CC BY
92
УДК 528.281:521.9 А.С. Глазунов СГГА, Новосибирск
О ПОВЫШЕНИИ ТОЧНОСТИ ПОЛЕВЫХ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ
Завершение работ по созданию единой ГГС СССР и переход на новые технологии развития плановой и высотной геодезической основы ставит перед геодезической наукой и производством новые задачи. Так новые геоинформационные технологии требуют знания высот квазигеоида с сантиметровой точностью [1]. В тоже время, при уравнивании АГС не удалось достичь для всей сети приемлемой точности параметров преобразований СК-42 в СК-95. Одной из причин этих невязок могут быть ошибки высот квазигеоида, полученные из астрономо-гравиметрического нивелирования, вследствие больших расстояний между астропунктами в аномальных и горных районах, а также недостаточной точностью гравиметрического редуцирования. [2].
Точность передачи высот квазигеоида можно повысить за счёт повышения точности астрономических определений - составной части астрономогеодезического и астрономо-гравиметрического нивелирования. Необходимость повышения точности астроопределений ставилась ещё Ф.Н.Красовским, а также другими исследователями [1,3-6]. Априорный подсчёт показывает, что при точности уклонений отвеса 0,1" и расстоянии между астропунктами 70 км астрономическая составляющая ошибки в передаче высот квазигеоида на расстояние 1000 км составит 0,07 м, что выше точности нивелирования II класса [7]. Повышения точности определений координат и азимута необходимо также и для геодинамических исследований [б].
Повышение точности и производительности способов астроопределений координат и азимута возможно за счет повышения точности систем координат, а также за счёт совершенствования: технических средств наблюдений; методов астрономических определений; методов обработки результатов астроопределений; методов учёта инструментальных постоянных и внешних влияний.
Астрономические определения выполняются в рамках двух систем координат: одна из них - «небесная» невращающаяся система координат (НСНК), вторая - «земная» система координат (ЗСК) [8]. Построение НСНК или инерциальной системы координат (ИСК) выполняется методами астрометрии [9]. В настоящее время ИСК соответствует международная небесная система координат (ICRS), физической реализацией которой является международная система отсчёта (ICRF), закреплённая опорными квазарами [10]. В оптическом диапазоне эта система закреплена фундаментальным каталогом FK6, созданном на основе каталога HIPPARCOS, имеющего точность положений звёзд 0,001" и наземных наблюдений (каталог FK5), благодаря чему удалось в два раза повысить точность собственных движений общих звёзд с каталогом HIPPARCOS до 0,35 mas/год [10, 11]. Кроме того,
новая прецессионно-нутационная модель IAU2000, введённая МАС с 1 января 2003 года позволяет учитывать положение полюса ICRF с точностью до 1 mas [10]. Несомненно, что реальную точность FK6 и прецессионнонутационной модели IAU2000 можно определить только по прошествии некоторого времени.
Земная система координат задаётся координатами полюса и параметрами вращения Земли по разности всемирного и координированного времени (UT1 - UTC), которые публикует международная служба вращения Земли (IERS). Эти данные можно найти на сайте IERS http//hpiers.obspm.fr/eop-pc/.
с
Координаты полюса определяются IERS с точностью 0,1 mas, а время 0,00002 . Расхождение между координатами полюса IERS и данными Института метрологии времени и пространства (Россия) на 2003 год не превышает 0,001", а времени 0,0001 [12]. Таким образом, совокупная ошибка систем координат, влияющая на точность астрономических определений, не превосходит 0,01". Следует отметить, что совокупная точность систем координат на основе каталога FK5 составляла 0,07" [13].
