Pređi na sadržaj

Satelitska geodezija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Wettzel (Vecel)laserski sistem za mjerenje daljine, mjerna stanica za satelitska mjerenja

Satelitska geodezija jeste dio geodezije gdje se pomoću vještačkih satelita vrši mjerenje oblika i dimenzija Zemlje, položaja objekata na njenoj površini i oblika gravitacionog polja Zemlje pomoću satelitskih mjernih tehnika. Ova grana pripada širem polju kosmičke geodezije . Tradicionalna astronomska geodezija obično se ne smatra dijelom satelitske geodezije, iako postoji značajno preklapanje između tehnika mjerenja.[1] ‍:2

Glavni ciljevi satelitske geodezije su:

  1. Određivanje oblika Zemlje, pozicioniranje i navigacija (geometrijska satelitska geodezija) [1]:3
  2. Određivanje geoida, Zemljinog gravitacionog polja i vremenskih oscilacija istog (dinamička satelitska geodezija [2] ili satelitska fizička geodezija )
  3. Mjerenje geodinamičkih pojava, kao što su dinamika Zemljine kore i polarno kretanje [1]:4 [1]:1

Satelitski geodetski podaci i metode mogu se primijeniti na različita područja kao što su navigacija, hidrografija, okeanografija i geofizika . Satelitska geodezija se u velikoj mjeri oslanja na orbitalnu mehaniku, koja služi za osnovu određivanja položaja satelita. Stoga su mehanika i fizika od izuzetnog značaja za geodeteske satelitske mjerne metode koje su od krucijalnog značaja za uspotostavljanje tražene preciznosti, kako bi bile uporedive sa terestričkim metodama.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Prvi koraci (1957-1970)[uredi | uredi izvor]

Satelitska geodezija počela je ubrzo nakon lansiranja Sputnjika 1957. godine. Zapažanja Istraživača 1 (Explorer 1) i Sputnjika 2 1958. godine omogućila su tačno određivanje spljoštenosti Zemlje na njenim polovima. [1] Šezdesetih godina prošlog vijeka lansirani su Dopler satelit Transit-1B i balonski sateliti Echo 1, Echo 2 i PAGEOS . Prvi namjenski geodetski satelit bila je ANNA-1B, zajednički napor NASA-e, Ministarstva odbrane i drugih civilnih agencija SAD-a.[3] ‍:51 ANNA-1B je nosila prvi od instrumenata američke vojske SECOR (Sequential Collation of Range - sekvencijalna obrada podataka određenog dometa) . Ove misije su dovele do tačnog određivanja vodećih sfernih harmonijskih koeficijenata geopotencijala, opšteg oblika geoida i povezale svjetske geodetske datume. [1]

Sovjetski vojni sateliti preduzeli su geodetske misije kako bi pomogli u ciljanju balističkih raketa velikog dometa krajem 1960 -ih i početkom 1970 -ih.

Period koračanja ka uspostavi Svjetskog geodetskog sistema (1970-1990)[uredi | uredi izvor]

Geografska mreža triangulacije svijeta uspostavljena pomoću BC-4 kamere na geodetskom satelitu

Posmatranja satelita sedamdesetih godina prošlog vijeka preko svjetskih triangulacionih mreža omogućila su uspostavljanje Svjetskog geodetskog sistema, što je označilo konačnu pobjedu satelitskih geodetskih tehnika i uvelo ovakve metode mjerenja u konvencionalne tehnike u geodeziji. Razvoj GPS -a u Sjedinjenim Američkim Državama osamdesetih omogućio je preciznu navigaciju i pozicioniranje, te je postao standardni alat u geodeziji. Osamdesetih i devedesetih godina satelitska geodezija počela se koristiti za praćenje geodinamičkih pojava, poput kretanja Zemljine kore, rotacije Zemlje i polarnog kretanja .

Moderno doba (1990-danas)[uredi | uredi izvor]

Koncepcija opažanja satelitske misije GRACE

Devedesete su bile fokusirane na uspostavu i razvoj stabilnih geodetskih mreža i referentnih okvira. [1]:7 Namjenski sateliti su lansirani za mjerenje Zemljinog gravitacionog polja 2000-ih , kao što su CHAMP, GRACE i GOCE [1]:2

Tehnike mjerenja[uredi | uredi izvor]

Jason-1 mjerni sistem kombinuje glavne satelitske geodetske tehnike merenja uključujući DORIS, SLR, GPS i altimetriju .

