Методы космической геодезии реферат

Обновлено: 30.06.2024

Процесс наблюдения за первыми искусственными спутниками Земли выявил одну интересную закономерность — пространственное положение спутника можно рассчитать с хорошей точностью на любой момент времени. Этот научный факт подтолкнул ученых к поистине революционному открытию — использовать спутники, находящиеся за сотни километров от Земли, для определения пространственного положения земных объектов.

GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) — это совокупность радиоэлектронных средств, позволяющих вычислить местоположение и скорость движения объекта на поверхности Земли или в атмосфере. Данные параметры определяются благодаря GPS-приемнику, который принимает и обрабатывает сигналы со спутников. Для повышения точности измерений система позиционирования включает в себя еще и наземные центры управления и обработки данных.

Методы космических измерений применяются для:

геодезии и картографии
строительства
навигации
мониторинга транспорта
мобильной связи
спасательных работ
мониторинга за тектоническим движением плит земной коры

и во многих других сферах деятельности человека. Рассмотрим некоторые основные сферы применения систем космических измерений более подробно.

Метод измерений расстояния от спутника к приемнику основан на определении скорости прохождения радиоволн. Для возможности измерений спутники передают сигналы точного времени, синхронизированные в свою очередь с высокоточными атомными часами. В начале работы системное время приемника синхронизируется со спутниковым, и дальнейшие измерения базируются на разнице между временем излучения сигнала и временем его приемки. На основании этих данных навигационное устройство вычисляет пространственное положение наземной антенны, ну а скорость объекта, курс и другие параметры — производные от первоначального положения приемника. Как вы наверняка помните из школьного курса физики, скорость прохождения радиоволн равна скорости света, так что можете представить, какая общая точность системы, определяющей расстояние по миллисекундам.

Почему же в некоторых случаях мы получаем достаточно точное значение местоположения, а в некоторых значение не совсем корректное? Не в каждом приемнике встроены атомные часы, поэтому для синхронизации и определения местоположения с приемлемой точностью необходимо получать сигнал одновременно минимум с трех спутников. На мощность принимаемого сигнала влияет гравитационное поле земли, преграды в виде деревьев, домов, отраженные (фантомные) сигналы, атмосферные помехи и ряд других причин. Так как на спутнике невозможно разместить передатчики высокой мощности, наиболее точное местоположение вы получите на открытых пространствах при чистом горизонте.

GPS для геодезических работ

Для использования систем космических наблюдений для проведения топографических работ используют несколько способов, которые отличаются точностью полученных значений и временем, потраченным для их получения.

Статика

Для определения координат неизвестной точки один приемник устанавливается на пункт триангуляции или полигонометрии (известная точка), а другой приемник — на точку, координаты которой необходимо определить. Далее проводится синхронная инициализация устройств, ведь измерения начинаются только тогда, когда два приемника включаются одновременно. Если одно из устройств проработало полчаса, а другое — 15 минут, для получения данных будет использовано только 15 минут совместной работы. После нахождения приемниками спутников начинается сбор данных, которые впоследствии обрабатываются на компьютере.

Как мы видим на скриншоте одной из программ уравнивания данных, зеленая полоска — это время работы базы, а короткие цветные полоски — время нахождения приемников на станции с неизвестными координатами. С помощью специализированного ПО можно отбраковать некорректные значения измерений и поднять общую точность полученных значений.

Плюс этого метода — высокая точность измерений, минус — затраченное время на инициализацию каждой точки.

Кинематика

Этот способ хорошо подходит для съемки линейно-протяженных объектов, таких как линии ЛЭП, каналы, дороги, нефтепроводы, и т.д. Достоинство такого способа — экономия времени, недостаток — измерения желательно проводить на небольшом удалении от базы, примерно 5–15 км. Если внезапно сигнал от спутника пропадет, процедуру инициализации придется проходить заново, поэтому такой способ не всегда возможно применить в крупных городах, где высокие здания и деревья закрывают горизонт.