Вопросы оценки инструментов, обеспечивающих высокоточные определения рассмотрены в [5, 14]. Можно отметить, что астроуниверсал для астрономических определений координат с точностью 0,1" должен обладать следующими основными параметрами: диаметр объектива не менее 70 мм; увеличение не менее 70х; ошибка определения наклона mb < 0,1 "^0,2". Для автоматизации процесса наблюдения и уменьшения влияния субъективного фактора необходимо для регистрации прохождений звёзд применять фотоэлектрический микрометр либо приёмник на базе ПЗС матрицы, а влияния наклона осей исключать с помощью высокоточного компенсатора. Таким параметрам отвечают или близки к ним теодолиты Theo 002; ТА-05 и пассажный инструмент ПИ 70/700 [5].
Появление электронных теодолитов, кварцевых хронометров, портативных персональных компьютеров позволяет: изменить методику наблюдения, увеличив число отсчётов; автоматизировать процесс наблюдения; производить обработку наблюдений в режиме реального времени, что поможет уменьшить внешние воздействия на результаты наблюдений, повысить их точность и поднять производительность астроопределений, а следовательно - удешевить их. Широкое внедрение в топографо-геодезическое производство вычислительной техники позволяет усовершенствовать обработку астроопределений, прежде всего за счёт учёта большего числа факторов при уравнивании результатов и назначении весов измеренных величин, что также позволит повысить точность результатов. Этому же может способствовать внедрение новых методов астроопределений координат и азимутов направлений или модернизация известных методов с учётом новых технических возможностей [4, 14].
При точности определения координат 0,1" для контроля инструментальных констант, а особенно цены деления микрометра и уровня, а также состояния инструмента следует учитывать методики, разработанные
в астрометрии [15-18]. Практическая модернизация этих методик для применения в полевой астрономии рассмотрена в [19-21].
К внешним воздействиям на астрономические наблюдения следует отнести устойчивость основания, влияние температуры и влияние атмосферы [5]. Устойчивость и отсутствие вибраций обеспечивается конструкцией столба для установки инструмента. Температурные воздействия проявляются, прежде всего, в неравномерном нагреве различных частей инструмента теплом выделяемым наблюдателем либо внешним источником. Вопросы уменьшения этого влияния рассмотрены в [17].
Влияние атмосферы выражается в астрономической (атмосферной) рефракции и флуктуации (дрожании) изображения, вызываемой оптической нестабильностью атмосферы. Наиболее полно вопросы нестабильности атмосферы и их влияние на астрономические наблюдения рассмотрены в работе [22]. Так как флуктуации имеют знакопеременный характер, то для ослабления их влияния необходимо выполнять наблюдения каждой звезды в примерно течение минуты.
Рефракция подразделяется на нормальную и аномальную. Учёт нормальной рефракции традиционно выполняется по таблицам, составленным на основе принятой теории модели атмосферы. Последними и наиболее совершенными можно считать таблицы обсерватории имени Энгельгардта и Пулковской обсерватории [23, 24].
Атмосфера Земли наиболее динамичная из всех геосфер, находящаяся в постоянном процессе изменения параметров: температуры, давления,
влажности. Каждый из этих параметров изменяется с высотой по-разному, в зависимости от времени года. Инверсии температуры, наклоны слоёв атмосферы равной плотности, зависящие от рельефа местности, ветра, сезонных и суточных градиентов температуры, вызывают аномалии рефракции и приводят к систематическим погрешностям, например, в определении широт до 0,1" [25, 26].
Учитывать наклон слоёв атмосферы можно используя параметры атмосферы, полученные зондированием, что требует дополнительных затрат, либо, что менее точно, по картам барической топографии [27-29]. Однако наиболее приемлемым для полевых астроопределений, по-видимому, можно считать метод рефракционных пар [30]. При этом методе из наблюдений широтных пар на малых и больших зенитных расстояниях получают как широты, так и поправки к ним за влияние аномалий рефракции.
Уменьшению влияния рефракционных аномалий на астрономические определения будет способствовать предварительное исследование местных рефракционных аномалий перед выбором места закладки пункта, наблюдения в периоды года и суток с наименьшими значениями аномалий, учет хроматической рефракции на основе спектрофотометрического градиента, а также уменьшение или полный отказ от наблюдений двойных звезд в программах определений широт, долгот и азимутов [25, 26, 31, 32].
