О системе координат International Terrestrial Reference Frame (ITRF) Международная земная система отсчета (ITRS - International Terrestrial Reference System) – это совокупность договоренностей и основополагающих принципов построения общеземной геоцентрической системы координат, принятых Международным Астрономическим Союзом в 1991 г., касающихся определения начала центра системы, ориентации осей, инерциальности, фундаментальных геодезических постоянных, параметров общеземного эллипсоида, параметров гравитационного поля и прочих параметров. Начало отсчета находится в центре масс Земли. Ориентация координатных осей в теле Земли определяется из наблюдений Международной службы вращения Земли (International Earth Rotation and Reference Systems Service – IERS) и Международной ассоциацией геодезии (МАГ) (International Association of Geodesy – IAG), являющейся одной из семи ассоциаций Международного геодезического и геофизического союза (МГГС) (International Union of Geodesy and Geophysics – IUGG). В настоящее время Российская Федерация является действительным членом МГГС и МАГ. Реализация ITRS – это Международная земная отсчетная основа (International Terrestrial Reference Frame – ITRF). ITRF является высокоточной глобальной системой координат, предназначенной для обеспечения единого, стабильного и долгосрочного каркаса для высокоточных геодезических и геофизических измерений на Земле. Она используется для множества приложений, включая мониторинг движения тектонических плит, изменения уровня моря, а также для навигационных и космических исследований. Разработка и Состав ITRF разрабатывается Международной службой земных вращений и системы координат (IERS). IERS координирует международные усилия по поддержанию глобальной системы координат, включая сбор и анализ данных от наблюдательных станций по всему миру. ITRF основывается на данных, полученных с помощью различных геодезических технологий, таких как радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (VLBI), спутниковая лазерная дальнометрия (SLR), доплеровская орбитография и радиопозиционирование, интегрированные со спутником (DORIS), глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS ). Эти данные обеспечивают точные измерения положений наземных станций, что позволяет отслеживать их перемещения с течением времени. Основные Характеристики Высокая точность: ITRF предоставляет одну из самых точных и надежных систем определения координат на Земле, с точностью до миллиметра. Динамичность: Положения станций в ITRF обновляются периодически, чтобы отражать постоянные изменения в земной коре, вызванные тектоническими, приливными и другими геофизическими процессами. Глобальное покрытие: Система охватывает весь земной шар, обеспечивая глобальный референс для различных исследований и приложений. Применение и назначение Геодезия и Картография: ITRF широко используется в геодезии для создания точных карт и географических информационных систем (ГИС). Мониторинг Земли: движение тектонических плит, изучение землетрясений и вулканической активности. Изменение Уровня Моря: ITRF используется в исследованиях, связанных с изменением уровня моря, что имеет важное значение для понимания климатических изменений. Космические Исследования: Система необходима для точной навигации космических аппаратов и спутников, а также для анализа их орбит. Навигация: Глобальные навигационные системы, такие как GPS и ГЛОНАСС, опираются на ITRF для обеспечения точности своих измерений. Обновления и Версии Регулярные Обновления: ITRF регулярно обновляется для включения новых данных и улучшения точности. Каждая новая версия ITRF учитывает накопленные данные за дополнительный период времени. Версии ITRF: на данный момент существует несколько версий ITRF, каждая из которых представляет собой незначительное улучшение точности и надежности по сравнению с предыдущими версиями. С момента её введения в 1998 году ITRF имеет уже 11 реализаций. Технологии VLBI - Very Long Baseline Interferometry (радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами). VLBI — это вид интерферометрии, используемый в радиоастрономии, при котором приёмные элементы интерферометра (телескопы) располагаются не ближе, чем на континентальных расстояниях друг от друга. Это позволяет получить изображения с очень высоким разрешением. VLBI применяется для изучения космических объектов (как звезд и квазаров), а также для геодезических и геофизических измерений, таких как мониторинг движения тектонических плит и изменений во вращении Земли. Поддержкой технологий VLBI занимается Международная служба VLBI для геодезии и астрометрии (IVS – International VLBI Service for geodesy and