Лазерные измерения новых КА GPS улучшат их технические характеристики.
21.01.2014

Лазерные измерения новых КА GPS улучшат их технические характеристики.

После восьми лет исследований лазерные отражатели будут размещены на спутниках GPS типа Block III, начиная с КА в рабочей точке 9 (SV-9), запуск аппарата в которую ожидается в 2019 году.

Лазерная дальнометрия (SLR) КА GPS должна повысить точность орбит, что также увеличит точности координатных решений и расчёт времени потребителя.

Лазерная станция посылает короткий лазерный импульс, который отражается от уголкового элемента на борту КА и возвращается на станцию. Измеряя время, которое потребуется лазерному импульсу для преодоления расстояние до КА и обратно, можно получить расстояние «станция – КА». Лазерные измерения позволят внести необходимые поправки в радио измерения станций слежения GPS, которые используютс эфемериды (таблицы с элементами орбиты) КА GPS, рассчитанные по псевдодальностям кодовых измерений или фазе несущей частоты и связаны с бортовым атомным стандартом частоты (с ботовыми часами). В декабре 2012 года, директор НАСА Чарльз Болден, генерал Космического командования ВВС (AFSPC’s) Уильям Шелтон, и генерал стратегического командования Роберт Келер согласовали план установки лазерных светоотражателей (LRAs) на спутники GPS III SVS. Решение принято по результатам анализа и обсуждения в различных гражданских и военных государственных органах США и связано с возрастающими требованиями к точности позиционирования.

В 2006 году рабочая группа выработала набор ожидаемых требований к GPS для удовлетворения будущих геодезических и научных потребностей и определила, что только лазерная дальнометрия даёт единственное реальное решение по расчёту и исправлению систематических ошибок в координатах КА и системах отсчета. Пробные результаты лазерных светоотражателей, размещенных на бортах двух КА Block IIA: GPS-35 и 36, подтвердили свои преимущества.

В системе GPS используется система координат WGS 84, которая периодически обновляется Национальным агентством геопространственной разведки (NGA) с учетом геофизических процессов, таких как движения тектонических плит, которые влияют на расположение опорных станций GPS. Наблюдались смещения плит на 1,8 мм в год, при этом ошибка станций слежения превышала 5мм в год. Используя ГНСС GPS, NGA стремится согласовать между собой основные координатные системы ITRF и WGS84. При построении системы координат ITRF используются данные ряда подсистем: SLR - лазерной дальнометрии; VLBI – сети радиоинтерферометров со сверхдлинной базой РСДБ; DORIS – доплеровских спутниковых измерений (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite); лазерные измерения геодезических КА, таких как LAGEOS и LARES.
Телескоп лазерной дальнометрии Международная геодезическая ассоциация (IAG) в рамках Глобальной системы геодезической наблюдений (GGOS) собирает и анализирует эти данные. Хотя сейчас точность систем координат ITRF и WGS 84 отвечает большинству требований, но развитие науки в области исследования Земли вновь требует повышать достигнутую точность. Так GGOS и Национальный исследовательский совет призвали к достижению точности ITRF до 1мм, а её стабильности до 0,1мм в год.

ILRS (Международная служба лазерной дальнометрии), которая расположена в Центре управления полетами NASA Годдар, Гринбелт, штат Мэрилэнд, будет заниматься лазерными измерениями КА системы GPS. Лазерная дальнометрия GPS будет использовать оптические сигналы с длиной волны 5320 А и 1064 А (ангстрем), а отражательная способность лазерных уголковых элементов будет оптимизирована для таких длин волн. Проектирование лазерных уголковых элементов для GPS III финансируется NASA и в настоящее время разрабатывается NRL.


ESA (Европейское космическое агентство).
Телескоп лазерной дальнометрии на передвижной интегральной геодезической обсерватории Tigo в Консепсьоне, Чили, совершил лазерную дальнометрию первого спутника Galileo 27 ноября 2011 года.


По данным информационного бюллетеня Института Навигации США.



Комментарий Информационно-аналитического Центра:

Все российские КА системы ГЛОНАСС оборудованы лазерными ретрорефлекторами (ЛРР). Как тип, лазерные измерения сыграли очень важную и положительную роль в становлении системы ГЛОНАСС:

  1. каждый КА оборудован лазерными ретрорефлекторами;
  2. ещё в 1989г. на орбиту, близкую ГЛОНАСС были выведены два российских КА «ЭТАЛОН-1» и «ЭТАЛОН-2». Они предназначались для использования в выборе модели сил, действующих на КА ГЛОНАСС в полёте. Объекты «ЭТАЛОН-1 и 2» имеют форму шара диаметром ≈ 1.3 м. и массой 1340 кг., с равномерно расположенными на поверхности уголковыми отражателями для получения лазерных измерений. В результате проведённых с КА «ЭТАЛОН-1,2» исследований была выбрана оптимальная модель сил и мерный интервал (оптимальный интервал проведения измерений). Эти объекты до сих пор представляют самостоятельный интерес, как геодинамические и служат при определении параметров вращения Земли и других задачах геодинамики.

Следует отметить, что система ГЛОНАСС привлекала пристальное внимание во всём мире именно ещё и потому, что каждый КА был оборудован ЛРР. В 1998 году был проведён международный эксперимент по системе ГЛОНАСС (IGEX-98), в результате которого определялись орбиты всех КА системы, как радиотехническими, так и лазерными средствами.

Результаты эксперимента превзошли все ожидания. В кампании IGEX-98 участвовали:

  • Глобальная сеть из более чем 60 станций с навигационными приёмниками, 30 лазерных дальномерных станций слежения в 25 странах.
  • Текущие данные собирались всеми станциями в течение 6 месяцев, они в архивированном виде есть в НАСА Центр космических полетов имени Годдарда (GSFC) и Национальном географическом институте (IGN). Этот набор данных - ценный актив, который доступен для использования любому исследователю.
  • Были получены точные орбиты, как по лазерным измерениям дальностей SLR, так и с помощью радиотехнических измерений 11 различными группами с результирующей точностью между собой от 20 до 50 см.
  • Технологический университет, Вена определил обобщённые орбиты на основе многих частных решений. Данные орбиты также находятся в архивированном состоянии в НАСА GSFC и IGN.
  • Три частных производителя и один университет представили двухчастотные приёмники для КА ГЛОНАСС и GPS, которые прошли полное тестирование и это также является результатом IGEX-98.
  • Много различных пакетов ПМО (например, BAHN, Bernese, GIPSY), которые были разработаны сначала для GPS, теперь могут обработать данные ГЛОНАСС и определять регулярно их орбиты.
  • Доработаны форматы обмена данными RINEX и орбитами SP3 с тем, чтобы включать систему ГЛОНАСС.
  • Получены параметры перехода по связи систем координат ПЗ-90, WGS 84 и ITRF.


Источник:  http://www.ion.org/publications/upload/v23n3.pdf

Возврат к списку