Построение и анализ моделей редукций лазерных измерений расстояний до ШСЗ тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.01 ВАК РФ
|
Миронов, Николай Трофимович
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Киев
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1994
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.03.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
01^ЦЮНАЛЬНА АКАДБШЯ НАУК УКРА1Ш ? ^ ГОЛОВНА АСТРОНОМ ГА ОБСЕРВАТОР1Я
•¿в да«1991'
На правах рукопису
УДК 523.3+-521.97+628.514+5Б1.241
Миронов Микола Трохимович
ПОБУДОВА Й АНАЛ13 МОДМЕЙ РДДУЮЦИ ЛАЗЕРНИХ ВИМГРЮВАНЬ ВГДСТАНЕЙ ДО ШСЗ.
Спец1альн1оть: 01.03.01 - астром0тр1я й
небесна мвхан1ка
Автореферат дисертац11 на здобуття наукового ступени доктора ф1зщо-математичних наук
Ки1в - 1994
Робота виконана в Головн1й астроном1чн1й обсерваторИ Нац1онально1 АквдемИ наук Унра1ни.
0ф1ц1йн1 опонвнги: доктор ф1аико~математичних наук,
профвсор В.В.Нестеров доктор техн!чних наук, профвсор Ю.В.ПолЛщук доктор ф1зико-математичних наук профвсор О.М.Марченко
Пров1дна орган1звц1я - 1нститут астрономИ Рос1йсько1
АкадемИ наук
Захист в1д0удэться щ48щииС^ЯЩО^ 1994 р. На ваа!данн1 спец1ал1аовано1 ради / шифр Д 016.14.01 / по вахиоту дисертацШ на вдобуття наукового ступени доктора ф1зико-мвтвмвтичних наук при Головн1Й аотронон1чн1й обсерваторИ Нац1онально1 АкадемИ наук УкраЧни. Початок вас1дань о годин1 у Великому конференц-зал! Головно! аотроном1чно1 обсерваторИ ва адресов: 252127, Ки1в-127, ГОП-22, Голоо11в, ГАО НАН Укра1яи.
3 дис9ртац1зг можнв ознайомитиоя в б1бл1отец1 ГАО НАН Укра1ни.
Автореферат розЮлано "^»лаЗ^^йЗ1994 р.
Вчений секретер спец1ал1говаяо1 рвда
кандидат ф!з.-мат. наук ------Н.Г.Гусева
- з -
3 АГ АЛЫ {А ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ . В 70-80 роки великэ значения для розв'язання фундаменталышх та прикладша задач на бут лазврн! вт1рюватт в1д стпнвй до штучнмх супутнмк1в Земл! (ШСЗ) за допомогою станДонарних, моб1льних 1 пересувних лазерних в1ддалем1р1шх. станц1й. ЕфектшиИ можливост1 мзтода спостережень були перев1рен! п1д час проведения м1жнародних 1 нац1ональних кампан1й 1 проект1в.. Лазерна супутникова в1ддалеметр1я дозволяв визначати з похибкою двк1лька сантиметр1в обертання Земл1, рух л1тосферних плит й 1нш1 геодинам1чн! параметри, побудувати гвоцеитрнчиу систему координат. Зауважимо, що положения центру маси 3ewii можна визначити лише 1з супутниково! (або м1сячно!) лазерно1 в1ддалеметр11.
Парадельно з розвитком техн1ки лазерно! в1ддалвметр1Х провадились теоротичн! ft експериментальн! досл1дження редукц!й лазерних спостережень! при п1двищенн1 1нструментально1 точност1 лазерних спостережень ШСЗ внникала необх1дн1сть п1двищення точност! рвдукщй та урахування бЫыяого числа збурюючих фактор1в. Про це св1дчать вбодноразов! розширення й доповнення моделей редукц1й, алгоритм1в 1 констант.
У пв'язку з орган1зац1ею 1 початком функц1онування М1яшародно1 служен обертання Земл1, оч1куваним в 1995 роц1 п1двшденням 1нструментальйо1 точност1 лазерних спостережень ШОЗ до 2-3 мм 1 внкоианням м1жнародниХ програм "Динамика твердо! Земл1", ВЕГЕЖР та law. постав питания aiw.nl ау й оЩнки моделей родукдШ, що рекомвндовйн1 як стандарт! при опрацюванн1, аналШ та 1нтврпретац11 спостережень. При цьому я'ясовувться необх!дн1сть досл1дження рег5.оналыш 1 локальнмх особливостей моделей рвдукщй.
Ця робота спрямована на досл1дження - побудову та анал1з . -няйбЛльш важливих 1 складних моделей редукц!й, пов'язаних 1з рухом тектон1ч1ШХ плит 1 деформац1ями земно! . поверхн1, рефракц1ею атмосфера Земл1 й в1днесенням результата внм1рювання в!дстаней до ШСЗ до його центру маси.
ЛктуальнЮть робота випливае э необх1даост1 розвитку технологи лазерних вим1рювань в1дстаней да ШСЗ, що в1дпов1дае задачам сучасного розвитку теорИ геодинам1ки й практики лазерних спостерэжень 1 знаходить своз природне в!дображення в тематиц1 р!зних робочих груп М1кнародно1 8Соц1ац11 геодезИ (МАГ), м1кнародних симпоз1ум1в 1 нацЮнальюк проект1в.
Мйта робота.
1. Досл1дати на основ! сучосних уявлаиь й дашгх експериментальних спостережень джерела похибок лазерних вимхрювань вЛдствней до ШСЗ. Побудувати й проанал1зувати модел1 редукц1й, обумовлених рухом тектон1чиих плит 1 деформац1ями эомно! хгаверхн!, рефракц1ею атмосфэри, геом&тричними та оптичними характеристиками ШСЗ й кутикових в!дбивач!в. Оцишти характер 1 масштаб похибок, 1х зм!ш! в час! й простор!, р9г1ональн1 особливост!.
2. Пор1вняти результата побудови та анал!зу моделей редукц!й з моделями (алгоритмами й константами), рвкомендованими М1кнародаою службою обертання Земл1 (М003) для редукцИ лазерних вим!рювань в1детаней до ШСЗ.
•3. Узагальнмти результата пор1вияння моделей редукц1Й та оц1нити рбзультуючий ефект похибок редукц1й, оочисляваиих на основ1 запровпджеПих МСОЗ моделей. :
Наукова новизна робота визначаеться нижченаввдвним.
1. Розроблен1 1 реал1зопан! модел! необх!дних геодезичних вим!рювань для визначання геоцентричного положения рефервнспо! точки станцИ лазерних спостережень ^ ШСЗ. 0ц1нено иохибки методичного, техн1чного й геодезичного забезпечення ототожнення, в1дтворення 1 збер!гання рефервнсно! точки на ф1зичнДй поверхн! Земл1.
2. Досл1джено вплив тектон1ки плит 1 деформац!й земно! поверхн1 на зм1ни у час1 геоцентричного положения станцП лазерних спостережень. Перев1рена в1дпов1дн1сть геоф1зичних моделей руху л1тоеферних плит даним сучасних спостережень косм1чними засобами 1 можлив1сть 1х використання при редукц!ях спостережень. Побудован1 нов1 модел1 за даними сучасних спостережень. Розглянуто та оц1нено вплив моделей м1сячно-сонячних приш1ив!в, 1х рог1ональних 1 локальних особливостей та 1ниих геодинам1чних гфoцeciв на геоцентричне положения станцП лазерних спостережень.
3. Вперше побудовано 1 проанал1зовано за даними аеролог1.чного зондування ятмосфери в рег1он! Укра1ни 3-м1рну модель рефракцП атмосфери 1фи лазерних спостерекеннях *ШСЗ. Досл1даэно ввликомасштабШ горизонтэльн1 град1енти рефракцП, 1х зм1ни у простор1 1 час!, внесок в рефракцШну поправку.
4. Побудована модель редукцП лазерних спостережень до центру маси ШСЗ. Досл1джено в1дбивальн1 пластивост! р1з1тх ШСЗ та 1х кутикових в1дбивач!в. Для ШСЗ ЕТАЛ01М.2 визначен! варЛэцП них властивсстой 1 родукц1йно1 Поправки в залежност! в!д ор1еитац11 ШСЗ в1дносно станцП спостережень. Запропоновяна модель спостереяень 1 опрацювшгня спостережень з метою п!движения
точност1 результат^.
5. Вперше виконано перев1рку та одержано обгрунтовану оц1нку ставдартних моделей редукц1й лазерних .спостережень ШСЗ, що реком0ндован1 М1кнародною службою обертання Земл1 (МСОЗ). Основы1 результата, що подаються до захисту.
1. Результати досл1дження та оц1нки впливу на яазерн! вим1рювання в1дстаней до ШСЗ:
- визначення положень 1 Пбрем1щень станц1й спостережень, обумовлених рухом тектон1чних плит 1 деформац1ями земно1 поверхн1;
- рефракцИ атмосфери за даними ааролог1чного зондування б рег1он1 Укра1ни;
- форми, розм1р1в, оптичних характеристик кутикових в1дбивач1в 1 ШСЗ.
2. Результати пор1вняння виконаних досл1джень з висновками та оц1нками, що г-рунтуються на моделях та алгоритмах, рекомендованих стандартами МСОЗ для використання при проведении редукц1ях й опрацюванн1 лазерних вим1рювань в1дстаней до ШСЗ на станц1ях спостережень 1 в центрах анал1зу.
3. Результати оЦ1кки сумарного ефекта похибок редукц1й, що виконуються за прийнятими МСОЗ моделями (алгоритмами й константами).
Наукова й практична значим!сть роботи.
1. Побудова та анал1з моделей похибок, обумовлених геодинам1чними процесами 1 явищамн в твердому т1л1 Земл1, г1дросфэр1 та атмосфер!., в1дпов1дае задачам оучасного розвитку геодниам1ки Й практики вс1х косм1чяих засоб1в спостережень.
2. Розглянутий комплекс умов при визначенн1 м1сця розташування геодинам 1чно1 ; обсерваторИ й геодезичних вим1рювань для
забезпечення ототожношм, збер1гання й в1дтворвння референсно! точки в1дл1ку можв бути використаний при розробц1 та створенн1 лазерно-локац1йних сташЦй 3-го (4-го) покол1ння й нац1онально1 мереий лазерних станц1Й.
3. Показано, що геоф1зичн1 модел! абсолютного (AMI) й в1дносного (№2) рух1в л1тосферних плит можуть використовуватись як ВИХ1ДН1 (початков1) модел1 при редукц11, опрацюванн! та анал1з1 високоточних вим1рювань косм1чними засобами. Обгрунтована необх!да1сть урахування член!.в трвтьо! степен1 пршштоутворюючого потенц1алу М1сяця, рег1ональних 1 локальних значень числа Лява h. при сучасному р1вн1 точност1 косм1чних засоб1в спостерекень i визначення положения ста1щэ.1 спостерекень в1дносно центра масп Зеш1. Результата оц1нки сумарного впливу немодвльованих ефвкт1в, рог1ональних 1 локальних особливостей динам1ки земно1 поверхн1 можуть бути вшгориствн! як незэлежна оц!нка похибки координат станц1й, обчислених за даними спостврежень.
