Technika satelitarnych pomiarów dopplerowskich i możliwości jej

Technika satelitarnych pomiarów dopplerowskich i możliwości jej

PRACE INSTYTUTU GEODEZJI I KARTOGRAFII
Т от X X I I I , Z e s z y t 2(53), 1976
J A N U S Z S L E D Z IŃ S K I
[528.77:53:629.785].004
Technika satelitarnych pomiarów doppierowskich
i możliwości jej zastosowania do celów wyznaczania
współrzędnych punktów
Jedną z najnow ocześniejszych satelitarn y ch technik obserw acyjnych,
k tó ra znalazła ostatnio szerokie zastosow anie do celów geodezyjnych i geodynam icznych, jest technika oparta na w ykorzystaniu znanego zjaw iska
efektu D opplera, polegającego na zm ianie częstotliw ości odbieranej fali
w przypadku, gdy jej źródło i obserw ator poruszają się względem siebie.
T echnika ta jest obecnie powszechnie używ ana w naw igacji m orskiej do
w yznaczania pozycji obiektów ruchom ych na m orzu, jed n ak ze w zględu
na wysokie, osiągane już dzisiaj dokładności i możliwość całkow itego zau­
tom atyzow ania procesu obserw acyjnego i obliczeniowego jest stosow ana
coraz częściej do w yznaczania w spółrzędnych punktów geodezyjnych i do
badania niektórych zjaw isk geodynam icznych, np. w yznaczania przem ie­
szczeń bieguna ziemskiego.
ЛР
odbiornik
porowncsnio
częstotliwości
generator
częstotliwości
wzorcowcj
Ja nusz S led ziń ski
б
A rty k u ł ten m a na celu zw rócenie uwagi na niektóre korzyści płynące
ze stosow ania techniki dopplerow skiej do unowocześnienia i udokładnienia podstaw ow ych sieci geodezyjnych, nie jest jednak w tej m ierze o p ra­
cowaniem w yczerpującym . Ma za zadanie jedynie zapoznać polskiego czy­
telnika z istniejącym i system am i dopplerowskim i, osiąganym i dokładnoś­
ciami i m ożliwościami zastosow ania tej techniki w praktyce.
Zasadę satelitarnej techniki dopplerow skiej ilu s tru je schem atycznie
ry su n ek 1. S atelita S w ysyła wysoce stabilną częstotliwość f s , k tó ra na
stacji naziem nej P zostaje odebrana jako częstotliw ość f r Częstotliwość
odebrana f r zostaje następnie porów nyw ana z częstotliw ością w zorcową
(standardow ą) f D, w ytw arzaną przez generator w urządzeniu odbiorczym.
Częstotliwość f s, w ytw arzana przez a p a ra tu rę na satelicie, jest związa­
na z częstotliw ością f r, odbieraną na ziemi, podstaw ową zależnością
fs
fr
fs—
с
I
( 1 )
gdzie r jest prędkością radialną satelity, zaś с jest prędkością św iatła
w próżni.
A p aratu ra odbiorcza, porów nująca częstotliwość odbieranego z sateli­
ty sygnału f r z częstotliwością standardow ą f 0, w ykonuje całkow anie czę­
stotliw ości dudnienia ( f o ~ f r ) w ciągu określonego czasu ( t 2 — t { ) i podaje
jako w ynik liczbową ch arak tery sty k ę przesunięcia dopplerow skiego czę­
stotliw ości
N = j ( f 0- f r ) d t .
