Спутниковая градиентометрия в геодезии

Роль и значение глобальных моделей гравитационного поля при решении задач для больших регионов земной поверхности. Расчет коэффициентов гармоник посредством обработки данных по методу наименьших квадратов либо интегрированием их по поверхности Земли.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 20.04.2019
Размер файла 113,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Спутниковая градиентометрия в геодезии

Наличие всемирного тяготения приводит к представлению о гравитационном поле (как особой формы материи), в пределах которого на каждое тело действует сила, прямо пропорциональная массе этого тела. Гравитационное поле представляет собой разновидность силового поля: на частицы, помещенные в каждой точке такого поля, действуют силы, прямо пропорциональные определенному физическому свойству этих частиц - массе [4]. Земля также окружена гравитационным полем (или полем тяготения), в котором на тело действуют силы, пропорциональные их массам. Для характеристики величины и направления силового поля тяготения в конкретной точке поля вводят векторную величину, называемую напряженностью и определяемую отношением силы, испытываемой массой, помещенной в данную точку поля, к этой массе.

Глобальные модели гравитационного поля требуются при решении задач для больших регионов земной поверхности (определение орбит ИСЗ, обработка измерений с инерциальными геодезическими системами, создание геофизических и геодинамических моделей), а также являются моделями относимости для предоставления местных полей. Глобальные модели основаны на разложении в ряд по шаровым функциям возмущающего потенциала Т или аномалий ?g.

Из-за неравномерного расположения пунктов с известными аномалиями силы тяжести, а также поскольку имеются глобальные данные иного рода, при создании моделей предпочитают комбинированные решения. При этом располагают следующими исходными данными:

- Результатами наблюдений искусственных спутников Земли;

- Средними аномалиями в свободном воздухе в трапециях 1?1?;

- Средними одноградусными альтиметрическими высотами геоида для Мирового океана.

Коэффициенты гармоник можно определять из обработки этих данных по методу наименьших квадратов либо интегрированием их по поверхности Земли.

При обработке по методу наименьших квадратов гармонические коэффициенты получают по уравнениям связи через величины ?g и T, а также из результатов спутниковых наблюдений [3].

По методу интегрирования гармонические коэффициенты определяют интегрированием гравитационных аномалий по поверхности Земли. Объем вычислений оказывается меньше, чем при уравнивании. Однако в этом случае необходимы однородные данные, равномерно распределенные по всей поверхности Земли. Поэтому возникает необходимость в предварительной обработки информации, заключающейся в трансформации гравитационного поля (по альтиметрическим высотам геоида получают аномалии силы тяжести) и интерполяции.

Таким образом, глобальные модели гравитационного поля позволяют получать аномалии высоты или высоты геоида с точностью, достаточной для многих целей. Ошибка же определения уклонения отвеса для геодезических приложений слишком велика. Анализ ошибок, вызванных неполнотой данных, показывает, что заметного повышения точности можно ожидать лишь при использовании массивов данных с более высокой разрешающей способностью.

Из сказанного выше потребность в точном определении гравитационного поля Земли становится очевидной. Рассмотрим три различные концепции измерения, приводящие к трем различным методам изучения поля силы тяжести с помощью спутников:

- Система спутник - спутник (satellite - to - satellite tracking, SST) из которых, и один высокий, другой низкий, реализованная в проекте CHAMP (Challenging Minisatellite Payload);

- Система спутник - спутник, в которой оба спутника низкие, реализованная в проекте GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment);

- Спутниковая градиентометрия, реализуемая в проекте GOCE (Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer);

Предмет градиентометрии - определение вторых производных потенциала силы тяжести и применение их:

1) Для вычисления силы тяжести в произвольной точки Земли;

2) Для определения самого потенциала силы тяжести Земли;

3) Для навигации.

Спутниковая градиентометрия является одним из методов космической геодезии. Основная проблема спутниковой градиентометрии заключается в повышении точности измерения. Это вызвано тем, что спутники находятся на большом расстоянии от земли, где сложно почувствовать разность силы тяжести. Для вычисления разности силы тяжести используется два параллельно летящих спутника. Такая система называется спутникспутник.

В спутниковой градиентометрии различают два метода:

1) Диференциальный по использованию градиентометра, так как расстояние между массами принебрежено мало по сравнению с расстоянием до земли;

2) Разностный - применяемый в системе «спутник-спутник». Расстояние между спутниками сотни км, что зрительно повышает точность силы тяжести.