4. Розроблена - на ochobI аеролог1чних даних - модель досл1даешш впливу рефракцП при лазерних вим1рюваннях в1дстаней до ШСЗ в рамках сферичного Й не сферичного наблшкешя. Модель дае моклив1сть визначити вплив i внесок окремих ttaplB атмосфери, оц1нити рег1ональн! й локальн1 особливост! впливу атмосфери, нахили 1зоп1кн1чних повврхонь, веллкомасттабн1 горизонтальн! град1енти рефракцИ та 1х ам!ни з висотою над р1внем моря та з часом. Алгоритм обчислення рефракцШних похибок за даними аеролог!чного зондуввння можэ бути використаний для пор!вняння та 0Ц1ЯКИ 1НШИХ алгоритм!в, що дозволяють обчислювати поправку за атмосфврку рефракц1ю за значениями тисну, температуря й вологост1 пов1тря на земн1й поверхи1« Значаща рефракц1йник поправок можуть бути
- а -
використан! при досл1дженн1 особливостей Ix зм1ни у простор1 1 час1. Одержан! результат« дозволяють оц!нити мек1 використання сферичного наближення редукц1й за рефракц1ю, оц!нити похибкк модел1 МСОЗ, визначити шляхи вир1шешя проблем!! рефракцИ при лазернмх спостереженнях ШСЗ.
Б. Запропоноьана модель редукцИ до центру маси ШСЗ може бути використана для р1зних форм, розм1р1в I тип1в ШСЗ й кутикових в1д0ивач1в. Значения поправок до центру маси й в1д0ивально! здатност! ШСЗ ЕТАЛ0!Г-1 ,-2, Ix вар1.ац!1 в задекност1 В1д ор1ентацИ ШСЗ в1днос;ю спостер1гача можуть 0ути використан1-при опрацюванн!, анал!з1 та 1нтбрнретац11 лазерных спостерекень. Вар1ац11 поправки до центру маси й в1дбивально1 здатност1 з иер1одом обертання ШСЗ 14.4 с, мабуть, ггояснюють 61льш1, тор1вняно з ШСЗ ЛАГЕОС, значения золишкових в1дхилень. Заиропонована методика спостережень ШСЗ ЕТАЯОН-1,-2 з частотою 10 вим1р1в/секунду, обчислешш нормальних точок на 1нтервал1 часу 6 хвилин, можливо, дозволять уточните ор.1ентац1ю у простор1 Biel обертання 1 пер1од обертання ШСЗ ЕТМОН-1 ,-2, ампл1туди вар1ац!й поправки до центру маси й в1дбивально1 здатност!, послабити вплив вищезазначэних вар1ац!й 1 п1двищити точн1сть вшЛрювания в1дстаней.
Реал!зац1я результат1в досл!джень.
Робота виконала в рамках науково-дослЗдних тем Головно! аотроном1чно! обсерваторП 11ац1онально1 АкадемП наук Укра1ни ( ГАО 1ШГУ ). Методики й - результати гаодезичних вим1рювань винориотовуються в ГАО НАГО та 1няшх установах при розв'язанн1 наукових 1 прикладних задач геодинам1ки Й космИшо! геодезП. Результати доел1джышя рефракцП атмосфэри й вар!ац1й поправок до центру маси й вЦбивальяих влаотивостей ИЮЗ ЕТАЖШ-1передано
- У -
до центру керування польотами (ЦКП) колшгаього СРСР. Розроблен! в дисертацП модел1 та алгоритм!! ' вивчення рефракцИ атмосфери за даними аеролог1чного зондування використовуються при вшсонанн1 досл1джень по Темам двох кандидатських дисертац!й у Льв1вському пол1техн1чному 1нститут1 та ужгородському дерз,¡явному ун1верситет1. Апробац1я роботи.
0оновн1 результата роботи допов1дались 1 обговорювались не м1жнародних симпоз1умах, конференц1ях, сем1нарах: "Использование наблюдений ИСЗ для целей геодезии и геофизики" (СССР, г.Суздаль, 1982 г.); "Геодезия и физика Земли" ( ГДР, г.Магдебург, 1984 г.); "Вращение Земли и земная система отсчета" (США, г.Огайо, 1985 г.); "Современные движения земной корн" (СССР, г.Дагомыс, 1985 г., г.Таллинн, 1986 г.); "Вращение Земли и системы отсчета для геодезии и геодинамики" (США, г.Кулфонт, 1986 г.); "Космическая физика" (СССР, г.Рига, 1988 г.); "Исследование вращения Земли и фундаментальной систем; отсчета" (ПНР, г.Познань, 1988 г.; СССР, г.Киев, 1990 г.)! "Спутники "Эталон". Анализ лазерных измерений" (СССР, г.Москва, 1991 г.); "Лазерная дальнометрия" (США, Аннаполис, 1992 г.); "Рефракция трансатмосфврных сигналов в геодезии" ( Нидерланды, г.Гаага, 1992 г.); "Спутниковая геодезия" (Польша, г.Познань, 1993 г.).
- конференц1ях: "Исследование гравитационного поля и природных ресурсов Земли космическими средствами" ( г.Львов, 1984 г.); "Изучение Земли как планеты -методами геофизики, геодезии и астрономии" (г.Полтава, 1986 г.; г.Одесса, 1992 г.); "Метрология в дальнометрш" (г.Карысов, 1992 г.).
- ийукових сем!нарах ГАО ПАНУ.
Публ1кацП.
По тем1 дисертацИ опубл1ковэно 01ля 30 роб1т.
Достов1рн1сть 1 обгрунтован1сть наукових результатов 1 висновк1в, сформульованих в дисертацИ, перев1рялись шляхом пор1вняння незэлежвдх вим1рювань 1 досл!джень, порШшшя з вЩомими стандартними значениями й результатами 1нших автор1в; обробки великих масив1в вим1рювань; п1дтверджуються в ряд! вихшдк1в 1ншими незалежними доел1джэкнями 1 забезпечен! коректним використанням статистичних 1 математичних метод1в 1 друкован1стю результата.
Структура та об*ем дисертацИ.
Дисертац1йна робота складаеться 1з вступу, чотирьох глав, заключения й списка цитовано1 л1тератури. Дисертац1я м1стить 325 стор1нок машинописного текста. 00'ем дисертацИ без списка цитовано1 л1терэтури складае 289 стор!нок, враховуючи 49 рисунк1в 1 32 таблиц1. Список цитовано! л1тератури м!стить 313 найменувань (36 стор1нок), з них 159 1ноземними мовами.
ЗМ1СТ РОБОТИ
У ВСТУП1 показана актуальн1сть теми ДисертацИ, сформульован1 И основна мета й задач!. При цьому в1дм1чаеться, що висока 1нструментальна точн1сть лазерних вим1рювань в!дстаней до ШСЗ викликав необх1дн1сть ретельного досл1дження моделей рвдукц!й, урахування рег1ональних 1 локальних особливостей моделей для р!зних пункт1в спостережень на земн1й поверхн!.
Наведен! основн! положения, до подаються до захисту, • визначен1 наукова новизна, наукова Й практична значим1сть робота, апробац!я результат!в досл!дкень.
- 11 -
ГЛАВА 1. Виб1р м1сця розташуванця й попередне визначення
координат станцП лазерних спостережень ШСЗ. У пори1й глав1 виконана класиф1кац1я джерел похибок лазерних вим1рювань в1дстаней до ШСЗ. Виходячи з геометрП лазерних спостережень ШСЗ топоцентричний вектор ШСЗ < t) можна записати у
вигляд1
?±(t)= f(t) - R^(t), (1.1)
де ?(t) 1 R1(t) - геоцентричн1 вектори ШСЗ 1 станцП спостережень Р± в1дпов1дно.
Для геоцентричного рад1уса-вектора Rjl(t) можна записати
R^(t)= R^o(t) + EAR^it), (1.2)
де Rlo(t) - середив значения рад1уса-вектора в момент t, що характеризуе геоцентричне положения точки в1дл1ку лазерного
в1ддалем1ра, a AR±j(t) - вектор зм1ни положения вищезазначено! точки.
Геометр1я й конструкц1я в1дцалем!рно1 ствнцН, методика й технолог!я ототожнення точки в1дл1ку в даерелом похмбки визначення
величини RJo(t), а деформацП земно! поверхн! - джерелами похибок
визначення ARi;)(t) й миттевого значения R^t). ДеформацП земноХ поверхн1 обумовлен1 р1зними гводинам1чними процесами: м1сячно-сонячними припливами в твердому т1л1 Земл1 й океан1, полюсним пришитом, горизонтальнимй й вертикальними рухами земно1 кори, океан!чною та атмосферной нагрузками та 1шими причинами.
Масштаб, часов! й ' просторов1 характеристики вплкву геодинам!чних лроцес!в на лазерн! спостереження ШСЗ р!зн1, кр!м
- 12 -
того, вони мокуть мати рег1ональн1 й локальШ особливост1.
Топоцентричний рад1ус-вектор ШСЗ px(tj можно записати у
вигляд1
?iJt>+J s?ii<t>. С.З)
де plm(t) - вим1ряний до ШСЗ в момент t вектор, а Sp±1(t) е вектори, обумовлен1 впливом вемно1 атмосфери, геометричними й оптичними характеристиками ШСЗ.
Вищенаведен! фактори е джерелами похибок визначення положения, стащи спостережонь (точки в1дл1ку в1ддалем!ра) й ла-зерних вим1рювань в1дстаней до ШСЗ, тобто вектор1в n±(t;) 1 px(t). Для коректно! 1нтерпретац11 в результати вим1рювання необх!Дно ввести поправки, що враховують деформац11 эемно1 поверхн1, вплив земно! атмосфери те 1нш. При цьому необх1дао роэглядати й локальн1 особливост! м1сця розташування станц11 лазерних спостережень ШСЗ, що впливають як на ефективн1сть виконання самих спостережень, так 1 на редукцИ цих спостережень. Указан1 особливост1 ми розглядаемо на приклад1 станцП лазерних спостережень ШСЗ ГАО HAH Укра1ни. На r/ершому етап1 було оц1нено метеоролог1чн1 (повторюван1сть ясного неба) й геолого-тектон1чн! (розломи, вертикальн1 рухи, сейсм1чн1сть) умови в Укра!н1 й рег1он1 станцИ.
Ми в1д1бр8ли 20 станц1й мереж1 Пдрометеослужби Укра1ни, розташованих в Ки!вськ1й, Черкаськ1й, В1нницьк1й 1 К1ровоградськ1й областях. Вих1дними даними були климатичн! значения повторюваност1 ясного неба для метеоролог1чних строк1в спостережень 0,3,6,9,12, 15,18,21 год середнього оонячного часу на кокний м1сяць за 1979-1983 рр. Одержан1 результати дають загальну картину й законом!рност1 (сезонно! й добово!) повторюваност! ясного неба в
рег1он1. Було визначено, що няйб1лыпа повторюван1сть ясного неба в середиьому за 1979-1983 рр. спосгер1гаеться: вноч! - на станц1ях Гайсин, Новомиргород, Помошная; вдень - Долинська й Могил1в-Под1льсысий. Повторюван1сть ясного неба в Киев! мента, н!к в* сервдньому для реПону.
