Techniki pomiarów satelitarnych i geodezyjne misje satelitarne

Transkrypt

1 Techniki pomiarów satelitarnych i geodezyjne misje satelitarne

2 Techniki pomiarów satelitarnych Ziemia Kosmos (Earth to Space) GNSS GPS, GLONASS, GALILEO (IGS) Doppler DORIS (IDS) Pomiary laserowe SLR/LLR (ILRS) Kosmos Ziemia (Space to Earth) Altimetria (radarowa, laserowa) InSAR Gradiometria GOCE Satelita Satelita Misja GRACE, GRAIL Śledzenie satelitów z wykorzystaniem GNSS

3 System DORIS Doppler Orbitography and Radiolocation Integrated by Satellite System DORIS służy do precyzyjnego wyznaczania orbit i pozycji. Wykorzystuje pomiary efektu Dopplera sygnałów transmitowanych z sieci stacji naziemnych do odbiorników umieszczonych na satelitach System DORIS zaprojektowany do precyzyjnego wyznaczania orbit niezbędnych w pomiarach altimetrycznych Zastosowanie w wyznaczaniu dryftu kontynentów, monitorowaniu deformacji, wyznaczaniu pola grawitacyjnego Ziemi, realizowaniu układu ITRF

4 System DORIS

5 Sieć stacji DORIS

6 Sieć stacji DORIS

7 Dokładność wyznaczenia orbity Dokładność rośnie wraz z ilością wykonanych obserwacji Należy uwzględnić szereg czynników np.: manewry satelity zużycie paliwa ustawienie paneli słonecznych

8 Sezonowe pionowe ruchy skorupy ziemskiej

9 Dryft płyt tektonicznych

10 Położenie środka ciężkości Ziemi

11 Ruch bieguna

12 Satelity z systemem DORIS

13 Satellite/Lunar Laser Ranging Produkty obserwacji laserowych do satelitów / Księżyca: Parametry orientacji Ziemi (X,Y biegun, LOD) Współrzędne i prędkości stacji Położenie środka ciężkości Ziemi Parametry pola grawitacyjnego Orbita satelitów (cm) Efemeryda Księżyca Parametry orientacji Księżyca

14 SLR zasada działania

15 Sieć stacji laserowych

16 Laser do obserwacji satelitów (Borowiec)

17 Laser do obserwacji satelitów

18 Satelity geodezyjne, teledetekcyjne, nawigacyjne

19 Satelity geodezyjne

20

21

22

23 McDonald observatory (Texas) operational since Grasse-Calern observatory (OCA - ex CERGA) operational since Haleakala observatory (LURE, Maui, Hawaii) operational from 1984 to Matera observatory (Italy) operational since Apache Point observatory (APOLLO, New Mexico) operational since 2006.

24 Reflektory na Księżycu Apollo 11 installed in July Luna17 (Lunokhod 1) installed in November 1970, lost in 1971 and found again in Apollo 14 installed in February1971. Apollo 15 installed in August Luna 21 (Lunokod 2) installed in January 1973.

25 Łunochod, Apollo 15, 300 luster

26 Środek masy Ziemi

27 Ruch bieguna

28 Długość doby

29 Altimetria satelitarna

30 Altimetria satelitarna

31 Altimetria satelitarna

32 Misja GOCE ( ) Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer orbita kołowa e = 0.0 h = 260 km 7 luster Odbiornik GPS Gradiometr 1100 kg 5x1 m Określenie anomalii pola grawitacyjnego z dokładnością 1 mgal Wyznaczenie geoidy z dokładnością 1-2 cm Rozdzielczość lepsza niż 100 km

33 Śledzenie satelitów z wykorzystaniem GNSS

34

35 This map shows the global Mohorovičić discontinuity known as Moho based on data from the GOCE satellite. Moho is the boundary between the crust and the mantle, ranging from about 70 km in depth in mountainous areas, like the Himalayas, to 10 km beneath the ocean floor.

