Классификация методов наблюдений ИСЗ.

Классификация методов
наблюдений ИСЗ
Лазерная локация спутников и Луны


Лазерная локация спутников
(SLR – Satellite Laser Raining)
Лазерная локация Луны
(LLR – Lunar Laser Raining)
Измерение расстояний
r = c⋅(tпр – tотпр)/2 + S,
где c - скорость света,
tпр, tотпр– моменты приема и отправки
сигнала
S - сумма поправок за прохождение света в
атмосфере и аппаратные задержки
Cостав лазерной станции








Оптический телескоп
Лазерный передатчик
Фотоприемник
Подсистема оптического согласования телескопа с лазерным
передатчиком и фотоприемником
Информационно-измерительная система
Служба времени и частоты
Метеостанция
Компьютер: математическое обеспечение:
–
–
–
Эфемериды спутников
Общий контроль измерений – загрузка эфемерид в контроллер и
таймер, постоянное чтение событий с таймера
Постобработка дальномерных измерений
Проблемы лазерной локации
1.
2.
3.
4.
5.
Наведение на ИСЗ. Точность наведения позволяет
уменьшить угол расходимости лазерного луча и увеличить
дальность действия и точность работы дальномера.
Расходимость пучка. Ограничение дальности действия и
точности работы.
Регистрация слабых отраженных от ИСЗ сигналов и
фильтрация от помех.
Создание системы регистрации времени с точностью
10-9 – 10-12.
Высокоточная привязка момента наблюдения к шкале
единого времени
Созвездие спутников,
поддерживающее SLR
Лазерная локация ИСЗ
LAGEOS-1
LAGEOS-2
ILRS – международная служба
лазерной локации ИСЗ
Радиотехнические методы
наблюдений
Доплеровские системы:
измерение относительной лучевой скорости
движения ИСЗ

Радиодальномерные системы:
измерение или
расстояния до ИСЗ, или
псевдодальности

Доплеровские системы

Эффект Доплера: изменение частоты
принимаемого сигнала при движении источника
сигнала относительно приемника
Изменение частоты сигнала:
Dw = w0 – w ≈ - w0(vr/c),
w0 – опорная частота неподвижного источника сигнала;
w – измеряемая частота;
vr – радиальная скорость движения источника сигнала;
c – скорость света.

Уравнение Доплеровского
позиционирования
Расстояние от пункта А до спутника i :
r 
i
A
X
i
 XA
  Y
2
i
 YA
  Z
2
i
 ZA

2
Скорость - дифференцирование расстояния по времени:


i X
 A   Yi  YA Y
i Y
 A   Zi  ZA Z
i Z
 A  / r Ai
r Ai  Xi  X A X
или


r Ai  X i  X A r X  Y i  YA r Y  Zi  Z A r Z / r Ai
(1)
i
i
i
где r X  X  X A , r Y  Y  Y A , r Z  Z  Z A 
- компоненты вектора относительной лучевой скорости
Доплеровские спутниковые системы
ГНСС первого поколения:
TRANZIT (США), ЦИКАДА (СССР)
Определение координат наземных пунктов
XA, YA, ZA
из решения системы уравнений вида (1),
где известны
координаты спутника Xi, Yi, Zi,
измерены
●
●
●
компоненты вектора скорости rX, rY, rZ

ГНСС первого поколения
TRANZIT и ЦИКАДА
Характеристика
TRANZIT
ЦИКАДА
Период действия
1964 – 1996
1967 - 1997
Количество ИСЗ
5
6
Наклон орбиты
900
830
Высота
1075 км
1000 км
Период обращения
107 мин
105 мин
В СССР в 1984-1993 гг создана доплеровская геодезическая сеть
Доплеровские спутниковые системы


PRARE (Германия)
DORIS (Франция)
Определение орбит ИСЗ (координат спутника Xi, Yi, Zi)
из решения системы уравнений вида (1),
где выполняются
измерения скорости ИСЗ r
по сигналам от наземной сети автоматически работающих
радиомаяков
с известными координатами XA, YA, ZA
PRARE – Precise Range And RangeRate Equipment
Работа системы – 1982 – 2006 (?)
3 сегмента системы:

Сеть наземных станций (радиомаяков) по всему
миру ;