0ск1льки геологотектон1чн1 умови можуть спричиняти збурюючий вплив на динам1ку земно! поверхн1, а через но! 1 на редукцИ лазерних спостережень ШСЗ, 1х анал1з'1 1нтерпрвтац1ю, ми оц1лшш за даними спец1ально1 л1тератури наявн1сть розломних зон 1 вертикальних рух!в, а також сейсм1чн1сть в рег1он1 розташування станцИ лазерних спостережень ГАО НАТО".
Щоб одержати дан1, необх1дн1. для редукцИ лазерних спостережень ШСЗ, на територИ станц11 й поза ною виконують р1.зн1 гаодезичя1 спостереження й вим1.оювэння. 1х зм1ст й об'ем визначаеться програмою геодипам1чних досл1джень.
У зв'язку з планами орган1зац11 й пиконання лазерних спостережень ШСЗ в ГАО НАН УкрэТни були виконан1 необх1дн! геодезичн1 вим1рюванпя, як1 пересл!дувяли тяк! ц1л1:
- визначення наближених значонь геоцентричних координат доном 1.жних моркер1в;
- визначення точного положения рефоренсних точок лазерних в1ддялем1р1п "Крим-З" 1 ЛЛ-К в1дносно маркер1в;
- визначення точного в1дносного положения референсних точок лазерних в1дг(злом1р1в;
- визначення нябликоних значенъ геоцентричних координат лазерних в1ддалом1р1п (референсних точок);
- визначення точного положения референсних точок лазерних в!ддалем1р1и в1дносно фундаментального геодезичного репера -
астропункта;
- визначення точних в1дстаней референсних точок лазерних в1ддалем1р1в до наземних м1шеней.
Щоб задовольнити вимоги точност1, ми на основ 1 моделювання визначшш припустим1 похибки геодезичних вим1рювань 1 необх1дн1 для цього 1нструменти. Для вир1шеиня поставлено! задач! на м1сцевост1 була побудована локальна геодезична мережа, що зв'язувала маркери й рефоренсп1 точки в1ддалем1р1в. Геодезичними методами й засобами за допомогою л1н1йшх 1 кутових вим1рювань були визначок! в1дстан1 м!ж точками, вертикальн1 ( висоти ) И й горизонтальн1 ( азимути ) А напрями на точки.
В табл.1.1 указан1 1нструменти, що були використован! для виконашш геодезичних вим1рювань.
Таблиця 1.1. Засоби вим!рювань, 1х похибки, призначення й
цШ вим!рювання.
В1ддалем1р Компарирована Теодол1т Годинник 1"
МСД-1М стальна рулетка 2Т2 секондом!р
Похибка 5мм+2р-10"бмм 2 мм 3" 0.1с
Призначення Вим1рювання Вим1рювання Вим1рювання Вим1рювання в1дстаней,р в1дстаноЙ,р кутЛв: часу
вертикаль-них,Ь горизонтальнее, А
Щль Визначення воктор1в в дов1ль- Визначення часового кута
но ор1еитован.1Й топоцентрич- Сонця, з1рок й астроно-н1й горизонтально систем1 м1чного азимута координат
Особлива увага Оула прид1лена визначенню положень рефоренсних точок в1дносно маркер1в. 0ск1льки референсн1 точки лазерних далеком!р1в Шчим не позначен!., геодезичн1 вим1рювашя дузке вакко редукувати до цих уявшх точок. Тому положения реферэпсних точок лазерних в1ддалем1р1в було старанно ототожнено з перехрещенням горизонтально! й вертикально! осей. Методика вим!рювань та 1х опрацювання, що залежала в!д конструктивных особливостей в1ддалем1ра, була розроблена сп1вроб!тшшами кафедри 1нжвнерно1 геодезП Ки!вського 1шенерно-буд1вельного 1нституту (К1Б1). Вена дозволила визначити в1дносно положения маркер1в з похибкою близько 5 мм, а референсних точок лазерних в1ддалем!р!в "Крим-З" 1 ДЦ-К 8 похибкою близько 1 см.
Використовуючи наблинен! геоцентричн! координата маркер!в (одержан! 1з доплеровських спостережень ШСЗ) 1 точн1 положения референсних точок в1ддалем1р!в в1дносно маркер!в, ми визначили наближен1 геоцентричн1 координата в1ддалем!р1в (референсних точок). Похибки 1х визначення становлять, як ! для маркер!в, близько 1-2 м.
Точка перехрещення осей в!дцалем1ра е початком в!дл1ку, в!д якого виконуються вим!рювання в!дстапей до ШСЗ. Щоб мата загальну точку, до яко! мокпа редукувати результата вим!ршакня, на територ!! ГАО НАН Укра!ни геодезичним п!дприемствйм ( ГП ) & 13 м.Киева було закладено фундаментальней гоодезичний репер астропункт 1 визначено його координати в астрономо-геодезичн1й мэреП. Потому були виконан! необх!дн! геодезичн! л!н1йн1 й кутов! вим1рювання, щоб визначити положения референсних точок лазерних в!ддалем!р!в в1дносно астропункта. Ц! вим1рювання були виконан1 спвц1ал!стами ГП JS 13 м.Киева, а пот1м сп!вроб!тниками кафедри
1нженерно1 геодез11 КГБ1 м.Киева. Опрацювання та анал1з виконаних незалвшю вим1рювань дозволяють ствврджувати, ¡до положения референсних точок в1ддалем1р1в в1дносно астропункта визначено з похибкою близько 1 см.
Для забезпечешш лазерних спостережень ШСЗ на станц11 важливу роль в1д!грають геодезичн1 вим1рювання, зв'язан1 з визначенням вектора-базиса м1ж рефоренсними точками лазерних в!дцалем1р1в 1 наземною м1шешш, що служить для кал1брування лазерного в1дцалем1ра - визначення аппаратурно! часово! затримки (задержки). Хоч так1 Еим1рювання виконуються звичайними геодезичними методами й засобами, вони повинн1 виконуватись з особливою акуратн1стю, ретельн1стю й правильно проанал1зован1. Так1 геодезичн1 вим1рювашш повинн1 виконуватись регулярно, щоб можлив1 лоКальн1 деформаци й рухи земноТ поверхн1 не спотворювали результати кал1брування й щоб гарантувати правильн1сть 1нтерпретац11 результат1в лазерних спостережень ШСЗ. Тому контроль стаб1льност1 положения наземно1 м1шен1 е дуже важливим. В ГАО HAH Укра1ни наземна м1шень розм!рами 1м х 1м для кал1брування ЛД-К установлена на геодезичному сигнал1 на висот! близько 30 м над земною поверхнею. В1дстань до не! вим1рювалась геодезичним в1ддалем1ром 1 становить 416.17 м ± 2 см. Наземна м1шень для кал1брування "Крим-3" установлена на лабораторному корпус1 ГАО HAH Укра1ни на висот1 близько 20 м над поверхнею Земл1. В1дстань до не! становить 120.900 м ± б мм. Ця в1дстань вим!рювалась геодезичними в1ддалем!рами в 1987 р., 1990 р. 1 1991 р. Н1яких зм1н в1дстан1 не знайдено, що вказув на стаб1льн!сть в1дносного положения лазерного в1ддалем!ра "Крим-3" 1 м1шбн1.
Як же сп!вв1дносяться нохибки геодвзичних вим!рювань на
станцИ лазерних спостережень ШСЗ ГАО КАК УкраТни з похибками такиж же вим1рювань на заруб1жних станц1ях? Похибки визначення геодезичними методами й засобами в1дстаной м1ж рефервпсними точками й маркерами, фундаментальними реперами повшш1 бути менте О.б см при в1дстанях до 50 м. ВВажаеться тшювим, що похибки визначення в1дстан1 б!ля 100 м м1ж референсними точками становить близько 1 см. При зб1льшеш!1 э!дстан1 похибки зростають в основному 1з-за похибок визначення азимут1в напрям1в 1 зен1тних кут1в. При в1дстанях дек1лька к1лометр!в похибки становлять 2 см 1 01льше.
Похибки геодезичних вим1рювань на лазерн1й станцИ дають внесок в бюджет похибок лазерних спостережень ШСЗ. При цьому похибка ототожнення референсно! точки лазерного в1дцалем!ра, II прив'язки до геодезичного маркера або ястропункта дао внесок в похмбку визначення геоцентричного положения станцИ спостережень -вектор Н±о(1). Похибка визначення в!дстан1 до м!гаен1 входить безпосередньо в результата вим1рювзння - вектор р1[П( Ъ).
У эв'язку з перспективами п1двшцення 1нструм9нталыю1 точност1 лазерних в!ддалем1р1в до 2-3 мм задача змегаюння указаних похибок набула актуального значения Й постав темою серйозних досл!джень. Св1дченням в той факт, що .в 1986 р. в рамках М1жнародно1 робочо1 групи з питань лазерних вим1рювань в1дстаней до ШСЗ утворена п!дгрупа, що займавться розвитком стандарпшх методик (процедур) для геодезичних вим1рговань на ствнцИ, каталог!зац11 геодезично! Й 1ншо1 1нформац11 в м1сцях розтвшування лазерних в1дд8Лвм1р1в.
Виконан1 оценки комплексу умов при вибиранн1 м1сця розташування лпзерннх спостережень 1 геодезичних вим1рювянь для зяСозпечвння оТотожнання, в]дтворення й збер1гв!тя референсно!
точки в1ддалем1ра й редукц1й можуть бути використан1 при розробленн1 й створенн1 лазерно-локацШшх станц1й 3-го (4-го) покол1ння, а такой нац1онально! мереж1 вицезазначених станц1й.
ГЛАВА 2. Урахування впливу тектон1ки плит 1 . деформац1й
ф1зично! поверхн1 Земл1 на лазерн1 спостереження ШСЗ.
У друг1й глав1 розглянуто вшив тектон1ки плит 1 деформаЩй земно1 поверхн1 на эм1ни у час1 положения станцП спостережень в1даосно центра маси Земл1.