astrometry). IVS предоставляет данные о движении земной коры и изменениях положения станций, которые затем используются для обновления ITRF, что позволяет получить более точные геодезические координаты и решения для различных геодезических задач. SLR - Satellite Laser Ranging (спутниковая лазерная дальнометрия) SLR — это техника, использующая лазерные лучи для измерения расстояний от Земли до спутников. Спутники, оборудованные ретрорефлекторами, отражают лазерные лучи обратно на землю, что позволяет точно измерить их расстояние от наземных станций. SLR и LLR (лунная лазерная дальнометрия) используют короткоимпульсные лазеры и современные оптические приемники и синхронизирующую электронику для измерения двустороннего времени полета (и, следовательно, расстояния) от наземных станций до ретрорефлекторных решеток на спутниках, вращающихся вокруг Земли, и Луне. Научные продукты, полученные с использованием данных SLR и LLR, включают точные геоцентрические положения и движения наземных станций, орбиты спутников, компоненты гравитационного поля Земли и их временные вариации, параметры ориентации на Земле (EOP), точные лунные эфемериды и информацию о внутренней структуре Луны. Лазерные дальномерные системы уже измеряют одностороннее расстояние до удаленных оптических приемников в космосе и могут выполнять очень точную передачу времени между удаленными друг от друга объектами. SLR используется для определения орбитальных параметров спутников, мониторинга тектонических сдвигов и изменений в земной коре, а также для изучения атмосферы и гравитационного поля Земли. Информационные продукты SLR являются основополагающими для ITRF. Деятельность по лазерной локации организована Международной службой лазерной локации (ILRS International Laser Ranging Service), которая предоставляет глобальные спутниковые и лунные данные лазерной локации и производные от них информационные продукты для поддержки исследований в области геодезии, геофизики, науки о Луне и фундаментальных констант. DORIS - Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (доплеровская орбитография и радиопозиционирование, интегрированные со спутника) DORIS - французская гражданская система точного определения орбиты и позиционирования. Он основан на принципе эффекта Доплера с использованием сети передающих наземных маяков и бортовых приборов на полезной нагрузке спутника (антенна, радиоприемник и сверхстабильный генератор колебаний). Антенна Doris на борту спутников принимает сигналы, излучаемые сетью наземных станций. Когда приемник и источник перемещают друг друга, длина волны приема отличается от длины волны излучения (эффект Доплера). Когда спутник приближается к излучающим маякам, частота сигнала, принимаемого приборами Doris на борту спутника, выше, чем частота излучаемого сигнала, и ниже, когда он удаляется. Если частоты излучения и приема равны, излучающий маяк находится на перпендикуляре к наземной трассе спутника. DORIS в основном используется для определения точного положения спутников, изучения земной коры и океанов, а также для научных исследований в области геодинамики. Doris - одна из трех систем, используемых для точного определения орбиты спутника Jason-1. Некоторые из этих методов иногда объединяются на одном спутнике: спутник Jason-1 включает в себя три системы слежения: Doris, определение местоположения по GPS и лазерную телеметрию. Система Doris соответствует спецификациям, необходимым для наблюдений за топографией океана и амплитудой наблюдаемых явлений: теперь она позволяет измерять положение спутника на его орбите с точностью до 1 см. С 1998 года в Diode navigator добавлена возможность обработки измерений в режиме реального времени для спутниковой навигации. Система DORIS была разработана и оптимизирована CNES, IGN (Institut Géographique National) и GRGS (Groupe de Recherches en Géodésie Spatiale) для высокоточного определения орбиты и определения местоположения маяков. DORIS представляет собой систему микроволнового слежения, радиосистему восходящей линии связи, основанную на принципе Доплера, для которой требуется спутник — хост (для пакета космического сегмента) и глобальная сеть наземных станций слежения. Основная цель — предоставить точные измерения для услуг POD (Precise Orbit Determination — точное определение орбит) и приложений геодезии. Концепция системы основана на точных измерениях доплеровских сдвигов на радиочастотном сигнале, передаваемом наземными станциями и получаемых на борту орбитальных спутников, несущих приемники DORIS, когда они находятся в видимости станции. С 2003 года поддержку данных и продуктов Doris осуществляет Международная служба DORIS (IDS – International DORIS