В.Ф. Фатеев, Е.А. Карауш, В.П. Лопатин
ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл., Россия;
generalfat@mail.ru
«Альманах современной метрологии» № 3 (39) 2024, стр. 26–46
УДК 528.8
Аннотация. В статье рассмотрена принципиальная возможность измерения составляющих уклонения отвесной линии в гравитационном поле Земли на основе использования сигналов навигационных КА ГНСС, принимаемых на борту низкоорбитального геодезического КА. При этом выбраны два направления измерений: по сигналам НКА, расположенных у концов касательной к орбите (впереди и позади КА), а также у концов нормали к орбите (слева и справа от плоскости орбиты КА). Измеряемыми величинами являются малые доплеровские сдвиги радиоизлучений навигационных КА, вызванные горизонтальными составляющими вектора гравитационного ускорения низкоорбитального КА вследствие отклонения отвесной линии от вертикали. Приведены оценки достижимой погрешности измерений. Приведены результаты моделирования взаимной видимости геодезического и навигационных КА. Моделирование показало, что при одновременном использовании сигналов всех ГНСС (ГЛОНАСС, GPS, Galileo, BeiDou и др.) количество видимых навигационных спутников в четырёх ограниченных секторах размером ±5° вдоль касательной и вдоль нормали к орбите в течение суток может достигать 50–60 НКА в каждом секторе.
Ключевые слова: гравитационное ускорение, уклонение отвесной линии, навигационные сигналы, геодезический спутник.
Цитируемая литература
1. Pisacane V.L., Ray J.C., MacArthur J.L., Bergeson-Willis S.E. Description of the dedicated gravitational satellite mission (GRAVSAT) // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. — 1982. — V. GE-20. — № 3. — P. 315–321.
2. Paik H.J. Superconducting tensor gravity gradiometer for satellite geodesy and inertial navigation // Journal of the Astronautical Sciences. — 1981. — V. 29. — № 1. — P. 1–18; Moody M.V., Chan H.A., Paik H.J. Preliminary tests of a newly developed superconducting gravity gradiometer // IEEE Transactions on Magnetics. — MAG-19. — 1983. — P. 461.
3. Tapley B.D. et al. The current status of the GRACE mission // GRACE Science Team Meeting. — GSTM Proceedings, 2017.
4. Фатеев В.Ф., Ксендзук А.В., Обухов П.С., Крапивкин Г.И., Тимошенко Г.В., Король Г.Н., Новиков В.А., Герасимов П.А., Шахалов К.С. Экспериментальный бистатический радиолокационный комплекс // Электромагнитные волны и электронные системы. — 2012. — Т. 17. — № 5. — С. 58–61.
5. Фатеев В.Ф., Ксендзук А.В., Обухов П.С., Крапивкин Г.И., Тимошенко Г.В., Король Г.Н., Новиков В.А., Герасимов П.А., Шахалов К.С. Многопозиционная радиолокационная система с синтезированием апертуры антенны по отражённым сигналам ГНСС «ГЛОНАСС» // Электромагнитные волны и электронные системы. — 2012. — Т. 17. — № 5. — С. 62–67.
6. Unwin M., Jales P., Tye J., Gommenginger C., Foti G., Rosello J. Spaceborne GNSS-reflectometry on TechDemoSat-1: early mission operations and exploitation // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. — 2016. — V. 9. — № 10. — P. 4525–4539. — DOI: 10.1109/JSTARS.2016.2603846.
7. Masters D. Seizing opportunity: Spire’s CubeSat constellation of GNSS, AIS, and ADS-B Sensors // Stanford PNT (Positioning, Navigation, and Timing) Symposium. — 7–8 November 2018.
8. Ruf C.S., Chew C., Lang T., Morris M.G., Nave K., Ridley A., Balasubramaniam R. A new paradigm in Earth environmental monitoring with the CYGNSS small satellite constellation // Scientific Reports. — 2018. — DOI: 10.1038/s41598-018-27127-4.