RTK GPS

Если первые два способа дают нам положение точки в международной системе координат, которую потом необходимо перевести в региональную, то метод RTK (от англ. Real Time Kinematic — кинематика в реальном времени) позволяет нам получать значения пространственного положения точек в принятой для нашей местности системе координат, используя при этом всего один приемник. Нет, базовая точка, несомненно, существует, но в этом случае базовые точки неподвижно закреплены на высоких зданиях, и в совокупности образуют сеть, сродни мобильной. И приемник, и базовые станции, обмениваются информацией посредством интернета, что позволяет им синхронизироваться не только со спутниками, но и друг с другом, минуя цепочку пересчета и уравнивания координат в специализированном ПО.

GPS vs ГЛОНАСС

Для определения координат NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС используют 21 действующий спутник и три запасных, вращающиеся на круговых орбитальных плоскостях, причем этих плоскостей в системе GPS в три раза больше, чем в ГЛОНАСС. Спутники оснащены солнечными батареями, и совершают свой полет на высте более 20 км от поверхности Земли. Такое удаление от планеты и количество спутников обечпечивают практически в любой точке земного шара одновременное наблюдение минимум 4-х спутников. Время полного витка вокруг Земли — 12 космических часов.

В системе GPS все спутники излучают сигнал на двух одинаковых частотах, и каждый аппарат посылает свой индивидуальный код, который позволяет распознавать спутники. У ГЛОНАСС код одинаков для всех спутников, вещание ведется так же в двух диапазонах. Как видим, параметры у систем примерно одинаковые, так кто же лучше?

Запуски искусственных спутников Земли (ИСЗ) и первые же опыты использования их в геодезических целях сильно изменили взгляды и представления геодезистов о самом предмете геодезии и ее проблемах. Старые научные и практические задачи геодезии, которые издавна являлись для нее традиционными, предстали перед геодезистами в новом содержании и в более широком значении. Появились новые методы измерений, и в десятки раз (в науке это называется на порядок) увеличилась точность измерений.

Содержание

Введение ………………………………………………………. …. 2
Задачи космической геодезии ……………………………….….…3
Возникновение и развитие космической геодезии …………….…4
Основные этапы и периоды развития КГ….……………………. 6
Периоды развития КГ………………………………………………7
Перспектива развития космических методов геодезии…………..7
Заключение……………………………………………………. …. 8
Список литературы …………………………………………………9

Вложенные файлы: 1 файл

ГОТОВЫЙ РЕФЕРАТ.docx

Задачи космической геодезии ……………………………….….…3

Возникновение и развитие космической геодезии …………….…4

Основные этапы и периоды развития КГ….……………………. 6

Перспектива развития космических методов геодезии…………..7

С появлением искусственных спутников Земли геодезия

получила новое эффективное средство для решения своей основной

научной задачи - изучения фигуры, размеров и внешнего гравитационного поля нашей планеты.

У Земли есть естественный спутник Луна, и идея использовать ее как реперную точку для геодезических целей обсуждалась еще в XVII в. Однако все идеи оставались идеями до 1957 г., когда запуск ИСЗ привел к появлению рабочих методов сначала спутниковой, а потом и космической геодезии.

Традиционными методами классической геодезии решается основная задача геодезии – изучение фигуры Земли и гравитационного поля нашей планеты с помощью измерений, производимых на поверхности Земли, Методы космической геодезии позволили взглянуть на Землю из космоса и начать измерять ее, оторвавшись от земной поверхности. Сразу видна масштабная, качественная разница этих двух подходов: поднявшись на сотни, а порой и на тысячи километров над поверхностью Земли, человек как бы вырос и получил возможность измерять длинные линии на Земле (линии порядка сотен и тысяч километров) с небывало высокой точностью.

Но дело не только в масштабах и точности измерений. С выходом в космос геодезия изменилась, если можно так выразиться, морально: расширился круг решаемых ею задач. Сейчас геодезия решает (в основном методами космической геодезии) такие проблемы, как изучение лунно-солнечных приливов (в том числе в земной коре), движение полюсов Земли, изменение скорости вращения Земли и т. д. Мы вплотную подошли к тому времени, когда основные проблемы геодезии, геодинамики будут успешно решаться с помощью методов космической геодезии.

