Спутниктік геодезия - Satellite geodesy

Wettzell лазерлік өзгерту жүйесі, а спутниктік лазерлік ауқым станция
Геодезия
Azimutalprojektion-schief kl-cropped.png

Спутниктік геодезия болып табылады геодезия арқылы жасанды жер серіктері - формасы мен өлшемдерін өлшеу Жер, оның бетіндегі объектілердің орналасуы және Жердің фигурасы жасанды жерсеріктік техниканың көмегімен гравитациялық өріс. Ол неғұрлым кең өріске жатады ғарыштық геодезия. Дәстүрлі астрономиялық геодезия болып табылады емес Әдетте бұл спутниктік геодезияның бір бөлігі болып саналады, дегенмен әдістемелер арасында бір-бірімен қабаттасу бар.[1]

Спутниктік геодезияның негізгі мақсаттары:

  1. Жердің фигурасын анықтау, орналастыру және навигация (геометриялық жерсеріктік геодезия)[2])
  2. Анықтау геоид, Жердің тартылыс күші өріс және оның уақытша ауытқулары (динамикалық спутниктік геодезия[3] немесе жерсерік физикалық геодезия )
  3. Өлшеу геодинамикалық құбылыстар, сияқты жер қыртысының динамикасы және полярлық қозғалыс[4][5]

Спутниктік геодезиялық мәліметтер мен әдістерді әр түрлі өрістерге қолдануға болады навигация, гидрография, океанография және геофизика. Спутниктік геодезия үлкен сенімге ие орбиталық механика.

Тарих

Алғашқы қадамдар (1957-1970)

Спутниктік геодезия іске қосылғаннан кейін көп ұзамай басталды Sputnik 1957 ж. бақылаулары Explorer 1 және Sputnik 2 1958 жылы дәл анықтауға мүмкіндік берді Жердің тегістелуі.[6] 1960 жылдары Доплер спутнигі ұшырылды Транзит-1В және аэростаттар Жаңғырық 1, Echo 2 және PAGEOS. Алғашқы арнайы геодезиялық жер серігі ANNA-1B болды, бұл бірлескен күш НАСА, DoD, және басқа азаматтық мекемелер.[7] ANNA-1B біріншісін алып жүрді АҚШ армиясы SECOR құралдары. Бұл тапсырмалар жетекшіні дәл анықтауға әкелді сфералық гармоникалық геопотенциал коэффициенттері, жалпы формасы геоид, және әлемдік геодезиялық деректер базасын байланыстырды.[8]

Кеңес әскери спутниктері көмек көрсету үшін геодезиялық миссияларды қабылдады ICBM 1960 жылдардың аяғы мен 70 жылдардың басындағы мақсаттылық.

Дүниежүзілік геодезиялық жүйеге қарай (1970-1990)

Дүниежүзілік BC-4 камералық геометриялық спутниктік триангуляция желісі

The Транзит спутниктік жүйе доплерографиялық түсірілім, навигация және позициялау үшін кеңінен қолданылды. 70-ші жылдары жерсеріктерді дүниежүзілік триангуляция желілері арқылы бақылаулар орнатуға мүмкіндік берді Дүниежүзілік геодезиялық жүйе. Дамуы жаһандық позициялау жүйесі Америка Құрама Штаттары 1980 жылдары дәл навигация мен позицияны анықтауға мүмкіндік берді және көп ұзамай маркшейдерлік жұмыстың стандартты құралына айналды. 1980-1990 жылдары жерсеріктік геодезия бақылау үшін қолданыла бастады геодинамикалық сияқты құбылыстар жер қыртысының қозғалысы, Жердің айналуы, және полярлық қозғалыс.

