Műholdas geodézia - Satellite geodesy
| Geodézia |
|---|
 |
Műholdas geodéziai van geodéziai révén mesterséges holdak - a mérési formáját és méreteit a Föld , a helyét a tárgyak felületén, és a szám a Föld „s nehézségi erőtér révén mesterséges műhold technikákat. Tartozik a szélesebb területen helyet geodézia . A hagyományos csillagászati geodéziát általában nem tekintik a műholdas geodézia részének, bár a technikák között jelentős az átfedés.
A műholdas geodézia fő céljai a következők:
- A Föld alakjának, helymeghatározásának és navigációjának meghatározása (geometriai műholdas geodézia)
- A geoid , a Föld gravitációs mezőjének és időbeli változásainak meghatározása (dinamikus műholdas geodézia vagy műholdas fizikai geodézia )
- Geodinamikai jelenségek , például kéregdinamika és sarki mozgás mérése
A műholdas geodéziai adatok és módszerek különböző területeken alkalmazhatók, például navigáció , hidrográfia , oceanográfia és geofizika . A műholdas geodézia nagyban támaszkodik az orbitális mechanikára .
Történelem
Első lépések (1957-1970)
A műholdas geodézia nem sokkal a Sputnik 1957-es indulása után kezdődött . Az Explorer 1 és a Sputnik 2 megfigyelései 1958-ban lehetővé tették a Föld laposodásának pontos meghatározását . Az 1960-as években elindították a Doppler Transit-1B műholdat, valamint az Echo 1 , Echo 2 és PAGEOS léggömb műholdakat . Az első dedikált geodéziai műhold az ANNA-1B volt, amely a NASA , a DoD és más polgári ügynökségek közötti együttműködés volt . Az ANNA-1B hordozta az amerikai hadsereg SECOR (Sequential Collation of Range) első eszközét. Ezek a küldetések a geopotenciál vezető gömb harmonikus együtthatóinak, a geoid általános alakjának pontos meghatározásához vezettek és összekötötték a világ geodéziai nullapontjait.
A szovjet katonai műholdak geodéziai küldetéseket vállaltak, hogy segítsék az ICBM célzását az 1960-as évek végén és az 1970-es évek elején.
A világ geodéziai rendszere felé (1970-1990)
A Transit műholdas rendszert széles körben alkalmazták Doppler-felmérésekhez, navigációhoz és helymeghatározáshoz. A műholdak 1970-es években végzett megfigyelései a világméretű háromszögelési hálózatok révén lehetővé tették a Világ Geodéziai Rendszer létrehozását . A GPS fejlesztése az Egyesült Államokban az 1980-as években lehetővé tette a pontos navigációt és a helymeghatározást, és hamarosan a felmérés standard eszközévé vált. Az 1980-as és 1990-es években a műholdas geodéziát kezdték használni a geodinamikai jelenségek, például a kéregmozgás , a Föld forgása és a sarki mozgás megfigyelésére .
Modern korszak (1990-től napjainkig)
Az 1990-es évek az állandó geodéziai hálózatok és referenciakeretek fejlesztésére összpontosítottak. Dedikált műholdakat indítottak a Föld gravitációs mezőjének mérésére a 2000-es években, mint például a CHAMP , a GRACE és a GOCE .
Mérési technikák
A műholdas geodézia technikái műszerplatformonként osztályozhatók: A műhold lehet
- megfigyelhető földi eszközökkel ( Föld-űr módszerek ),
- hordozzon műszert vagy érzékelőt a teher részeként a Föld megfigyelésére ( űr-Föld módszerek ),
- vagy használja műszereit egy másik műhold nyomon követésére vagy nyomon követésére ( űr-űr módszerek ).