(2)
t,
Zasada m etody dopplerow skiej polega na praktycznym w ykorzysta­
niu obu powyższych zależności. P raktyczna realizacja zw iązku (2) stano­
wi podstaw ę utw orzenia różnych system ów dopplerow skich w zależności
od sposobu i w yznaczania in terw ału czasu, w ciągu którego następow ać
m a całkow anie częstotliw ości ( f o ~ f r ) - Obecnie znane są trzy techniki po­
m iarów dopplerowskich, różniące się m iędzy sobą przede w szystkim dłu­
gością in terw ału czasu całkow ania (t2—11), sposobem realizacji sygnałów
w yznaczających rozpoczęcie i zakończenie całkow ania oraz sposobem li­
czenia liczby cykli dudnienia N. Omówimy krótko te techniki:
1. Integrowane pom ia ry d o pplerow sk iej (Integrated D oppler Measu­
rem ents).
Czas całkow ania w tej technice wynosi 120 sek, zaś granice całkow a­
nia w yznaczają sygnały otrzym yw ane z satelity. System ten jest syste­
m em ciągłym, gdyż zliczany jest każdy cykl dudnienia (sygnał w yzna­
czający zakończenie jednego cyklu całkow ania je st jednocześnie sygna-
(G e o d e zy jn e ) za s to so w a n ie p o m ia r ó w d o p p le r o w s k ic h
7
łem rozpoczęcia całkow ania następnego cyklu). Schem atycznie system ten
jest przedstaw iony na ry su n k u 2. W system ie tym otrzym ujem y co 2 m in
różnicę odległości do satelity; podczas jednego przelotu sa te lity m ożem y
zatem w ykonać 84-9 dw um inutow ych pom iarów w ielkości N. O m aw iany
system jest stosow any najczęściej do w yznaczania pozycji punktów geode­
zyjnych.
Rys. 2
2.
C h w ilo w e po m ia ry do pp lero w sk ie (Instantaneous D oppler M easu­
rem ents).
Czas całkow ania dla tej techniki w ynosi około 1 se'k; granice całko­
w ania w yznaczają sygnały w ytw arzane w odbiorniku. S ystem ten należy
do system ów nieciągłych, gdyż zliczane są nie w szystkie cykle częstotli­
wości dudnienia. W ciągu jednego przelotu satelity w ykonuje się około
200 pojrjiarów. R ysunek 3 przedstaw ia schem atycznie om aw iany system .
'3. Ciągłe integrow an e p om iary d o pp lerow sk ie (C ontinously In tegrated
D o ppler M easurements).
System ten polega na ciągłym całkow aniu częstotliw ości, począwszy
od pew nego m om entu początkow ego (rys. 4). Różnice odległości do sa te lity
Rys. 3
Janusz Sled ziń ski
8
odniesione są do pewnej początkowej odległości do satelity w m om encie
rozpoczęcia procesu całkowania. Mówimy tu o tzw. w zględnym pom iarze
odległości od satelity.
Pierw sze dwie z opisanych powyżej technik dopplerow skich są n a j­
częściej stosowane do w yznaczania pozycji stacji obserw acyjnych, przy
czym technika integrow anych pom iarów dopplerow skich jest używ ana
przez służbę cywilną, zaś technika chw ilow ych pom iarów dopplerow skich
przez służbę w ojskową USA. W yznaczenie w spółrzędnych stanow iska ob­
serw acyjnego w obu tych technikach polega n a w ykorzystaniu zależności
pom iędzy pom ierzonym dopplerow skim przesunięciem częstotliw ości N
i różnicą odległości do satelity w dwóch m om entach czasu (technika po­
m iarów integrow anych) lub też radialną prędkością satelity (technika po­
m iarów chwilowych).
Pom ierzone na stanow isku i m iędzy m om entam i tj i t k dopplerow skie
przesunięcie częstotliwości Ni, jk związane jest z odległościami rik i ry
do satelity w m om entach tj i t k oraz z częstotliwością f s, v/vtw arzaną na
satelicie, i częstotliw ością standardow ą fo, zależnością
N.
jk
=
^ ( r tk - r i j )
+ (fo-fs) (tk - t j ) .