Задачи космической геодезии

Первой и основной задачей КГ является определение размеров и формы Земли. Вместе с другими величинами, такими как гравитационная постоянная Земли , скорость вращения они образуют набор, называемый фундаментальными параметрами Земли. Используя методы КГ, геодезисты определили фундаментальные параметры не только для Земли, но и для Луны, Марса, Венеры и Меркурия.

Второй задачей КГ является создание геоцентрической системы координат, которая подходила бы ко всей Земле. Такие системы у нас принято называть общеземными. Решение этой задачи невозможно без привлечения информации о гравитационном поле исследуемой планеты. Однако, имея координаты многих пунктов на земной поверхности, можно определить форму и размеры Земли.

Третья задача. Летая над поверхностью Земли (или другой планеты), спутник испытывает на себе влияние гравитационных аномалий, из-за чего изменяется траектория его движения. Отсюда следует, что если получать его орбиту в разные моменты времени, то можно по изменению в орбите определить гравитационные аномалии и по ним найти положение геоида (или квазигеоида) над эллипсоидом. Эти задачи особенно сложные и требуют чрезвычайно точных измерений (вплоть до 0.01 мм). При этом не следует забывать, что параметры движения относятся к спутникам, движущимся с высокой скоростью (у низких спутников скорость достигает 8 км/с).

Четвертая задача. Измерение и моделирование геодинамических явлений (например, движение полюсов Земли, определение характеристик вращения Земли – точного времени, движений литосферных плит).

После появления СРНС второго поколения (GPS в 1980 г. и ГЛОНАСС в 1984 г.) появилась возможность строить не только глобальные сети, но и локальные сети и решать различные прикладные задачи для инженерной геодезии, кадастра, ГИС. При этом методы КГ оказались значительно более эффективными классических методов. Задача позиционирования объектов и определения параметров их движения относится к задачам навигации. Отличие методов навигации от методов в геодезии, в основном, состоит в том, что результаты определения координат объекта в навигации нужно иметь немедленно (в реальном времени), а в геодезии, как правило, такой срочности нет. Для высокоточной навигации были разработаны методы, которые дают возможность определять положение движущегося объекта с сантиметровой точностью (RTK). Теперь эти методы применяют и геодезисты. Более того, методы КГ позволяют производить непрерывный мониторинг (то есть отслеживание и прогнозирование) объектов, движущихся с большими скоростями (например, воздушных судов - аэрофотосъемка или речных судов - гидрография).

Возникновение и развитие космической геодезии

Более 50 лет назад был выведен на орбиту первый искусственный спутник Земли. Сейчас число движущихся вокруг Земли искусственных тел превышает несколько тысяч, и еще несколько тысяч объектов за это время уже прекратили свое существование, сгорев в плотных слоях атмосферы. Большое количество искусственных космических аппаратов было выведено на орбиты, подобно кометным орбитам, пересекающим Солнечную систему.
Чтобы лучше понять, почему возникла необходимость в развитии методов космической геодезии, следует остановиться на некоторых моментах из истории геодезии.

Известно, что различные геодезические работы выполнялись людьми с глубокой древности. Одними из первых известных нам геодезистов были египтяне. Они использовали для восстановления разрушаемых разливами Нила границ земельных угодий опорные пункты, которые находились вдали от реки. Также важное значение имело ориентирование и определение местоположения в сухопутных и морских путешествиях.

По мере развития человечества повышались требования к точности геодезических работ, совершенствовались методы и техника измерений, способы обработки измерительной информации.

Важное значение для развития геодезии имело предложение голландского ученого Снеллиуса (1580-1626 гг.) использовать в качестве метода передачи координат триангуляцию. В 1615-1617 гг. Снеллиус выполнил в Голландии градусное измерение по дуге меридиана, состоящее из 33 треугольников и имеющее протяженность около 130 км.