Föld-űr módszerek (műholdas nyomkövetés)
Rádiótechnikák
A globális navigációs műholdas rendszerek dedikált rádiós helymeghatározó szolgáltatások, amelyek segítségével a vevő néhány méteren belül elhelyezhető. A legkiemelkedőbb rendszer, a GPS , 31 műhold konstellációjából áll (2013. decemberi állapot szerint) magas, 12 órás körpályán, hat síkban, 55 ° -os dőlésszöggel . A hely elve a háromoldalúságon alapszik . Minden műhold pontos efemerist továbbít a saját helyzetére vonatkozó információkkal, valamint az átadás pontos idejét tartalmazó üzenettel. A vevő összehasonlítja ezt az átviteli időt a saját órájával a vétel időpontjában, és megszorozza a különbséget a fénysebességgel, hogy " álsávot " kapjon . Négy álnévre van szükség a pontos idő és a vevő helyzetének eléréséhez néhány méteren belül. Kifinomultabb módszerek, mint például a valós idejű kinematika (RTK) néhány milliméteres pontosságot eredményezhetnek.
A geodéziai GNSS használják gazdaságos eszköze földmérési és időben át . A Föld forgásának , sarki mozgásának és kéregdinamikájának megfigyelésére is használják . A GPS-jel jelenléte az űrben alkalmassá teszi a pálya meghatározására és a műhold-műhold nyomon követésére is.
Doppler technikák
A Doppler- pozícionálás magában foglalja a műhold által kibocsátott stabil frekvenciájú rádiójel Doppler-eltolódásának rögzítését, amikor a műhold közeledik és visszahúzódik a megfigyelőtől. A megfigyelt frekvencia függ a műhold sugársebességétől a megfigyelőhöz képest, amelyet az orbitális mechanika korlátoz . Ha a megfigyelő ismeri a műhold pályáját, akkor a Doppler-profil rögzítése meghatározza a megfigyelő helyzetét. Ezzel szemben, ha a megfigyelő helyzete pontosan ismert, akkor a műhold pályája meghatározható és felhasználható a Föld gravitációjának tanulmányozására. A DORIS- ban a földi állomás bocsátja ki a jelet, és a műhold fogad.
Optikai háromszögelés
Az optikai háromszögelésnél a műhold nagyon magas célpontként használható a háromszögeléshez, és felhasználható a több megfigyelő állomás közötti geometriai viszony megállapítására. A BC-4, PC-1000, MOTS vagy Baker Nunn kamerákkal végzett optikai háromszögelés egy műhold fényképészeti megfigyeléséből vagy a műholdon villogó fényből áll, csillagok hátterében. A csillagok, amelyek pozícióját pontosan meghatározták, keretet biztosítottak a fényképes lemezen vagy filmen a kameraállomástól a műholdig tartó pontos irányok meghatározásához. A kamerákkal végzett geodéziai pozícionálási munkát általában egy kamerával végezték, egy vagy több másik kamerával egyidejűleg figyelve. A kamerarendszerek időjárástól függenek, és ez az egyik fő oka annak, hogy az 1980-as évekre kihagyták a használatukat.
- Példák: PAGEOS , Project Echo , ANNA 1B
Lézeres távolságmérés
A műholdas lézeres körű (SLR) globális hálózatát megfigyelő állomások mérik az oda repülési idő ultrarövid impulzusok fény , hogy a műholdak felszerelt retroreflektor . Ez azonnali milliméteres pontosságú méréseket biztosít, amelyek felhalmozhatók a pontos pályaparaméterek, a gravitációs mező paramétereinek (a pálya zavaraiból), a Föld forgási paramétereinek, az árapály Föld deformációinak, a tükörreflexes állomások koordinátáinak és sebességének, valamint egyéb jelentős geodéziai adatoknak. A műholdas lézeres távolságmérés egy bevált geodéziai technika, amely jelentős mértékben hozzájárulhat a Föld / Légkör / Óceánok rendszer tudományos vizsgálataihoz. Ez a jelenleg elérhető legpontosabb technika egy földi műhold geocentrikus helyzetének meghatározásához, amely lehetővé teszi a radar magasságmérőinek pontos kalibrálását és a hosszú távú műszereltolódás elválasztását az óceán felszínének topográfiájában bekövetkező szekuláris változásoktól . A műholdas lézeres távolság meghatározása hozzájárul a nemzetközi földi referenciakeretek meghatározásához azáltal, hogy információt nyújt a referencia keret méretarányáról és eredetéről, az úgynevezett geocentrikus koordinátákról.