(3)
W yrażając odległość do satelity w funkcji w spółrzędnych satelity
i w spółrzędnych stanow iska obserw acyjnego, otrzym am y
N i , jk
=
- ^ - { \ { x k - x i ) 2 + ( y k - y i )2 +
(zk - z iY] m - [ ( x j - x iy2+ ( y j - y i )2 +
( z . , - Z i ) T 2} + A M t .
(4)
R ów nanie to jest rów naniem obserw acyjnym , z którego w ynika, że
ieśli znam y w spółrzędne x, y, z satelity w znanych m om entach t k i tj, oraz
( G eo d ezyjn e ) za s to so w a n ie p o m i a r ó w d o p p le r o w s k ic h
9
częstotliwość f s w ytw arzaną na satelicie, i częstotliw ość standardow ą f 0,
a także prędkość с rozchodzenia się fal, to m ożem y w yznaczyć w spół­
rzędne stanow iska obserw acyjnego x t> y b zh
W rów naniach obserw acyjnych (4), jako niew iadom e dla poszczegól­
nych przelotów satelity, przy jm u jem y oprócz w spółrzędnych stanow iska
obserw acyjnego rów nież różnice (dryft) częstotliw ości Af = f0—/ s, gdyż
nie m am y całkow itej pewności, czy częstotliw ość f s, w ytw arzana przez
ap aratu rę na satelicie, jest w ystarczająco stabilna. O bserw acja jednego
przelotu satelity dostarcza zatem 8-f-9 rów nań obserw acyjnych z 4 nie­
wiadomymi. O bserw acja każdego następnego przelotu zwiększa liczbę n ie­
wiadomych o 1. Rośnie przeto szybko liczba obserw acji nadliczbow ych.
;W technice chw ilow ych pom iarów dopplerow skich podstaw ow ą zależ­
nością w yznaczania położenia stacji obserw acyjnych jest zależność pom ię­
dzy radialną prędkością ri} satelity i tzw. chwilow ą częstotliw ością dud­
nienia fj, którą definiujem y jako iloraz dopplerow skiego przesunięcia czę­
stotliw ości Nj przez bardzo kró tk i in terw ał czasu At*, w ciągu którego
n astępuje całkow anie częstotliwości
U (h) -
(5)
Zależność ta ma postać następującą
Ti 7 t j
-t
fo I fi (tj)
‘ “ 77 w r
(6 )
Podczas jednego przelotu satelity m ożna w ykonać około 200 obserw a­
cji N, czyli m ożem y otrzym ać tyle samo w artości r i} dla różnych m om en­
tów tj. M etodą najm niejszych kw adratów w yznacza się następnie krzyw ą
odpow iadającą w yznaczonym w artościom r y oraz określa się m om ent t n.z.,
w którym w artość prędkości radialnej r tj = 0. M om ent tën jest m om en­
tem najw iększego zbliżenia satelity do stacji obserw acyjnej i satelita po­
rusza się wówczas w k ierunku prostopadłym do k ierunku w ektora r,,.
Odległość satelity od stacji obserw acyjnej w m om encie najw iększego zbli­
żenia satelity można w yznaczyć z wzoru na prom ień krzyw izny w mo­
m encie t n . z .
/,
\ _ ^ (tn- Z^
Tij [t n. z)
••
•
(7)
Y ij \ t n .
z
)
We wzorze ty m v (tn.z.) oznacza prędkość satelity w m om encie t n.z.,
k tó rą m ożna obliczyć znając elem enty o rb ity i przybliżone położenie stacji
obserw acyjnej, zaś r i} jest przyśpieszeniem rad ialn y m satelity, k tóre może
być obliczone analitycznie lub wyznaczone graficznie na podstaw ie nach y ­
lenia stycznej do krzyw ej na w spom nianym wyżej w ykresie prędkości ra -
10
Janusz S le dziń ski
dialnych r y w punkcie odpow iadającym najw iększem u zbliżeniu satelity
do obserw atora.