Қазіргі дәуір (1990 ж. Бастап)

Суретшінің тұжырымдамасы ӘСЕМДІК

1990 жылдар тұрақты геодезиялық желілер мен анықтамалық жүйелерді дамытуға бағытталды.[9] Сияқты 2000 ж.ж. Жердің тартылыс өрісін өлшеу үшін арнайы жер серіктері ұшырылды ЧЕМПИОН, ӘСЕМДІК, және GOCE.[10]

Өлшеу әдістері

Jason-1 өлшеу жүйесі негізгі геодезиялық өлшеу техникасын біріктіреді, соның ішінде ДОРИС, SLR, жаһандық позициялау жүйесі, және алиметрия.

Спутниктік геодезия әдістерін аспаптық платформа бойынша жіктеуге болады: Спутниктікі мүмкін

  1. жердегі аспаптармен бақылансын (Жер-ғарыш-әдістері),
  2. құралды немесе сенсорды Жерді бақылау үшін пайдалы жүктің бір бөлігі ретінде алып жүру (ғарыштан Жерге әдістер),
  3. немесе оның құралдарын басқа спутниктің бақылауы немесе бақылауы үшін пайдалану (кеңістіктен кеңістікке дейінгі әдістер).[11]

Жер-ғарыш әдістері (спутниктік бақылау)

Осы тақырыпты кеңірек қамту үшін қараңыз Спутниктік бақылау.

GPS / GNSS геодезиялық пайдалану

Негізгі мақала: GNSS

Жаһандық навигациялық спутниктік жүйелер - бұл қабылдағышты бірнеше метрге дейін орналастыра алатын арнайы радионың позициясы. Ең көрнекті жүйе, жаһандық позициялау жүйесі, 31 спутниктер шоғырынан тұрады (2013 ж. желтоқсандағы жағдай бойынша) жоғары, 12 сағаттық айналмалы орбиталарда, 55 ° алты алшақтықта таратылған. бейімділік. Орналасу принципі негізделген трилатерация. Әр спутник дәл жеткізеді эфемерис өз позициясы туралы ақпаратпен және нақты берілу уақытын қамтитын хабарламамен. Қабылдағыш осы тарату уақытын қабылдау кезінде өзінің сағатымен салыстырады және айырмашылықты жарық жылдамдығына көбейтіп, «псевдоранж. «Дәл уақытты және қабылдағыштың орналасуын бірнеше метрден алу үшін төрт псевдоранга қажет. Неғұрлым күрделі әдістер, мысалы нақты уақыттағы кинематикалық (RTK) позицияларды бірнеше миллиметрге дейін жеткізе алады.

Геодезияда GNSS үнемдеу құралы ретінде қолданылады маркшейдерлік іс және уақытты аудару. Ол сонымен қатар бақылау үшін қолданылады Жердің айналуы, полярлық қозғалыс, және жер қыртысы динамика. GPS сигналының ғарышта болуы оны қолайлы етеді орбита анықтау және жерсеріктен жерсеріктік бақылау.

Мысалдар: жаһандық позициялау жүйесі, ГЛОНАСС, Галилей

Доплерография техникасы

Доплерлер позициялау серігі жақындаған кезде және бақылаушыдан шегінген кезде спутниктен шығарылатын тұрақты жиіліктегі радиосигналдың доплерлік ығысуын жазуды қамтиды. Бақыланған жиілік спутниктің бақылаушыға қатысты радиалды жылдамдығына байланысты, ол шектеледі орбиталық механика. Егер бақылаушы спутниктің орбитасын білсе, онда Доплер профилін жазу бақылаушының позициясын анықтайды. Керісінше, егер бақылаушының позициясы дәл белгілі болса, онда жер серігінің орбитасын анықтап, Жердің ауырлық күшін зерттеу үшін қолдануға болады. Жылы ДОРИС, жердегі станция сигнал шығарады және спутник қабылдайды.

