Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Общие вопросы и постановка задачи
1.1 Проблема вращения Земли 22
1.2 Спутниковая геодезия и геодинамика 25
1.3 Системы координат и времени 30
1.4 Связь с инерциальной системой координат 34
1.5 Гравитационное поле Земли 39
1.6 Земные приливы 43
1.7 Невозмущенное движение и уравнения Лагранжа 48
1.8 Формулы дифференциального улучшения 51
1.9 Международный проект МЕРИТ 55
I.IO Постановка задачи об определении параметров вращения Земли 60
ГЛАВА II. Возмущения орбиты ИСЗ
2.1 "Главная проблема" теории движения ИСЗ .64
2.2 Промежуточная орбита Акснеса 67
2.3 Полная теория Акснеса 73
2.4 Алгоритм теории Акснеса 75
2.5 Выражение возмущающей функции геопотенциала через элементы орбиты ИСЗ 88
2.6 Вычисление функций эксцентриситета и наклона и их производных 91
2.7 Классификация возмущений от геопотенциала..,97
2.8 Алгоритм вычисления возмущений 101
2.9 Лунно-солнечные возмущения движения ИСЗ 106
2,10 Вариации элементов орбиты ИСЗ 109
2ЛІ Вековые возмущения движения ИСЗ НО
2.12 Классификация периодических возмущений ИЗ
2.13 Оскулирующие экваториальные элементы орбиты Луны 115
2.14 Алгоритм вычисления лунно-солнечных возмущений движения ИСЗ 121
2.15 Возмущения движения ИСЗ давлением солнечной радиации 127
ГЛАВА III. Обработка лазерных наблюдений короткой кампании МЕРИТ
3.1 Исходный наблюдательный материал 134
3.2 Форматы исходной информации... 140
3.3 Предварительная обработка данных лазерной дальнометрии 148
3.4 Вычисление нормальных точек 159
3.5 Апробация алгоритмов 166
3.6 Вычисление возмущенных топоцентрических расстояний и результаты ифференциального улучшения 171
3.7 Параметры вращения Земли по данным короткой кампании МЕРИТ 192
3.8 Итоги короткой кампании МЕРИТ 200
Заключение 205
Литература 209
Спутниковая геодезия и геодинамика
Спутниковая геодезия - наука, начавшая бурно развиваться после запуска Первого Советского искусственного спутника Земли, оформилась за два последние десятилетия. Истоки ее, однако, восходят к 40 - м годам, когда финским астрономом и геодезистом Вяйсяля была предложена методика построения триангуляционных работ с использованием одновременного фотографирования из нескольких точек на поверхности Земли световых вспышек, осуществляемых с самолета или баллона,
В основе спутниковой геодезии лежит использование удаленных от Земли объектов, направления на которые существенно зависят от положения наблюдателя на Земле. Этими объектами являются искусственные спутники Земли (ИСЗ), а со времени установки на Луне уголковых отражателей - и Луна (до этого позиционные наблюдения Луны не обладали достаточной точностью). Использование наблюдений объектов космической геодезии возможно в одном из двух аспектов; во - первых, считая ИСЗ удаленной маркой, наблюдения которой с различных точек Земли могут связать эти точки между собой (собственно геодезия) во - вторых, что, вероятно, более важно, моделируя движение объекта в поле тяготения Земли с учетом многих других возмущающих влияний и сопоставляя результаты моделирования с фактически наблюдаемым движением, можно сделать качественные и количественные выводы о свойствах примененной модели (геодинамика).
Исходя из этого можно сформулировать задачи спутниковой геодезии как изучение фигуры, размеров, особенностей вращения, гравитационного поля и механических свойств Земли путем наблюдения положений спутников Земли.
В настоящее время наиболее распространенными (и, пожалуй, наиболее точными) являются следующие методы наблюдений ИСЗ:
1. Фотографические наблюдения с помощью специальных светосильных камер. Лучшие из них, такие как камера Бейкера - Наина или камера ВАУ, обладая светосилой 1:1 - 1:2 и большим полем зрения (5 х 30) позволяют отслеживать объекты до 12 звездной величины. Точность определения положений ИСЗ фотографическим и методом зависит от многих обстоятельств и может достигать I - 2, .
2. Допплеровские наблюдения специальных ИСЗ, имеющих на борту передатчик заданной стабильной частоты. Эквивалентная точность положений ИСЗ, получаемых с помощью современного оборудования по 48 - часовым интервалам наблюдений, составляет несколько десятков сантиметров. Регулярные наблюдения ИСЗ серии Транзит ведутся более чем на десяти станциях с 1967 года с основной целью изучения движения полюсов, и качество полученных результатов, по крайней мере, не уступает качеству материалов классической астрометрии, превосходя их по разрешению и общей перспективности.