Космический сегмент ERS-2 (высота полета 780
км, наклон орбиты 98,500)

Контрольный сегмент (главная станция
управления, Потсдам, станция контроля
времени и системных команд, станция
калибровки).
Спутник
системы
PRARE ERS-2
Радар альтиметра
Отражатель SLR
Доплеровская система
DORIS – Doppler Orbitography and
Radiopositioning Integrated by Satellite
Задачи, решаемые с помощью
DORIS, PRARE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Точное определение орбит ИСЗ;
Определение координат и скоростей
движения станций;
Определение ПВЗ и ГПЗ;
Определение движения геоцентра;
Определение параметров ионосферы;
Мониторинг ледников, оползней,
вулканов
Спутниковая альтиметрия
(измерение расстояния от ИСЗ до поверхности океана)
Радиовысотомер: высокочастотные импульсы
ЭМ волн сантиметрового диапазона,
продолжительностью 100 нс
Радиовысотомер, расположенный на борту ИСЗ,
измеряет разность высот двух поверхностей:
 средней уровенной поверхности морей и океанов
и
 уровенной поверхности точки нахождения ИСЗ в
момент измерения
Векторное уравнение
спутниковой альтиметрии
S
R=r+r
R
О
Океан
ОЗЭ
Задачи, решаемые с помощью
спутниковой альтиметрии
1.
2.
3.
Если известна орбита ИСЗ (вектор r), измерен r,
то определяется R => поверхность геоида в
первом приближении;
Если известна модель геоида (вектор R),
измерен r, то определяется r => орбита ИСЗ;
Если известны r, R, предвычислен r = R- r,
измерен r’, то определяются отклонения r - r’
=> эталонирование радиовысотомера,
определение амплитуды волн океана,
оценка точности прогноза орбиты ИСЗ,
и т.д.
Спутники, поддерживающие
альтиметрию
Радиоинтерферометрия со
сверхдлинной базой (РСДБ).
Наблюдаемые объекты:
удаленные внегалактические радиоисточники – квазары и
радиогалактики
 измеряемые величины:
разность времени между приходом радиосигнала на антенны
РСДБ-комплекса
 решаемые задачи:
реализация инерциальной небесной системы координат ICRF;
реализация инерциальной земной системы координат ITRF;
определение параметров ориентировки Земли;
определение параметров ГПЗ; и т.д.

Радиоинтерферометрическая сеть
"Квазар-КВО"
Радиоастрономическая
обсерватория “Светлое”
Радиоастрономическая
обсерватория "Бадары"
Радиоастрономическая
обсерватория “Зеленчукская”
Геодезический спутник ГЕО-ИК
Назначение
• создание региональных геодезических сетей
• работы по изучению топографии Мирового океана
• уточнение формы Земли и координат ее центра масс
• установление системы координат ПЗ-90
Основные технические
характеристики
• высота круговой орбиты 1500 км
• период обращения 116 мин
• наклон орбиты 74, 83 градуса
• масса 1610 кг
Бортовой ретрансляционный комплекс
• радиовысотомер (спутниковая альтиметрия)
• доплеровская система
• ретранслятор дальномерной запросной системы
• система световой сигнализации (для фотографирования с
наземных фотоастрономических установок)
• уголковые отражатели для лазерной локации
Спутниковые проекты для изучения
тонкой структуры гравитационного и
магнитного полей Земли
Гравитационное и магнитное
поля
Топография поверхности
Название
проекта
Агентство
Название
проекта
Агентство
CHAMP (2000)
DLR (FRG)
JASON (2001)
CNES/NASA
GRACE (2002)
NASA/DLR
ENVISAT (2002) ESA
GPB (2001)
NASA
ICESAT (2001)
NASA
GOCE (2004)
ESA
JASON (2004)
NASA/CNES
MICROSCOPE
(2004)
CNES (France)
RADARSAT
Canada
CHAMP
GRASE
Конфигурация
GRASE
Спутниковые радиотехнические
навигационные системы второго
поколения




GPS – Global Position System (США)
ГЛОНАСС – Глобальная навигационная
спутниковая система (СССР – Россия)
GALILEO (Европа)
Бэйдоу (Китай)
Международная ГНСС-служба (IGS)