Целью спутниковой градиентометрии является определение градиентов силы тяжести или вторых производных потенциалов. Отличие в том, что градиентометры установлены на борту спутника. При этом возможны следующие варианты:

- градиентометры на борту спутника;

- градиентометр в подвешенном состоянии на борту космической станции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

В основном существуют проекты на борту искусственных спутников Земли. При этом возможен следующий случай:

- спутник с градиентометром на орбите;

- два спутника на орбите;

- два спутника на различных орбитах.

Наиболее эффективным является случай с двумя спутниками на различных орбитах.

Поскольку они находятся на расстоянии ?100 км, то ясно, что отсчеты будут различны =Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

. Чувствителен как к большой так и к малой ? волнам геоида [2].

В способе с одним спутником и в способе с двумя спутниками на одной орбите осуществляется чувствительность только к коротким волнам геоида. А с вариометром на одном спутнике чувствительность к микроволнам.

Недостатки спутниковых методов, особенно со спутником на одной орбите является слабая чувствительность вариометра.

В случае спутниковой градиентометрии измеряются разности трехмерного ускорения, относящиеся к очень короткому базису. Градиенту ускорения соответствует градиент компонент силы тяжести.

Градиент - мера изменения физической величины в пространстве на единицу длины (расстояния) в том направлении, в котором она убывает наиболее быстро. Математически это выражается вторыми производными гравитационного потенциала.

Спутниковая градиентометрия представляет собой измерение разностей ускорения в трех пространственных взаимно ортогональных направлениях шестью акселерометрами (по два на каждой из трех осей), установленными на одном и том же спутнике [1]. Другими словами, измеренный сигнал есть разность гравитационного ускорения спутника, где гравитационный сигнал является результатом притяжения массами Земли.

гравитационный геодезия спутниковый градиентометрия

Таким образом, спутниковая градиентометрия представляет собой один из методов космической геодезии. Суть данного метода состоит в следующем: на ИСЗ устанавливаются специальные приборы - градиентометры. Они позволяют измерить градиент силы тяжести, то есть первую производную от неё. Или вторую производную от гравитационного потенциала Земли.

Существуют следующие проекты спутниковой градиентометрии: GRACE (2002), GOCE (2009), CHAMP (2002). В этих проектах с помощью GPS определяются координаты спутника X, Y, Z градиентометров, а сами градиентометры непрерывно через 0,001 сек с помощью акселерометров измеряют силу тяжести.

Метод позволяет получить данные о таких особенностях в строении гравитационного поля Земли, которые не поддаются выявлению традиционными методами.

Литература

1. Тарелкин Е.П., Блинов А.Ф. Космическая геодезия: учебное пособие / Е.П. Тарелкин, А.Ф. Блинов - Санкт-Петербург: НОИР г. Санкт-Петербург, 2014. - 91 с. 2. Яшкин С.Н., Спутниковая градиентометрия и системы «спутник-спутник» - МИИГАИК, 2009 - 111 с.

3. Меллер И., Введение в спутниковую геодезию, пер. с англ., М., 1967;

4. Выбор исходной стационарной модели гравитационного поля Земли и основные дифференциальные уравнения динамической геодезии: Отчет о НИР (промежуточ.) / СГГА; Руководитель В.В. Бузук. - №ГР0196.00012360; Инв. №0297.0005664. - Новосибирск, 1998. - 49 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Измерение параметров гравитационного поля в воздухе, на земной поверхности, акваториях морей и океанов. Планетарные особенности Земли. Выделение аномальных составляющих гравитационного поля и их геологическая интерпретация. Проведение полевых наблюдений.

    презентация [514,7 K], добавлен 30.10.2013

  • Общая характеристика физической поверхности Земли. Понятие уровенной поверхности, земного эллипсоида и геоида в геодезии. Определение положения точки с помощью системы географических координат и высот. Рассмотрение правил использования масштаба.

    презентация [404,6 K], добавлен 25.02.2014

  • Предмет физики Земли. Геофизические поля. Методы исследований, предназначенные для наблюдений в атмосфере, на земной поверхности, в скважинах и шахтах. Потенциал и напряжённость поля. Магнитная восприимчивость. Скорость распространения упругих волн.

    презентация [4,6 M], добавлен 30.10.2013

  • Этапы разработка пластов полезных ископаемых. Определение ожидаемых величин сдвижений и деформаций земной поверхности в направлении вкрест простирания пласта. Вывод о характере мульды сдвижения и необходимости применения конструктивных мероприятий.

    практическая работа [626,3 K], добавлен 20.12.2015

  • Аэросъемка и космическая съемка - получение изображений земной поверхности с летательных аппаратов. Схема получения первичной информации. Влияние атмосферы на электромагнитное излучение при съемках. Оптические свойства объектов земной поверхности.