36 Misja GRACE ( ) Gravity Recovery and Climate Experiment Wspólna orbita satelity odległe o 220 km od siebie e < lustra h = 485 km Odbiornik GPS 432 kg zmainy pola grawitacyjnego zmiany klimatyczne

37 Misja GRACE ( )

38 Systemy ICRS i ITRS

39 Literatura J. Kryński, 2004, Nowe obowiązujące niebieskie i ziemskie systemy i układy odniesienia oraz ich wzajemne relacje, Instytut Geodezji i Kartografii, Warszawa Rocznik Astronomiczny, Instytut Geodezji i Kartografii, Warszawa International Earth Rotation and Reference Systems Service,

40 Definicje (Kryński 2004) System odniesienia zbiór zaleceń wraz z opisem modeli potrzebnych do zdefiniowania początku, skali i orientacji osi oraz ich zmian w czasie Układ odniesienia praktyczna realizacja systemu odniesienia; wyznaczone z obserwacji wartości parametrów (np. współrzędne punktów definiujących) Układ współrzędnych jednoznaczne przyporządkowanie współrzędnych punktów do ich położenia względem układu odniesienia

41 Układ ziemski i niebieski Ziemski układ odniesienia, pozwalający na rozwiązywanie zadań geodezyjnych związany z Ziemią Podstawowa oś układu ziemskiego oś obrotu Ziemi Układ niebieski pozwala na wyznaczenie położenia osi obrotu Ziemi w przestrzeni obserwacje obiektów nie związanych z Ziemią Współrzędne obiektów pozaziemskich wyznacza się w układzie niebieskim (quasi-inercjalnym)

42 Układ niebieski Parametry orientacji Ziemi Zmiana położenia osi obrotu Ziemi względem gwiazd (układu niebieskiego) precesja, nutacja Zmiana położenia osi obrotu względem bryły Ziemi ruch bieguna Niejednostajność obrotu Ziemi długość doby

43 Precesja, nutacja Precesja osi obrotu Ziemi ok lat Nutacja ok roku

44 Nutacja (w długości) ~ 18.5 y ~ d ~ d Na podst. danych z

45 Ruch bieguna Na podst. Danych z

46 X Ruch bieguna ~ 433 d ~ 365 d Y

47 Ruch bieguna

48 Długość doby (LOD) Na podst. Danych z

49 sekunda przestępna Długość doby (UT1-UTC) Na podst. Danych z

50 Długość doby (LOD) d d 27.6 d 13.7 d

51 Długość doby (LOD) 18.6 y 18.6 y 13.7 d 27.6 d d d

52 Dokładności katalogów gwiazdowych

53

54 ICRS International Celestial Reference System Obowiązuje od 1 stycznia 1998, zastępując FK5 Oparty na wynikach obserwacji VLBI (radioźródła) opracowanych na zasadach OTW Początek systemu w barycentrum Układu Słonecznego Układ quasi-inercjalny bez rotacji względem przestrzeni inercjalnej

55 ICRS Biegun układu wynika z modelu precesji i nutacji IAU Początek rektascensji zdefiniowany jest przez wartość rektascensji radioźródła 3C 273B z katalogu FK5 na epokę J2000 Realizację stanowią i pozagalaktycznych radioźródeł wyznaczonych technika VLBI - ICRF

56

57 ICRF International Celestial Reference Frame 212

58 ICRF1 (1998) ICRF1 608 ICRF1.Ext1, ICRF1.Ext2,

59 ICRF2 (2010) 295 źródeł definiujących układ ICRF2, ICRF2 VCS,

60 Układ ziemski Geocentryczny, o początku w środku masy Ziemi wraz z oceanami i atmosferą Orientacja osi zgodna z orientacją BIH na epokę 1984 Zmiana orientacji w czasie następuje z założeniem, że suma poziomych ruchów tektonicznych nie zawiera składowych obrotu Realizowany przez określenie współrzędnych i prędkości punktów technikami: VLBI, LLR, GNSS, SLR, oraz DORIS ITRF

