Методы и аппаратура для наблюдений искусственного спутника Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы и аппаратура для наблюдений искусственного спутника Земли

Спутник движется по небесной сфере с большой скоростью, достигающей в отдельных случаях 1-1,5° в секунду. Поэтому точность фиксирования моментов наблюдений должна быть высокой, т.к. ошибка в 0,001^s приводит к ошибке в положении ИСЗ порядка 10 м. При оптических методах наблюдений ИСЗ необходимо, чтобы они освещались Солнцем или лучом Лазера. Поэтому спутник может быть пассивным и активным. На активных ИСЗ имеются специальные лампы-вспышки и радиотехническая аппаратура.

В то время, как наблюдения пассивных ИСЗ, освещенных Солнцем, возможно только в сумерках, активные спутники можно наблюдать практически в любое время.

Радиотехнические методы наблюдений ИСЗ требуют оснащения их специальной аппаратурой за исключением радиолокационного метода, когда спутник используется как пассивный ретранслятор. За последнее время эти методы стали широко применяться и позволяют получать координаты пунктов наблюдений с высокой точностью.

Для успешного решения геодезических задач на ИСЗ желательно иметь следующее оборудование:

1. Оптический маяк, излучающий кратковременные мощные световые вспышки по заранее намеченной программе.

2. Радиопередатчик высокостабильной частоты для производства Доплеровских измерений. Радиопередатчик в этом случае должен работать не менее, чем в двух диапазонах.

3. Ретрансляторы радиосигналов, посылаемых с Земли для измерения дальности.

4. Уголковые отражатели для производства лазерных измерений.

5. Высокоточные часы и хранители информации для выполнения программного включения бортовой аппаратуры.

6. Радиовысотомер.

Аппаратура для наблюдений ИСЗ в геодезических целях.

Для геодезических целей прежде всего необходима высокая точность измерений при сравнительно малых габаритах и весе аппаратуры, поэтому многочисленная оптическая и радиотехническая угломерная аппаратура (теодолит, фототеодолит, радиодальномер) изза низкой точности, при наблюдении ИСЗ в геодезических целях не используется. Наиболее высокую точность пр угловых измерениях обеспечивают фотоустановки, позволяющие фотографировать спутники на фоне звезд.

Для измерения расстояний до ИСЗ можно использовать радиотехнические, лазерные и Доплеровские системы, которые позволяют с высокой точностью измерять изменения дальности до ИСЗ на фиксируемом интервале времени.

Фотоустановки для наблюдений ИСЗ в геодезических целях можно разделить на следующие группы:

1. Неподвижные (азимутальные, баллистические)

2. Следящие за звездами (звездные, экваториальные)

3. Следящие за ИСЗ (следящие)

Наиболее простыми по устройству являются неподвижные фотоустановки, в которых фотокамера закреплена неподвижно. На фотопленке или фотопластинке изображения звезд и ИСЗ получают в виде штрихов и точек.

Для астрономической обработки применяют только точеченые изображения звезд и ИСЗ. Вследствие различных скоростей и яркостей звезд и спутника, нельзя одновременно получить их точечные изображения, поэтому на интервале 10-20 секунд делается соответствующее число экспозиций ИСЗ, а до и после по 2-3 экспозиции звезд. Для определения времени получения точечных изображений звезд и ИСЗ регистрируют моменты открытия и закрытия затвора для каждой экспозиции.

В нашей стране первой установкой этой группы была УФ ИСЗ-25. Зарубежныими, наиболее распространенными неподвижными фотоустановками являются «Вильд ВС-4» (Швейцария), «РС-1000» (США). В этих камерах фотографирование ИСЗ и звезд выполняют на стеклянные пластинки. Направления получают с точностью ±1-2''.

Фотоустановки 2 ой группы (звездные) в процессе наблюдений сохраняют неизменным направление оптической оси камеры в звездной системе координат, поэтому изображения звезд получают в виде точек. При фотографировании этими установками не надо делать специальных звездных экспозиций.

спутник геодезический фотоустановка

Одной из высокоточных установок этой группы является «ФАС-3А», созданная в нашей стране в 1969 г. Направление определяется с точностью 2-3».

