюдения, чаще всего с фотографическим методом. При этом телевизионным методом определяют координаты спутника относительно нескольких марок. А координаты этих марок определяют фотографическим способом относительно опорных звёзд.

44.Радиотехнические методы. Радиотехнические методы являются всепогодными и удобными для автоматизации процесса наблюдения.Они позволяют определять расстояния до объекта, а так же направление на объект. При этом измерение расстояний может проводиться как временным способом, так и фазовым.Во временном способе определяют время прохождения сигнала, а в фазовом – сдвиг фаз на пути от спутника до наземных базовых станций.Радиотехнические методы классифицируются по используемому физическому явлению. Существует доплеровский метод, интерференционный метод, радиодальномерный метод и т.д.