Содержание
Введение 5
I Современные наблюдения ИСЗ и Луны 13
1.1 SLR наблюдения..................................... 13
1.2 LLR наблюдения..................................... 15
1.3 GPS наблюдения..................................... 19
II Уравнения движения спутников Земли 24
2.1 Построение динамических теорий в рамках системы ЭРА 24
2.2 Уравнения орбитального движения больших планет и
Луны............................................... 27
2.3 Уравнения вращательного движения Луны.............. 30
2.4 У равнения орбитального движения искусственных спутников Земли........................................... 33
2.5 Несферичность потенциала........................... 34
2.6 Переход от барицентрической инерциальной системы
координат J2000 к селеноцентрической и геоцентрической вращающимся системам координат ................ 38
2.7 Интегрирование уравнений в вариациях .............. 38
2.7.1 Изохронные производные для уточнения начальных координат и скоростей искусственных спутников Земли....................................... 39
2.7.2 Изохронные производные для уточнения параметров модели светового давления.................... 41
2.7.3 Изохронные производные для уточнения начальных геоцентрических координат и скоростей Луны 42
2.7.4 Изохронные производные для уточнения величины запаздывания земных приливов из LLR наблюдений ......................................... 42
2
2.7.5 Изохронные производные для уточнения начальных значений углов либрации Луны и их производных ........................................... 43
2.7.6 Изохронные производные для уточнения гравитационного потенциала Луны из LLR наблюдений 46
2.8 Аппроксимация численных теорий движения полиномами Чебышева............................................ 48
III Обработка SLR наблюдений 51
3.1 Наблюдательный материал .......................... 51
3.2 Методика обработки................................ 52
3.3 Результаты тестирования .......................... 53
3.4 Резервы для улучшения принятой динамической модели движения ИСЗ LAG EOS................................ 58
IV Обработка LLR наблюдений 1969-1997 гг 59
4.1 Особенности принятой математической модели орбитального и вращательного движения Луны................. 60
4.2 Результаты обработки LLR наблюдений .............. 62
4.3 Резервы для улучшения принятой математической модели орбитального и вращательного движения Луны . . 66
V Обработка локальных GPS наблюдений 67
5.1 GPS наблюдения на локальной геодезической сети НП Зеленчукская........................................... 67
5.2 Методика уточнения координат локальной сети станций
по GPS наблюдениям................................ 70
5.3 Результаты определения координат локальной сети наблюдательного пункта Зеленчукская по GPS наблюдениям .................................................. 73
VI Обработка наблюдений программы РЕКА 76
3
6.1 GPS наблюдения в региональных программах РЕКА-93
и РЕКА-94........................................ 78
6.2 Методика обработки............................... 82
6.3 Результаты обработки............................. 85
Заключение 93
Литература 94
4
Введение
В последние три десятилетия сформировался набор измерительных средств, позволяющих проводить наблюдения наивысшего на сегодняшний день уровня точности для решения задач геодезии и геодинамики, определения параметров вращения Земли (ПВЗ), построения земной и небесной систем координат, синхронизации удаленных шкал времени и т.д. К этим средствам обычно относят радиоинтерферометрию со сверхдлинными базами (PCДБ), светолокационные наблюдения Луны (LLR) и искусственных спутников Земли (SLR), систему DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite), навигационные спутниковые системы GPS (Global Positioning System) и ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система). Уже существует десятки станций, оснащенных наблюдательными средствами этого типа и их число постоянно растет. Обычным явлением стало также размещение на наблюдательных пунктах сразу нескольких видов аппаратуры, позволяющих проводить измерения различных типов. Широкое распространение получили мобильные наблюдательные комплексы, применяемые, как правило, для решения задач региональной геодезии и геодинамики.
Для обработки таких наблюдений создано и создается множество компьютерных программ, особенностью которых, за редким исключением, является работа только с одним типом наблюдений. Поскольку точность всех типов перечисленных выше измерений сопоставима и составляет в настоящее время 9-10 значащих цифр в измеряемой величине, это приводит к тому, что имеют место, например, практически равноточные ряды ПВЗ, полученные из обработки отдельно GPS и отдельно SLR наблюдений. Для ко л локации результатов обработки наблюдений различных типов применяются разные методы. Отметим только самый перспективный на наш взгляд из них - метод комбинирования условных уравнений, полученных разными пакетами программ при обработке разных типов наблюдений с использованием в качестве передаточного звена файлов в формате
5
SINEX (Software INdependent EXchange format) [54], которые должны содержать всю необходимую информацию для вычисления поправок к координатам станций, ПВЗ и эфемеридам наблюдаемых спутников. Однако и этот метод имеет определенные недостатки, к которым в первую очередь можно отнести несогласованность моделей редукции наблюдений, принятых в разных пакетах, даже для обработки одного и того же типа измерений.
