Файл: Классификация методов наблюдений исз методы наблюдений исз Оптические.ppt

Классификация методов наблюдений ИСЗ


Методы наблюдений ИСЗ:


Оптические (в видимом диапазоне)
- фотографирование (самые первые наблюдения ИСЗ)
- лазерная локация
Радиотехнические
- доплеровские (измерение скорости ИСЗ)
- радиодальномерные (измерение расстояния)
- альтиметрия (измерение расстояния от ИСЗ до поверхности океана)
- радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой - РСДБ


Лазерная локация спутников и Луны


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

 = c⋅(tпр – tотпр)/2 + ,

Измерение расстояний


 = c⋅(tпр – tотпр)/2 + , где c - скорость света,
tпр, tотпр– моменты приема и отправки сигнала
 - сумма поправок за прохождение света в атмосфере и аппаратные задержки

Оптический телескоп

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


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

Доплеровские системы:

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:
w = 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 :


Скорость - дифференцирование расстояния по времени:


где


или


- компоненты вектора относительной лучевой скорости


(1)

ГНСС первого поколения:

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 XYZ


● ● ●


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

PRARE (Германия)

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 
по сигналам от наземной сети автоматически работающих радиомаяков с известными координатами XA, YA, ZA


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 98,500)
Контрольный сегмент (главная станция управления, Потсдам, станция контроля времени и системных команд, станция калибровки).


Радар альтиметра

---

Отражатель SLR


Доплеровская система


Спутник системы PRARE ERS-2


DORIS – Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite

Точное определение орбит ИСЗ;

Задачи, решаемые с помощью DORIS, PRARE


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


О


S


ОЗЭ


Океан


r





R


R = r + 


Задачи, решаемые с помощью спутниковой альтиметрии


Если известна орбита ИСЗ (вектор r), измерен , то определяется R => поверхность геоида в первом приближении;
Если известна модель геоида (вектор R), измерен , то определяется r => орбита ИСЗ;
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.


Спутники, поддерживающие альтиметрию

Наблюдаемые объекты:

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
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


ГЕО-ИК-2


Гео-ИК-2 — российская спутниковая система, которая должна была состоять из двух космических аппаратов, предназначенных для проведения геодезических измерений. Разработку и создание системы вело ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва. С запуском спутника «Гео-ИК-2» после длительного перерыва должно было начаться возобновление космической геодезической программы России.
Запуск первого спутника в феврале 2011 года окончился неудачей, спутник был выведен на нерасчетную орбиту.


ГЕО-ИК-2


Предназначение спутниковой системы
определение параметров гравитационного поля Земли построение высокоточной геодезической сети в геоцентрической системе координат определение движений континентальных литосферных плит, земных приливов, скорости вращения Земли и координат полюсов.
решение ряда прикладных задач,требующих оперативного определения координат наземных пунктов, в том числе: создание региональных геодезических сетей, дистанционное зондирование Земли, определение морского геоида, мониторинг ледовой обстановки.

Оборудование спутника

ГЕО-ИК-2


Оборудование спутника
радиовысотомер «Садко» производства Thales Alenia Space;
аппаратура доплеровской системы;
бортовое синхронизирующее устройство;
оптическая ретрорефлекторная антенна.
Параметры орбиты
Оба аппарата системы должны были быть выведены на солнечно-синхронную орбиту с высотой около 1000 км и наклонением 99,4º.

---

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)

---