    презентация [1,3 M], добавлен 19.02.2011

  • Изучение геологических процессов, происходящих на поверхности Земли и в самых верхних частях земной коры. Анализ процессов, связанных с энергией, возникающих в недрах. Физические свойства минералов. Классификация землетрясений. Эпейрогенические движения.

    реферат [32,3 K], добавлен 11.04.2013

  • Распределение естественного теплового поля в толще земной коры. Тепловые характеристики. Особенности термометрии при решении задач диагностики. Термодинамические процессы в скважине и в пласте. Квазистационарные тепловые поля. Коэффициент Джоуля Томсона.

    курсовая работа [535,2 K], добавлен 19.01.2009

  • История обсуждения проблемы и теории формирования поверхности земного шара и образования горных систем. Создание учения о геосинклиналях и платформах. Критические зоны планеты, теоретическое и практическое значение их исследования, теория мобилизма.

    реферат [27,1 K], добавлен 29.03.2010

  • Определение положения точек земной поверхности: астрономические, геодезические, прямоугольны, полярные координаты. Картографическая проекция Гаусса. Конструктивные элементы геодезических измерительных приборов. Номенклатура топографических карт и планов.

    учебное пособие [6,2 M], добавлен 05.10.2012

  • Понятие "мегарельефа" и определение его видов и типов. Сведения о неровностях земной поверхности Земли. Закономерности развития рельефа древних и молодых платформ. Систематизация мегарельефа геосинклинальных поясов. Аккумулятивные и денудационные равнины.

    лекция [5,3 M], добавлен 20.02.2014

  • Маркшейдерские наблюдения за сдвижением земной поверхности. Нивелирование реперов типовых наблюдательных станций. Типы и конструкции глубинных реперов в скважинах. Способ геометрического нивелирования. Наблюдения за кренами, трещинами и оползнями.

    контрольная работа [4,7 M], добавлен 04.12.2014

  • Подвижность и непостоянство физических состояний земной коры, газообразной и водной оболочек, процессы, действующие на рельеф. Особенности рельефа Земли, морфология равнин и горных стран. Геоморфологические процессы, происходящие на земной поверхности.

    курсовая работа [11,6 M], добавлен 22.10.2009

  • Геофизическая характеристика гравитационного и магнитного поля. Аппроксимация данных аналитической функции. Проверка статистической значимости регрессии. Построение графика автокорреляционных функций. Оценка плотности горных пород на площади исследования.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 17.12.2011

  • Внутреннее строение Земли. Неровности земной поверхности. Горные породы: механические сочетания разных минералов. Классификация горных пород по происхождению. Свойства горных пород. Полезные ископаемые - горные породы и минералы, используемые человеком.

    презентация [6,3 M], добавлен 23.10.2010

  • Фигура Земли как материального тела. Действие силы тяготения и центробежной силы. Внутреннее строение Земли. Распределение масс в земной коре. Системы координат, высот и их применение в геодезии. Азимуты, румбы, дирекционные углы и зависимости между ними.

    реферат [13,4 M], добавлен 11.10.2013

  • Нивелирование, разбивка сети квадратов. Камеральная обработка результатов площадного нивелирования. Построение схемы и плана поверхности. Проектирование и разбивка горизонтальной площадки. Схема замкнутого нивелирного хода. Картограмма земляных работ.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 06.01.2014

  • Создание модели внутреннего строения Земли как одно из самых больших достижений науки XX столетия. Химический состав и строение земной коры. Характеристика состава мантии. Современные представления о внутреннем строении Земли. Состав ядра Земли.

    реферат [22,2 K], добавлен 17.03.2010

  • Общая характеристика Земли как планеты: строение, основные элементы поверхности суши и дна океанов. Главные породообразующие минералы, их классификация. Геология деятельность подземных вод; карстовые и суффозионные отложения; интрузивный магматизм.

    контрольная работа [744,9 K], добавлен 16.02.2011

  • Сущность и основополагающие идеи контракционной гипотезы Эли де Бомона, заложение основ исследований причин складчатости земной поверхности. Предмет и методы изучения геотектоники, ее развитие на современном этапе. Открытие англичанина Д. Пратта.

    презентация [64,1 K], добавлен 15.09.2010

  • Предмет и задачи геодезии, понятия о форме и размерах Земли. Системы координат, принятые в геодезии. Система плоских прямоугольных координат Гаусса-Крюгера. Изображение рельефа на топографических картах и планах. Решение инженерно-геодезических задач.

    курс лекций [2,8 M], добавлен 13.04.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.