Однако, основными камерами, которые используются в настоящее время, являются наиболее универсальные фотоустановки 3 ей группы, которые позволяют выполнять наблюдения спутников различными способами. Представителями этой группы являются следующие камеры: «АФУ-75», ВАУ (Россия), Бейкер-Нанна (США), SBG (Германия), «Антарес» (Франция) и др.

Монтировка таких камер четырехосная, что позволяет выполнять наблюдения спутников различными способами. Фотографирование ярких пассивных спутников выполняют, отслеживая звезды. Фотографирование слабых пассивных спутников производят попеременным отслеживанием звезд и спутника, т.е. при получении одного снимка вращается камера, отслеживая звезды, а затем перемещается фотопленка, отслеживая спутник. Точность определения наплавления на ИСЗ ±2-3».

Использование лазеров при наблюдении ИСЗ.

Лазерными установками измеряют дальности дО ИСЗ и кроме того ими освещают спутники при их фотографировании на фоне звезд. Принцип измерения расстояния до спутника лазерными дальномерами предельно прост. В напрвлении на спутник посылают короткий световой импульс, который, отразившись от спутника, возвращается обратно. Интервал времени ?t между посылкой и приемом импульса измеряют, и он дает информацию о дальности.

Лазерная установка имеет: лазерный передатчик, приемное устройство, платформу, систему измерений и регистрации времени и результатов измерений.

Точность измерения дальности лазерной установкой определяется следующими факторами:

1. крутизной фронта и длительностью возвращения сигнала; 2. разрешающей способностью счетчика временных интервалов;

3. полнотой учета изменений скорости света в атмосфере.

С учетом основных источников ошибок лазерным дальномером можно измерять расстояния до ИСЗ с точностью 0,6-0,7 м.

Лазерные установки - это стационарные сооружения и очевидно еще долго будут использоваться лишь как дальномеры на конечных пунктах триангуляции для ее масштабирования.

Доплеровские установки.

Наиболее простой радиотехнической аппаратурой для наблюдения ИСЗ, является доплеровская установка, принцип работы которой заключается в сравнении принимаемой от ИСЗ частоты с частотой наземного генератора и выделением из них разности доплеровского сдвига частоты в виде числовых характеристик на малых интервалах времени.

Эти характеристики пропорциональны изменению дальности , где n - числовая характеристика; с-скорость распространения радиоволн; f - частота, относительно которой измеряется числовая характеристика.

Доплеровские установки получили широкое распространение при наблюдении ИСЗ для различных целей, в том числе для решения геодезических задач. В настоящее время достигнута точность измерения скорости (с) до 0,02 м/с.

Задачи предварительной обработки фотоснимков ИСЗ.

Результаты наблюдений ИСЗ, полученные на пунктах, как правило, не могут быть непосредственно использованы для уравнения космической триангуляции, т.к. иногда эти результаты не содержат числовых характеристик. Например, при фотографических наблюдениях. Поэтому возникает задача по материалам наблюдений получить числовые характеристики, которые связаны простыми зависимостям с неизвестными космической триангуляции и в то же время могут быть получены с достаточной точностью по материалам наблюдений. В задачу предварительной обработки входит: оценка точности измеренных величин; выявление и отбраковка наблюдений, содержащих грубые ошибки; введения поправок, учитывающих влияние внешних условий и инструментальных (аппаратурных) поправок; приведение измеренных величин к центрам знаков (пунктов). Точность определения направлений на объект по фотографированию звездного неба, зависит от точности привязки звезд на снимке к инерциальной системе координат. Для этого необходимо иметь на снимке достаточного количества звезд, положения и собственные движения которых известны с высокой степенью точности.

Большая часть ошибок происходит из-за неточного знания и учета влияния собственных движений звезд, поэтому с течением времени ошибки положений звезд увеличиваются. Кроме того, ошибки при определении координат звезд по снимкам возникают из-за трудностей учета влияния таких факторов, как мерцание, дрожание изображения, дисперсии и др., вызываемых различными турбулентными движениями в атмосфере. Эти и другие факторы, искажающие координаты звезд, требуют специально исследования и чета при обработке фотографических наблюдений спутников.

Размещено на Allbest.ru