В XX веке для создания геодезического обоснования, наряду с триангуляцией, стала применяться полигонометрия. Ее развитие стимулировало широкое внедрение в геодезическое производство радио- и светодальномеров. Их использование позволило создавать геодезические построения методом трилатерации (путем измерения длин сторон треугольников).

Традиционные геодезические построения создавались на отдельных, разделенных значительными водными преградами или государственными границами, территориях. По ним были образованы геодезические референцные системы. К их числу относятся референц-эллипсоиды Бесселя, Кларка, Красовского, Хейфорда и др. (всего более 10). Положение референц-эллипсоидов, образующих геодезические системы на разных континентах, относительно друг друга и центра масс Земли нельзя установить при помощи только триангуляции и полигонометрии.

Ограниченные возможности классических методов в смысле передачи координат обусловлены сравнительно небольшими предельными длинами сторон триангуляции и полигонометрии (20-30 км), а также требованием взаимной видимости между пунктами. Для этого пункты строились на вершинах гор, а на равнинной местности устанавливались специальные сигналы.

В 1768 году Иоган Эйлер (сын Леонарда Эйлера) опубликовал работу, в которой обосновал возможность определения параметров земного эллипсоида по одновременным измерениям зенитных расстояний Луны с пунктов, расположенных на одном меридиане и имеющих известные астрономические координаты.

С начала XX века внимание к так называемым "лунным" методам усилилось, и космическая геодезия стала оформляться как раздел геодезической науки. Предпринимались попытки использовать для решения геодезических задач результаты наблюдений моментов покрытий звезд Луной, солнечных затмений и фотографирования Луны на фоне звезд. Из-за значительного удаления Луны от Земли (в среднем 384 000 км) лунные методы не позволяют достичь требуемой в настоящее время для решения геодезических задач точности. Например, применение фотографирования Луны на фоне звезд (наиболее точного из названных методов) обеспечивает получение координат пунктов наблюдений с ошибкой примерно 100 м.

В 1946 г. финский геодезист Ю. Вяйсяля разработал принципы построения триангуляции путем фотографирования вспышек света на фоне звезд. Для этого источник света поднимали на значительную высоту самолетом, газовым баллоном или ракетой и по команде с Земли он давал кратковременные вспышки. С двух пунктов на поверхности земли выполнялось синхронное фотографирование двух и более вспышек света в различных вертикальных плоскостях, по результатам которого можно было с высокой точностью определить направление хорды, соединяющей пункты наблюдений. Если таким образом определить направления хорд, соединяющих все пункты наблюдений, то можно вычислить координаты последних. Для этого необходимо знать координаты хотя бы одного из пунктов и длину хотя бы одной хорды.

Проводившиеся в ряде стран эксперименты по созданию таких построений показали, что при сторонах 100-300 км звездная триангуляция позволяет получать результаты достаточно высокой точности (ошибка направления хорды составляет 0,5-1,5²). Однако расстояния между пунктами были ограничены высотой баллонов с лампами-вспышками, которые могли подниматься на высоту до 30-40 км.

С запуском в СССР 4 октября 1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли появилась возможность создавать космические построения, основанные на наблюдениях ИСЗ. Измерения доплеровского сдвига частоты передатчика этого спутника на пункте наблюдения с известными координатами позволили определить параметры движения ИСЗ. Обратная задача была очевидной: по измерениям одного и того же доплеровского сдвига при известных координатах ИСЗ найти координаты пункта наблюдения.

Основные этапы и периоды развития КГ

Хотя принято считать началом космической эры 4 октября 1957 г., когда в СССР был запущен 1-й спутник Земли, использование наблюдений небесных тел для решения задач геодезии началось значительно раньше.

Луна. Еще в 1802 г. Лаплас определил сжатие Земли по прецессионному движению линии узлов лунной орбиты.