Znajomość odległości r y (tn.z.) satelity w m om encie t n.z. oraz prędkości
satelity w tym momencie w ystarczą do geom etrycznego wyznaczenia po­
łożenia stacji obserw acyjnej. S tacja obserw acyjna leży w płaszczyźnie
prostopadłej do kieru n k u prędkości satelity w momencie t n.z. n a przecię­
ciu z pow ierzchnią Ziemi łuku zakreślonego ze środka sa te lity prom ie­
niem Гу (tn.z.).
O pisana zasada w yznaczania położenia punktów na pow ierzchni Ziemi
na podstaw ie dopplerow skich pom iarów integrow anych została zastoso-
Rys. 5
(G eo d ezyjn e) z a s to so w a n ie p o m ia r ó w d o p p le r o w s k ic h
11
w ana w roku 1964 do utw orzenia światow ego system u naw igacyjnego,
znanego pod nazw ą TRANSIT. S ystem ten, przeznaczony początkow o
dla celów naw igacyjnych am erykańskiej m ary n ark i w ojennej, został udo­
stępniony od roku 1967 rów nież służbom cyw ilnym i jest obecnie znany
także pod nazw ą US N avy N avigation Satellite System (NNSS). Zasadę
działania tego system u przedstaw ia schem atycznie ry su n e k 5. System ten
stosuje się obecnie powszechnie rów nież do celów w yznaczania w półrzędnych punktów geodezyjnych.
E lem enty system u TRANSIT (NNSS) stanow ią:
1. Zespół satelitów (NNSS Satellites).
2. Sieć stacji śledzących (efem erydalnych) (Tracking N etw ork), k tó ­
ry ch zadaniem jest w ykonyw anie obserw acji służących do w yznaczenia
elem entów orbit satelitów system u.
3. Stacje bazy czasowej (Timing Stations).
4. C entrum obliczeniowe (Com puter Processing Center).
5. Stacje łączności satelitarn ej — (Injection Stations), k tóre obliczone
elem enty orbity satelitów NNSS przekazują co 12 godz. do pam ięci elek­
tronicznych tych satelitów .
S atelity NNSS poruszają się po orbitach kołowych, biegunow ych na
wysokości ok. 1100 km od pow ierzchni Ziemi. O kres obiegu wokół Ziemi
takich satelitów wynosi ok. 107 m inut. 4-H3 satelitów zabezpiecza m ożli­
wość naw iązania stosunkow o częstej łączności satelity z dow olnym p u n k ­
tem na pow ierzchni Ziemi (co około ЗО-т-ЮО m inut). S atelity NNSS n a ­
d ają 3 rodzaje inform acji, a m ianowicie:
1. Dwie stabilne częstotliwości (399,968 MHz i 149,988 MHz) w ykorzy­
styw ane do pom iarów przesunięć dopplerow skich. Stabilność ty ch czę­
stotliw ości jest bardzo wysoka, d ry ft pokładow ego generatora kw arcow e­
go jest rzędu 24-20 • 10-u / l d, a przypadkow e w ahania wynoszą
3^-7 • 10~n / l s.
2. Sygnały czasu, w yznaczające granice całkow ania częstotliw ości dop­
plerow skiej. Sygnały te są nadaw ane o każdej parzystej m inucie czasu
uniw ersalnego.
3. E kstrapolow ane elem enty orbity, dające możność w yznaczenia po­
zycji satelity na m om enty transm itow ania sygnałów czasu. E kstrapolow ane
elem enty orb ity o trzym uje satelita z C en tru m Obliczeniowego za pośred­
nictw em stacji łączności satelitarn ej co 12 godzin. P ozw alają one w yzna­
czyć pozycję satelity z dokładnością 20—30 m etrów .