В сучасн1й глобальн1й тектонЩ1 розглядаються модел1 руху твердой недеформованих плит. На сферичн1Я поверх»i Земл1 рух огмсуеться к!нематичними параметрами: кутовою швидк1стю П, широтою Ф 1 довготою л полюса обертання плити. Загальне визнайня в останн1 роки Мали модел! в1даосного (RM2) та абсолютного (АМО-2; AMI-2) pyxib, що побудован! на ochobI геоф!зично1 1нформац11. Первинними в модел1 в1дносних рух1в тектон1чних плит. В модел1 RM2 л1тосфера складавться з 11 плит, що рухаються одна в!дносно друго1. Модель RM2 була основою для побудови моделей абсолютних рух1в АМО-2 1 АМ1-2. В модеЛ! AMI-2 к1нематичн! параметри 11 л1тосферних плит визначен1 в1дносно "гарячих точок", що нерухомо зв'язан1 з мант1ею Земл1. Модель АМО-2 була побудована при умов1, що сума pyxiB yclx шшт дор1внюе нулю (no net rotation). Постае питания: яку геоф1зичну модель використовувати при редукц!! високоточних спостережень косм1чними методами й засобами? Мабуть перевагу необх1дно в1ддати т!й модел 1, що не протир1чить даним сучасних спостережень 1 е внутр1шньо уэгодженою.
Ми досл1дили вплив руху л1тосферних плит на зм1ни абсолютних й в1дносних положень станц1Я спостережень 1 виконали статистичну
пврев1рку геоф1зичних моделей абсолютного (МЛ-2) й в1дносного (ЯМ2) руху плит за даними доплер1вських спостережень ШСЗ, рад1о1нтерферометричних спостережень позагалактичних рад1одасервл, лазерних спостережень ШСЗ ЛАГЕОС. Перев1рка була виконана шляхом пор1вняння обчислених зэ моделлю 1 знайдених 1з спостережень швидкостей зм1ни географ1чних координат станц1й спостережень ф, \ або довжин хорд м1ж станц1ями А, середн1х значень квадрат1в швидкостей зм1ни координат або хорд, визначення кореляцШюго зв'язку м1ж швидкостями зм1ни координат або хорд.
Було виконано уточнения модел1 ИМ2 (к1нематичних параметр1в), а також побудова ново1 модел1: визначення сучасних значень к1нематичних параметр1в в1дносного руху л1тосферних плит СвразИ, 1нд11 й П1вн1чно1 Америки.
Результата статистично! перев1рки моделей, 1х уточнения, а також визначення "миттевих" к1нематичних параметр1в показали, що геоф!зичн1 модел1 в1дносного (ПМ2) та абсолютного (АМ1-2) рух1в л1тосфорних плит в ц1лому узгоджуються з даними сучасних вим1рювань, отож ц1 модел! можна використовувати як початкове наближення при редукцП лазерних (та 1нших) спостережень ШСЗ. Проте одержуван1 1з спостережень зм1ни ноложень станц1й нэ можна описати лише рухом плит. Для пояснения результат1в спостережень необх1дно припустити наявн1сть деформацШ плит (в1дносних рух1в м1ж станц1ями одн1е! плити), 1ниу геометр1ю плит 1 розпод!л станц1Й по плитам, розташування окремих станц1й поблизу границь плит, де можлив1 локальн1 деформацП. .
За останн1 роки, завдпкл б1льш тривалим рядам лазерних 1 рад1о1нтерферометричних спостережень 1 61лыю1 к1лькост1 стапц1й спостережень, досл!дникам удалося 1дентиф1кувати реПони
розташування сшпЦй лазерних спостережень, результата яких узгоджуються або не уигоджуються з геоф1зичпими моделями. Рег1они неузгодженост1 досл!дники пов'язують з деформац1ями плит, або розташуванням сташЦЙ поблизу границ1 плити. В деяких досл1дженнях припускаешься, що станцП спостережень, що розташован1 в межах 250 км в1д границ! плити, мають, кр1м тектон1чних, додатков1 складов1 руху. Виключення з анал!зу результат^ спостережень станц1й, розташованих в зонах деформац1й, покращуе узгоджен1сть результат!в з геоф1зичними моделями. Так!, б!льш раф!нован1, спостереження дозволяють визначити б1лып 1мов1рн1 значения к1нематичних параметр!в л!тосферних плит та 1х похибок. Зараз найкраще в1дпов!дае результатам спостережень модель руху л1тосферних гишт ШУЕЬ-), яка прийнята за стшдьртну при редукц11 спостережень косм1чними засобими. АналХз показуе, що використання т1е! чи 1ншо1 модел1 призводить до в!дноеного руху систем координат, л1н1йних тренд1в у параметрах оОертання Земл1 на р1вн! 0.0005"/р1к ( « 1.5 см/р!к). В перспектив! нео0х1дна нобудова модел1 деформоваких л1тосферних ллит, яка б урахоьунала в1дхилення руху в!д модел1 твердих (недеформовапих) плит.
Розглянуто сучасн! уявлення щодо деформац!й ф1зично1 поверхн1 Вемл1. Шд д1ею ггрипливоутворюючо! силм М1сяця й Сонця станц1я спостережень, що розташована т ф1зичн!й поверхн! Земл!, зм1нюе свое положения в1дносно центру маси Земл1. При опрациванн1 лазерних спостережень ШСЗ за щюграмами М1кнародно1 слукби обертання Зшл1 внр1ац11 координат станц1й обчислюють а урахуваяням приплив1в 2 степен1 в!д М1сяця й Сонця з використанням иом.1нальпиг значень чисел Ляпа 1у=0.6090 ! Шида ]г=0.0852. йалежя!оть в!д частот« чисел й 1р враховуеться т!.яьки дня хвил!
К1. Вважаеться, що така методика забезпечуе урахування пршлив!в на координата станц1й з похибкою 5 мм.
Проте 1з лазерних спостережень ШСЗ р1зними авторами були одержан! так1 значения числа Лява: )12=0.55 + 0.06; Ь?=0.Б95 + О;015; 1^=0.605 ± 0.004; 1^=0.650 * 0.001; й.,=0.627 ± 0.005. Оток д1апазон значенъ числа Лява IV, дуже великий, а похибкн визначення 11а становить Олизько 0.01. Легко показати, що вар1ац!я ном1нального значения на величину 0.01 призводить до вар!ац11 значения вертикального перем1щення станцИ на величину б!ля 5
Використовуючи лазерн1 спостереження ШСЗ, ряд досл!дник1в визначали значения чисел Лява ^ для р!зних станц!й спостережень, тобто локальн1 значения . Значения для р1зних станц1й спостережень знаходяться в !нтервал1 в!д 11^-0.400 да 0.750.
Зв1дси вит1кае, що геолог1чн! особливост1 земно! кори рег1оналыюго або локального характера можуть виливати на значения вертикального перемЗщекня станцИ.
Оц!нки показують, що 3 степ!нь припливоутворюючого потенц!алу в1д М1сяця може дати внесок у вертикальну складову перем!щення станцИ б!ля 5 мм. Отож иеврахован! деформацИ земно! поверхн1 п!д д1ею приплив1в М1сяця й Сонця в твердому т1л1 Земл! иожуть становити близько 10 мм. Перспектива редукц!й спостережень за припливи в твердому т1л! Зомл! в1д Сонця й М1сяця вбччаеться у використопн1 Иових моделей приилиШв, викоркстанн1 регЮнальннх 1 локальних значень чисел Лява й Шида.
Для повноти анш|1зу наввдоно досл1даэшш р1зних автор1в щодо доформагЦЙ земно! пойерхн!, обумовлених океан1чною нагрузкою, полюсним приилипом, яномялЫми атмосферного тиску тощо.
ПйрОМ1ще!111Я мюи води, що тдбувшпться Шд чяс припливу в
окван1, призводять до додатково1 деформацП земно! поверхн1. Для 0!льшост1 станц1й лазерних спостережень ШСЗ амшИтуда цього ефекта становить в1д одного до дек1лькох сантиметр1в. Для деяких остров-них та розтааювашх на узбережж1.станц1й в1н досягае 10 см. Похиб-ка обчислення цього ефекта визначавться похибками кот1дальних карт й урахуванням впливу в1ддалених морських зон 1 становить б1ля 3 мм
Рух миттево! Bicl обертання Земл1 супроводжуеться вар!ац!ями потенц1алу в1дцентроьо1 сили, що призводить до деформацП земно1 поверхн1 в рад1альному наттрямку до 25 мм, а в горизонтальному - 8 мм. Формальна похибка обчислення вар1ац!й координат становить близько 0.1 мм.
Глобальн! й рег!ональн1 вар!ац11 атмосферного таску можуть вбумовлювати деформацП земно! поверхн1. Сезонн! зм1ни атмосферного тиску обумовлюють сезонн! вертикальн1 перем1щення земно1 поверхн1 з максимальною амгШтудою б1ля б мм. Зм1на тиску м1ж циклонами (900-925 мбар) та антициклонами (1080 мбар, Сиб1р) досягав 100-150 мбар 1 може викпикати вертикальн1 перем1щення з вмпл1тудою б1ля 25 мм. Горизонтальн1 перем1щення мають ампл1туду б!ля 2.5 мм. У випадку неперервного розпод1лу по площ1 аномалП тиску м1ж ± 20 мбар й i 60 мбар можуть викликати вертикальн! перем1щення в1д 1 см до 2.5 см, а горизонтальн1 перемИцення в!д 1 мм до 2.5 мм. Середня похибка обчислення вертикального П9рем1щэння становить 0.5 мм, а максимальна - 1 мм.
Вертикальн1 рухи, температурн1 деформацП земно1 поверхн!, амИш р!вня груитових вод та 1нш. призводять до зм!ни положения СТ8НЦ11 спостережень в1даосно центру маси Земл1. Протв поки що не 1снув моделей, алгорнтм1в 1 процедур редукц1й спостережень за так1 деформацП земно! поверхн!.
Глава 3. Урахування впливу рефракцИ атмосфери на л'азерн1 спостереження ШСЗ.
Трвтя глава присвячена досл1дкенн» впливу трим!рно1 модел! рефракцИ атмосфери на лаэерн1 вим1рювання в1дстаней до ШСЗ. Як в1домо, вплив атмосфери призводить до зб1лывеотя в1дстан1 до ШСЗ 1 необх1дност1 введения поправки Ар до вим1рювано1 в1дстаи1. На основ1 принципа Ферма поправку за вплив рефракцИ атмосфери можна записати у вигляд1
Ар =» Ар,+ Дрг, (3.1)
а Ар, = КГ6/ Ы(5)(ЗБ, (3.2)
Iя
ьрг = - ; шикал Гчй, (з.з)
2 в
де N(8) е 1ндеКо рефракцИ, АИ в астроном1чна рефракц1я в дов1льн1й точц! просторово1 криво! Б. Формула (3.2) е 1втегралышй вираз поправки у в1дствнь до ШСЗ за зм1ну швидкост1 розповсюдження лазерного випромХнювання в атмосфер1, а формула (3.3) - за викривлення траекторИ, уздов* яко! розповсюджуеться лазерне випром1шов8ння в атмосфер1. Величина Лр1>> Ар2.
