научная статья по теме ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ГЕОМАГНИТНЫХ ОБСЕРВАТОРИЯХ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ГЕОМАГНИТНЫХ ОБСЕРВАТОРИЯХ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 1, с. 123-129

УДК 528.28-550.38

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ГЕОМАГНИТНЫХ ОБСЕРВАТОРИЯХ

© 2015 г. В. И. Кафтан, Р. И. Красноперов

Геофизический центр РАН, г. Москва e-mail: v.kaftan@gcras.ru; kaftan@geod.ru Поступила в редакцию 27.02. 2014 г. После доработки 30.06.2014 г.

Геодезические наблюдения на геомагнитных обсерваториях применяются с целью обеспечения ориентирования опорных направлений по отношению к единой координатной сетке. Эта задача решается с использованием измерительных средств глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Представлены результаты экспериментальных ГНСС определений на российской геомагнитной обсерватории Санкт-Петербург. Предложено комплексное использование магнитных и ГНСС наблюдений с целью выявления причинно-следственных связей вариаций магнитного поля и глобальных геодинамических процессов.

DOI: 10.7868/S001679401501006X

1. ВВЕДЕНИЕ

Важным элементом комплекса геомагнитных исследований является их геодезическое обеспечение, заключающееся в определении положения постаментов установки измерительных приборов, а также азимутов ориентирных направлений. Это необходимо для обеспечения возможности приведения территориально распределенных наблюдений в единую координатную среду для изучения пространственно-временных закономерностей изменений магнитного поля Земли.

Ранее для этой цели использовались астрономические методы, позволяющие оценивать характер пространственных изменений магнитного поля в географической системе координат, реализованной по оптическим наблюдениям Солнца и звезд [Jankowski and Sucksdorff, 1996; Нечаев, 2006]. Этот метод имеет недостатки в связи с отсутствием возможности получения геометрически строгой координатной сетки из-за ориентировки отчетных шкал измерительных приборов с использованием отвесных линий. Реализация географической системы координат с использованием астрономических наблюдений приводила к получению искривленной координатной сетки. Кроме того, астрономические наблюдения требуют значительного времени (серия наблюдений может занимать до нескольких суток), благоприятных погодных условий и привлечения высококвалифицированных наблюдателей.

С развитием технологий ГНСС появилась возможность осуществлять координатную привязку магнитных обсерваторий, лишенную указанного недостатка. Космическая группировка спутников

ГНСС является носителем геометрически строгой и не связанной с гравитационным полем глобальной системы координат.

Именно этот метод определения координат рекомендован в руководстве [Newitt et al., 1996], где сказано, что необходимая точность определения положения может быть получена с использованием двух высокоточных GPS приемников в разностном (относительном) режиме. Это позволяет определять положение станции в пределах точности 2 см, что приемлемо даже в районах с очень высокими градиентами магнитного поля.

Для определения азимутов опорных направлений практикуются астрономические методы (по звездам и Солнцу), гиротеодолитные определения и, в последние годы, ГНСС измерения. Азимутальные определения по Солнцу обеспечивают получение астрономического азимута с ошибкой порядка десятков угловых секунд. Определение азимута по Полярной звезде позволяет повысить точность до первых секунд, но этот метод очень трудоемок и требует высокой квалификации наблюдателей, которых в настоящее время практически не осталось из-за широкого распространения радиоастрономических наблюдений и спутниковых технологий. Определения с использованием гиротеодолита позволяют получать азимут с точностью 15—30 угловых секунд. Сопоставление методов при использовании в различных физико-географических условиях представлено, например, в работе [Barreto, 1996].

Относительные методы спутниковой геодезии позволяют получать координаты в любой точке земной поверхности с точностью порядка санти-

метра, при этом точность определения азимута будет зависеть от длины ориентирного направления. Так, чем короче длина отрезка ориентирующего направления, тем грубее точность получения азимута. Сегодня возможности ГНСС обеспечивают получение геодезических азимутов для расстояний порядка первых сотен метров с точностью первых секунд. Метод уже практикуется на магнитных станциях за рубежом [Lalanne et al., 2013]. На геомагнитных обсерваториях России он пока не нашел широкого применения и требует опробования.

Целью данной работы является описание решения задачи координатной привязки (на примере геомагнитной обсерватории "Санкт-Петербург") и ориентирования наблюдательных пунктов магнитной станции с использованием ГНСС

2. СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА

Эксперимент по совместным магнитным и геодезическим определениям проводился на геомагнитной обсерватории "Санкт-Петербург" (трехсимвольный код SPG) — новой российской обсерватории ИНТЕРМАГНЕТ, развертываемой на базе геомагнитной станции "Озеро Красное" Санкт-Петербургского филиала Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН. Станция расположена в Ленинградской области на берегу озера Красное. Географические координаты станции 60°32' N и 29°43' E.

