Фундаментальное координатно- временное обеспечение: задачи и перспективы Н.П.Лаверов 1, А.В.Ипатов 2, В.С. Губанов 2, И.С. Гаязов 2 1 – РАН, 2 – ИПА РАН «КВНО-2013» апреля 2013 г. Санкт-Петербург

План доклада ФКВО и КВНО Современный уровень ФКВО Задачи ФКВО и КВНО Требования КВНО (ГЛОНАСС)

Основные научные задачи фундаментального координатно-временного обеспечения (ФКВО) Построение и поддержание небесной опорной системы координат в виде каталогов координат внегалактических радиоисточников Построение и поддержание земной опорной системы координат в виде каталогов координат и скоростей опорных станций Определение параметров взаимной ориентации земной и небесной опорных систем координат параметров вращения Земли Построение динамических систем координат в виде эфемерид тел Солнечной системы и космических аппаратов Определение параметров гравитационного поля Земли Построение и поддержание шкалы координированного всемирного времени Определение параметров атмосферы (тропосферы и ионосферы) Создание и поддержание координатно-временных систем наивысшей точности и долговременной стабильности

ФКВО и КВНО ФКВО – фундаментальное координатно-временное обеспечение (научные задачи) КВНО – координатно-временное и навигационное обеспечение (прикладные задачи) Задачи ФКВО – это задачи различных наук Объединение в один блок обусловлено: –современным уровнем точности (неразрывность задач) –появлением ГНСС (основной потребитель результатов ФКВО)

ФКВО и КВНО ФКВОКВНО нет установленных пределов точности (достигнутый уровень) уровень определяется множеством факторов оперативность не важна, важны объем накопленных данных, интервал наблюдений оценки вероятностные международные организации публикации научная этика ограниченный круг потребителей есть требования достигнутый уровень ФКВО требования определяются потребностями практики высокие требования по оперативности (научная проблема и новое качество) нужны гарантированные оценки национальные ресурсы показатели нормативно-правовые акты очень широкий круг потребителей

Общая характеристика современного уровня решения задач ФКВО Международная кооперация (IERS, IVS, ILRS, IGS, IDS, …) –Глобальные сети станций наблюдения –Стандарты (теории, модели, алгоритмы) –Центры анализа, центры комбинирования –Организация Колокация средств GGOS (Global Geodetic Observing System) –Геометрия и кинематика поверхности Земли –Ориентация и вращение Земли –Гравитационное поле Земли и его переменность

Международные стандарты ICRF2 (более 3400 источников) ITRF2008 (более 900 пунктов) 08C04 IERS Фундаментальные эфемериды DE421 Шкалы времени IAT, UTC, TDB, TT, TCG и др. Модель гравитационного поля Земли EGM2008 Модели тропосферы и ионосферы Другие астрономо-геодезические и геофизические модели

Участие научных учреждений России в получении результатов ФКВО Пункты наблюдений (31 пункт в ITRF2008) Технические средства (РСДБ, КОС, БИС, DORIS) Центры анализа (ИПА РАН, ИНАСАН, ГАО РАН, ИАЦ КВНО Роскосмоса) Продукты (ICRF2, ITRF2008, С04 IERS, параметры тропосферы)

Прикладное КВНО ГЛОНАСС - основа КВНО РФ Модели, используемые в ГЛОНАСС: Модель ориентации и вращения Земли Эфемериды Солнца, Луны и планет Модель гравитационного поля Земли Геодинамические модели (приливы, тектоника плит и др.) Модели распространения сигнала Релятивистские модели Модели бортовых и наземных шкал времени и др. Задачи ФКВО задачи КВНО Задача ФКВО – опережающее выполнение требований КВНО

Прикладное КВНО (ГЛОНАСС) Ограничения: –территориальные –временные –нормативно-правовые Особенность требований: –обеспечение глобальных характеристик –использование данных отечественных служб Основные направления –развитие отечественной инструментальной базы –развитие сетей станций с различными инструментами (колокация) –развитие центров сбора и обработки данных –создание центра комбинированной обработки –оптимальное использование мировых достижений в области ФКВО с учетом указанных ограничений

Комплекс средств фундаментального обеспечения ГЛОНАСС Комплекс средств определения и прогнозирования ПВЗ Комплекс средств формирования UTC(SU) Комплекс средств уточнения фундаментальных астрономо- геодезических параметров Требования перспективной системы ГЛОНАСС к комплексу средств фундаментального обеспечения Итоговая погрешность навигационных определений по сигналам ГНС ГЛОНАСС за счет ошибок фундаментального сегмента ~3 см

Небесная система координат (ICRF)Земная система координат (ITRF) Небесная и земная системы координат и параметры вращения Земли ICRF – С04 IERS – ITRF На современном уровне точности только совместно НСК, ПВЗ, ЗСК ! Параметры вращения Земли: Прецессия/нутация Координаты полюса Всемирное время

Перспективные требования к КСФО в части небесной системы координат и задачи Точность положений: 0.02 мс дуги для ICRF и 0.1 мс дуги для геодезических радиоисточников Каталог ICRF2 (более 3400 источников) Точность координат радиоисточников: 10 мкс дуги до 1 мс дуги 1600 источников 1 мс дуги до 10 мс дуги 1800 источников При определении ПВЗ используется самые яркие источники Задачи: исследования, связанные с переходом на другие диапазоны исследование устойчивости каталогов создание специального каталога, оптимизированного по распределению источников и потокам развитие АПС для глобального уравнивания РСДБ-наблюдений