61 Realizacje systemu ITRS ITRF89, ITRF90, ITRF91, ITRF92, ITRF93, ITRF94, ITRF95, ITRF96, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005, ITRF2008, ITRF2014

62 ITRF (88)

63 ITRF (2008)

64 ITRF 2008

65 ICRF <-> ITRF Rocznik Astronomiczny, 2011

66 ICRF <-> ITRF Rocznik Astronomiczny, 2011

67 ICRF <-> ITRF Rocznik Astronomiczny, 2011

68

69 Systemy WGS84, PZ90

70 WGS 1984

71 Parametry definiujące WGS 84

72 WGS 84

73 WGS 84

74 ITRS and WGS84 Last update : In general the ITRS (and its realizations ITRFyy) are identical to WGS84 at one meter level. Meanwhile there are two types of WGS84 realizations: - New realizations of WGS84 based on GPS data, such as WGS84(G730, G873, G1150 and G1674). These new WGS84 realizations are coincident with ITRF at about 10-centimeter level. For these realizations there are no official transformation parameters. This means that one can consider that ITRF coordinates are also expressed in WGS84 at 10 cm level. However, the most recent G1674 realization adopted ITRF2008 coordinates for more than half of the reference stations and velocities of nearby sites for the others. Thus, ITRF2008 and WGS84(G1674) are likely to agree at the centimeter level, yielding conventional 0-transformation parameters. - old realization based on U.S. Navy Navigation Satellite System, commonly known as DOPPLER Transit, and provided station coordinates with accuracies of about one meter. With respect to this realization we published, some years ago, transformation parameters between ITRF90 and this Doppler realized system: Parameters from ITRF90 to WGS84-Doppler realized system T1 T2 T3 D R1 R2 R3 UNITS -----> (m) (m) (m) (ppm) (") (") (")

75 PZ-90

76 PZ-90.02

77 PZ-90

78 PZ-90

79 PZ-90.02

80 Transformacja między układami

81 WGS84 PZ90

82 WGS84 - PZ-90.02

83 PZ V. Vdovin, A. Dorofeeva, Global Geocentric Coordinate System of the Russian Federation

84 Sieci stacji permanentnych GNSS

85 Stacje permanentne GNSS

86 Stacje permanentne GNSS

87 IGS International GNSS Service stacje GPS i GLONASS ponad 200 światowych ośrodków 403 aktywne stacji (październik 2015) realizacja układu ITRF (IGb08) 232 stacje odtwarzające układ (w Polsce: BOR1, JOZE, JOZ2) 12 centrów analiz globalne (4) i regionalne (6) centra danych

88 IGS dane i produkty obserwacje GPS i GLONASS (1d, 1h, 15min) efemerydy pokładowe GPS (1d, 1h, 15min) efemerydy pokładowe GLONASS (1d) obserwacje meteorologiczne (1d, 1h) LEO (1 d) współrzędne stacji (3mm, 6mm) predkości stacji (2mm/y, 3mm/y) ruch bieguna (30 *10^-6 = 1 mm na równiku) długość doby (10^-5 s = 4.6 mm na równiku) troposfera ZPD (4mm) jonosfera TEC (2-8 TECU)

89 IGS orbity precyzyjne GNSS parametry orbity pokładowej (1m, real time) orbita ultra-rapid predykowana (5cm, real time) orbita ultra-rapid obserwowana (3cm, 3-9 h) orbita rapid (2.5cm, h) orbita final (2.5cm GPS / 3cm GLOANSS, d)

90 IGS w Polsce 6 stacji permanentnych LAMA, BOGI, BOR1, JOZE, JOZ2, WROC

91 EUREF Permanent Network EPN stacje GPS i GLONASS ok. 100 europeiskich ośrodków naukowych/rządowych 276 aktywne stacje (październik 2015) realizacja układu ETRF stacje śledzące centra operacyjne centra danych (2 regionalne) centra analiz (16 - w Polsce MUT i WUT) Analysis Combination Centre - MUT