9. Фатеев В.Ф. Космический квантовый нивелир и его возможности при создании глобальной высотной основы // Альманах современной метрологии. — 2022. — № 4 (32). — С. 27–51.
10. Давлатов Р.А., Фатеев В.Ф., Лопатин В.П. Возможности использования системы ГЛОНАСС для формирования гравиметрической многоспутниковой системы // Альманах современной метрологии. — 2020. — № 4 (24). — С. 65–85.
11. Давлатов Р.А., Фатеев В.Ф. Лопатин В.П. Применение навигационной аппаратуры ГНСС на борту наноспутника // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. — 2018. — Т. 61. — № 5. — С. 437–445.
12. Фатеев В.Ф., Давлатов Р.А. Теоретическое обоснование и исследование методов измерения первого, второго и третьего градиентов гравитационного потенциала в кластере наноспутников по прямым сигналам ГНСС // Альманах современной метрологии. — 2024. — № 1 (37). — С. 60–79.
13. Грушинский Н.П. Теория фигуры Земли. — М.: Наука, 1976. — 512 с.
14. Мурзабеков М.М., Фатеев В.Ф., Пругло А.В., Равдин С.С. Результаты астроизмерений уклонений отвеса с использованием нового метода измерений // Альманах современной метрологии. — 2020. — № 2 (22). — С. 42–56.
15. Стандарт частоты рубидиевый сверхминиатюрный квантовый НАП-КПН. — URL:https://www.vniiftri.ru/catalog/products/pribory/sredstva-izmereniy/etalony-vremeni-i-chastoty/standart-chastoty-rubidievyy-sverkhminiatyurnyy-kvantovyy-na/ (дата обращения: 11.08.2023).
16. Одуан К., Гино Б. Измерение времени. Основы GPS. — М.: Техносфера, 2002.
17. Фатеев В.Ф. Время и частота в бортовых квантовых хранителях времени низковысотных геодезических спутников // Альманах современной метрологии. — 2023. — № 2 (34). — С. 65–87.
18. Фатеев В.Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-времени: монография. — Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ», 2017. — 439 с.
19. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. — М.: Наука, 1967. — 460 с.
20. Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения. — М.: ГИФМЛ, 1961. — 564 с.
21. Интерфейсный контрольный документ ГЛОНАСС, редакция 5.1, 2008. — URL: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://russianspacesystems.ru/ Business/ICD_GLONASS_rus_v5.1.pdf (дата обращения: 10.06.2024).
22. Фатеев В.Ф., Смирнов Ф.Р., Рыбаков Е.А. Измерение эффекта удвоения гравитационного смещения частоты с помощью квантового нивелира на водородных часах // Письма в ЖТФ. — 2022. — Т. 48. — Вып. 7. — С. 36–38.
23. Фатеев В.Ф., Смирнов Ф.Р., Донченко С.С. Измерение эффекта гравитационного замедления времени дуплексным наземным квантовым нивелиром // Измерительная техника. — 2022. — № 2. — С. 22–27.
24. Чихачев Б.М. Способ измерения гравитационного сдвига частоты радиоволн в опыте с искусственным спутником Земли // Труды ФИАН. — 1967. — Т. 38. — С. 189–198.
25. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования / под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. — 4-е, перераб. изд. — М.: Радиотехника, 2010. — 800 с.
26. Webb C.E., Zwally H.J., Abdalati W. The Ice, Cloud and land Elevation Satellite (ICESat): Summary Mission Timeline and Performance Relative to Pre-Launch Mission Success Criteria. — NASA, 2013. — TM-2013-217512.
Статья поступила в редакцию: 10.07.2024 г.
Статья прошла рецензирование: 17.07.2024 г.
Статья принята в работу: 30.07.2024 г.
Полные тексты статей доступны в печатных номерах журнала по подписке и при покупке отдельных номеров у издателя.
Также полные тексты статей размещаются в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.