Метод звездной триангуляции. Предложен в 1945 г. финским геодезистом Вяйсяля. В 1946 г. были проведены фотографирования световых вспышек на фоне звезд. При сторонах между пунктами до 200 км ошибки в азимутах достигались в 0.7-1.5².

1957 г. – запуск спутников 1 и 2

1958 г. – определение сжатия Земли (2-я зональная гармоника)

1958 Запуск Эксплорер-1

1959 г. – 3-я зональная гармоника (грушевидность Земли)

1960 г. – запуск спутников Transit-1B и Эхо-1.

1962 г. Запуск спутника АННА-1.

Первая космическая триангуляция в СССР по американскому спутнику Эхо-1. Позднее по спутникам Эхо-2, ПАГЕОС.

С 1974 г. ученые 14 стран проводили международный эксперимент под названием ISAGEX. Программа включала две части: по динамическому методу и по геометрическому методу геодезии. В первом случае использовались преимущественно несинхронные измерения для определения параметров Земли и привязки станций к геоцентру, во втором случае – синхронные измерения с целью определения взаимного положения станций. Впервые был практически решен вопрос об определении геоцентрических координат.

До 1964 г. основными задачами были:

Определение значения сжатия Земли,
Определение общей формы земного геоида,
Определение параметров связи между наиболее важными системами координат (±50 м).

Периоды развития КГ.

2 1970-1980. Стадия научных проектов. Начало активной спутниковой дальнометрии, доплеровских измерений. Получены более точные модели геоида (GEM10, GRIM) Появилась возможность наблюдать геодинамические явления

Космическая геодезия является наукой, которая изучает применение итогов мониторингов искусственных, а также естественных спутников Земли для разрешения научных и технических задач геодезической науки. Мониторинг производится как с поверхности Земли, так и собственно на спутниках. Космическая геодезия нашла большое применение с того времени, как был запущен первый искусственного спутника нашей планеты.

Космическую геодезию принято считать новой отраслью геодезии, формирование которой началось с того момента времени, как был запущен первый искусственного спутника нашей планеты. Для правильного установления формы и размеров Земли ещё в XVIII веке применяли Луну, расположенную на значительном расстоянии от Земли, соответственно, правильность определения фигуры нашей планеты являлась очень невысокой.

В последующем учёные создали некоторое количество методик астрономического мониторинга для задач геодезии:

Использование затмений Солнца.
Укрытие космических тел Луною.
Производство фотографий естественного спутника Земли на фоне звёздного неба путём использования специализированных фотографических устройств, которые были разработаны российским и советским астрономом, член-корреспондентом и академиком Академии Наук Советского Союза, профессором Московского Государственного Университета Михайловым Александром Александровичем.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Несмотря на то, что методики мониторинга Луны являлись в результате сведенными до безупречности, однако отклонения существовали больше трёхсот метров.

Методики космической геодезии

Ключевой методикой космической геодезии считается синхронный мониторинг спутника с главных наблюдательных пунктов Земли.

В данной методике производится определение разнообразных параметров и свойств в соответствии с расположением координат и спутников. Данными показателями являются скорость и расстояние изменения объектов, угловая ориентация точек визирования мест, а именно, спутник в конкретной системе координат, регламенты его передвижения преобразование угловых параметров. Ключевыми методиками космической геодезии являются:

Формирование опорной геодезической сети, а также совершенствование мировой астрономической структуры.
Установление координат ракетных носителей по научному мониторингу с наблюдательных пунктов Земли.
Определение расположения подводных и надводных судов, и летательных объектов.
Предоставление выверенной информации с высокой точностью для картографирования более удалённых и труднодоступных территорий.
Изучение гравитационного внешнего земного поля, а также его величины.

В соответствии, с перечисленных выше пунктами возможно произвести вывод, что достоинства методик космической геодезии содержится в следующем: благодаря моментальному предоставлению координат на огромные расстояния, которые составляют тысячи километров, осуществляется формирование своеобразных конструкций в абсолютной системе координат. В том числе, с помощью методик геодезии в астрономии устанавливают параметры гравитационного поля, требующих относительно малого числа наблюдательных пунктов на поверхности Земли.