- Példa: LAGEOS
Űr-Föld módszerek
Magasságmérés
Műholdak, mint Seasat (1978) és TOPEX / Poseidon (1992-2006) használt speciális dual-band radar magasságmérő mérni a magasságát a Föld felszínén (tenger, jég, és a földi felületek) egy űrhajó . Jason-1 2001-ben kezdődött, Jason-2 2008-ban és Jason-3 in 2016. január mérési, párosulva orbitális elemek (esetleg fokozta GPS), lehetővé teszi meghatározása terep . Az alkalmazott két különböző hullámhosszú rádióhullám lehetővé teszi, hogy a magasságmérő automatikusan korrigálja az ionoszféra változó késéseit .
A Spaceborne radar magasságmérők kiváló eszköznek bizonyultak az óceán felszínének domborzatának , a dombok és a tenger felszínének völgyeinek feltérképezésében . Ezek a műszerek mikrohullámú impulzust küldenek az óceán felszínére, és rögzítik a visszatéréshez szükséges időt. A mikrohullámú radiométer korrigál minden késést, amelyet a légköri vízgőz okozhat . Egyéb korrekciókra is szükség van az elektronok ionoszférában és a légköri száraz levegő tömegében bekövetkező hatásának figyelembevétele érdekében . Ezeknek az adatoknak az űrhajó pontos helyével történő kombinálása lehetővé teszi a tenger felszínének magasságának néhány centiméteres (kb. Egy hüvelyk) pontosságú meghatározását. A visszatérő jel erőssége és alakja információt nyújt a szél sebességéről és az óceán hullámainak magasságáról is. Ezeket az adatokat óceánmodellekben használják az óceán áramlási sebességének és irányának, valamint az óceánban tárolt hő mennyiségének és elhelyezkedésének kiszámításához, ami viszont globális klímaváltozásokat tár fel .
Lézeres magasságmérés
A lézeres magasságmérő egy fénysugár oda-vissza repülési idejét használja optikai vagy infravörös hullámhosszon, hogy meghatározza az űrhajó magasságát, vagy fordítva, a földi domborzatot.
Radar magasságmérés
A radar magasságmérő a műhold és a Föld felszíne közötti mikrohullámú impulzus oda-vissza repülési idejét használja az űrhajó és a felszín közötti távolság meghatározásához. Erről a távolságról vagy magasságról eltávolítják a helyi felszíni hatásokat, például az árapályt, a szelet és az áramlatot, hogy megkapják a műhold magasságát a geoid felett. A műhold számára elérhető pontos efemeriszek mellett a műhold geocentrikus helyzete és ellipszoid magassága rendelkezésre áll bármely megfigyelési időre. Ezután kiszámítható a geoid magassága, kivonva a mért magasságot az ellipszoid magasságból. Ez lehetővé teszi a geoid közvetlen mérését, mivel az óceán felszíne szorosan követi a geoidot. Az óceán felszíne és a tényleges geoid közötti különbség topográfiát ad az óceán felszínének .
- Példák: Seasat , Geosat , TOPEX / Poseidon , ERS-1 , ERS-2 , Jason-1 , Jason-2 , Envisat , SWOT (műholdas)
Interferometrikus szintetikus apertúrájú radar (InSAR)
Az interferometrikus szintetikus apertúrájú radar (InSAR) a geodéziában és a távérzékelésben használt radartechnika . Ez a geodéziai módszer két vagy több szintetikus apertúrájú radarképet (SAR) használ a felszíndeformáció vagy a digitális magasság térképeinek előállításához , a műholdhoz visszatérő hullámok fázisának különbségeit felhasználva. A technika potenciálisan képes mérni a deformáció centiméteres léptékű változásait napok és évek között. Alkalmazásai vannak a természeti veszélyek, például földrengések, vulkánok és földcsuszamlások geofizikai monitorozására, valamint a szerkezetépítésre, különösen a süllyedés és a szerkezeti stabilitás figyelemmel kísérésére.
