Доплерівські спостереження за ШСЗ.

Радіотехнічні методи спостережень. Ефект Доплера, як відомо, полягає в тому, що частота сигналу змінюється при русі джерела випромінювання сигналу щодо спостерігача. Це зміна (воно називається доплерівським зрушенням частоти, а іноді доплеровской частотою) прямо пропорційно частоті передавача і швидкості руху передавача щодо приймача. Відносну швидкість часто називають променевою швидкістю (оскільки вона спрямована по променю зору спостерігача), або радіальної швидкістю, так як цей промінь є радіус-вектор рухомого об'єкту.Таким чином, доплерівські вимірювання дають нам дуже інформативну величину: маючи графік безперервного запису променевої швидкості для деякого інтервалу часу, ми можемо отримати і дальність до об'єкта, і прискорення об'єкта в деякій точці його орбіти.

Існують три варіанти доплерівських систем. Це, перш за все беззапитним системи, які в основному і застосовуються в космічній геодезії. На борту космічного апарата перебуває передавач радіосигналів, що виробляються високостабільним генератором частоти. На наземної приймальної станції також є генератор опорних сигналів. Порівняння частот прийнятого і опорного сигналів дозволяє виділити вимірювану частоту, яка дорівнює різниці частоти підставки і доплеровськой частоти (частотою підставки називається відмінність частот генераторів - наземного і супутникового). Спеціальний пристрій перетворює вимірювану частоту в число періодів (циклів) доплерівського сигналу (і тому воно є безпосередньо вимірюваною величиною) за певний проміжок часу (він зазвичай складає величину від 0,5 до декількох секунд).

На відміну від беззапитним систем в системах із запитом використовується лише один - наземний - генератор частоти, а на борту космічного об'єкта поміщають пріемоответчік, ретранслює прийняті зі станції сигнали назад на Землю. Наземна станція порівнює частоти запитального і відповідного сигналів і вимірює зсув частоти. І нарешті, варто згадати радіолокаційні системи, що працюють за сигналом, відбитому від поверхні космічного об'єкта. Точність цих систем невелика, і в космічній геодезії вони не застосовуються. Проте використання ідеї локації в оптичному діапазоні дало вражаючі результати.

Апаратурою, що вимірює безпосередньо частоту прийнятих з ШСЗ сигналів, обладнуються зазвичай стаціонарні доплерівські станції, що приймають участь у довгострокових програмах (наприклад, при дослідженні руху полюсів Землі). На таких станціях необхідно мати високоточні стандарти часу, роботу яких треба точно синхронізувати. Крім того, виникає проблема обробки великого числа вимірів, так як одне проходження супутника над горизонтом станції дає кілька сот вимірювань доплеровськой частоти. Тому в даний час набагато більш широке поширення одержали так звані інтегральні доплерівські приймачі. p> Ідея інтегрального доплерівського методу полягає в тому, що різниця двох послідовних відліків для числа циклів доплерівського сигналу є певний вираз (так звана лінійна комбінація) різниці топоцентрические (від пункту спостереження) відстаней до двох послідовних положень ШСЗ на орбіті і частоти підставки. Звичайно, якщо б бортовий генератор був стабільний з дуже високим ступенем точності, частоту підставки можна було б вважати постійною, і ми мали б чисту пряму пропорційну залежність між різницею двох послідовних відліків доплерівських циклів і різницею двох послідовних топоцентрические дальностей ШСЗ, тобто відстаней ШСЗ від пункту спостереження.

Але частота бортового генератора може змінюватися з плином часу, і не така велика це зміна за величиною, як не ясний закон, за яким ця частота змінюється. Тому частоту підставки зазвичай включають в число визначуваних параметрів, вважаючи, що за час одного проходження ШСЗ над станцією вона постійна, але може мінятися від проходження до проходження. Використання інтегрального доплерівського методу спостереження ШСЗ дає можливість вирішувати навігаційні завдання, а геодезичне використання цього методу найбільш ефективно при створенні й довгостроковому функціонуванні систем ШСЗ (по типу навігаційної системи «Транзит»), спостереження яких з будь-якого ізольованого пункту на земній поверхні дозволяє отримати координати цього пункту .

Координати пунктів виходять радіотехнічними методами точніше, ніж фотографічними. Середня точність визначення радіальної швидкості становить зараз декілька сантиметрів на секунду. Це дає можливість визначати положення ШСЗ на орбіті або положення наземної станції (залежно від того, яка ставиться завдання: уточнення орбіти ШСЗ або визначення координат на поверхні Землі) з високою точністю. Головними джерелами помилок тут є неточність в синхронізації системи доплерівських станцій і шуми вимірювальної апаратури.

Доплерівський і фотографічний методи спостереження.

Є одним із радіотехнічних методів спостереження. Їх суть полягає в тому, що суп-к повинен спостерігатись не менше, як в двох точках орбіти. Причому коорд. суп-ка в одній із токих точок повинні бути відомі, а в іншій точці суп-к повинен спостерігатись фотографічним методом.

Приймемо що в точці С, суп-к спостерігався фотографічним методом, а на відрізку траєкторії спостереження велись Доплерівським методом який дозволяє визначити різницю відстаней (2.15),

Розглянемо методику визначення коорд. суп-ка цим методом. За результатами фотографічного спостереження в точці С, для цієї точки на основі (2.13) запишемо

На основі р-ння (2.15) запишемо

(2.17)

Якщо у відповідності до умови, коорд. суп-ка в точці - відомі, то с-ма р-нь (2.16)

Знаючи напрямні косинуси векторів визначають величину плоского кота в вершині С₁

, (2.31)

Визначивши цей кут можна скласти рівняння для визначення відстані

, (2.32)

Аналогічно знаходимо відстань , попередньо обчисливши за формулою аналогічною до (2.31) косинуси кута при вершині С₁ в цьому трикутнику.

, (2.33)

З (2.33), (2.32), (2.27) отримаємо три рівняння з трьома невідомими , , , розв’язуючи ці рівняння знаходимо відповідні відстані, а потім за формулами (2.26) з врахуванням (2.28) визначаємо координати точки спостереження Q.