Благодаря развитию современных спутниковых технологий сегодня для решения геопространственных задач в глобальном масштабе усилиями Международной ассоциации геодезии (IAG) Международного геодезического и геофизического союза (IUGG) создана и поддерживается единая и высокоточная координатная основа (International Terrestrial Reference Frame — ITRF). Она представляет собой единую сеть глобальных постоянно действующих станций, осуществляющих наблюдение спутников систем ГНСС, лазерной локации ЛЛС и внегалактических радиоисточников системы радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой — РСДБ (Very Long Baseline Interferometry — VLBI). Наблюдения на станциях осуществляют институты и организации, вовлеченные в международную кооперацию в рамках деятельности МАГ и Международной службы вращения земли и систем отсчета (International Earth Rotation and Reference System Service — IERS) и предоставляют измерительные данные и результаты для открытого пользования в Интернет. Наибольшая плотность таких станций имеется в Европе, Японии и США. На территории России их немногим более полутора десятка.

Следует отметить, что вблизи геомагнитной станции "Озеро Красное" функционирует пункт РСДБ Светлое (международный код SVTL) Института прикладной астрономии РАН. В комплексе с РСДБ наблюдениями на пункте выполняются ГНСС-измерения. Под Санкт-Петербургом функционируют еще два аналогичных постоянно-действующих пункта ГНСС наблюдений.

Таким образом, для координатного обеспечения геомагнитных наблюдений на обсерватории "Санкт-Петербург" можно использовать два пункта, включенных в состав международной глобальной координатной основы ITRF — Светлое (SVTL) и Пулково (PULK). Этого достаточно для определения точного геодезического азимута и, собственно, координат пунктов магнитной обсерватории.

Сегодня современнейшей и доступной пользователю реализацией Международной координатной системы отсчета ITRS является каталог координат ITRF08. С этой сетью непосредственно связаны также и другие координатные основы, например, региональная ETRF (European Terrestrial Reference Frame) и глобальная IGS (International GNSS Service). Координаты каталогов указанных основ отличаются друг от друга на малые величины из-за их индивидуальных функциональных особенностей.

На сегодняшний день пункт PULK пока еще не включен в каталог ITRF08 из-за малой продолжительности (около трех лет) непрерывных наблюдений на нем. Тем не менее, этот пункт, также как и пункт SVTL помещен в каталог IGS08. Эта координатная основа является главной ГНСС компонентой общей комплексной основы ITRF08. Таким образом, сегодня имеется возможность использовать координаты пунктов SVTL и PULK, полученные из единой координатной системы отсчета, очень близкой к системе ITRF08. Данные каталога IGS08, а также других систем отсчета, с учетом конкретной эпохи наблюдений можно получить на сайте Европейской постоянно-действующей сети European Permanent Network http://www.epncb.oma.be/.

Для выполнения работ по координатной и азимутальной привязке станции Озеро Красное были использованы координаты каталога IGS08.

Основным этапом геодезических измерений на магнитной обсерватории "Санкт-Петербург" являлось определение геодезического азимута. Это необходимо для абсолютных определений магнитного склонения и наклонения в едином координатном пространстве, т.е. с использованием единой общеземной координатной основы.

Для решения этой задачи была использована GPS аппаратура фирмы Javad Navigation Systems: GPS-приемники геодезического класса Maxor с

антеннами Legant в количестве двух комплектов. Из-за сильной залесенности постамента павильона геомагнитных наблюдений, в местах наилучшего приема сигнала спутников были установлены вспомогательные наблюдательные пункты 1 и 2 (рис. 1). Как показали итоговые оценки, получение створного направления было осуществлено с точностью 2''.

Для точного определения астрономического азимута в условиях наилучшего приема сигналов спутников системы GPS был установлен также временный вспомогательный пункт 2, удаленный от пункта 1 примерно на 150 м, что позволило несколько улучшить возможности повышения точности азимутальных определений с использованием более длинного отрезка, чем отрезок пилон № 4—мира.

Определение геодезического азимута с использованием системы GPS выполнено для направления пункт 1—пункт 2. Для этой цели были выполнены два сеанса повторных GPS-измере-ний продолжительностью примерно по 4 часа. Для уменьшения ошибок определения положения фазовых центров спутниковых антенн в плановом отношении, (что важно для азимутальных определений), ориентировка антенн во втором сеансе менялась на противоположную. Этот прием обеспечивает компенсацию ошибок планового положения фазовых центров ГНСС-антенн.

Интервал дискретности регистрации спутникового сигнала устанавливался заранее равным 5 с. Маска возвышения (вертикальный угол места положения спутника, ниже которого прием радиосигнала не

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»