Цели космической геодезии

Сегодня учёные осуществляют изучение принципов и методик космической геодезии, но ключевые цели вышеуказанной научной сферы деятельности определены, и это:

Формирование на основе космических методик всеобщей инерционной системы отсчета, которая основана на расположении внегалактических источников.
Формирование земной системы отсчета.
Своевременное координатное и временное оснащение наземных объектов информацией, с помощью всеобщих навигационных спутниковых систем.
Координатное и временное оснащение космических полетов информацией.
Исследование гравитационного поля различных планет, в том числе Земли и Луны, с применением спутниковых вычислений.
Исследование фигуры различных планет, в том числе Земли и Луны, с применением спутниковых вычислений.
Формирование важнейших фундаментальных констант в геодезической науке.

При разрешении фактически всех научно-технических задач методы космической геодезии обладают существенными достоинствами по отношению к классическим методикам. Данное напрямую связано с тем, что простые геодезические установки создаются на конкретных территориях и составляют исключительно слабые геодезические сети.

В данной ситуации положение эллипсоидов соответственно один другого, а также центра земных масс нет возможности определить благодаря полигонометрии и триангуляции. А именно, устроить беспрерывную геодезическую связь всех материков во всеобщую всемирную геодезическую систему – нет возможности.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Из большого числа выпускаемых орбитальных станций, важнейшим предназначением для геодезии обладают особые астрономические объекты, мониторинг которых предоставляет возможность учёным моментально и точно производить передачу данных на существенном расстоянии. Данное расстояние может исчисляться в несколько десятков тысяч километров. В том числе, создавать и формировать крупномасштабную геодезическую сеть во всесторонней системе координат, которая отнесена к центру масс Земли, а также устанавливать ключевые показатели гравитационного поля Земли. При этом извлекать окончательные данные значительно надёжнее, чем благодаря классическим методикам.

Помимо этого, методики космической геодезии позволяют использовать результаты мониторинга при изучении континентов и передвижения полюсов Земли, в том числе при определении фигуры геоида в океанских просторах, и это способствует разрешать вопросы картографирования Земли с космического пространства.

Системы координат в геодезии

Начало их передвижения – центр земных масс (геоцентр) – координата отсчёта; вектор Z – свойство земного вращения соответственно северного полюса; центральная плоскость – ось земного экватора; точка X – скрещение линии экватора с линией меридианы Гринвича OG; ось Y – обогащает систему.

Проблематичными является несколько вопросов: какую точку рассматривать, как полюс Земли, какую точку рассматривать, как экватор, а также каким образом определить первоначальный ориентир меридиана Гринвича. Вращение Земли вокруг своей оси предполагает эффект сложной, двойственной природы. Ранние опыты присутствие перемещения естественного полюса Земли по отношению некоторой точки, именуемой Условным Земным Полюсом. С конца XIX столетия эксперты Международной службы широты производят мониторинг, и пытаются объяснить перемещение полюса.

В перемещении вектора земного вращения в космической геодезии подчёркивают вынужденные и свободные пульсации. Временной промежуток сдвигов составляет около 430 суток, а амплитуда находится в пределах 10 метров. В частности, данные погрешности не постоянны и определяются исключительно при мониторинге.

Квантовые генераторы в космической геодезии

Огромные перспективы в нынешней технике для измерения космической геодезии возлагаются на квантовые оптические генераторы либо лазеры. Данные устройства предоставляют возможность правильно определить отдалённость и радиальный параметр скорости с наиболее высокой достоверностью, чем с помощью радиотехнических методик. Следовательно, изучаемая научная сфера деятельности предоставляет возможность определить форму Земли, без ошибок определить координаты всех земных точек, а также сформировать карты по топографии на каждый участок Земли.

Данные исследования помогают кораблям верно определять контуры материков и моментально узнавать местонахождения рифов, островов, маяков, а также иных важнейших объектов в море и океане. Данная информация позволяет производить выбор наиболее надёжные и не опасные пути передвижения, которые обеспечивают защищённость и устойчивость деятельности воздушного, морского и наземного транспорта.