3 метою досл1дження Др, побудована модель атмосфери, в як1й 1ндекс рефракцИ N в дов1льн1й точц1 V просторово! криво1 описузться функц1ею сферичних координат: висоти Н над р1внем моря, географ1чних шяроти <р й довготи Тод1
Ар = Ю-6/ Н(Н,<р'Д)йЗ (3.4)
а
Величину М(Н,<рД) в дов1льн1Я точц! Р(Н,фД) можна розкласти в ряд Тейлора в окол1 точки Р0(Н,ф0Л0), що энаходиться в зен1т1 станц11 спостережень на т1й же висот! Н над р1внем моря, що Я точка р(Н,<рД)
<3N
Н(Н.ф.М= К(Н,ф А ) + —
<Эф
0N
LK + (3.5)
о
о о
Д9 Дф = ф ~ <ро, ЛЯ = А. - к
Перший член в (3.5) визначае сферичну симетр1ю N - залекн1сть 1ндекса рефракцИ N в1д висоти над р1внем моря Н в пункт 1 спостереження. IhidI члени в (3.5) визначають в1дхилвння розпод1лу N в атмосфер! в1д сферично1 симетрП»
Це дае можлив!сть визначити величину др1 як суму двох член1в Ар,= Др(д+ Apg, (3.6)
Дб Ар. = Ш~6Г П(Н,ф Л )dS (3.7)
13 s о о
Лр = Ю-6 S J N (Н,ф Д )dS (3.8)
s k=t s 00
Вираз (3.7) e поправка за зм1ну швидкост! лазерного вштром1нювэння для втмосфери, в як!й 1ндекс рефракцИ N мае сферичну симетр1ю. Вираз (3.8) е поправка, що обумовлена в!дхиленням N в!д сферично! симетрИ - горизонтальними град!ентами рефракцИ.
Така модель розиод1лу N в атмосфер! дае можлив1сть оц1нити розд1лыю валив кожпо! складово! при лазерних спостереженнях ШСЗ.
Для доол1дження рефракцИ запропоновано! модел! атмосфер« використан1 дан! б!ля 1200 аеролог1чних зондувань атмосфери в 9 пунктах УкраХни, що були одержан! в .1979 роц1 в ясн! (хмарн!сть близько 2 бал1в) ноч1 (близько 0 год Всесв!тнього часу), коли сама можлив1 лазерн1 спостереження ШСЗ. Дан1 аеролог1чного зондування являюгь собою значения атмосферного тиску Р, температури Т й В1ДН0СЯ01 вологост!.Ш на р1зних висотах Н над р!внем моря. Висота f! зонда вим1рюв&лась • рад1олокатором. Використан1 . дан1 яарологЫмх зонд!в, що п!дн!мались до висоти Н - 26-35 км, еле не
Ш1ЖЧ8 It = 20 км.
Спочатку Оуло досл!джено вплив рефракцП атмосфери при ггрипущенн1 сферично! симетрП розпод1лу 1ндекса рефракцП Н в атмосфер1. За даннми аеролог1чного зондування поправка зэ викривлення траекторП Арг становить близько 1 мм при z=60° i 2.7 см при z =80°. Ото« II треба враховувати при лазерних спостереженнях ШСЗ. Значения поправки Ара= Ар1а+ Ар2 залегать в!ц висоти пункту Н над р1внвм моря. В середньому для рег!она Укра1ни вона становить 2.346 м при а=0° й 13.127 м при z=80°. Значения Ард зазнають сезонних коливань (лРктах спостер1гаеться взимку, а Дрст1п- вл1тку) з ампл!тудою 6-8 см. Ц1 коливашт обумовлеп! сезошшми вар!ац1ями метеопараметр1в 1 залежать в1д географ!чного розташування пункта аеролог1чного зондування.
Було виконано пор1внягаш одержаних поправок э поправками, обчисленими за значениями атмосферного тиску Р, температури Т й в1дносно! вологост! И! на поверхн! Земл! в пунктах аеролог1чного зондування на основ! прийнятих моделей редукц1й. Показано, що формула Мар1н1-Маррея, яку використовують МСОЗ й HAGA США при опрацюванн! лазерних спостережень ШСЗ в глобальн1й мереж! станц!й, дав зм1щену оц!кку атмосферно! поправки Ар. Величина зм!щення становить близько 1.5 см при 2=80°. Випадкова похибка обчислення Ар за формулою Мар1н1-Ыаррея становить близько 1 см при 2=80*. Зроблено висновок, що при лазерних спосуереженнях ШСЗ урахуваш!я атмосферно! рефракцП у межах сфарично-симетрпчпо! модел! за данями метеопараметр1в на поверхл! Земл1 мокливо з похибкою 1-2 см при aeHiTtfflx в!дстанях ШСЗ г=70°.
Надал14булй досл!джей! в!дхилвяня проф!л!в 1ндвкса рефракцП N в!д сферично! сйметрИ - великомвсштабн! горизонталь«! град1внти
- для р!зних висот Н над р1внем моря та оц1нено 1х вплив при лазерних споотереженнях ШСЗ за даними синхронних аеролог1чних зондувань атмосфери в ясн1 ноч1 на протяз1 1979 року в б пунктах Укра1ни, розташованих на в1дс,тан1 150-200 км один в1д другого.
Показано, що одержан 1 за даними авролог1чних зон,дувань р1зниц1 атмосферного тиску ДР (1-5 мбар), температури АТ (2-5*К) та групових 1ндекс1в рефракцИ (в1д -5 Ы-од/рад до б N-од/рад) над пунктами Укра1ни до висот Н = 15-20 км в1дображають реальн1 в1дхилення в1д сферично1 симетрИ,
В1дх'-;лення в1д сферично! симетрИ призводять до нахилу 1зоп1кн1чних поверхонь Ф й горизонтально град1внт1в 1ндекса рефракцИ уздовж мерид1ана 1^= дН/ду та уздовж паралел1 дИ/д\. Отож теоретично й за даними аеролог1чних зондувань показано, що величиш ЛЫ^.Ф, а тому й И^, мають температурку й барометричну складов1. Ц1 величини в функц!ями тиску Р, температури Т, горизонтальних град1ент!в тиску бР/ЗБ й температури дТ/дБ, а такок вертикального град1ента ОТ/ОИ 1 визначаються характером 1х повед!шш у простор1 й час1.
Проанал1зовано зм1ни величин Д^, Ф, 1 Н^ а висотою над р1внем моря й для р1зно1 пори року. Чисельн1 значения А!^, Ф, Н^ й ^ зменшуються з висотою Н, а взимку в середньому б1льш1 н1ж вл1тку. Величини ДН^, Ф, Н^ й Н^ мають найб1льшв значения на тих висотах Н, де град1енти аР/аэ та ОТ/ОБ мають протилежн! напрямки (знаки). Спостер1гаються два р1вня висот, де Д^, Ф, ^ Й мають найб1льшв абсолютна значения. Перший р1вень знаходиться в тропосфер1 на виеот1 Н = 2-4 км, а другий - в стратосфер! на ВИСОТ1 Н = 12-14 км (Рис.3.1).
Величини А^, Ф, К^ й мають протилежн! знаки в тропосфер!
Льв1в в нагтрямку Меридена (а) й паралел1 (б), обчислен1 д.пя р1зиих комб!нац1й пункт1в, в залежност1 в!д висоти И над р!вням моря. Л - Льв1в, У - Ужгород, Ч - ЧврнШЦ, Ш - Шепет1вка. Дата - 4.03.79.
й стратосфер!. Зм1на знака в1дбуваеться на двох р1внях висот, де температурна й барометричнэ складов1 компенсують одна другу. Обидва р!вня розташован! поблизу висот, де спостер1гаеться 1нверс1я температури. Перший р1вень знаходитьоя на висот1 Н = 0.Б-1.0 км (в пограничному шар1), а другий - на висот1 Н « 11 км, тобто поблизу тропопаузи, що уявляе собою 1нверс1ю ос!дання. Указаи1 висоти визначають р1вн! стало1 густини, де 1зоп1кн!чн1 поверхн1 е горизонтальними, тобто не мають нахилу в1дносно земно! поверхн1.
Наведен1 тенденцП в повед1нц1 величин АН , Ф, N.. й Л, не
8 т
в!дпов1дають припущенню про глобальний характер загального нахилу 1зоп!кн1чних поверхонь тропосфери в напрямку в!д полюса до екватора 1з-за зоаальних (широтних) град1ент!в температури Т й тиску Р. Одержон1 результата пояснюються реальними град!ентами температури й тиску, що обумовлен1, мабуть, особливостями рег1ону <наявн1стю г1рсышх та л!сних масив1в, долин р1чок та 1ш.), що формують поле рефракцП й в1дхилення в1д сферично! симетрП.
Горизонтальн! град!внти 1ндекса рефракцП N обумовлюють систематичну похибку й необх1дн1сть введения поправки в в!дстань Др^, що залекить в1д звн1тно! в!дстан1 й азимута ШСЗ, висоти шару атмоефери. На великих зен1тних в1дстанях лазерне випром1нювання входить в земну атмосферу далеко в!д пункта спостережонь, тому нав!ть нев«лик1 значения град1ент1в й призводять до великих значень Лр^. ЗалежяЮть йр^ в1д азимута визначаеться сумою двох члон1в: один з них лропорц1йпий горизонтальному град!внту а другий - горизонтальному град1енту М^. Сп1вв1дношення значень й визначас азимут екстремальних значень Лр^. 0ск1льки й ^ зм1нюються э висотою П над р1гчтем моря, числов! значения Ар^
зялежять в1д того, до яко.1 висоти Н враховуються горизонтальн1
град1енти рефракцИ. В окремих випадках поправка Др для г = 80°
в
може зм1нюватись б1льше н1к на 3 см при зм1н1 азимута на 90°. На
рис.3.2,3.3 наведен1 середн1 значения для а = 80° в пунктах
Льв1в 1 Шепет1вка в1дпов1.дно, що мокуть бути записан I у вигляд!
ЛРв= -1.3 соэ(А + 4°) см, для пункта Льв1в,
Арк= -1.5 соз(А - 7°) см, для пункта Шепет1вка.
Поправка Ар мае синусо1д8льну залежн1сть в1д азимута, а в
в1дстань м!ж екстремальними значениями дор1внюе 2.6 см для Львова й 3.0 см для Шепет1вки. При цьому екстремальн1 значешм припадають на азимута А -176° для Львова й А = 187° для Шепет1вки.
Отож у в1даов1дност! до вищенаведених особливостей повед1нки горизонтальних град1ент1в рефракцИ й нахилу 1зоп1кн1чних поверхонь у реПон1 Укра1ни, а самэ з п1вдня на п1вн!ч, поправка ¿Рй-в середньому дор1внюв )*-2 см при z = 80° 1 зменшубться до дек!лькох мм поблизу зен1та, а . залежн!сть Ар0 в1д азимута в!др1зняеться по фаз1 майже на 180° в!д т!в1, що внт1нав 1з загальних метеоролоПчних 1 теоретичних положеиь.
Анал1з бюджету похибок показув, що сумарна максшальна похибка обчислешш атмосферно! поправки при сприятливих" для лазерних спостережень ШСЗ умовах становить близько 3\7 см при а = 80°. Перспектив!! досл1дкення та ура ху ванн я рефракцИ втмосфзри при лазерних спостереженнях ШСЗ вбачапться у створени! 1 використзнн! двочаетотних лазерних в1дцзлем1рпих статЦй.