Zauw ażm y, że dla w yznaczenia w spółrzędnych stanow iska o bserw acyj­
nego potrzebna jest znajom ość dokładnych elem entów o rb ity lub w spół­
rzędnych przestrzennych satelity. W spółrzędne te dla m om entów obser­
w acji m ożna otrzym ać później z C entrum Obliczeniowego US Defence
12
Janusz S le d z iń sk i
M apping Agency. Jeśli nie dysponujem y dokładnym i w spółrzędnym i sa­
telity, m usim y stosować taką m etodę wyznaczania położenia stacji obser­
w acyjnych, k tóra nie w ym aga dokładnej znajomości pozycji satelity
w m omencie obserw acji.
Znane są następujące sposoby wyznaczania w spółrzędnych stacji dopplerowskich:
1 . W yznaczanie pozycji pojedynczego pu n k tu (single point positioning).
Sposób ten odpowiada procesom opisanym poprzednio i jest o p arty na bez­
pośredniej realizacji podstaw ow ych zależności m atem atycznych, w ynika­
jących ze stosow ania techniki pom iarów integrow anych lub techniki po­
m iarów chwilow ych. Sposób ten w ym aga znajom ości dokładnych współ­
rzędnych satelity lub dokładnych elem entów jego orbity w m om encie ob­
serwacji.
2 . W yznaczanie różnic w spółrzędnych dwóch punktów (translocation
method). Sposób translokacj-i polega na jednoczesnym obserw ow aniu prze­
lotów satelitów z dwóch stacji dopplerow skich i daje możność w yznacze­
nia z większą dokładnością różnic w spółrzędnych tych stacji. P rz y zasto­
sowaniu takiej m etody obserw acji błędy elem entów orbity w pływ ają
V/ przybliżeniu w taki sam sposób na wyznaczenie w spółrzędnych obu
punktów i elim inują się w znacznym stopniu przy obliczaniu różnic tych
współrzędnych. Stosow anie m etody translokacji uniezależnia więc proces
wyznaczania w spółrzędnych punktów od potrzeby otrzym yw ania dokład­
nych w spółrzędnych satelity; w ystarczą w tym w ypadku w spółrzędne
otrzym yw ane za pośrednictw em przekazu z satelity.
3. Jednoczesne wyznaczanie w spółrzędnych punktów tw orzących zam ­
knięte figury sieci (sim ultaneous point positioning). Sposób ten w ym aga
w spółdziałania kilku (najczęściej trzech) stacji dopplerow skich, w ykonu­
jących jednoczesne obserw acje doppierows'kie tych sam ym przelotów sa­
telity. P rzy opracow aniu w yników obserw acji m ożem y tu w ykorzystać
w arunki geom etryczne w ynikające z kształtu figur, jakie tw orzą pu n k ty
obserw acyjne. M etoda ta nie wym aga rów nież znajom ości dokładnych
efem eryd obserw ow anych satelitów , lecz dla jej stosow ania potrzebne jest
posiadanie kilku odbiorników dopplerow skich. N ajkorzystniejsze jest po­
siadanie jednego odbiornika stacyjnego i 2-^3 odbiorników przenośnych.
Odbiorniki takie (rys. 6) p rodukuje obecnie kilka firm am erykańskich
i kanadyjskich, jak np. M agnavox R esearch L aboratory, C anadian M ar­
coni Company, In tern atio n al Telephone and T elegraph C orporation (ITT),
JM R -Instrum ents. O dbiorniki te (GEOCEIVER, CMA-722 itp.) są odbior­
nikam i przenośnym i, składającym i się z anteny, głównego odbiornika, za­
w ierającego generator częstotliwości standardow ej (stabilność ok. 8.10 12)
i a p a ra tu rę zliczającą ilość cykli częstotliwości dopplerow skiej i podającą
wynik w postaci cyfrow ej, oraz z a p a ra tu ry perforacyjnej, um ożliw iają-
(G eo d ezyjn e) z a s to so w a n ie p o m i a r ó w d o p p le r o w s k ic h
13
cej otrzym anie danych w yjściow ych w form ie taśm perforow anych. W aga
całego odbiornika wynosi ok. 40 kg. A p aratu ra jest przystosow ana do od­
bioru częstotliwości naw igacyjnych 150 i 400 MHz lub częstotliwości 162
i 324 MHz sygnałów satelitów geodezyjnych.