Не так давно, быструю популяризацию получили радионавигационные направления развития, посреди которых более известными оказываются комплексы, использующие искусственные спутники Земли. Данные комплексы оснащают радионавигационному комплексу значительный охват и обширность.

Нынешняя навигация обладает уникальным качеством – она является всепогодною. Это достигается благодаря применению радиотехнических устройств со сверхвысокочастотным диапазоном. Радионавигационные устройства с использованием искусственных спутников Земли основываются на исследовании параметров сравнительного перемещения и расположения исследуемого объекта.

Данные системы основательно начинают использоваться в управлении самолётами и морскими судами. Они предоставляют возможность с высокой точностью установить месторасположение объектов, невзирая на погоду, время года и время суток.

СУЩНОСТЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА КОСМИЧЕСКОЙ ГЕОДЕЗИИ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Но не надо думать, что только запуск первого ИСЗ привел к рождению космической геодезии. У Земли есть естественный спутник Луна, и идея использовать ее как реперную точку для геодезических целей обсуждалась еще в XVII в. Тогда же была высказана мысль о том, что сжатие Земли можно определить, изучая возмущения в движении Луны, вызванные притяжением Земли. Однако все эти идеи оставались идеями до 1957 г., когда запуск ИСЗ привел к появлению рабочих методов сначала спутниковой, а потом и космической геодезии[3].

Традиционными методами классической геодезии решается основная задача геодезии - изучение фигуры Земли и гравитационного поля нашей планеты с помощью измерений, производимых на поверхности Земли, Методы космической геодезии позволили взглянуть на Землю из космоса и начать измерять ее, оторвавшись от земной поверхности. Сразу видна масштабная, качественная разница этих двух подходов: поднявшись на сотни, а порой и на тысячи километров над поверхностью Земли, человек как бы вырос и получил возможность измерять длинные линии на Земле (линии порядка сотен и тысяч километров) с небывало высокой точностью.

Но дело не только в масштабах и точности измерений. С выходом в космос геодезия изменилась, если можно так выразиться, морально: расширился круг решаемых ею задач. Сейчас геодезия решает (в основном методами космической геодезии) такие проблемы, как изучение лунно-солнечных приливов (в том числе в земной коре), движение полюсов Земли, изменение скорости вращения Земли и т. д. Мы вплотную подошли к тому времени, когда основные проблемы геодезии, геокинематики и геодинамики будут успешно решаться с помощью методов космической геодезии[4].

Рис 1. Схема проложения прямого угла на земной поверхности.

Работы, использующие геометрические методы спутниковой геодезии, велись во многих странах с первых же лет после запуска первого ИСЗ. Сначала эти работы основывались только на фотографических наблюдениях ИСЗ, потом к ним присоединились лазерные дальномерные и радиотехнические измерения. Но интересно то, что еще до запуска первого ИСЗ геометрические методы спутниковой геодезии были опробованы на реальной триангуляционной съемке Финляндии.

В 1946 г. финский геодезист Ю. Вяйсяля разработал принцип построения триангуляции путем фотографирования вспышек света на фоне звезд. При этом предполагалось, что источник света будет поднят на значительную высоту самолетом, высотным баллоном или ракетой, а вспышка будет производиться по команде с Земли. Синхронное фотографирование двух и более вспышек с двух пунктов позволяет определить направление хорды, соединяющей эти пункты. Из таких земных хорд строятся последовательно связанные между собой треугольники и вычисляются координаты их вершин, т. е. строится так называемый триангуляционный ход.

Метод звездной, как его назвал Ю. Вяйсяля, триангуляции был применен для построения новой триангуляционной сети Финляндии со сторонами треугольников около 200 км и оказался весьма рациональным и высокоточным методом[1].