Априорный расчёт показывает, что с принятыми параметрами астроуниверсала, достигнутой точностью каталога FK6 и неучтённого
влияния рефракции на уровне 0,05" погрешность определения координат из одного приёма не превысит 0,3" [5, 14].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Машимов М.М. Высшая геодезия [Текст] / М.М. Машимов. - М.:ВИА, 1991. -
552 с.
2. Каленицкий А.И. К проблеме повышения качества редуцирования гравитационного поля и его аномальной составляющей в геодезии и геодинамике [Текст] / А.И. Каленицкий // Вестн. СГГА. - 2005. - № 10. (В печ.)
3. Красовский Ф.Н. Новые предложения по уравниванию астрономо-геодезической сети [Текст] Ф.Н. Красовский // Избр. соч. Т. 1. М, 1953. - С. 351 - 360.
4. Уралов С.С. Современные проблемы геодезической астрономии// Исследования по геодезии, аэрофотосъемки и картографии / МИИГАиК. - М., 1978. - С. 4 - 9.
5. Исследования по геодезической астрономии и астрономо-геодезическим приборам [Текст]. - М.: ЦНИИГАиК, 1980. - Вып. 223. - 190 с.
6. Краснорылов И.И. Об астрономических определениях в АГС СССР и задачах геодезической астрономии [Текст] / В.Г. Львов, Г.Д. Сафонов // Геодезия и картография. -1995. - № 8. - С. 22 - 27.
7. Бровар В.В. Теория фигуры Земли [Текст] / В.В. Бровар, В.А. Магницкий, Б.П. Шимбирев. - М.: Геодезиздат, 1961. - 256 с.
8. Яцкив Я.С. Об основных координатных системах, применяемых в астрометрии и геодинамике [Текст] / Я.С. Яцкив, В.С. Губанов // Геодинамика и астрометрия. - Киев: Наукова думка, 1980. - С. 110 - 120.
9. Подобед В.В. Общая астрометрия [Текст] / В.В. Подобед, В.В. Нестеров, М.: Наука, 1982. - 576 с.
10. Труды института прикладной астрономии РАН. Вып. 10 [Текст] / СПб, 2004. - 488
с.
11. Нефедьев Ю.А. Космический эксперимент ШPPARCOS [Текст] / Ю.А. Нефедьев, А.И. Нефедьева, В.С. Боровских. - Казань: Унипресс, 2002. - 288 с.
12. Всемирное время и координаты полюса: Ежекварт. бюл. Е / Ин-т метрологии времени и пространства; ФГУП «ВНИИФТРИ». - М., 2003. - 27 с.
13. Колгунов В.М. Внешняя обусловленность точности полевых прецизионных астроопределений [Текст] / В.М. Колгунов, И.М. Цюпак // Маркшейдер. дело и геодезия. -СПб, 1997. - С. 40 - 43.
14. Глазунов А.С. Исследование и совершенствование разностно-зенитальных способов определения широты [Текст]: Дис. на соиск. учён. степ. канд.техн. наук. -Новосибирск: СГГА, 2002. - 197 с.
15. Зуллиев А.М. Об исследовании талькоттовских уровней зенит-телескопов и определении их цены деления [Текст] / А.М. Зуллиев., И.Ф. Корбут // Изв. глав. астроном. обсерватории в Пулкове. - 1971. - № 187. - С. 159 - 163.
16. Шептунов Г.С. Определение цены оборота микрометренного винта ЗТЛ-180 в Благовещенске [Текст] / Г.С. Шептунова, А.Н. Шептунова // Изв. главн. астроном. обсерватории в Пулкове. - 1966. - № 179. - С. 48 - 51.