14
Janusz S le d z iń sk i
Dokładność w yznaczenia pozycji stacji obserw acyjnej za pomocą tech­
niki dopplerow skiej zależy od:
1) spraw ności działania a p a ra tu ry zainstalow anej na satelicie (stabil­
ność częstotliwości, dokładność sygnałów czasu),
2) spraw ności działania a p a ra tu ry odbiorczej (stabilność częstotliwości
wzorcowej, błędy odfiltrow yw ania sygnałów),
3) stosow anej m etody w yznaczania współrzędnych,
4) dokładności użytych efem eryd satelity (w przypadku w yznaczania
położenia pojedynczego punktu),
5) sposobu elim inacji w pływ ów refrakcyjnych, głównie troposferycznych; zastosowanie dwóch częstotliw ości praktycznie usuw a w pływ błę­
dów refrak cji jonosferycznej, natom iast w prow adzanie popraw ek ze w zglę­
du na refrak c ję troposferyczną w ym aga stosow ania pew nych wzorów em ­
pirycznych i określonych modelów atm osfery,
6) liczby obserw ow anych przelotów satelitów .
W latach 1971— 73 wykonano w iele pom iarów dośw iadczalnych, k tó re
m iały na celu określenie realnych dokładności osiąganych za pomocą tech­
niki dopplerow skiej i w ykazanie przydatności tej techniki do prac geodezyjnych. N ajw ięcej eksperym entów przeprow adzono w S tan ach Z jedno­
czonych i w Kanadzie. W USA pom iary w ykonyw ano wzdłuż tran sk o n ty nentalnego ciągu geodezyjnego T ranscontinental H igh-Precision Geodi­
m eter T raverse oraz na poligonach doświadczalnych, m. in. w okolicach
W aszyngtonu. W K anadzie prace badawcze prowadzi głównie U niw ersy­
te t w N ew Brunsw ick. Doświadczenia wykazały, że przy zastosow aniu
m etody translokacji i w ykorzystaniu efem eryd em itow anych przez satelitę
możliwe jest dzisiaj osiągnięcie dokładności ok. 1 m w yznaczenia różnicy
w spółrzędnych punktów , w zasadzie niezależnie od odległości pom iędzy
punktam i. Tę samą dokładność m ożna otrzym ać przy w yznaczaniu poło­
żeń pojedynczych punktów , używ ając precyzyjnych efem eryd. P rz y w y­
znaczaniu w spółrzędnych tylko na podstaw ie kilkunastu przelotów sate­
lity m ożna uzyskać błąd wyznaczenia w spółrzędnych pun k tó w ok. + 3 m.
Po okresie prób przystąpiono w w ielu k rajach do w ykorzystania tech­
niki dopplerow skiej do praktycznych celów geodezyjnych. T echnikę tę
stosuje się zarów no do unow ocześnienia lub uzupełnienia istn iejący ch sie­
ci geodezyjnych (np. USA, K anada, W łochy, A ustralia), jak też do zakła­
dania now ych podstaw ow ych osnów geodezyjnych (np. k ra je A m eryki Po­
łudniow ej, A fryka). Szacuje się, że ok. roku 1980 n a święcie będzie po­
m ierzonych ok. 1000 punktów dopplerowskich, zw iązanych ze sobą z do­
kładnością nie gorszą jak ± 4,0 m (różne ty p y instrum entów , różne pro­
gram y obserw acyjne itd.).
