книги из ГПНТБ / Разумов, О. С. Пространственная геодезическая векторная сеть

ПРЕДИСЛОВИЕ

С появлением искусственных спутников Земли (ИСЗ) откры­ лись новые возможности для решения научных и практических задач геодезии.

Геодезисты используют искусственный спутник Земли для на­ блюдении, учитывая его способность реагировать на особенности поля тяготения Земли, а также как связующий пункт при установ­ лении дальних геодезических связей.

Успехи космической геодезии оказались особенно велики в ре­ шении ее динамических задач, и можно с уверенностью сказать, что наши знания о форме и гравитационном поле Земли за время,

наблюдений открываются широкие перспективы и для геометриче­ ского метода использования ИСЗ в решении задач геодезии.

Укрепление существующих астрономо-геодезических сетей, гео­ дезическая связь континентов, создание глобальной сети опорных пунктов, не связанной с каким-либо референц-эллипсоидом и сво­

и сочетания геометрических и динамических методов использова­ ния ИСЗ.

Кроме того, проблема современных движений земной коры обус­ ловила новый подход к задачам геодезии. «Если до сих пор, — пи­ сал проф. Ю. А. Мещеряков, — геодезия интересовалась формой Земли, то теперь выдвигается задача изучить изменения этой фор­ мы... В наше время, когда необычайно возросли требования к точ­ ности геодезической основы, становится уже невозможным игнори­ ровать постепенное «старение» геодезических координат, обуслов­ ленное подвижностью земной поверхности» [41].

3

Изучение проблемы движения материков требует создания и периодического обновления глобальной геодезической сети опор­

ствуются системы их наблюдения. Проводятся работы по установ­ лению межконтинентальных геодезических связей и по созданию всемирной сети опорных пунктов. Первые опытные работы по проложению космической триангуляции проводит и Астрономический Совет АН СССР в содружестве с учеными социалистических стран.

Большая заслуга в развитии методов космической геодезии принадлежит советским и зарубежным ученым: И. Д. Жонголовичу, П. Е. Эльясбергу, А. Г. Масевич, Л. П. Пеллинену, Б. М. Кле-

Вкниге освещены теоретические предпосылки построения про­ странственной геодезической сети, основным элементом которой является вектор, соединяющий станции наблюдения ИСЗ или дру­ гих подвижных визирных целей (ПВЦ). Такое геодезическое по­ строение автором в [59] и [60] было названо «космической полигонометрией» и «линейио-дирекциониой системой»; но, видимо, сле­ дует согласиться с мнением И. Д. Жонголовича и В. Н. Ганьшина, высказанным ими при обсуждении упомянутых работ, что сеть» состоящую из векторов, соединяющих наблюдательные станции, следует называть векторной.

Вкниге освещены вопросы определения, уравнивания и оценки точности составляющих элементов векторной сети. Основное вни­ мание уделено анализу геометрических свойств векторной сети и сопоставлению ее достоинств с достоинствами космической триан­ гуляции и трилатерацип. Для этого в первой части книги рассмот­ рены варианты геометрического метода использования ИСЗ, а также некоторые возможности орбитального метода, в частности, метода коротких дуг.

Впервой части книги приведены также краткие сведения о при­ меняемых системах координат, движении ИСЗ и методах наблю­ дений.

Вопросы техники измерений в работе не рассматривались.

Я искренне благодарен И. Д. Жонголовпчу, В. Н. Ганьшнну, А. А. Изотову, Л. П. Пеллинену, принявшим участие в обсуждении отдельных элементов этой работы и чьи советы во многом способ­ ствовали улучшению рукописи. Особую благодарность выражаю Б. М. Кленицкому, взявшему на себя нелегкий труд по редактиро­ ванию книги.

4

Часть п е р в а я

о с н о в н ы е п р и н ц и п ы

ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

Г л а в а 1

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Космической геодезией называют раздел геодезии, в котором решение ее основных задач достигается путем наблюдений внезем­ ных, но сравнительно близких к Земле объектов. Эти задачи со­ стоят в определении формы, размеров и гравитационного поля Земли, а также в определении положения точек земной поверхно­ сти в некоторой единой координатной системе.