92 EPN dane i produkty Obserwacje satelitarne GNSS dobowe godzinne 15 minutowe (strumień danych) rozwiązania tygodniowe współrzędne i prędkości stacji analizy szeregów czasowych wsp. opóźnienia troposferyczne poprawki do orbit i zegarów (strumień danych) transformacja ETRF <-> ITRF

93 18 stacji permanentnych Biała Podlaska Borowa Góra (2) Borowiec Bydgoszcz Gorzów Wielkopolski Józefosław (2) Katowice Kraków (2) Lamkówko Łódź Redzikowo Suwałki Ustrzyki Dolne Wrocław Żywiec EPN w Polsce

94 EUPOS stacje GPS, GLONASS (i GALILEO) ok. 452 stacje (listopad 2013) nawigacja, geodezja dane obserwacyjne, poprawki DGNSS i RTK system ETRS89

95 ASG-EUPOS Obserwacje satelitarne GNSS przekazywane na bieżąco do centrum obliczeniowego (Warszawa CODGK i Katowice) średnia odległość pomiędzy stacjami ok. 70km, włączone zostały istniejące stacje EPN i IGS współrzędne stacji w systemie ETRS89 (PL-ETRF2000 na epokę 2011) oraz ukł. państwowych 126 stacji (październik 2014) 16 stacji stowarzyszonych 26 stacje zagraniczne (CZ, DE, LT, SK, UA)

96 ASG-EUPOS 15 stacji włączonych do EPN realizuje podstawową osnowę fundamentalną (ETRS89) pozostałe punkty stanowią podstawowa osnowę bazową

97 ASG-EUPOS produkty, serwisy

98 ASG-EUPOS produkty, serwisy NAWGEO udostępnianie poprawek do pomiarów w trybie RTK poprawki w formacie RTCM 2.3 i 3.1 poprawki sieciowe (VRS, MAK, FKP) i z pojedynczej stacji transmisja poprawek przez Internet (GPRS/EDGE/UMTS z protokołem NTRIP) Dane dostępne dla zarejestrowanych użytkowników

99 ASG-EUPOS produkty, serwisy NAWGEO poprawka powierzchniowa VRS

100 ASG-EUPOS produkty, serwisy NAWGEO poprawka powierzchniowa VRS

101 ASG-EUPOS produkty, serwisy NAWGEO poprawka powierzchniowa VRS

102 ASG-EUPOS produkty, serwisy NAWGEO poprawka powierzchniowa VRS

103 ASG-EUPOS produkty, serwisy POZGEO opracowanie obserwacji statycznych

104 ASG-EUPOS produkty, serwisy POZGEO obliczenia (postprocessing) obserwacji statycznych ********************************************************************************* ASG-EUPOS Serwis POZGEO wersja 1.59 ********************************************************************************* UŻYTKOWNIK :a276 PLIK :PLRX O CZAS POBRANIA : :56:21 CZAS OBLICZEŃ : :57:47 RINEX - INFORMACJE Nazwa punktu : PLRX Numer punktu : PLRX Wersja RINEX : 2.10 Program : teqc 2008Feb15 Instytucja : Data : :14:08UTC Model anteny : AT SW NONE Numer seryjny ant. : 4583 Wysokość anteny : 0 Początek obserwacji: :5: Tydzień GPS: 1499 sek. GPS: Koniec obserwacji: :23: Tydzień GPS: 1499 sek. GPS: ANTENA - INFORMACJE MODEL WYKORZYSTANY: AERAT2775_43 NONE Numer seryjny: Info antena L1: DeltaE : DeltaN : DeltaUp : Info antena L2: DeltaE : DeltaN : DeltaUp : Orbita RAPID dostępna Lista satelitow w pliku RINEX G13 G17 G31 G25 G4 G23 G32 G20 G2 G16 G7 G27