Для использования радиотехнических методов измерения дальности был разработан метод трисферации - определение координат станции по одновременным наблюдениям с четырех станций, три из которых (опорные) имеют известные координаты. Название метода отражает его суть: измерение дальностей до ИСЗ с трех опорных станций дает возможность определить его положение в пространстве как точку пересечения трех сфер с заданными радиусами и с центрами в опорных станциях. Выбрав как минимум два разных прохождения, мы можем получить три различных положения ИСЗ. Если мы одновременно с этим измеряли с четвертой станции дальность до этих же трех положений ИСЗ, то, как бы обращая эту задачу, мы можем получить координаты четвертой станции как точку пересечения трех сфер с известными радиусами и с центрами в трех уже определенных положениях ИСЗ[5].

Отсюда можно сделать вывод, что решением задачи о пересечении трех сфер являются две точки, а не одна. Но эта неоднозначность решения не должна смущать, так как вторая точка окажется где-то в центре Земли (для положения ИСЗ) или высоко в космосе (для положения четвертой станции).

Геометрическими методами были созданы геодезические построения огромной протяженности. Так, в середине 70-х годов был построен космический наземный базис Тромсё (Норвегия) - Хоэнпайсенберг (ФРГ) - Катания (Италия, остров Сицилия) длиной более 3500 км. Точность его очень высока - от 10 -6 до 3 • 10 -7 (это относительная точность, она показывает, что каждый километр измеряется в среднем точнее 1 мм, а хорда длиной 1000 км измеряется точнее 1 м). Была создана Мировая триангуляционная сеть, состоящая из 45 пунктов наблюдений, для которой средняя ошибка в положении пункта не превышала 4,5 м. В рамках этой сети были определены положения 158 пунктов различных спутниковых сетей. Тогда же была завершена работа по созданию Западноевропейской триангуляционной сети, включающей 27 станций (позже было присоединено еще 4 станции) [2].

Чтобы представить себе масштабы этих работ, подумаем вот о чем: каждый пункт Мировой триангуляционной сети это не традиционный геодезический сигнал, а, маленькая (а иногда и солидная) обсерватория, на которой размещены камеры для фотографирования ИСЗ, на фоне звезд, лазерный дальномер, доплеровская или иная радиотехническая аппаратура. На этой станции обязательно есть аппаратура службы времени, чтобы регистрировать моменты времени, которые необходимы для приведения результатов наблюдений на разных станциях на одно и то же положение ИСЗ в пространстве и на один и тот же физический момент времени. И конечно, эти станции должны быть обеспечены всем необходимым для использования в будущих исследованиях, связанных с изучением Земли как планеты. p>Мы уже говорили о том, что задача изучения фигуры Земли по сути своей динамическая. История (хотя и краткая) космической геодезии подтвердила это. С развитием динамических методов роль геометрических методов в построении космических геодезических сетей заметно снизилась. В настоящее время речь идет в основном о совместной обработке уже имеющихся спутниковых и наземных триангуляционных сетей.

При этом возникает проблема получения масштаба спутниковой триангуляции. Масштаб задается линией (на поверхности Земли и в пространстве), построенной с такой же высокой относительной точностью, с какой проводились угловые измерения. Следовательно, масштаб задается базисом, и было предложено использовать дальности до ИСЗ, измеренные с помощью лазера, в качестве таких базисных линий.

Но в реальных проектах совместных наземно-космических сетей масштаб решено задавать созданием наземного высокоточного базиса. А наиболее перспективным для укрепления наземных астрономо-геодезических сетей является включение дальностей до ИСЗ, измеренных лазерными дальномерами, в совместную обработку с присоединением пунктов, координаты которых измерены высокоточным доплеровским методом. Общая же тенденция космической геодезии в настоящее время - это развитие динамических методов[4].

Литература:

1.Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. - М.: Едиториал УРСС, 2001;

2.Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. - СПб.: Политехника, 2010;

3. Кузьмин , В.И. К89 Гравиметрия [ Текст ]: учеб . пособие / В.И. Кузьмин . - Новосибирск : СГГА , 2011. - 193с

Читайте также: