Zintegrowane obserwacje laserowe do satelitów zwiększają dokładność pozycjonowania

Naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki UPWr oraz Instytutu Astronomicznego Uniwersytetu w Bernie w Szwajcarii opracowali metodologię integracji laserowych pomiarów odległości (SLR) do satelitów obserwacyjnych Ziemi na niskich orbitach, pasywnych satelitów geodezyjnych oraz satelitów GNSS. Dzięki integracji danych z satelitów orbitujących na wysokości od 400 km do 23 000 km wyznaczone współrzędne stacji laserowych są znacznie dokładniejsze niż te bazujące wyłącznie na satelitach geodezyjnych.

Fot. Pixabay

Wyznaczenie precyzyjnych współrzędnych stacji odgrywa kluczową rolę w realizacji globalnych geodezyjnych układów odniesienia, a także w badaniach dotyczących obserwacji systemu ziemskiego związanych z polem grawitacyjnym, ruchem geocentrum, ruchem obrotowym Ziemi, monitorowaniem deformacji terenu, zmian poziomu wód w morzach i oceanach czy efektami relatywistycznymi. Dotychczasowe wyznaczenie współrzędnych stacji SLR bazowało wyłącznie na wykorzystaniu pomiarów laserowych do pasywnych, kulistych, geodezyjnych satelitów LAGEOS-1/2 oraz Etalon-1/2 dedykowanych tej technice.

Precyzyjne pomiary laserowe wykonywane są również do satelitów innych typów dzięki zamontowaniu retroreflektorów odbijających wiązkę lasera. Należą do nich satelity obserwacyjne Ziemi na niskich orbitach, które charakteryzują się zróżnicowanym kształtem, instrumentami pomiarowymi, parametrami orbit, czasem trwania misji czy wykorzystywanymi technikami geodezyjnymi w celu wyznaczenia ich pozycji. Są to satelity mierzące pole grawitacyjne, np. misja GRACE-A/B, pole magnetyczne, np. misja Swarm, wysokość mórz i oceanów, np. Sentinel-3A i Jason, czy wykonujące pomiary teledetekcyjne SAR, np. TerraSAR-X.

Również większość satelitów globalnych systemów nawigacyjnych, które orbitują na wysokości ponad 19 tys. km nad Ziemią, w tym satelity Galileo, posiadają retroreflektory do pomiarów SLR. Jednak dotychczas standardowe wykorzystanie obserwacji do satelitów niskoorbitujących czy nawigacyjnych ograniczało się walidacji jakości ich orbit, wyliczonych z wykorzystaniem innych technik, np. GNSS.
Pomiary SLR do satelitów geodezyjnych stanowią jedynie ok. 9% wszystkich obserwacji SLR. Dotychczas pozostałe 91% obserwacji nie była wykorzystywana do wyznaczania precyzyjnych pozycji stacji.

W zaproponowanym podejściu po raz pierwszy wykorzystano precyzyjne orbity satelitów niskoorbitujących i nawigacyjnych wyznaczonych techniką GNSS oraz laserowe pomiary odległości do łącznie 24 satelitów orbitujących na wysokościach od ok. 400 do 23 tys. km. Opracowana metodologia integracji danych SLR do różnych typów satelitów i redukowania błędów systematycznych (tzw. opóźnień sprzętowych) umożliwiła wyznaczenie precyzyjnych współrzędnych stacji SLR. Rozwiązanie bazujące na kombinacji danych charakteryzuje się zwiększoną spójnością i powtarzalnością współrzędnych, polepszeniem geometrii obserwacji oraz redukcją błędów formalnych w porównaniu do rozwiązania opartego tylko o satelity geodezyjne LAGEOS.

Dodatkowo pomiar do satelitów niskich i nawigacyjnych, których orbity wyznaczono techniką GNSS, umożliwia zastosowanie metody precyzyjnego pozycjonowania punktów (PPP) już nie tylko w GNSS, ale również w SLR. Technika PPP dotychczas nie mogła być stosowana w przypadku pomiarów SLR do satelitów geodezyjnych LAGEOS ze względu na konieczność równoczesnego wyznaczania parametrów orbit, a dzięki odbiornikom GNSS na pokładzie satelitów niskich wykorzystanie PPP w technice SLR jest możliwe.

Więcej na temat wyznaczania współrzędnych stacji SLR przeczytamy w najnowszym artykule w czasopiśmie „Earth, Planets and Space”: Strugarek D., Sośnica K., Arnold D., Jäggi A., Zajdel R., Bury G. (2021), „Determination of SLR station coordinates based on LEO, LARES, LAGEOS, and Galileo satellites”.

Badania sfinansowane zostały przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu OPUS „Zintegrowane ziemskie układy odniesień przestrzennych oparte o laserowe pomiary odległości do satelitów geodezyjnych, teledetekcyjnych oraz GNSS”.

Źródło: IGiG