Объектами для наблюдений в космической геодезии служат искусственные спутники Земли, ракеты, далекие космические ле­ тательные аппараты (КЛА), шары-пилоты и другие подвижные визирные цели (ПВЦ). Для определения их положений в простран­

§ 1. ВРЕМЯ И СИСТЕМЫ КООРДИНАТ

Неравномерность вращения Земли около своей оси обусловила введение в современной астрономии двух понятий времени. Пер­ вое понятие связано с представлением о равномерно текущем эфемеридном времени, которое используется в качестве независи­ мой переменной в дифференциальных уравнениях движения не­ бесных тел. Второе понятие имеет в виду время, определяемое скоростью вращения Земли.

По рекомендации Парижской международной конференции по фундаментальным постоянным 1950 г., в качестве эфемеридного времени ТЕ принято время, определяемое средней скоростью об­ ращения Земли вокруг Солнца на эпоху 1900,0. Всемирное время (среднее солнечное время на меридиане Гринвича) определяется современной скоростью вращения Земли; оно представлено в трех видах:

1)время TU0, соответствующее мгновенной скорости вращения Земли вокруг мгновенной оси, определяется из астрономических наблюдений;

2)время TU1, соответствующее мгновенной скорости вращения Земли вокруг средней оси, определяется как время TU0, исправ­

ленное за изменение координат полюса

5

3) время TU2, соответствующее средней скорости вращени Земли вокруг средней оси, определяется как время TU1, исправ­ ленное (осредненное) за сезонные изменения скорости вращения Земли

Поправки АЛ и А Та публикуются в бюллетенях Международно­ го бюро времени и Всесоюзного научно-исследовательского инсти­ тута физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ).

Всемирное координированное время TUC, сообщаемое служба­ ми времени, является практической реализацией атомного.време­

аналогично ЕТ, но его мас­ штаб согласован со шкалой времени TU2 (TU2—TUC) < <100 мсек [4].

Поправки для пере­ хода от времени TUCк дру­ гим системам отсчета време­ ни публикуются в бюллете­ нях ВНИИФТРИ «Эталон­ ное время в средние момен­ ты передач радиосигналов».

Существенным требо­ ванием к системам коорди­ нат, применяемым в кос­ мической геодезии, яв­

ляется их привязка к той или иной системе счета времени.

В дальнейших рассуждениях в качестве основной системы про­ странственных прямоугольных координат, жестко связанной с Зем­ лей, будет принята система (рис. 1), начало которой -расположено в центре масс Земли, ось OZ направлена к среднему северному полюсу, ось ОХ расположена в плоскости экватора, параллельно плоскости среднего гринвичского меридиана, и ось OY направлена к востоку.

Эта координатная система соответствует идеальному случаю внутреннего ориентирования общего земного эллипсоида, парамет­ ры которого определяются по наибольшей близости его поверхно­ сти к фигуре геоида (квазигеоида).

Ось вращения Земли меняет свое положение с течением вре­ мени (положение полюса фиксируется службой широты); мгновен­ ная геоцентрическая система координат OXmYmZm, отнесенная к

6

истинному полюсу Р(х, у), связана с основной системой соотно­ шением

В настоящее время для определения положения точек земной поверхности используют геодезические системы координат. В этих системах положение точек относят нормалями к поверхности ре­ ференц-эллипсоида, определенным образом ориентированного в теле Земли и имеющего известные размеры (рис. 2). Координата­

пересечения плоскости экватора и начального геодезического ме­ ридиана и осью ОгУг, направленной к востоку, получим, что век­ тор Л1’ положения точки определяется равенством

но не ставилась задача по совмещению их центров с центром масс Земли, но всегда стремились удерживать параллельность малой оси эллипсоида со средней осью вращения Земли; поэтому геоде­ зические системы координат в сущности являются квазигеоцентрическимн. В общем случае при известных элементах внутреннего ориентирования (6х0, бу0, бг0, <цд ßo) референц-эллипсоида в теле

7

Земли переход от прямоугольной геодезической системы коорди­ нат к геоцентрической системе выполняется по формуле

8

Если принять, что координатные оси обеих систем параллель­ ны, задача преобразования координат еще более упрощается.

Для определения положения точек, расположенных вне Земли, удобнее использовать геоцентрические или топоцентрические эква­ ториальные системы координат. В таких системах в качестве ос­

полюса, ось ОЕт в плоскости экватора на истинную точку у весен­ него равноденствия, а ось ОНт дополняет эту систему до правой. Данная система координат отличается от системы OXmYmZm пово­

9