Таким чином, розроблена модель редукц11 дозволила досл1дяти вплив рефракцИ атмосфери при лазерних вим1рх®аниях в1дстаней до ШСЗ в межах сферичного й несферичного няближеяяя: визначити внесок окремих шар!в ятмосфери, оц1питн рег1ом«л*>н1 й локальн!
Рис.3.3. Середне значения Лрв для пункта
Шешт1вка г = 80°, А, = 0.5320 мкм.
особливост! впливу атмосфери, нахили 1зои1кн1чних гюверхонь, горизонтальн! град1енти рефракцП та 1х зм!ни з висотою нвд р1внем моря та в час1. Алгоритм обчислення рефракц1йних поправок за даними аеролог1чних зондувань атмосфери може бути використаний для пор1вняшя та оц1кки 1ншх алгоритм1в, за якими поправка за атмосферну рефракц1ю обчислюеться за значениям атмосферного тисну, темперэтури й вологост! на поперхн! Земл! в пункт! спостережешя. Значения рефракц1йних поправок можуть бути вккористан1 для досл1дження особливостей 1х зм!н в час! Й простор!, побудови локальних моделей ! таблиць похибок. Одержан! результата дозволяють оц1нити меж! застосуванля сферичного Ш'ближення редукц!й за рефракц1ю, оц1нити похибки модел! МСОЗ, визначити шляхи вир1шння проблеми рефракцП при лазерних спостереженнях ШСЗ.
Глава 4. Редукц1я лазерних вим1рювань в!дстаней до ¡центру маси ШСЗ.
В четверт1й глав1 розглянуто питания про редукц1ю вим1рювання топоцентричних в1дстаней до центру маси ШСЗ.
В основу запропоновано! модел! обчислення поправки до центру маси ШСЗ покладено принцмпове припущення - пропорц1йн1стъ енергИ К^, що в!дбиваеться кохним кутиковим в1дбивачем, його активнШ плотин1 в!дяивання. Цв ртнозначно припущенню про 1дентичн1сть в!дбивальних властивостей 1 дифракц1йних картин ус1х в1дбивач!в ШСЗ та 1х зм1н в зялекност! в!д кута зору - ор1внтац!1 ШСЗ в!дносно падаючого на нього лазорного випром1нюват1я.
П1л поправкою для редукцП вим}ртаних топоцентричних в!дстпней до центру маси супутника розум!вться в1дстань р в!д
центру маси супутника до середньовагового положения видимо! плопщ-
ни в1дбивання, перпендикулярно! напрямк'у лазерного випром!нювання,
що падае на супутник. Ця поправка обчислюеться за формулою
ы
Е РА к=1 к к
Р = —н- , (4.1)
де рк- в!дстань к-го кутикового в1дбивача в1д центру Маси ШСЗ в напрямку лазерного випром1нювання, Ек~ енерг1я, що в!дбита к-тим кутиковим в!дбивачем, а сума знаходиться для вс!х N в1дбивач1в, що бврутъ участь у в!дбиванн1 лазерного випром1нювання.
Така методика була використана нами при обчисленн1 поправок р й енергИ Е (в1дбивально1 здатност1) ШСЗ ГЕОС-С, СТАРЛЕТТ ! ЛАГЕОС. Ц1 супутники й панел1 кутикових в1дб1шач!в на них мають р1зн! геометричн! форми й розм1ри. Кр1м того, кутиков1 в!дбивач1, що установлен! на ШСЗ, мають р!зн1 гвометричн1 те оптичн! характеристики, а - таком принципи в!дбивання. В табл.4.1 для пор1вняння наведен! результата американських досл1дник1в (друга ! четверта колонки) ! наш1 (третя й п'ята колонки), що одержан! за р1зними методиками.
Тоблиця 4.1. Значения поправок до центра маси 1 в!дбивально! здвтност! ШСЗ.
ШСЗ Поправка р, см Енерг!я, Е
1 2 3 4 5
-?-—'-
ГЕОС-С (141.1-3.6-)соа(£-22.47') 136.7соз(Р-21.68)
Г+З
СТАРЛЕТТ 7.50 7.34 3.20 3.17
ЛАГЕОС 24.25 24.10 12.46 12.37
В табл.4.1 Г - кут при центр! маси ШСЗ ГЕОС-С м!ж напрямками
на центр маси Земл1 Я на спостер1гача, Е - енергЧя в екв!вэлентш« кутикових в1дбивачах.
Апрокс1мац1я поправок до центру маси ШСЗ ГЕОС-С виконувались р1зними авторами для р1зних граничних значень кута Р. Кожна з навадених апрокс1мац1й забезпечуе похибку близько 1 см.
Узгоджен1сть результат^ св1дчить про допустим1сть припущення щодо 1дентичност1 в1дбивальних властивостей вс1х кутшсових в1дбивач1в на ШСЗ в запропоноеан!й методиц1, И ефективн1сть 1 можлив1сть використання для обчислення поправки до центру маси 1 в1дбивально! здатност1 1нших ШСЗ.
У зв'язку з рекомендац1ями м1жнародно! науково! громадськост1 було виконано досл1джзння по визначенню поправки до центру маси 1 в1дбивально1 здатност1 ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2.
Пасивн1 ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 мають форму ефери д1аметром 1294 мм. 2140 кутикових в1дбивач1в оптнчного д!апазону розташован1 на 306 знтеишх реш1тках, кожна з яких м1стигь 7 кутикових в1дбивач1в. Антенн1 реш1тки розташован1 на зовн1шн!Я поверхн1 сферичного корпуса супутника в 14 зонах, з яких 6 мають круглу форму Я 8 -шестикутну. Кожна зона закрита панелями з отворами 32 мм для кутикового в!дбивача. Цв призвело до того, що кутиков! в1дбивач! занурен1 в т!ло супутника нижче сферично! поверхн1 на 5.5 мм. Для забезпечення кр1плення ШСЗ ЕГАЛОН-1,-2 з системою в1дд1лення на його корпус! розТайюван1 4 опорних кронштейни, що виступвють за зовн!шн!й д!аметр супутника. Наяви1сТь опорних кронштейн!в призводить до порушення р1вном!рност! в розм1щвнн1 реш!ток: один опорний кронштейн займае м!сце двох реш!ток. Наявн!сть такелажних точок ( по 6 ортогональним напрямкам ) призвело до необх1дност1 видаленнл по одному в1дбивачу опгичного д!апазона у двох
протилежних зонах. Шд час в1докр8млення в!д ракети-нос1я була здияснена закрутка супутник1в з кутовою швкдк1стю обертання и = 25 °/с 1 3°/с.
Кутиков! в]дбивач1 ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 мають вх1дну грань у вигляд! шесттсутнкка. НЬтрина вх!дно1 гран!,' тобто в1дстань м1к протилежними паралелышми сторонами, И = 27.0 мм, що дав активну площу в1дбиванпя - апертуру (при перпендикулярному пад1нн1 на вх1дну грань) 8о=6.3133 см2. Бисота кутикового в!дбивача Н = 19.1 мм. В1дбивач! виготовлеШ з плавленого кварца з показником заломленнн
П^ 1.455442 для =0.6943 мкм п„= 1.460915 для Л =0.5320 мкм.
с с.
Зовн1шн! поверхн! бокових граней в1дбивача мають металеве покриття з алюм!н!ю.
Положения центр!в вх!дних граней кожного в!дбивача були визначен! сферичними (р,Х,ф) координатами в точно визначен1й прямокутн1й систем! координат, початок яко! сп1впадае з центром маси ШСЗ.
Виходячи з геометричних та оптичних характеристик кутикового в1дбивача ми доел!дяди його в1дбивальн! властивоот1.
Вшсористовуши в1дбивальн! властивост1 кутикового в1дбиваче ми оц!нили положения видимих точок та област1 в!дбивання 1ЮЗ ЕТАЛСН-1,-2.
1з-за обертання ШСЗ ЕТАЛОП та руху по орб1т1 його ор!ентац1я в!дносно споотер1гача, а в1доов!дко й конф1гурац1я масиву кутикових в!дбивач1в в!дносно напрямку падаючого на нього лазернох'о випром1нювяння мокуть бути р1пними. Отож 1 поправка до центру маси ШСЗ та його в!дбивальна адатн!оть будуть р!зними й
- 35 -
залекатимуть в!д вшдезгадано! ор1ентац11.
Щоб визначити вар1ац11 поправки до центру маси ШСЗ ЕТДЛОН в залекност1 в1д його ор1енгац11 в.1дносно спостер!гача, зкачешш поправки (й площ1 в!дбиввння) були обчислен1 для 2522 ор1ентац1й ШСЗ, вибраних з м1ркувань симетрП в розташуванн! кутикових в1дбивач!в: широта ф зм1нювалась в!д +90° до -90°, а довгота X в1д 0° до 360°. В табл. 4.2 наввден1 максимально, середае та м1н1мальне значения поправок 1 в1дпов1дн1 1м ор!янтац11 для двох довжин хвиль лазерного випром1нювапня
Таблица 4.2. Значения поправки до центру маси при р1зн1й ор1ентац11 ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 (к-ц1ле число)
А., =0.6943 мкм Л2-0.5320 мкм
Поправка 0р1ентац1я Попраька 0р1ентац1я
р,мм Ар,мм Ф.град \,грзд р,мм Ар,мм ф, град \,грэд
583.5 7.5 0 * 0+90°К 583.3 7.5 О 0+90°К 567.5 -8.6 -45 5+90°К 567.1 -8.6 -.45 5+90°К 576.1 0.0 45 75+90"К 576.8 0.0 45 75+904 Ото» середня поправка до центру маси ЯЮЗ ЕТАЛОН-1,~2 дор1внюб5 р,= 576.1 мм з середньоквадратичним в.!дхиленням Ар^ 3.9 мм для А,-= 0.6943 мкм 1 ' рг= 575.8 мм з середньоквэдратичним в1дхиленням Ар?= 3.9 мм для 0.5320 мкм. Це не 18 мм 01льше значения, що рекомендовано МСОЗ. Середн1 значения р найб1лыи близьк! до значень р^, одвржпних для ор1внтоц!й ШСЗ, що задан1 координатами <р = 45°, в К = 75°,165",255* 1 345*, тобто повториться через 90е по довгот1. Для указаних ор1ентац1й ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 точки найб!льи раннього й п1знього в1дбиття розташован! в1д центра маси на п1дстпнях 613.7 мм 1 434.0 мм для 0.6943 мкм та 613.4 мм й 434.1 мм Для 0.5320 мкм
в1дпов!дно.
Максимальна значения поправки до центру маси ШСЗ ЕТМОН-1,-2 р = 583.5 мм одержуемо при пад1нн1 лазерного випром1нювання в точки з координаташ ш = 0° 1 Л. = 0°,90е, 180° й 270°, тобто в центри 4-х протилекно розташованих зон кругло! форми.
