Классификация методов наблюдений ИСЗ. Лазерная локация спутников и Луны Лазерная локация спутников (SLR – Satellite Laser Raining) Лазерная локация Луны. - презентация

1 Классификация методов наблюдений ИСЗ

2 Лазерная локация спутников и Луны Лазерная локация спутников (SLR – Satellite Laser Raining) Лазерная локация Луны (LLR – Lunar Laser Raining)

3 Измерение расстояний = c (t пр – t отпр )/2 +, где c - скорость света, t пр, t отпр – моменты приема и отправки сигнала - сумма поправок за прохождение света в атмосфере и аппаратные задержки

4 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

5 Проблемы лазерной локации 1. Наведение на ИСЗ. Точность наведения позволяет уменьшить угол расходимости лазерного луча и увеличить дальность действия и точность работы дальномера. 2. Расходимость пучка. Ограничение дальности действия и точности работы. 3. Регистрация слабых отраженных от ИСЗ сигналов и фильтрация от помех. 4. Создание системы регистрации времени с точностью – Высокоточная привязка момента наблюдения к шкале единого времени

6 Созвездие спутников, поддерживающее SLR

7 Лазерная локация ИСЗ LAGEOS-1 LAGEOS-2

8 ILRS – международная служба лазерной локации ИСЗ

9 Радиотехнические методы наблюдений Доплеровские системы: измерение относительной лучевой скорости движения ИСЗ Радиодальномерные системы: измерение или расстояния до ИСЗ, или псевдодальности

10 Доплеровские системы Эффект Доплера: изменение частоты принимаемого сигнала при движении источника сигнала относительно приемника Изменение частоты сигнала: w = w 0 – w - w 0 (v r /c), w 0 – опорная частота неподвижного источника сигнала; w – измеряемая частота; v r – радиальная скорость движения источника сигнала; c – скорость света.

11 Уравнение Доплеровского позиционирования Расстояние от пункта А до спутника i : Скорость - дифференцирование расстояния по времени: где или - компоненты вектора относительной лучевой скорости (1)

12 Доплеровские спутниковые системы ГНСС первого поколения: TRANZIT (США), ЦИКАДА (СССР) Определение координат наземных пунктов X A, Y A, Z A из решения системы уравнений вида (1), где известны координаты спутника X i, Y i, Z i, измерены компоненты вектора скорости X Y Z

13 ГНСС первого поколения TRANZIT и ЦИКАДА ХарактеристикаTRANZITЦИКАДА Период действия1964 – Количество ИСЗ56 Наклон орбиты Высота1075 км1000 км Период обращения107 мин105 мин В СССР в гг создана доплеровская геодезическая сеть

14 Доплеровские спутниковые системы PRARE (Германия) DORIS (Франция) Определение орбит ИСЗ (координат спутника X i, Y i, Z i ) из решения системы уравнений вида (1), где выполняются измерения скорости ИСЗ по сигналам от наземной сети автоматически работающих радиомаяков с известными координатами X A, Y A, Z A

15 PRARE – Precise Range And Range- Rate 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 98,5 0 0) Контрольный сегмент (главная станция управления, Потсдам, станция контроля времени и системных команд, станция калибровки).

16 Радар альтиметра Отражатель SLR Доплеровская система Спутник системы PRARE ERS-2

17 DORIS – Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite

18

19

20 Задачи, решаемые с помощью DORIS, PRARE 1. Точное определение орбит ИСЗ; 2. Определение координат и скоростей движения станций; 3. Определение ПВЗ и ГПЗ; 4. Определение движения геоцентра; 5. Определение параметров ионосферы; 6. Мониторинг ледников, оползней, вулканов

21 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

22 Векторное уравнение спутниковой альтиметрии О S ОЗЭ Океан r R R = r +

23 Задачи, решаемые с помощью спутниковой альтиметрии 1. Если известна орбита ИСЗ (вектор r), измерен, то определяется R => поверхность геоида в первом приближении; 2. Если известна модель геоида (вектор R), измерен, то определяется r => орбита ИСЗ; 3. Если известны r, R, предвычислен = R- r, измерен, то определяются отклонения - => эталонирование радиовысотомера, определение амплитуды волн океана, оценка точности прогноза орбиты ИСЗ, и т.д.

24 Спутники, поддерживающие альтиметрию

25 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.

26 Радиоинтерферометрическая сеть "Квазар-КВО"

27 Радиоастрономическая обсерватория Светлое

28 Радиоастрономическая обсерватория "Бадары"

29 Радиоастрономическая обсерватория Зеленчукская

30 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 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 Основные технические характеристики высота круговой орбиты 1500 км период обращения 116 мин наклон орбиты 74, 83 градуса масса 1610 кг

31 Спутниковые проекты для изучения тонкой структуры гравитационного и магнитного полей Земли Гравитационное и магнитное поля Топография поверхности Название проекта АгентствоНазвание проекта Агентство CHAMP (2000)DLR (FRG)JASON (2001)CNES/NASA GRACE (2002)NASA/DLRENVISAT (2002)ESA GPB (2001)NASAICESAT (2001)NASA GOCE (2004)ESAJASON (2004)NASA/CNES MICROSCOPE (2004) CNES (France)RADARSATCanada

32 CHAMP

33

34

35 GRASE

36 Конфигурация GRASE

37 Спутниковые радиотехнические навигационные системы второго поколения GPS – Global Position System (США) ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая система (СССР – Россия) GALILEO (Европа) Бэйдоу (Китай)

38 Международная ГНСС-служба (IGS)