- Példa: Seasat , TerraSAR-X
Hely-tér módszerek
Gravitációs gradiometria
A gravitációs gradiométer valós időben képes függetlenül meghatározni a gravitációs vektor összetevőit. A gravitációs gradiens egyszerűen a gravitációs vektor térbeli származéka. A gradiens felfogható úgy, mint a gravitációs vektor egy alkatrészének kis távolságon mért változásának sebessége . Ezért a gradiens mérhető úgy, hogy meghatározzuk a gravitáció különbségét két közeli, de egymástól eltérő ponton. Ezt az elvet számos közelmúltbeli mozgó alapú eszköz testesíti meg. A gravitációs gradiens egy pontban tenzor , mivel ez a gravitációs vektor minden egyes érzékeny tengelyében vett komponensének a deriváltja. Így a gravitációs vektor bármely komponensének értéke a jármű teljes útvonalán megismerhető, ha a gravitációs gradiométereket a rendszer tartalmazza, és kimeneteiket a rendszer számítógépe integrálja. Pontos gravitációs modell valós időben kerül kiszámításra, és elérhető lesz a normál gravitáció, magasság és anomális gravitáció folyamatos térképe.
- Példa: GOCE
Műholdról műholdra történő követés
Ez a technika műholdak segítségével követi a többi műholdat. Számos variáció használható speciális célokra, például a gravitációs terek vizsgálatára és a pálya javítására.
- A nagy magasságú műhold közvetítőként működhet a földi nyomkövető állomásoktól az alacsony magasságú műholdakig . Ily módon alacsony magasságú műholdak figyelhetők meg, amikor azok nem érhetők el a földi állomások számára. Az ilyen típusú követésnél a nyomkövető állomás által generált jelet a közvetítő műhold fogadja, majd továbbítja egy alacsonyabb magasságú műholdnak. Ezt a jelet ezután ugyanazon az úton visszaküldi a földi állomáshoz.
- Két alacsony magasságú műhold képes követni egymást, megfigyelve a gravitációs mező szabálytalanságai által okozott kölcsönös pálya-variációkat. Ennek ékes példája a GRACE .
- Több nagy magasságú, pontosan ismert pályájú műhold, például GPS műhold, használható az alacsony magasságú műhold helyzetének rögzítésére.
Ezek a példák bemutatnak néhány lehetőséget a műhold-műhold követés alkalmazására. A műholdas-műholdas nyomkövetési adatokat először az ATS-6 és a GEOS-3 között magas-alacsony konfigurációban gyűjtötték és elemezték . Az adatokat tanulmányoztuk, hogy értékeljük mind a pálya, mind a gravitációs modell finomításának lehetőségét.
- Példa: GRACE
GNSS követés
A geodéziai műholdak listája
- ANNA-1B
- Beidou
- BLITS
- CHAMP
- Diadème
- Visszhang
- Envisat
- ERS-1
- ERS-2
- Etalon
- Kísérleti geodéziai hasznos teher "Ajisai"
- Explorer program
- Galilei
- Geo-IK-2
- GEOS-3
- Geosat
- Geosat Követés
- GFZ-1
- GLONASS
- KEGYELEM
- GOCE
- GPS
- ICESat-1
- ICESat-2
- LAGEOS
- LÁRÉSZ
- Larets
- H-IIA - LRE
- PAGEOS
- Seasat
- Starlette és Stella
- TOPEX / Poszeidon
- TRANZIT
- WESTPAC
Lásd még
Hivatkozások
Hozzárendelés
Ez a cikk a nyilvánosság számára hozzáférhető publikáció szövegeit tartalmazza : Defense Mapping Agency (1983). Geodézia a laikus számára (PDF) (Jelentés). Egyesült Államok légierője.
További irodalom
- Smith, David E. és Turcotte, Donald L. (szerk.) (1993) Az űrgeodézia hozzájárulása a geodinamikához: Crustal Dynamics Vol. 23, Earth Dynamics Vol. 24, Technology Vol. 25, American Geophysical Union Geodynamics Series ISSN 0277-6669
- François Barlier; Michel Lefebvre (2001), Új pillantás a Föld bolygóra: Műholdas geodézia és geotudományok (PDF) , Kluwer Academic Publishers