М1н1мальне значения поправки до центру маси ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 р = 567.5 мм одержуемо при пад1нн1 лазерного випром!нювання в __точки з координатами <р=-45°, а ,95°,185°,275°, тобто в точки розташувания опоршх кронштейн!в.
3 вищенаведеного вит1кав, . що р1зниця м!к максимальним ! м!н1мальним значениями поправок становить 16 мм. (Для пор!вняння у ШСЗ ЛАГЕОС така р1зниця становить 4.5 мм).
Щоб 'досл1дити систематичний характер вар1ац!й значень поправки до центру маои ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2, ми проанал1зували в!дхилення йр3 значень поправок для кокно! з 2522 ор!ентац1й в!д середпього значення в залежност1 в1д широти ф й довготи К. В ц!лому в1дхилення Ар^ мають пер!одичний характер з максимальною вмпл!тудою близько 8 мм, що в!дображае симетр!ю в розташуванн! кутикових в!дбивач!в на сферичн1й поверхн! ШСЗ. Це вказуе на можлив!сть визначення Ар пер1одачними (сферичними) функц1ями координат <р й X. 1, таким чином, отримання б1льш точного (анал1тичного) виразу поправки до центру маси ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2.
Враховуючи кутову швидк!сть обертання ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 и = 25°/с, можнэ припустити, що пер!одичн! вар1ац!! значення поправок новторюються в час1 через 14.4 с.
У эв'язку з симвтр1ею в розташуванн! кутикових в1дбииач!в на сферичн!й поверхн! супутника' мають м!сце ввр1ацП площ1 в1дбивяння (енергП) в залежност! к!д ор1внтзц!Л в!дносно спостер!гача.
В1дбивальн1 влэстивост1 масива кутикових в1дбивач1в SI1C3 ЕТАЛОН-1,-2 Сули об'числен1 для тих же ор!ент0цШ, що при доел[дженн1 вар1оц1й поправки до центру маси р. Результата досл1джешя наведен1 в табл.4.3.
Таблиця 4.3. Значения площ! в!дбивання ( в кутикових
в!дбивачах) при р!зн!й ор1внтац11 ШСЗ E7AJ0H-1,2 (к-ц!ле число)
\ = 0.6943 мкм Хг= 0.5320 мкм
Площа в!дбивання 0р!ентец1я Площа в1дбивання 0р1бнтац!я
Е.к.в. ДЕ,к.в. ф.град Х.град Е,к.в. ЛЕ.к.в. ф.град Х.град
74.1 6.6 35 45+90°К 74 .4 8.6 35 45+90'К
53.6 -12.0 -45 5+90°К 53 .9 -12.0 -45 5+90°К
65.6 0.0 0 25+90°К 65 .9 0.0 0 25+90*К
Середня площа в1дбиватшя Е ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 екв1валентна площ1 65.6 (7^ = 0.6943 мкм) 1 65.9 <Лг= 0.5320 мкм) кутикових в1дбивач1в (при перпендикулярному пзд1нн! на них лазерного вштром]нювэння) з середньоквадратячним в1дхиленням 3.2 кутикових в1дбивача. Середне значения Е близьке до значения EJ( одержаного при ор!ентац1! ШСЗ з координатами ф = 0° i I. 25°. lía рис.4.1 наведдна г1стограма, що характеризуй в1дбивальну властив!сть ШСЗ для цШ ор1ентац11. На г1стограм1 показано вносок кожного 1-см 1нтеряалу облает! в1дбипання. Для указано! ор1ентац11 у в!дбиванн! приймають участь 322 кутикових в1дбивача.
Максимальна площа п1дбивэння ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 окв!валентна 74 куткковим в1дбивачпм при ор!ентацИ з координатами ф = 35°, а X = 45°,130°, 22Г>° fl 315°, що в1дпов!дав центрам шестикутнич зон.
М!н!малыш площа в1дбивання ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 екв1вялентио приблизно 54 кутиковим вАдйивпчам при ор1внтшЦ1 э координатами <р
36 40 48 И sa 60р,см
Рис.4.la. Истограма в1дбивалыю1 здатност! ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2. Л, = 0.6943 мкм.
4 i <Mi to и ia н it « м м и ео^ем
Рис.4.1ö. Истограма в1дбивалыю! здатност1 ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2.
0.5320 мкм.
Ф = -45°, а X = Б", 95°, 105° й 275°, що в1дпов!дае центрам шестикутних зон, де розташовап! опорн1 кронштейни.
Р1зниця м1ж максимальною й мШмальною площами в1дбивання екв1валентна 20.6 кутиковим в!дбивачэм, що становить близько 30% б1д середньо! площ1 в1дбиваннн. (Для пор1внянпя: у ШСЗ ЛАГЕОС така р1зниця становить 7%). Р1зниц1 АЕ^ м1ж Е^ для колкретпих ор1ентац1й ШСЗ й середн]м значениям Е мають такий же законсм!рний характер, як 1 для поправок р^ до центру мной сунутника.
На сучасному етэп! немае можливост1 обчислювати поправки до центру маси ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 для кожно! вим1ряно1 в1дстан1, оск1льки нев!дом1 реальн! ор1ентац!1 в 1гросторХ в1с1 обвртання ШСЗ та Яого кут-ова швидк!сть обертання. У зв'язку з цим на м1жнародному симлоз1ум1 "ЕТАЛОН-91" було рекомендовано провести ёксперимснтальн! досл1дження по ви?наченню таких характеристик ШСЗ ЕТАЛПН-1,-2, як кутова шг;идк1сть Й ор!бнтац1я в простор! в1с1 обертання. Виходячи я пишенаведених результат!^ досл1джень можна рекомендувати при лазерних спос торе ¡кеннях ШСЗ ЕТМОН-1,-Я формувати нормяльн! точки на 1нтервал1 часу 6 хвилип, щоб яб1лынити 1мов1рн1оть пиключонпя цнр1одичних вар!ац!й поправки до центру мяси ШСЗ. Використовуючи лазерн1 спостереження з високою 1нструментялыюю точм!стк> (2 см - 2 мм) та частотою вим!рюввння в1дстаной 10 Гц, можна спробувати вияначити ор!ентац!ю в простор! в 1с) обертання й кутову шнидк1оть обертання ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2.
На основI шшКау, _ лзбораторних 1 модольних доелIджень вар1ац!Й поправки до центру маси ШСЗ ЛАГЕОС Й ЕТАЛОН-1,-2 та лазерних спостережень ШСЗ ЛАГЕОС зроблено висновок, що на сучасному р1 ни1 технолог 11 лазерних вим1рювень в1дстаной до ШСЗ редукц!я до центру маси зд1йснюятьоя я похибкою блияько 1-2 см 1
залежить ь1д геометричних. 1 оптичних характеристик кутшсових в1д-бивач1в, форыи 1 розм!р1в ШСЗ, характеристик лазерного поредавача й системи рег1страц11 в1дбитого в!д ШСЗ лазерного ышром1нкшання.
У ВИСНОВКАХ стисло викладен1 основн! результата, що одержан1
1
в дисертацИ.
OCHOBltl РЕЗУЛЬТАТА! РОБОТИ.
1. Биконан1 анал!з 1 клаеиф!.кац!я джерел похибок лазершх Е1ш1ркшань в1дстаней до ШСЗ, обумовлених дипам1кою земно1 поверхн!, рефракц1ею атмосфера й характеристиками ШСЗ. Занропонсиана .методика й виконан! геодезичн1 вим1рюва!шя на станцИ лазерних спостережень ШСЗ в ГАО HAH Укра1ш, що нвобх1дн1 для визначення геоцентричного положешш референсних точок, оц1нен! й проанал1зоваи1 похибки таких вим1рювань на станЩя'х. Показано, що похибка визначення положения референсно! точки на ф!зичн1й поверхл! Зем л1 становись близь ко 9 мм.
2. Виконан! анал1з 1 оц!нка впливу деформац!й земно! поверхн1 на зм1ни у час1 положения отанцП спостережень в1дносно центра маси Зеш1. Виконана статлстична нерев!рка й ноказана в1дпов1дн1сть геоф1зичних моделей руху л1тосферних плит даним сучасних спостережень, побудован1 нов1 модел1. 0ц1нено, що вплив на вертикальну складову вектора геоцентричного положения ствнцИ спостережень реПоналытх 1 локальгах значень числа Лява hg схановить близько 5 мм, член1в третьо! степен1 припливоутворюючого потенц1алу Шсяця становить 5 мм. ДеформацИ ф!зично! поверхя1 Земл1, що не враховуються при моделюванн1, викликають похибку в визначенн1 положения станцИ спостережень близько 18 мм.
3. Побудована й досл1джена модель рефракцП атмосфери, в як!й 1идек0 рефракцИ N в дов!льн1й точц! просторово! криво!
визначаеться функЩею сферичних координат Н,<рД, до Н - висота над р1внем моря, (р - широта, \ - довгота. Це дозволило оцЫити окремо вплив сферично-симетрично! модел! атмосфери й горизонтальных град1ент1в рефракцИ при лазерних спостереженнях ШСЗ. Досл1джено вплив рефракцП при сферичному розпод!л1 N в земн1й атмоа1»ер1 за данями ааролог1чного зондування атмосфври, виконаного в ясн! ноч1 (хмарн!сть менте 2 бал1в) до висот Н = 24-36 км в perlonl Укра1ни в 1979 роц1. Показано, що випадкова похибка обчислення N на р1зннх висотах Н, що обумовлена випадковими похибками вим1рювання тиску Р, температури Т й вологост1 ПН зондом, не перввищуе.0.5 N-од, а випадкова похибка обчислення поправки Дрч в в1дотань за зм!ну шведкост! св1тла становить б!ля 2 мм при z=0° i 9 мм при г-80". Похибка чисальн'ого 1нтегрувоння (метод Гаусса) при обчисленн! Ар1 становить 1 мм при z=80°. Поправка за викривлення траекторП (геометрична поправка) Ар^ дор1внюе 1 мм при z=60° 1 б1ля 2.7 см при к=80". значения повноЗ поправки Apq= Ар1g+ Лр2 для сферично! модел1 в сервдньому для perlona У1фа1ни становить 2.346 м при z=0° i 13.127 при z=80! Значения Дрз зазнають сезонних вар1ацШ (Дратц.г взимку, Apamln вл1тку) з ампл1тудою 6-8 см, що заложить в!д географ1чного розташувашш пункта зондування.
Показано, що формула Мар1н1-Маррея, яка використовуеться ПАСА CHIA Й МСОЗ при опрацюванн1 лазерних спостврежень ШСЗ в глобальнШ мереж1 стаиц1й, дав зм1щену оц1нку значения атшсферно! поправки. Величшга зм1ще1шя становить близько 1.5 см при z=Q0°. Випадкова похибка обчислення Ар за ц!ев формулою становить близько 1 см при z-SO". Зрпблено висновок, що урахувашя рефрякц11 ятмосфори в. рамках сферично1 модел1 за значениями Р, Т 1 ПН нп поверхя1 Земл! можливо з похибков 1-2 см 1фи 2=70".