Мысалдар: Транзит, ДОРИС

Оптикалық триангуляция

Қосымша ақпарат: Жұлдыздық триангуляция

Оптикалық триангуляцияда жер серігін өте жоғары мақсат ретінде пайдалануға болады триангуляция және бірнеше бақылау станциялары арасындағы геометриялық байланысты анықтау үшін қолдануға болады. BC-4, PC-1000, MOTS немесе Baker Nunn камераларымен оптикалық триангуляция жерсеріктің фотографиялық бақылауларынан немесе жұлдыздардың фонында жерсеріктегі жыпылықтайтын жарықтан тұрады. Позициялары дәл анықталған жұлдыздар фотокамерадан немесе спутниктен дәл бағыттарды анықтауға арналған фотопластинкаға немесе пленкаға жақтау ұсынды. Камералармен геодезиялық орналастыру жұмысы әдетте бір немесе бірнеше камералармен бір уақытта бақылаумен жүзеге асырылды. Камера жүйелері ауа райына тәуелді және бұл олардың 1980-ші жылдары пайдаланудан шығып қалуының басты себебі.[7][12]

Фотосуретке түсірілген ANNA 1B трек Сантьяго (Чили ) MOTS станциясы 1962 жылы 11 қарашада
Мысалдар: PAGEOS, Project Echo, ANNA 1B

Лазерлік ауқым

Негізгі мақала: Спутниктік лазердің ауқымы

Спутниктік лазерлік диапазонда (SLR) дүниежүзілік бақылау станциялары ультра қысқа импульстардың ұшуының айналу уақытын өлшейді. жарық жабдықталған жерсеріктерге ретро рефлекторлар. Бұл дәл орбита параметрлері, гравитациялық өріс параметрлері (орбитаның толқуларынан), Жердің айналу параметрлері, тыныс алу Жер деформациясы, SLR станцияларының координаттары мен жылдамдықтарын және басқа да маңызды геодезиялық деректерді қамтамасыз ету үшін жинақталуы мүмкін миллиметрлік деңгей дәлдігінің лездік өлшеуін қамтамасыз етеді. Спутниктік лазерлік диапазон - бұл Жер / Атмосфера / Мұхиттар жүйесін зерттеуге маңызды үлес қосуға мүмкіндік беретін дәлелденген геодезиялық әдіс. Бұл қазіргі уақытта жер серігінің геоцентрлік орнын анықтайтын, радиолокациялық қондырғыны дәл дәл анықтауға мүмкіндік беретін ең дәл әдіс. биіктігі және ұзақ мерзімді аспаптық құралдың зайырлы өзгерістерден бөлінуі мұхит бетінің рельефі.Жерсеріктік лазерлік диапазон масштабы мен эталондық жүйенің шығу тегі, геоцентрлік координаталар туралы ақпарат беру арқылы жердегі халықаралық эталондық жүйелерді анықтауға ықпал етеді.[13]

Мысал: LAGEOS

Ғарыштан Жерге әдістер

Алиметрия

Бұл графикте жаһандық теңіз деңгейінің көтерілуі (миллиметрмен) көрсетілген НАСА /CNES мұхит биіктігінің миссиясы TOPEX / Poseidon (сол жақта) және оның кейінгі миссиясы Джейсон-1. Кескін несиесі: Колорадо университеті

Сияқты жерсеріктер Seatat (1978) және TOPEX / Poseidon (1992-2006 ж.ж.) дамыған қос диапазонды қолданды радиолокация Жер бетінің биіктігін (теңіз, мұз және жер беті) а-дан өлшеуге арналған биіктік өлшегіштер ғарыш кемесі. Джейсон-1 2001 жылы басталды, Джейсон-2 2008 ж. және Джейсон-3 2016 жылдың қаңтарында. Бұл өлшеммен бірге орбиталық элементтерін (мүмкін GPS-пен толықтырылған), анықтауға мүмкіндік береді жер бедері. Екі түрлі толқын ұзындығы пайдаланылған радио толқындарының биіктігі өлшегіштің әртүрлі кідірістерін автоматты түрде түзетуге мүмкіндік береді ионосфера.