Service). Для реализации Международной земной системы отсчета 2020 года (ITRF2020) Международная служба DORIS предоставила Международной службе вращения Земли и систем отсчета (IERS) набор из 1456 еженедельных файлов решений с 1993.0 по 2021.0, включая координаты станции и параметры ориентации на Земле (EOPs). Данные поступают с четырнадцати спутников DORIS: TOPEX / Poseidon, SPOT-2, SPOT-3, SPOT4, SPOT-5, Envisat, Jason-1, Jason-2, Cryosat-2, Saral, HY-2A, Jason-3, Sentinel-3A и Sentinel3B. При их обработке четыре аналитических центра, которые внесли свой вклад в объединенное решение DORIS, использовали новейшие модели силы тяжести с переменным временем, новый средний полюс и суточно-субсуточные модели EOP приливов, рекомендованные IERS. GNSS - Global Navigation Satellite Systems (Глобальная навигационная спутниковая система) GNSS — это общий термин, охватывающий различные глобальные спутниковые навигационные системы с глобальным покрытиемGNSS – это система, предназначенная для определения местоположения (географических координат) наземных, водных и воздушных объектов, а также низкоорбитальных космических аппаратов. Спутниковые системы навигации также позволяют получить скорость и направление движения приёмника сигнала. Кроме того, могут использоваться для получения точного времени. Такие системы состоят из космического оборудования и наземного сегмента (систем управления). В мире существует несколько глобальных систем GNSS: • GPS (Система глобального позиционирования): разработана и управляется Соединенными Штатами. Это самая известная и широко используемая система. • GLONASS (Глобальная навигационная спутниковая система): разработана Россией. Она является альтернативой GPS и обеспечивает глобальное покрытие. • Galileo: разработана Европейским Союзом. Эта система нацелена на обеспечение высокой точности и надежности. • BeiDou: разработана Китаем. Изначально предназначалась для регионального использования, но расширилась до глобального охвата. Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Спутники GNSS постоянно передают сигналы, содержащие информацию о своем положении и точном времени. Приемники GNSS, находящиеся на земле, принимают эти сигналы от нескольких спутников одновременно. Используя время задержки прихода сигнала от каждого спутника, приемник может вычислить свое точное положение в трех измерениях (широта, долгота, и высота) и время. Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения радиоволн предполагается известной (на самом деле этот вопрос крайне сложный, на скорость влияет множество слабопредсказуемых факторов, таких как характеристики ионосферного слоя и пр.). Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами. Точность GNSS может варьироваться: от нескольких метров для обычных потребительских устройств до миллиметров для профессионального геодезического оборудования. GNSS применяется в самых разных сферах: навигация , картография, геодезия; сельское хозяйство; строительство; исследование окружающей среды; и многие другие области. С 1994 года Международная служба ГНСС (IGS - International GNSS Service) обеспечивает открытый доступ к продуктам данных ГНСС. IGS это добровольная федерация из более чем 200 самофинансирующихся агентств, университетов и исследовательских институтов в более чем 100 странах / регионах; совместно работающих над обеспечением орбит спутников с высочайшей точностью в мире. IGS занимается разработкой продуктов, поддерживающих реализацию ITRF, обеспечивая при этом доступ к данным отслеживания с более чем 400 опорных станций по всему миру. Функционирует в качестве компонента Глобальной геодезической системы наблюдений (GGOS) и члена Всемирной системы данных (WDS). Вклад IGS является фундаментальным для построения ITRF, объединяя три других технологии путем совместного размещения всех VLBI и SLR и более половины объектов DORIS с приборами GNSS. Общедоступные геодезические продукты IGS вместе со станциями системы отсчета позволяют еще больше уплотнить и обеспечить универсальный доступ к ITRF. Эпохи ITRF Эпохи в контексте International Terrestrial Reference Frame (ITRF) относятся к конкретным временным точкам или периодам, на которые ориентированы данные и измерения. это моменты времени, когда проводится обновление и коррекция параметров ITRF. Каждая эпоха ITRF представляет собой определенный момент времени, в течение которого происходит обработка и коррекция данных для актуализации координатных систем. Такие эпохи обычно происходят каждые несколько лет, чтобы учесть изменения в геодезических параметрах Земли и обеспечить точность координатных измерений. Эпохи ITRF относятся к различным версиям ITRF, которые были