3. Лазерная дальнометрия специальных ИСЗ, снабженных ре-трорефлекторами. Этим методом измеряются текущие значения топоцентрического радиуса - вектора ИСЗ. С помощью современных лазерных дальномеров в течение 30 - 40 минутного сеанса измерений получается несколько тысяч значений наклонной дальности объекта при дециметровой точности каждого измерения.
4. Радиотехническое отслеживание ИСЗ, позволяющее определить дальность ИСЗ с несколько меньшей в сравнении с остальными методами точностью, компенсируемой, однако, в некоторой степени огромным количеством отдельных измерений и лучшим покрытием орбиты ИСЗ.
Промежуточная орбита Акснеса
Следующий этап построения теории Акснеса заключается в выводе дополнительных формул для учета вековых возмущений от Т4 и периодических - от J2, J3 и J . При вычислении вековых возмущений им использовались переменные Делоне, а для вычисления периодических возмущений - переменные Хилла.
Применение переменных Хилла имеет \ три явных плюса:
1. они позволяют компактно представить скобки Пуассона при выводе периодических возмущений;
2. окончательный алгоритм достаточно прост и не имеет сингулярности при а « О;
3. некоторая модификация переменных Хилла позволяет избежать появления в теории смешанных вековых членов.
Впервые переменные Хилла в теории движения ИСЗ были использованы Ижаком по второй из указанных выше причин. Он показал, что можно найти короткопериодические возмущения первого порядка в переменных Хилла непосредственно по частным производным функции S L I & И Л і ) попеременным Хилла.
Исходный наблюдательный материал
К началу короткой кампании МЕРИТ (Іавгуста 1980 года) 34 наблюдательные станции, оборудованные лазерными дальномерами, были готовы принять участие в наблюдениях трех искусственных спутников Земли : ГЕОС - 3, СТАРЛЕИ и ЛАГЕОС. Эти станции объединялись в 4 сети:
NASA - flatlonaE Cle.ronau.ti.cs omol Spate &dwi,nlstratLo7t, SAO - Smithsonian Q-$trophyzica.l Observatory, EROS - buropzan Laser OBservatLon Sate&Lte7 INTERCOSMOS.
Обзорное описание оборудования лазерных станций имеется в работе Сильверберга [5Ї] , который констатировал наличие лазерных дальномеров 1-го, 2-го и 3-го поколений, обладающего номинальной точностью, соответственно, I м, 10 см и 3 см. Лазерные системы третьего поколения, так называемые, TLRS- I и TLRS- 2 ( ransporta&Be Locser Ranging S starr?) И ДО СИХ пор еще находятся в стадии разработок и усовершенствований и по замыслу конструкторов при малом весе (для обеспечения перевозок грузо-вьш или авиатранспортом) должны позволять проводить высокоточные (+ 2 см) наблюдения ИСЗ типа ЛАГЕОС независимо от времени суток. Заметим, что приведенные выше характеристики точности оказались фактически ниже и составили приблизительно: 1.5 - 2.0 метра, 40 - 80 см и 20 - 40 см. Описанию лазерного оборудования наблюдательных станций посвящены также работы С43І - станции SA0 и [57] - станции NASA.
По различным причинам (плохие погодные условия, несовер-шенство аппаратуры и др.) в наблюдениях ЛАГЕОСа приняли участие 12 станций NASA, 3 станции ЗАО, 4 станции EROS (7805 - Мется-хови, Финляндия, 7833 - Кутвийк, Голландия, 7834 - Ветцель, ФРГ, 7835 - Грасс, Франция) и I станция INTERCOSMOS (II8I - Потсдам, ГДР). Всего за три месяца короткой кампании МЕРИТ (август - октябрь 1980 года) по наблюдениям 965 пролетов было получено 450 820 значений топоцентрических расстояний ИСЗ ЛАГЕОС, довольно равномерно распределенных по времени (заметим, что станции NASA по субботам и воскресеньям практически не наблюдали).
Вклад стандий в количественном и качественном отношении был далеко не одинаков: станции NASA и 5А0 получили более 98% всех наблюдений. Это обстоятельство, а также необходимость получения специальных разрешений от европейских станций для включения их наблюдений в обработку объясняют принятое нами решение ограничиться анализом наблюдений лишь NASA и SA0, Эти последние также не являются вполне равноценными: станции NASA, наблюдая 608 пролетов, получили 422 391 расстояние, на долю SA0 приходятся числа 275 и 19 932. Малое количество отдельных наблюдений SA0 (в сравнении с числом пролетов) объясняется более низ-кой частотой локации дальномеров этих станций. Можно предположить также (это подтвердилось в дальнейших наших исследованиях), что на станциях SAO до передачи своих данных в международные центры была проведена предварительная отбраковка ошибочных наблюдений. Следует вообще отметить, что многих необходимых подробностей и разъяснений относительно выполненных наблюдений и их обработки в доступной нам литературе не имеется, что во многих случаях сильно затрудняло организацию вычислений и приводило к нерациональным расходам времени ЭВМ.