Ғарыштық радиолокациялық биіктік өлшеуіштері картаны бейнелеудің керемет құралдары болып шықты мұхит-жер беті рельефі, теңіз бетіндегі төбелер мен аңғарлар. Бұл аспаптар мұхит бетіне микротолқынды импульс жібереді және оның қайтуға кеткен уақытын жазады. A микротолқынды радиометр туындауы мүмкін кез-келген кідірісті түзетеді су буы ішінде атмосфера. Электрондардың әсерін есепке алу үшін басқа түзетулер қажет ионосфера және атмосфераның құрғақ ауа массасы. Бұл деректерді ғарыш кемесінің дәл орналасқан жерімен үйлестіру теңіз бетінің биіктігін бірнеше сантиметрге (бір дюймге) дейін анықтауға мүмкіндік береді. Қайтаратын сигналдың күші мен формасы желдің жылдамдығы мен мұхит толқындарының биіктігі туралы да ақпарат береді. Бұл мәліметтер мұхит модельдерінде жылдамдық пен бағытты есептеу үшін қолданылады мұхит ағыстары және мұхитта жинақталған жылудың мөлшері мен орналасуы, бұл өз кезегінде жаһандықты көрсетеді климаттың өзгеруі.

Лазерлік алиметрия
«Спутниктік лазерлік алтиметрия» бағытын өзгертеді. Мұны шатастыруға болмайды Спутниктік лазердің ауқымы.

A лазерлік биіктік ғарыш кемесінің биіктігін немесе керісінше, жер бедерін анықтау үшін оптикалық немесе инфрақызыл толқын ұзындығында жарық сәулесінің ұшу уақытын пайдаланады.

Мысалдар: ICESat, МОЛА.
Радиолокациялық алиметрия

A радиоламетр ғарыш кемесі мен жер беті арасындағы қашықтықты анықтау үшін жер серігі мен жер беті арасындағы микротолқынды импульсінің ұшу уақытын пайдаланады. Осы қашықтықтан немесе биіктіктен спутниктік биіктікті геоидтан алу үшін толқындар, желдер мен ағындар сияқты жергілікті беткі әсерлер жойылады. Жерсерік үшін нақты эфемеристің көмегімен геосентрлік жағдайы мен жер серігінің эллипсоидтық биіктігі бақылаудың кез келген уақытында қол жетімді. Содан кейін эллипсоидтық биіктіктен өлшенген биіктікті алып тастау арқылы геоид биіктігін есептеуге болады. Бұл геоидты тікелей өлшеуге мүмкіндік береді, өйткені мұхит беті геоидты мұқият қадағалайды.[14][15] Мұхит беті мен нақты геоид арасындағы айырмашылық береді мұхит бетінің рельефі.

Мысалдар: Seatat, Геосат, TOPEX / Poseidon, ЖҚЗ-1, ЖҚЗ-2, Джейсон-1, Джейсон-2, Жоспарлау, SWOT (жерсерік)

Интерферометриялық синтетикалық апертуралық радар (InSAR)

Негізгі мақала: Интерферометриялық синтетикалық диафрагма радиолокациясы

Интерферометриялық синтетикалық диафрагма (InSAR) - бұл а радиолокация қолданылатын техника геодезия және қашықтықтан зондтау. Бұл геодезиялық әдіс екі немесе одан да көп әдісті қолданады синтетикалық апертуралық радиолокация (SAR) кескіндер бетінің деформациясы карталарын жасауға немесе цифрлық биіктік, спутникке оралу толқындарының фазасындағы айырмашылықтарды қолдана отырып.[16][17][18] Техника әлеуетті түрде деформацияның сантиметрлік масштабтағы өзгерістерді ойыншықтардың уақыт аралықтарымен өлшей алады. Табиғи қауіпті геофизикалық бақылауға, мысалы, жер сілкінісіне, вулкандарға және көшкіндерге, сондай-ақ құрылымдық инженерияда, атап айтқанда шөгу мен құрылымдық тұрақтылықты бақылауға арналған қосымшалары бар.