Tehnike satelitske geodezije mogu se klasifikovati prema platformi instrumenata, gdje satelit može:

  1. biti opažan od strane instrumenata na površini Zemlje ( metode Zemlja-svemir ),
  2. nositi instrument ili senzor kao dio na satelitu (služiti kao platforma) za posmatranje Zemlje ( metode svemir-zemlja ),
  3. ili koristiti svoje instrumente za praćenje drugog satelita ( metode svemir-svemir ). [1]:6

Metode Zemlja-svemir (satelitsko praćenje)[uredi | uredi izvor]

Tehnike mjerenje putem radio talasa[uredi | uredi izvor]

Globalni navigacioni satelitski sistemi koriste kao osnovu svog funkcionisanja pozicioniranje putem radio talasa, putem kojeg se mogu locirati prijemnik na površini Zemlje ili u njenoj blizini. Najistaknutiji sistem GNSS-a, GPS, sastoji se od konstelacije 31 satelita (od decembra 2013) u visokim, 12-časovnim kružnim orbitama, raspoređenim u šest ravni sa nagibom (inklinacijom) od 55 °. Princip određivanja položaja mjerene tačke putem GPS-a zasniva se na trilateraciji . Svaki satelit prenosi preciznu efemeridu sa informacijama o svom položaju i navigacionom porukom koja sadrži tačno vrijeme odašiljanja signala. Prijemnik upoređuje ovo vrijeme prenosa sa sopstvenim satom u trenutku prijema i množi razliku sa brzinom svetlosti da bi dobio " pseudodužinu ". Minimalno su potrebne četiri pseudodužine za dobijanje preciznog vremena i položaja prijemnika (tri koordinate X,Y,Z i i vrijeme t).

U geodeziji se GNSS koristi kao ekonomičan alat za geodetsko snimanje i vrlo je praktičan za mnoštvo geodetskih mjerenja. Takođe se koristi za praćenje rotacije Zemlje, polarnog kretanja i dinamike kore. Prisustvo GPS signala u svemiru ga takođe čini pogodnim za određivanje orbite i praćenje od satelita do satelita. Ali koliko god je GNSS pogodan za dobijanje preciznog položaja, toliko je teško dobiti tačnost koji mogu ostvariti ostale terestričke metode mjerenja i po tačnosti je uporediv sa tačnošću fotogrametrijskih proizvoda.

Primjeri: GPS, GLONASS, Galileo
Dopler tehnike[uredi | uredi izvor]

Doplerovo pozicioniranje uključuje snimanje Doplerovog pomaka radio signala stabilne frekvencije emitovane sa satelita dok se satelit približava i udaljava od posmatrača. Uočena frekvencija zavisi od radijalne brzine satelita u odnosu na posmatrača, što je ograničeno orbitalnom mehanikom . Ako posmatrač poznaje orbitu satelita, snimanje Doplerovog profila određuje položaj posmatrača. Nasuprot tome, ako je položaj posmatrača tačno poznat, tada se orbita satelita može odrediti i koristiti za proučavanje Zemljine teže. U DORIS -u zemaljska stanica emituje signal, a satelit prima isti.

Primjeri: Transit, DORIS, Argos

Optička triangulacija[uredi | uredi izvor]

U optičkoj triangulaciji, satelit se može koristiti kao veoma visoka meta za triangulaciju i može se koristiti za utvrđivanje geometrijskog odnosa između više posmatračkih stanica. Optička triangulacija sa kamerama BC-4, PC-1000, MOTS, ili Baker Nunn sastojala se od fotografskih osmatranja satelita ili trepćućeg svetla na satelitu na pozadini zvjedanog neba. Zvijezde, čiji su položaji bili tačno određeni, pružili su okvir na fotografskoj ploči ili filmu za određivanje preciznih pravaca od kamere do satelita. Sistemi kamera zavise od vremenskih uslova i to je jedan od glavnih razloga zašto su do 1980 -ih prestali sa upotrebom. [3]:51 Stoga možemo zaključiti da je ovo trenutno napuštena metoda satelitske geodezije.

Zapis ANNA 1B o fotografiji snimljen stanicom MOTS u Santiagu ( Čile ) 11. novembra 1962. godine

Daljinomjeri[uredi | uredi izvor]

U satelitskim daljinomjerima putem lasera (SLR - Satellite Laser Ranging), globalna mreža osmatračkih stanica mjeri vrijeme povratnog talasa ultrakratkih svjetlosnih impulsa do satelita opremljenih retroreflektorima . Ovo pruža trenutna mjerenja u dometu preciznosti na milimetarskom nivou koja se mogu objediniti da bi se obezbjedili tačni parametri orbite satelita, parametri gravitacionog polja (dobijenih pomoću odstupanja kretanja satelita od idealne orbite), parametri rotacije Zemlje, deformacije i fluktuacije Zemljine kore i okeana tokom plime i oseke, koordinate i vektorske brzine satelitskih laserskih daljinomjerskih stanica i drugi značajni geodetski podaci. Mjerenje satelitskim laserskim daljinomjerom je dokazana geodetska tehnika sa značajnim potencijalom za doprinos naučnim studijama sistema Zemlja/atmosfera/okeani. To je najtačnija tehnika koja je trenutno dostupna za određivanje geocentričnog položaja Zemljinog satelita, omogućavajući preciznu kalibraciju radarskih visinomera i određivanje dugoročnih preturbacija instrumenata od sekularnih promjena u topografiji površine okeana . Satelitski laserski daljinomjeri doprinose određivanju međunarodnih zemaljskih referentnih okvira pružajući informacije o razmjeru i porijeklu referentnog okvira, to jeste koordinate geocentra, te uspostavljanju i praćenju geodetskih datuma.[4]

Primjer: LAGEOS

Metode svemir-Zemlja[uredi | uredi izvor]

Altimetrija[uredi | uredi izvor]

Satelitske misije poput Seasat-a (1978) i TOPEKS/Poseidon-a(1992-2006) koristile su radarske visinomjere na dvije odvijene putanje za mjerenje visine Zemljine površine (mora, lednka i kopnenih masa) sa svemirske letjelice . Jason-1 počeo je 2001. godine, Jason-2 2008. i Jason-3 u januaru 2016. godine. Mjerenja pomenutim misijama, objedinjena sa orbitalnim elementima (vjerovatno uparenim sa GPS -om), omogućava određivanje terena . Dve različite talasne dužine radio talasa dozvoljavaju visinomjeru da automatski koriguje različita kašnjenja u jonosferi .

Radarski altimetri koji koriste satelite kao platforme pokazali su se kao vrhunski alati za kartiranje topografije okeanske površi, ili tačnije rečeno, za definisanje odstupanja morske površi od geometrijske aproksimacije. Takvi instrumenti šalju mikrotalasni impuls prema površini okeana i bilježi vrijeme potrebno za povratak poslanog signala. Mikrotalasni radiometar popravvnja kašnjenje koje može biti uzrokovano vodenom parom u atmosferi. Tu se uključuju i druge korekcije koje su potrebne kako bi se izračunata visina popravila i povećala tačnost, a te poprakve su za uticaj elektrona u jonosferi i suve vazdušne mase atmosfere. Kombinovanjem ovih podataka sa preciznom lokacijom satelita moguće je odrediti visinu površine mora sa centimetarskom tačnošću. Jačina i oblik povratnog signala takođe pružaju informacije o brzini vetra i visini okeanskih talasa. Ovi podaci se koriste u modelima okeana za izračunavanje brzine i smjera okeanskih struja i količine i lokacije toplote uskladištene u okeanu, što zauzvrat otkriva globalne klimatske varijacije .

Laserska altimetrija[uredi | uredi izvor]

Laserski altimetar koristi zaokruženi i zašiljeni snop svjetlosti na optičkim ili infracrvenim talasnim dužinama. Ovakava tehnika koriste se za određivanje visine mjernog satelita ili, obratno topografije tla.

Radarska altimetrija[uredi | uredi izvor]

Radarski visinomjer koristi zaokruženi snop svjetlosti koji se prostire mnogo šire od snopa laserskog visinomjera i koristi mikrotalasne impulse. Sa satelita se odašilje impuls i visina se dobija množenjem brzine putovanja talasa sa pola zabilježenog vremena od momenta slanja i primanja mikrotalasnog signala. Sa ove visine uklanjaju se lokalni površinski efekti, poput plime i oseke, vjetrova i struja da bi se dobila visina satelita iznad geoida. Sa preciznom efemeridom dostupnom za satelit, geocentrični položaj i elipsoidna visina satelita dostupni su za bilo koje vrijeme posmatranja. Tada je moguće izračunati visinu geoida oduzimanjem izmjerene visine od elipsoidne visine. Ovo omogućava direktno merenje geoida, pošto površina okeana pomno prati geoid. [3]:64 Razlika između površine okeana i stvarnog geoida daje topografiju površine okeana .

Interferometrijski radar sa sintetičkim otvorom (InSAR)[uredi | uredi izvor]

Interferometrijski radar sa sintetičkim otvorom (InSAR - Interferometric synthetic aperture radar) je radarska tehnika koja se koristi u geodeziji i daljinskom detekciji . Navedena geodetska metoda koristi dva ili više radarskih snimaka sa sintetičkim otvorom blende (SAR) za stvaranje karata površinske deformacije ili digitalne elevacije, koristeći razlike u fazi talasa koji se vraćaju na satelit, što znači da se ocjenjuje Doplerov efekat.[5][6][7] Navedena tehnika može potencijalno mjeriti deformacije u centimetrskoj tačnosti tokom čitavog dana (nezavisno od oblačnosti i osvjetljenja) u godini. Primjenjuje se za geofizičko praćenje prirodnih opasnosti, na primjer zemljotresa, vulkana i klizišta, kao i za građevinsko inženjerstvo, posebno za praćenje slijeganja i stabilnosti konstrukcije.

Metode prostor-svemir[uredi | uredi izvor]

Gravitaciona gradiometrija[uredi | uredi izvor]

Gravitacioni gradiometar može nezavisno odrediti komponente gravitacionog vektora u realnom vremenu. Gradient gravitacije je prostorni izvod gravitacionog vektora. Gradijent se može posmatrati kroz brzinu promjene komponenti vektora gravitacije mjerene na maloj međusobnoj udaljenosti unutar satelita. Stoga se gradijent može mjeriti određivanjem razlike gravitacije u dve bliske, ali prostorno udaljene tačke. Ovaj princip je ostvaren u nekoliko novijih instrumenata sa pokretnom bazom. Gradijent gravitacije u zadanoj tački je tenzor, kako je on izvod svake komponente vektora gravitacije uzete u svakoj koordinatnoj osi. Prema tome vrijednost bilo koje komponente vektora gravitacije može biti poznata duž cijele putanje satelita ako su gravitacioni gradiometri uključeni u sistem i njihovi mjereni podaci se integrišu u sistemski računar. [3]:71

Primjer: GOCE

Praćenje satelit-satelit[uredi | uredi izvor]

Navedena tehnika koristi satelite za praćenje drugih satelita koji pri letu održavaju konstantan razmak. Postoji niz varijacija koje se mogu koristiti za posebne svrhe, poput istraživanja gravitacionog polja i poboljšanja orbite.

  • Satelit na velikoj nadmorskoj visini može da se koristi kao relej za zemaljske stanica za praćenje satelita male orbitalne visine . Na ovaj način sateliti na maloj nadmorskoj visini mogu se biti promatrani i kada nisu dostupni zemaljskim stanicama. U ovoj vrsti praćenja, signal generisan od stanice za praćenje prima relejni satelit i zatim se ponovo prenosi na satelit na nižoj nadmorskoj visini. Ovaj signal se zatim istim putem vraća na zemaljsku stanicu.
  • Dva ostala satelita na maloj nadmorskoj visini mogu pratiti jedan drugog posmatrajući međusobne orbitalne varijacije uzrokovane nepravilnostima gravitacionog polja. Najbolji primer za to je GRACE .
  • Nekoliko satelita na velikoj nadmorskoj visini sa tačno poznatim orbitama, poput GPS satelita, može se koristiti za fiksiranje položaja satelita na maloj nadmorskoj visini.
Primer: GRACE
GNSS praćenje[uredi | uredi izvor]
Primjeri: CHAMP

Vidi još[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b v g d đ e ž z Seeber, Gunter (2003). Satellite geodesySlobodan pristup ograničen dužinom probne verzije, inače neophodna pretplata. Berlin New York: Walter de Gruyter. ISBN 978-3-11-017549-3. doi:10.1515/9783110200089. 
  2. ^ Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. str. 5. ISBN 978-8393889808. 
  3. ^ a b v g Defense Mapping Agency (1983). Geodesy for the Layman (PDF) (Izveštaj). United States Air Force. 
  4. ^ Sosnica, Krzysztof (2014). Determination of Precise Satellite Orbits and Geodetic Parameters using Satellite Laser Ranging. Bern: Astronomical Institute, University of Bern, Switzerland. str. 6. ISBN 978-8393889808. 
  5. ^ Massonnet, D.; Feigl, K. L. (1998), „Radar interferometry and its application to changes in the earth's surface”, Rev. Geophys., 36 (4): 441—500, Bibcode:1998RvGeo..36..441M, doi:10.1029/97RG03139 
  6. ^ Burgmann, R.; Rosen, P.A.; Fielding, E.J. (2000), „Synthetic aperture radar interferometry to measure Earth's surface topography and its deformation”, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 28: 169—209, Bibcode:2000AREPS..28..169B, doi:10.1146/annurev.earth.28.1.169 
  7. ^ Hanssen, Ramon F. (2001), Radar Interferometry: Data Interpretation and Error Analysis, Kluwer Academic, ISBN 9780792369455 
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Сателитска_геодезија&oldid=26999625”