Все это указывает на несомненную актуальность и перспективность создания программного комплекса, объединящего возможности обработки всех перечисленных типов наблюдений. Работу по его созданию можно условно разбить на несколько этапов. Первый из них предполагает разработку, отладку и тестирование программного обеспечения для обработки каждого типа наблюдений в отдельности на основе некого универсального подхода, например, как это было сделано в данной работе - на основе таблично-ориентированного подхода к обработке данных [6]. Под универсальным подходом здесь понимается следующее:
1. Общая для обработки всех наблюдений редукционная часть, касающаяся:
• Переходов между системами координат TRS и CRS [61];
• Учета приливных деформаций и влияния океанических и атмосферных нагрузок;
• Учета движения тектонических плит;
• Согласованной системы релятивистских поправок для всех типов наблюдений;
• Вычисления эфемерид тел Солнечной системы;
• Учета тропосферной рефракции.
2. Построение релятивистских динамических теорий движения спутников Земли на основе общей для всех них модели:
• Гравитационного потенциала Земли;
б
• Твердотельных и океанических приливных вариаций в потенциале Земли.
• Переходов между системами координат TRS и CRS;
• Гравитационных возмущений от Луны и больших планет Солнечной системы;
3. Общая база данных и средства доступа к ней;
4. Общие модули для оценивания параметров моделей из анализа рассогласований эфемеридных значений наблюдаемых величин с их измеренными значениями.
Отметим, что за исключением РСДБ все перечисленные типы измерений относятся только к светолокационным или радиотехническим наблюдениям спутников Земли. То есть, задача создания универсального пакета может быть условно разбита еще на две части, связанные с обработкой наблюдений квазаров и спутников Земли, соответственно.
На сегодняшний день важной проблемой остается и обработка светолокационных наблюдений Луны. Это связано с резким повышением в последнее десятилетие точности LLR наблюдений и, как следствие, необходимостью построения адекватной но точности теории орбитально-вращательного движения Луны. Решение последней задачи невозможно без создания современной высокоточной численной теории движения больших планет. Кроме того, данные наблюдения несут уникальную информацию о селенодинамических параметрах, изучение которых приобретает в последнее время особую актуальность.
Большое практическое значение имеет также обработка GPS измерений, выполненных в ходе локальных и региональных наблюдательных кампаний. Первые из них позволяют решать задачи геодезической привязки в пределах одного наблюдательного пункта, вторые - кроме задач высокоточной привязки к TRS, дают возможность изучать геодинамику данного региона.
7
Целью работы является:
Разработка единой методики и создание пакета программ для обработки SLR, LLR и GPS наблюдений, который позволит решать задачи их совместной обработки и коллокации различных наблюдательных средств и его тестирование на следующем наблюдательном материале:
1. LLR наблюдения 1969-1997 годов;
2. SLR наблюдения за период 1993-1994 годов;
3. GPS наблюдения региональных кампаний РЕКА 1993 и 1994 годов;
4. GPS наблюдения, выполненные на локальной геодезической сети наблюдательного пункта ИПА РАН Зеленчукская.
Структура и содержание диссертации.
Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Она изложена на 102 страницах, содержит 14 таблиц и 2 рисунка. Список литературы включает 85 наименований.
Первая глава содержит:
• Краткий исторический обзор развития методов SLR, LLR. и GPS наблюдений;
• Описание точностных характеристик наблюдений и основных источников ошибок;
• Перечисление геодинамических, геодезических, эфемеридных и прочих параметров, которые могут быть уточнены из обработки SLR, LLR и GPS наблюдений;
• Перспективы дальнейшего развития методов SLR, LLR и GPS.
Во второй главе приводятся основные уравнения, использующиеся для
• построения динамических теорий движения больших планет и орбитально-вращательного движения Луны;
- Київ+380960830922