Мысал: Seatat, TerraSAR-X

Ғарыштан кеңістікке дейінгі әдістер

Гравитациялық градиометрия

Негізгі мақала: Гравитациялық градиометрия

Гравитациялық градиометр өлшеуіш векторының компоненттерін нақты уақыт режимінде дербес анықтай алады. Гравитация градиенті - бұл ауырлық векторының жай кеңістіктік туындысы. Градиентті гравитация компонентінің өзгеру жылдамдығы деп санауға болады вектор аз қашықтықта өлшенгендей. Демек, градиентті екі жақын, бірақ айқын нүктелердегі ауырлық күшінің айырмашылығын анықтау арқылы өлшеуге болады. Бұл қағида таяудағы бірнеше қозғалмалы-базалық аспаптарда қамтылған. Нүктедегі гравитация градиенті - а тензор, өйткені бұл әр сезімтал осьте алынған ауырлық күші векторының әрбір компонентінің туындысы. Осылайша, гравитациялық градиометрлер жүйеге енгізіліп, олардың нәтижелері жүйелік компьютермен біріктірілген болса, ауырлық күші векторының кез-келген компонентінің мәні автомобильдің барлық жүру жолында белгілі болуы мүмкін. Гравитацияның нақты моделі нақты уақытта есептелетін болады және қалыпты ауырлық, биіктік және аномальды ауырлық күшінің үздіксіз картасы ұсынылады.[19][20]

Мысал: GOCE

Спутниктен жерсеріктен бақылау

Бұл әдіс жерсеріктерді басқа жерсеріктерді бақылау үшін пайдаланады. Сияқты белгілі бір мақсаттарда қолданылуы мүмкін бірқатар вариациялар бар ауырлық далалық тергеу және орбита жетілдіру.

  • A жер серігі жердегі қадағалау станцияларынан а-ға дейін реле бола алады төмен биіктіктегі спутник. Осылайша, жер станцияларына қол жетімді болмаған кезде төмен биіктіктегі спутниктер байқалуы мүмкін. Бақылаудың бұл түрінде қадағалау станциясы тудырған сигнал релелік спутниктен қабылданады, содан кейін төменгі биіктіктегі спутникке қайта жіберіледі. Содан кейін бұл сигнал жердегі станцияға сол жолмен қайтарылады.
  • Төмен биіктіктегі екі жер серігі гравитациялық өрістің бұзылуынан туындаған өзара орбиталық ауытқуларды бақылай отырып, бірін-бірі бақылай алады. Мұның жарқын мысалы ӘСЕМДІК.
  • Сияқты дәл белгілі орбиталары бар бірнеше биіктік серіктер жаһандық позициялау жүйесі спутниктері, төмен биіктіктегі спутниктің орналасуын бекіту үшін пайдаланылуы мүмкін.


Бұл мысалдар жерсеріктен жерсеріктік бақылауды қолданудың бірнеше мүмкіндіктерін ұсынады. Жерсеріктен спутниктік бақылау деректері алдымен жоғары және төменгі конфигурацияда жинақталды және талданды АТС-6 және GEOS-3. Деректер оның орбитаға және гравитациялық модельді нақтылауға мүмкіндіктерін бағалау үшін зерттелді.[21][22]