M etoda pom iarów dopplerow skich może być z dużym powodzeniem
stosow ana do prac m ających n a celu naw iązyw anie różnych sieci (ukła­
(G eo d ezyjn e) z a s to so w a n ie p o m ia r ó w d o p p le r o w s k ic h
15
dów) geodezyjnych. W ykorzystanie pom iarów dopplerow skich w sieciach
trian g u lacy jn y ch w ydatnie zm niejsza potrzebę zakładania dużej liczby
baz triangulacyjnych i pom iaru azym utów w sieci. W yznaczanie w spół­
rzędnych stacji obserw acyjnych za pomocą techniki dopplerow skiej jest
niezależne, szybkie, ekonomiczne i w pełni zautom atyzow ane. Rozwojowi
tej techniki sprzyja ponadto stosunkow o nieduży koszt precyzyjnej ap a­
r a tu ry odbiorczej i liczącej.
W ydaje się bezsprzecznie celowe podjęcie rów nież i w Polsce badań
nad w ykorzystaniem satelitarn ej techniki dopplerow skiej do celów geode­
zyjnych i szerzej niż dotychczas do celów naw igacji m orskiej i lotniczej.
T echnika ta może być w ykorzystana z powodzeniem do unow ocześnienia
podstaw ow ej krajow ej sieci geodezyjnej i ujednolicenia sieci geodezyjnych
na w iększych obszarach. Zdobycie doświadczeń w zakresie stosow ania tej
techniki jest niezw ykle korzystne rów nież ze względu na prace ekspor­
towe, prow adzone przez Polskę w k rajach pozaeuropejskich.
LITERATURA
[1] K r a k i w s k y E.J., W ells D.E., T h o m so n D.B.: G eodetic Control from D oppler S a ­
te llite O bservations for L ines under 200 km . D ept, of Surv. Eng. Iniv. o f N e w
B runsw ick Fredericton. Canada, No 22, N ov. 1972.
[2] S tra n g e W.E., H o th em L.D., W h ite M.B.: T he S a te llite D oppler S tation N etw o rk
in th e U n ited S ta tes Rep. p resen ted to th e IUGG, X V I Gen. A ss., G renoble,
France, Aug. 1975.
[3] S led ziń ski J G eodezja satelitarn a. W yd. P olitech n ik i W arszaw skiej, 1971.
[4] W ells D.E.: D oppler S a te llite Control. D ept, o f Surv. Eng. U n iv. of N ew
B ru nsw ick , F redericton, Canada, N o 29, Sep. 1974.
[5] W ells D.E.: O rbital In form ation from the U.S. N a v y N avigation S a te llite S ystem .
D ept, of Surv. Eng. U n iv. of N e w B ru n sw ick , Fredericton, Canada, No 19,
May 1971.
R e c e n zo w a ł prof. dr hab. inż. Julian R a d e c k i
R ękopis złożono w R e d a k c ji w styc zn iu 1976 r.
ЯНУШ СЛЕДЗИН ЬСКИ
ТЕХ Н И КА СП УТНИКОВЫ Х ДО ПП ЛЕРОВСКИ Х И ЗМ ЕРЕН И Й
И В О ЗМ О Ж Н О С ТЬ ЕЁ ПРИМ ЕН ЕНИ Я ДЛЯ ЦЕЛЕЙ
ОПРЕДЕЛЕНИ Я КО ОРДИН АТ ПУНКТОВ
Рез юме
В статье рассм атривается коротко принцип спутниковой допплеровской т е х ­
ники, описаны сущ ествую щ ие допплеровские системы и способы и х и спол ьзова­
ния для определения позиции наблю дательны х станций. Основные математические
соединения (1) и (2) допплеровского м етода разреш аю т вводить ф ункциональны е
зависимости (3) и (4) или (5), (6), (7), на основе которы х м ож но определить к оор ди­
наты места наблю дения. Рассмотрены основны е черты техники интегрированны х
допплеровских изм ерений (рис. 2), мгновенны х интегрированны х допплеровских
измерений (рис. 4). П редставлено такж е действие навигационной системы
TRA NSIT (рис. 5) и способы определения позиции гео дези ч еск и х пунктов для
случая единичного пункта, пар пунктов (метод транслокации), а т а к ж е для случая
пунктов составляю щ их зам кнуты е ф игуры сети.