17. Павлов Н.Н. О термических эффектах в перекладывающихся пассажных инструментах [Текст] / Н.Н.Павлов // Астроном. журн. - 1953. - Т. 30, № 1. - С. 85 - 92.
18. Павлов Н.Н. Пути повышения точности астрономических опредеелний [Текст] / Н.Н. Павлов // Вращение Земли. - Киев: Наукова думка, 1963. - С.136 - 144.
19. Глазунов А.С. Оперативный контроль цены деления уровня Талькотта на пункте [Текст] / А.С. Глазунов // Современные проблемы геодезии и оптики: сб. материалов [.III научно-техн. конф. СГГА, ч. 3. - Новосибирск, 2003. - С. 210 - 213.
20. Глазунов А.С. Вывод цены оборота окулярного микрометра из наблюдений шкальных пар с учётом веса [Текст] / А.С. Глазунов // Современные проблемы геодезии и
оптики: сб. материалов LIII научно-техн. конф. СГГА, ч. 3. - Новосибирск, 2003. - С. 214 -217.
21. Глазунов А.С. Об определении неперпендикулярности оси талькоттовского уровня к горизонтальной оси трубы астроуниверсала [Текст] / А.С. Глазунов // Сб. материалов LIV научно-техн. конф. СГГА. - Новосибирск, 2005 (в печати).
22. Колчинский И.Г. Оптическая нестабильность земной атмосферы по наблюдениям звёзд [Текст] / И.Г. Колчинский. - Киев: Наукова думка, 1967. - 184 с.
23. Нефедьева, А.И. Таблицы астрономической рефракции [Текст] / А.И.Нефедьева // Изв. АОЭ № 45. - Казань, 1978. - С. 3 - 81.
24. Таблицы рефракции Пулковской обсерватории. [Текст] / Под ред. В.К. Абалакина.-5-е изд. - Л., 1985. - 49 с.
25. Mогилин А.О. Изучение влияния аномалий астрономической рефракции приземного слоя атмосферы на высокоточные наблюдения [Текст]: Автореферат на соиск. учён. степ. канд. техн. наук / А.О. Mогилин. - M., 1975. - 22 с.
26. Василенко Н.А. Исследование аномалий астрономической рефракции [Текст]: Автореферат на соиск. учён. степ. канд. физ. мат. наук / Н.А. Василенко. - Л., 1977. - 15 с.
27. Тютерев Г.С. Влияние наклона приземного слоя воздуха на определение широты и времени [Текст] / Г.С. Тютерев // Вращение Земли. - Киев: Наукова думка, 1963. - С. 281 - 288.
28. Тютерев Г.С. Исследование влияния наклонов атмосферных слоёв равной плотности на определение широты места и точного временипо аэрологическим данным [Текст] / Г.С. Тютерев // Колебание широт и движение полюсов. - M., 1965. - С. 51 - 72.
29. Нефедьева А.И. Астрономическая рефракция [Текст]: Автореферат на соиск. учён. степ. д.-р физ. мат. наук / А.И. Нефедьева. - M., 1973. - 19 с.
30. Сергиенко, В.И. Исследование влияния рефракционных аномалий на широтные наблюдения в Иркутске и Благовещенске [Текст] / В.И. Сергиенко // Астроном. журн. -1970. - Т. 47, № 6. - С. 1328 - 1336.
31. Mельников О.А. О поправках рефракции для звёзд разного цвета [Текст] / О.А. Mельников // Астроном. журн., Т. 33, № 2. - 1956, С. 266 - 273.
32. Двойные звезды как проблема оптической реализации Mеждународной небесной системы отсчета = Binaries as a problem of optikal realization of ICRS / Gontcharov G.A., Titov O.A., Andronova A.A., Kornilov E.V. // Journees “Syst. ref. spatio-temporels” et IX. Lohrmann-Kolloq., Dresden, 13-15 Sept., 1999. - Paris, 2000. - C 141.
© А.С. Глазунов, 2005