выпущены в разное время. Каждая новая эпоха ITRF включает в себя улучшения в измерительных методах, обновленные данные и, как следствие, может обеспечивать более высокую точность в определении географических координат. Эти обновления критически важны для многих приложений, включая навигацию и картографию. Таким образом, понимание и использование различных эпох ITRF важно для множества приложений, где требуется учитывать динамические изменения земной поверхности. Это позволяет улучшить точность и надежность геодезических измерений, навигационных систем и мониторинга глобальных изменений. ITRF2020 Последней реализацией ITRF является ITRF2020. Ей соответствует эпоха 2015.0. Следуя процедуре, уже использовавшейся для предыдущих решений ITRF, ITRF2020 использует в качестве входных данных временные ряды положений станций и параметров ориентации на Земле (EOPs), предоставляемые Техническими центрами четырех методов космической геодезии (VLBI, SLR, GNSS и DORIS), а также локальные связи в местах размещения. Ожидается, что ITRF2020, основанный на полностью переработанных решениях по четырем методикам, будет улучшенным решением по сравнению с ITF2014. В процессинге ITRF2020 был внедрен ряд инноваций, в том числе: Временные ряды четырех методов были объединены, были добавлены локальные связи и приравнены к скоростям станций и сезонным сигналам в местах размещения; Годовые и полугодовые сроки были оценены для станций по 4 методикам с достаточными временными интервалами; Модели постсейсмической деформации (PSD) для станций, подверженных сильным землетрясениям, были определены путем сопоставления данных GNSS /IGS. Затем модели PSD были применены к временным рядам 3 других методов в местах локализации землетрясений. Определение Системы 1. Происхождение: Происхождение ITRF2020 определено с нулевыми параметрами переноса на эпоху 2015.0 и нулевыми скоростями переноса между ITRF2020 и долгосрочной рамкой ILRS SLR за период 1993.0-2021.0. Происхождение для сезонных сигналов также точно определено. 2. Масштаб: Масштаб долгосрочной рамки ITRF2020 определяется с использованием внутренних ограничений, чтобы обеспечить нулевой масштаб и скорость масштабирования между ITRF2020 и средними значениями решений VLBI и SLR. 3. Ориентация: Ориентация долгосрочной рамки выравнивается таким образом, чтобы на эпоху 2015.0 были нулевые параметры вращения и нулевые скорости вращения между ITRF2020 и ITRF2014, обеспечивая стабильность и непрерывность между опорными системами. Исправления и Обновления Было внесено исправление в значения UT1 и LOD, первоначально опубликованные с ITRF2020, из-за ошибки в корректировках приливных деформаций LOD. Это исправление повлияло на значения UT1 и LOD на несколько десятых миллисекунд, но остальные параметры ITRF2020 остались неизменными. В целом, ITRF2020 демонстрирует усовершенствованный подход к созданию глобальной опорной системы, включая передовые методы обработки данных и точные определения происхождения, масштаба и ориентации системы. Это делает его важным инструментом для широкого круга геодезических и геофизических приложений. Станции ITRF Станции ITRF представляют собой точки на поверхности Земли, в которых установлены геодезические инструменты, используемые для сбора данных, необходимых для создания и поддержания ITRF. Вот некоторые ключевые аспекты этих станций: 1. Разнообразие Геодезических Техник: На станциях ITRF используются различные геодезические технологии, такие как Very Long Baseline Interferometry (VLBI), Satellite Laser Ranging (SLR), Global Positioning System (GPS), Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite (DORIS), и Global Navigation Satellite Systems (GNSS). 2. Глобальное Распределение: Станции ITRF расположены по всему миру, обеспечивая глобальное покрытие и разнообразие данных. 3. Мониторинг Движения Земной Коры: Эти станции непрерывно собирают данные, которые помогают отслеживать движения земной коры, включая тектонические сдвиги и другие геодинамические процессы. 4. Точность и Надежность: Данные, собранные с помощью станций ITRF, используются для обеспечения высокой точности и надежности в геодезических и геофизических измерениях. 5. Постоянное Обновление: Станции ITRF регулярно обновляются и модернизируются для учета новейших технологических разработок и изменений в геодинамике Земли. ITRF, WGS84 и ГСК В целом ITRS (и его реализации ITRFyy) идентичны WGS84. на уровне одного метра. Фактические различия между WGS84 последних реализаций и ITRF находятся в пределах дециметра. Структура набора данных В приведенном наборе данных представлены координаты станций IGS, IVS, ILRS,IDS с абсолютными высотами, связанный с ITRF2020.