Мысал: ӘСЕМДІК
GNSS қадағалау
Мысалдар: ЧЕМПИОН, GOCE

Геодезиялық жер серіктерінің тізімі

Бұл тізім толық емес; Сіз көмектесе аласыз жетіспейтін заттарды қосу бірге сенімді көздер.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.2. ISBN  978-3-11-017549-3.
  2. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.3. ISBN  978-3-11-017549-3.
  3. ^ Сосница, Кшиштоф (2014). Дәл спутниктік орбита мен спутниктік лазерлік диапазонды қолдана отырып геодезиялық параметрлерді анықтау. Берн: Астрономиялық институт, Берн университеті, Швейцария. б. 5. ISBN  978-8393889808.
  4. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.4. ISBN  978-3-11-017549-3.
  5. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.1. ISBN  978-3-11-017549-3.
  6. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.5. ISBN  978-3-11-017549-3.
  7. ^ а б Layman үшін геодезия (PDF). Қорғаныс карталарын жасау агенттігі. 1984. б. 51.
  8. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.6. ISBN  978-3-11-017549-3.
  9. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.7. ISBN  978-3-11-017549-3.
  10. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.2. ISBN  978-3-11-017549-3.
  11. ^ Зебер, Гюнтер (2003). Спутниктік геодезия. Берлин Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. б.6. ISBN  978-3-11-017549-3.
  12. ^ Алдыңғы сөйлемдердің біреуі немесе бірнешеуі қазірде. Ішіндегі жұмыс мәтінін қамтиды қоғамдық домен:
  13. ^ Сосница, Кшиштоф (2014). Дәл спутниктік орбита мен спутниктік лазерлік диапазонды қолдана отырып геодезиялық параметрлерді анықтау. Берн: Астрономиялық институт, Берн университеті, Швейцария. б. 6. ISBN  978-8393889808.
  14. ^ Алдыңғы сөйлемдердің біреуі немесе бірнешеуі қазірде. Ішіндегі жұмыс мәтінін қамтиды қоғамдық домен:
  15. ^ Layman үшін геодезия (PDF). Қорғаныс карталарын жасау агенттігі. 1984. б. 64.
  16. ^ Массоннет, Д .; Фейгл, К.Л (1998), «Радарлық интерферометрия және оның жер бетіндегі өзгерістерге қолданылуы», Аян Геофиз., 36 (4), 441-500 б., Бибкод:1998RvGeo..36..441M, дои:10.1029 / 97RG03139
  17. ^ Бургман, Р .; Розен, П.А .; Филдинг, Э.Дж. (2000), «Жер бетінің топографиясын және оның деформациясын өлшеуге арналған синтетикалық апертуралық радиолокациялық интерферометрия», Жер және планетарлық ғылымдардың жылдық шолуы, 28, 169–209 б., Бибкод:2000AREPS..28..169B, дои:10.1146 / annurev.earth.28.1.169
  18. ^ Хансен, Рамон Ф. (2001), Радиолокациялық интерферометрия: деректерді интерпретациялау және қателіктерді талдау, Kluwer Academic, ISBN  9780792369455
  19. ^ Алдыңғы сөйлемдердің біреуі немесе бірнешеуі қазірде. Ішіндегі жұмыс мәтінін қамтиды қоғамдық домен:
  20. ^ Layman үшін геодезия (PDF). Қорғаныс карталарын жасау агенттігі. 1984. б. 71.
  21. ^ Алдыңғы сөйлемдердің біреуі немесе бірнешеуі қазірде. Ішіндегі жұмыс мәтінін қамтиды қоғамдық домен:
  22. ^ Layman үшін геодезия (PDF). Қорғаныс карталарын жасау агенттігі. 1984. б. 68.

Әрі қарай оқу

  • Смит, Дэвид Э. және Туркотта, Дональд Л. (ред.) (1993) Геодинамикаға космостық геодезияның қосқан үлестері: Жер қыртысының динамикасы 23-том, Жер динамикасы 24-том, Технология 25-том, Американдық геофизикалық одақ Геодинамика сериясы ISSN 0277-6669
  • Франсуа Бропер; Мишель Лефевр (2001), Жер планетасына жаңа көзқарас: жерсеріктік геодезия және гео ғылымдары (PDF), Kluwer Academic Publishers

Сыртқы сілтемелер