Точность определения ПВЗ: 0.1 мс дуги для координат полюса, углов нутации и прецессии, 10 мкс для Всемирного времени Частота получения данных: 3–4 раза в сутки Задачи: создание специализированных радиоинтерферометров на базе антенн с диаметром зеркала не более 13 м для оперативного обеспечения системы ГЛОНАСС данными о Всемирном времени создание и внедрение программных корреляторов исследование факторов повышения точности определения и прогноза ПВЗ Перспективные требования к КСФО в части определения ПВЗ и задачи

Земная система координат – 5×10 10 (3 мм по координатам) Положение геоцентра – 1 см Задачи: создание уточненной версии государственной геоцентрической системы координат (ГГСК) расширение сети пунктов до глобального создание передвижных станций колокации РСДБ, КОС, БИС оснащение опорных пунктов колокации абсолютными гравиметрами Развитие методов и алгоритмов комбинированной обработки различных типов данных Перспективные требования к КСФО в части земной системы координат и задачи

Создание новой версии ГГСК Задачи: Проведение регулярных наблюдений на существующих на территории РФ станциях РСДБ, КОС, БИС и DORIS с периодической локальной геодезической привязкой инструментов на пунктах колокации Обработка наблюдений в различных центрах анализа с представлением результатов в Центр комбинирования Создание центра (ов) комбинирования и регулярное получение комбинированных каталогов координат и скоростей станций Разработка соответствующей методики и определение ориентации полученной системы координат (согласованной с небесной системой координат и рядом ПВЗ) Разработка методики поверки ГГСК и определения параметров связи ГГСК-ITRF.

Перспективные требования к КСФО в части поддержания шкал времени и задачи Задачи: создание высокостабильных оптических наземных и бортовых стандартов частоты исследование групповой шкалы ГЛОНАСС исследования методов синхронизации удаленных шкал времени (РСДБ, ГНСС, КОС, дуплекс, ВОЛС и др.)

Разработка системы расчета высокоточных эфемерид планет и Луны для использования в ГЛОНАСС Задачи: создание лазерного дальномера для локации Луны создание планетного локатора на базе РТ-70 (Уссурийск) разработка уточненной версии отечественных эфемерид планет и Луны серии EPM с привязкой к ICRF установка радиомаяков для РСДБ-наблюдений на полюсах Луны ? исследование факторов повышения точности краткосрочного и долгосрочного прогноза орбит ГНСС Перспективные требования к КСФО в части фундаментальных эфемерид и задачи

Гравитационное поле Земли Для КВНО: –модель с максимальной степенью разложения 15 достаточна для суточного прогноза орбит ГЛОНАСС с точностью лучше 1 мм –высокочастотная область потенциала необходима для создания высотной отсчетной основы, ГНСС-нивелирования, навигации по гравитационному полю и т.д. Актуальны: мониторинг временных вариаций коэффициентов низших гармоник построение модели высокого разрешения по всем доступным данным (GRACE, GOCE, LAGEOS, альтиметрия, гравиметрия) развитие инструментальной базы (гравиметры высокой точности (мкГал), проекты низкоорбитальных измерительных платформ) Стандарты IERS: модель EGM2008 (агентство геопространственных исследований США, по данным межспутниковых измерений GRACE и глобальным гравиметрическим данным), Lmax = 2190, обеспечивает точность вычисления высот квазигеоида на уровне 5 см

Измерение в реальном времени параметров атмосферы (задержка сигнала с точностью 1 см) Задачи: разработка абсолютного радиометра водяного пара для измерения параметров тропосферы в реальном времени исследование расхождений параметров тропосферной задержки по наблюдениям РСДБ, ГНСС и РВП разработка средств мониторинга параметров ионосферы и уточнение глобальной модели Перспективные требования к КСФО в части определения параметров атмосферы

Развитие станций колокации – ключевое направление в ФКВО и КВНО «Светлое» (3) «Зеленчукская» (3) «Бадары» (4)

Участие в международных проектах и программах наблюдений Основная задача - получение доступа к научно-технической информации: –наблюдения –модели, имеющие статус международных стандартов –опыт организации и проведения различных научно-технических экспериментов В рамках этого направления работ: –членство в IAU, IAG, IERS, IVS, IGS, ILRS, IDS и других –вступление станций колокации в GGOS –участие в программах наблюдений IVS, ILRS, IGS, IDS, GGOS –представление центрами анализа результатов обработки наблюдений глобальных сетей в IERS

Применение ГЛОНАСС для фундаментальной науки и задачи Процесс превращения ГЛОНАСС в развитое средство решения научных задач пока нельзя считать завершенным Задачи: исследования, связанные с определением наиболее перспективных направлений использования ГЛОНАСС для решения задач фундаментальной науки развитие центров сбора и обработки данных создание центра (ов) комбинированного анализа для уточнения систем координат, шкал времени, параметров атмосферы и др.

Спасибо за внимание !