П роанализированы так ж е источники ош ибок спутниковы х доппл ер овских и з­
мерений (исправность наземной аппаратуры и установленной на спутнике, ста­
бильность частоты fs, создаваем ой на спутнике, и стандартной f 0 на Зем ле, ош ибки
эф ем ерид, остаточное р еф ракционное влияние). П рим енение м етода транслокации
и использование эф ем ер и д эмиттированны х спутником р азр еш ает получить точ­
ность около 1 м определения разницы координат пунктов в основном независим о
от расстояния м еж д у пунктами.
В заклю чении статьи автор обращ ает внимание на достоинства доп п л ер ов­
ской техники и пользу, вы текаю щ ую из ей применения. Т ехн и к а эта р азр еш ает
на полную автоматизацию наблю дательного и редукционного процесса.
И спользование допплеровских изм ерений в триангуляционны х с ет я х зн ач и ­
тельно ум еньш ает потребность за л о ж ен и я больш ого числа баз триангуляции и и з ­
мерений азимутов в сети. О пределение координат пунктов станции с помощ ью
допплеровской техники является независимы м, быстрым и экономным.
Допплеровские изм ерения могут бьгть использованы как для м одернизации
сущ ествую щ их геодези ч еск и х сетей, так и при зал ож ен и и новы х геодези ческ и х
основ.
J A N U S Z S LEDZI ŃS K1
TECHNIQUE OF SA TELLITE D O PPLER M EASUREMENTS
AND PO SSIB ILITIES OF ITS A PPLICA TIO N FOR DETERM INATION
OF PO IN TS COORDINATES
Summary
The principle of satellite D oppler technique is shortly discussed in this paper.
D oppler system s w hich have been alread y developed and th eir application for
d eterm in atio n of the statio n positions are also described here. The essen tial m a th e ­
m atical relations (1) and (2) of D oppler m ethod enable to d eterm in e fu n ctio n al
dependence (3) and (4) or (5), (6), (7) on the basis of w hich coordinates of an
o b servation station can be determ ined. T here are discussed some basic ch aracteristic
of th e D oppler system s: In te g ra te d D oppler M easurem ents (Fig. 2), In stan tan e o u s
D oppler M easurem ents (Fig. 3) and C ontinuously In te g ra te d D oppler M easurem ents
(Fig. 4). O peration of navigation system TRA N SIT (Fig. 5) and m ethods of geodetic
p oints positioning in th e case of single point, pairs of points tran slo catio n m ethod
and in the case of the points form ing geom etric figures of th e n et are discussed in
this paper.
Sources of satellite D oppler m easu rem en t erro rs have been analysed such as:
efficiency of the earth ap p aratu s and the ap p a ratu s placed in a satellite, freq u en cy
stab ility f s generated on a satellite and sta n d ard earth -rec eiv er frequency f 0, erro rs
o f ephem erides and resid u al refractio n influences. A pplication of th e tran slo catio n
m ethod and the use of th e ephem erides tran sm itte d by a satellite allow s to reach
th e approxim ate accuracy of lm of the points coordinates difference d eterm in atio n
w hich does not in principle depend on the distance betw een the points.
In the concluding p a rt of this pap er the au th o r pays atten tio n on the m errits
of the D oppler technique and advantages resu ltin g from its application.
The application of D oppler m easurem ents in tria n g u latio n nets considerably
low ers the need of establishing large n um ber of tria n g u latio n baselines and th e
m easurem ent of the azim uthes in a net. G eodetic points positioning th ro u g h D oppler
technique is independent, quick, economic and fu lly authom atic. D oppler m e asu ­
rem ents can be used both to m odify the ex isten t m ain geodetic nets and to
establish new ones.
2 P r a c e I n s ty tu tu — T o m X X III