105 ASG-EUPOS produkty, serwisy POZGEO obliczenia (postprocessing) obserwacji statycznych WYNIKI OSTATECZNE: Współrzędne kartezjańskie X: Y: Z: mx: my: mz: mp: Współrzędne geograficzne B: 52 12' '' L: 21 4' '' H_el: Układ 1992 X: Y: mx: my: mp: Układ 2000 strefa 3 X: Y: mx: my: mp: Układ 1965 strefa 2 X: Y: mx: my: mp: Układ UTM strefa 2 X: Y: mx: my: mp: WYZNACZONE WYSOKOŚCI PUNKTU: Wysokość elipsoidalna: mh: Undulacja : Kronsztadt 86 : mh:

106 ASG-EUPOS produkty, serwisy POZGEO D udostępnianie obserwacji ze stacji fizycznych i wirtualnych (baza danych)

107 ASG-EUPOS produkty, serwisy POZGEO DF udostępnianie obserwacji ze stacji fizycznych (serwer FTP)

108 MSPP Rozwiązanie takie samo jak w systemie ASG-EUPOS centrum obliczeniowe w Krakowie poprawki RTK, DGNSS (RTCM 2.3, 3.0) obserwacje w formacie RINEX (stacje fizyczne i wirtualne) nie ma serwisu obliczeniowego

109 MSPP (gps.geomalopolska.pl)

110 Sieci prywatne Sieć TPI-NET pro dla klientów firmy 117 stacji z terenu Polski + 15 zagranicznych poprawki RTK, DGNSS (RTCM 2.3, 3.0) do GPS i GLONASS łączność za pośrednictwem Internetu

111 Sieci prywatne Sieć VRSNET.PL (Trimsat) dla zarejestrowanych klientów (bezpłatnie przez 180 dni) woj. zachodniopomorskie łączność za pośrednictwem Internetu DGNSS, RTK, RINEX, obliczenia

112 Sieci prywatne Sieć VRSNET.PL (Trimsat) październik 2014

113 Sieci prywatne Sieć SmartNet (Leica) dla zarejestrowanych klientów (odpłatnie) RTK (MAX, VRS, FKP), RINEX, opracowanie obserwacji łączność za pośrednictwem Internetu

114 Sieci prywatne Sieć SmartNet (Leica) październik 2014

115 Protokół Ntrip Networked Transport of RTCM via Internet Protocol Protokół / aplikacje umożliwiające przesyłanie danych GNSS za pośrednictwem Internetu Standard RTCM przeznaczony do rozpowszechniania poprawek obserwacyjnych i innych danych GNSS w postaci strumienia danych. Trzy składniki software-owe: NtripClient, NtripServer (klienty HTTP), NripCaster (serwer HTTP)

116 Protokół Ntrip

117 Protokół Ntrip

118

119 WGS 84 (2007) ITRS and WGS84 Last update : In general the ITRS (and its realizations ITRFyy) are identical to WGS84 at one meter level. Meanwhile there are two types of WGS84 realization: - old realization based on U.S. Navy Navigation Satellite System, commonly known as DOPPLER Transit, and provided station coordinates with accuracies of about one meter. With respect to this realization we published, some years ago, transformation parameters between ITRF90 and this Doppler realized system: Parameters from ITRF90 to WGS84-Doppler realized system T1 T2 T3 D R1 R2 R3 UNITS -----> (m) (m) (m) (ppm) (") (") (") New realizations of WGS84 based on GPS data, such as WGS84(G730, G873 and G1150). These new WGS84 realizations are coincident with ITRF at about 10- centimeter level. For these realizations there are no official transformation parameters. This means that one can consider that ITRF coordinates are also expressed in WGS84 at 10 cm level.

120 WGS 84 (2012)