4. Досл1джвно ь1дхиле1тя розпод1лу N в атносфер1 в1д сфорично! симетрП - великомасштабн1 горизонтвльн1 град1ввти рефракцП - для р1зних висот II 1 оц1нвно ix вплив при лазерних спостереженнях ШСЗ за даними синхронного аеролог1чного зондування атмосфери в ясн1 ноч1 на протяз! 1979 р. в 5 пунктах Укра1ни, розташованих на в1дстан1 150-200 км один в1д другого. Показано, що одержьн1 за даними аеролог1чного зондування атмосфери р1зниц1 тиску АР ( 1-5 мбар), температури AT ( 2-5'К), групових 1ндекс1в рефракцП AN (в1д -5 М-од до 5 N-oд) над пунктами Укра1ни до висот Н = 15-20 кы визначыоаь реальн! вЛдхилення в1д сферично! симетрП, щ,о призводять до нахилу 1аоп1кн1чних поверхонь Ф <3'-4'), горизонтальних град!ент1в N в напрямках мерид1ана N^ ( 150-200 Н-од/рад) 1 паралел1 К^ ( 75-125 N-од/рад). Вэличшш ANg.ffi.N^.N^ в функц1ями Р, Т, горизонтальних град1ент1в «ЭГ/flS 1 ÖT/ÖS, а також вертикального град!ента öT/flH 1 визначаються характером 1х поБед1нки у npocTopi.l 4aci. Значения ANß, Ф, N^ i N^ змешуються 1з зб1льшбнням Н, а взимку в середньому б1льш1, н!ж вл!тку. Значения ANgP®, »ф 1 N^ максимальн1 на тик висотах й, де град1анти ÖP/3S 1 öT/OS мають протилежн1 напрямки. Споотер1гаються два р1вня висот, де AN , Ф, Н,„ 1J, мають максимальн1 'абсолютн1 значения.
" е' ф д
Перший р1веиь знаходиться у тропосфер1 на II « 2-4 км, ö другий - в стратосфер1 на Н = 12-14 км.
Величини ANg, Q, 1 Н^ мають протилежн1 внаки в тропосфер1 1 стратосфер!. Зм1на знаку в1дбуваеться на двох р1внях висот, де температурна 1 баромотрична складов! компвнсують одна Другу. Обидвв р1вн1 разтащован} поблиау висот, де спостерИ'аються 1нверсП температури. Перший р1вень анаходитьоя на Н « 0.5-1.0 ил, а другий - На II 11.0 км (поблизу тропопаузи). Вшденаведеп!
тевденцП в повед1нц1 величин ЛП^, Ф, i Н^ не в1дпов1дають припущопню щодо глобального найму 1зоп1кн1чних поверхонь тропосфери в напрямку в1д полюса до екватора 1з-за зоиальних (широтних) град1ент1в тетера тури 1 тиску.
Горизонтальн! град1енти R призводять до систематичних
в
похибок i необх1дност! Введений поправки bpR, що залежить в1д зен1тно! в1дстан1 г 1 азимута А. Залежн1сть Äp в!д азимута визначаеться сумою двох член!в, один з яких пропорц1йний Н^, а другий N^. СП1вв1дношепня значень N^ 1 N^ визначае азимут екстремальних значень ipg. 0ск1льки N^ 1 N^ зм1нюються з висотою Н,.числов1 значения Apg залежать в1д того, до яко! висоти II ураховуються горизонтальн1 град1енти рефракцП. В окремих випадках Арв дяя z=80* може зм1нюватись на 3 см при зм1н1 азимута А на 90*. В середньому поправка Apg становить 1-2 см при z=80° 1 зменшуеться до дек1лькох мм поблизу зен1та, а залежн1сть в!д азимута л в!др1зняеться на 180* в!д Tiel, що передбачаеться з теоретичних уявлень про глобальний зональний характер горизонтальних град1ент1в рефракцП.
5. !fa ochobI запропоновайо! модел! результуюча максимальна похибка визначения атмосферно1 поправки при сприптливих для лазерних спостережень ШСЗ умовах оц1нена в 3-7 см при 2=80°. Перспективы досл1даения та урахування рефракцП вбачаються у використанн! дисперс1йного метода.
6. Розроблена 1 реал1зована модель редукц1й лазерних спостервюэнЬдо центру маси ШСЗ» що мають р!зн1 геометричн1 форми, розм1ри й тили кутиковйх в]дбивач!в. Для ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 обчислен! значения поправки до центру маси р 1 в1дбивально! здатност! Е, дойл1да9н! 1х вор1аЦП в эалежноет! в!д- ор1бнтац11 ¡¡ЮЗ в!дносно
сностер1гача. Для 2522 змодульованих ор1ентац1Я ШСЗ ЕТАЛОН-1,-2 значения р зм1нюються в!д 567.3 мм до 583.4 мм, в сврвдне значения дор1внюе 576.О мм з1 стандартним в1дхиленням 3.2 мм. Значения Е зм!нюються в1д 53.8 до 74.2 екв1валентних кутикових в1дбивач!в, а середне значения дор1внюе 65.8 з1 стандартним в1дхиленням 3.9. Baplauil величин р 1 Е повторюються з пер1одом обертання ШСЗ 14.4 с 1 пояснюються особливостяки геометрИ в розташуванн1 кутикових в!дбивач!в на поверхн1 супутника. Обчислення нормальних точок на 1нтервал1 часу 6 хвилин, можливо, зменшить вплив пер1одичних вар1ац1й поправки на реэулътати опрацювання. Зроблено висновок, що при сучасн!й технолог!! лазерних спостережень 1 моделях рэдукц!й похибка визначення поправки до центру маси ШСЗ становись 1-2 см.
7. Рекомендован! М!жнародною службою обертання Земл1 (МСОЗ) мод9л1, алгоритми 1 константи для редукц1й лазерних вим1рювань в1дст»ней до ШСЗ за положения референсно1 точки в1дл1ку, динам1ку земно! поверхн!,■ рефракц!» атмосфера, геометричн! та оптичн! характеристики ШСЗ дають загальну похибку Олизько 45 мм.
По тем! дисертац11 опубл1кован1 нижченаведен! робота.
1. Абеле М.К., Артюх Ю.Н., Богатырев К.А., Глущенко Ю.М., Ко-кури» Ю.Л., Курбасов В.В., Лавриненко Н.П., Миронов Н.Т., Некрасов В.В., Стаценко A.A., Сухановский А.II., Яцкив Я.С. Экспериментальный комплекс лазерных дальномеров ГАО АН УССР для измерений расстояний до ЙСЗ // Изучение Земли как планеты методами геофизики, геодезии и астрономии: -Киев: Наук, думка, 1988.-С.255-259.
2. Ведеиичвва И.П., Миронов Н.Т. Редукция измеренных тонотнтрптских расстояний до ИСЗ "Лагеос" и "Старлетт" к центру масс спутника.- Киев* 1903.- ?Л с:.~( Препринт / АН УССР. Ин-т
теорет.физики; ИТФ-83-142Р).
3. Горбань В.М., Емец Л.И., Корсунь А.Л., Миронов И.Т., Пцкио Я.С. Проверка и уточнение моделей кинематики гчолитосфершах плит по данным астрономических и космических наблюдений.- Киев, 1985.-2'0 е.- ( Препринт / АН УССР. Ин-т теорет. физики; ИТФ-85-46Р).
4. Емвц А.И., Миронов Н.Т., Яцкив Я.С. Проверка и уточнение моделей движения литосферннх плит по данным наблюдений ИСЗ и внегалактических радиоисточников // Кинематики и физика небес, тел. -198Т. -3, Н 2. -С.93-96.
5. Колчиисгагй И.Г., Миронов К.Т., Мотрунич И.И., Шопяк Р.Д. Об учете атмосферной рефракции при лазерних наблюдениях ИСЗ // Нзблюд. искусств, спутников Земли. -1983. -N 21. -С.393-400.
6. Миронов II.Т., Самойлеико А.Н., Яксь В.М., Яцкив'' Я.С. Геоцентрические координаты и относительные положения двух .лазерних дальномеров ГАО АН УССР и специальных геодезических знаков (маркеров) //Кинематика и физика небес, тел. -1988.- 4, N б,- С.88-90.
7. Миронов И.Т., ЕМец А .И., Шоняк Р.Д. Редакция атмосферы при лазерных наблюдениях ИСЗ. Ч. 1. Сферически-симметричная атмосфера. -Киев, 1992. -56 с. - (Препринт / АН Украины. Глап. астрон. обсерватория; ГА0--92-12Р).
8. Миройов Н.Т., ©леи А.И. Рефракция атмосферы при лазерных наблюдениях ЙСЗ. 4.2. Горизонтальные градиенты рефракции. -Киев, 1993. -48 е.- (Препринт /.АН Украины. Глав, астрон. обсерватория; ГАО-93-3?)".
9. Яцкив Я.О., Миронов Н.Т. Об учете влияния горизонтальных перемещений литосфэрных. плит при обработке наблюдений в глобальной сети геодинямических станций (на примера ГЕОСС-РЕА) // Geodesy and Physics öf the ?art.h: Pro«. of the.6-th Intern. Symp.- Potsdam,
1985.- Purt П.- P. 150-155.
10. Яцкив Я.С., Миронов Н.'Г. Повторяемость ясного неба над территорией центральных областей Украины // Проблем» астрометрии п космической геодинамики.- Киев: Наук, думка, 1991, -С.121-128.
11. Jaks W., Yatsklv Ya.S., Mlronov M.T., Samollenko A.M. Local geodetic survey for SLR station In Kiev //Проблемы астрометрии и космической геодинамики.- Киев:Наук, думка, 1991.-0,115-121.
12. Mlronov N.T. Correction oi satellite laser ranging Tor ' atmospheric refraction. //Artificial Satellites. Planet. Geodesy.-1993.- 28, N3.- P.171-177. . .
13. Mlronov N.T. , Enets A.I., Zakliarov A.N., Tchebotarev V.E. ETALON-1,-2 center of mass correction and array reflectivity. - Kiev, 1992.-27 p.- (Preprlnt/Aoad. Scl. UHr. МАО; MAO-92-116).-(Proc. of the Eighth Intern. Workshop on laser Ranging Instrumentation. Annapolis, MD USA, May 18-22, 1992 // NASA conf-I'ubl. 3214.-1993.- P.6-9 + 6-32).
14. Yatsklv Ya., Mlronov N., Hurutdinov K., farad1J V., Tseais M. On the use of the Klev-Geodynamlcs program complex for analysing the MERIT laser ranging data // Earth Rotation and the Terrestrial Reference Frame.- Columbus, Ohio,1985.- P.137-145.
15. Yatsklv Ya., Mlronov N., Hurutdinov K., TaradlJ V., Taests M. Determination of Earth rotation from laser ranging to LAGEOS and related researches // The earth's rotation and reference frame a for geodesy and geodyriamlcs.- Washington, 1988.-P\455-459. ''¿Ып*/
