Спосіб визначення параметрів гравітаційного поля

Спосіб визначення параметрів гравітаційного поля з носія, що рухається, за допомогою акселерометра і апаратури супутникової навігації, що C2 2 (19) 1 3 83239 йон, що найчастіше знаходиться на значній відстані, і її обслуговуванням. Задачею даного винаходу є зниження трудомістких і матеріальних витрат при визначенні параметрів гравітаційного поля і підвищення точності і вірогідності одержуваних результатів. Рішення поставленої задачі досягається за рахунок того, що у якості носія, що рухається, використовують космічний апарат, який виводять на навколоземну орбіту, та задіють наземні лазернолокаційну станцію, станцію прийому і передачі інформації й операторський центр. При русі космічного апарата по навколоземній орбіті за допомогою акселерометра вимірюють із заданою періодичністю кінематичне прискорення космічного апарата, заданими лазерно-локаційної станції і за даними апаратури суп утникової навігації визначають навігаційні параметри носія, обчислюють його повне прискорення і, з огляду на кінематичне прискорення, визначають параметри гравітаційного поля Землі. Результати обчислень за даними лазерно-локаційної станції разом з даними блока обробки частоти навігаційного сигналу використовують для калібрування апаратури супутникової навігації і коригування її даних. Результати, отримані за даними лазерно-локаційної станції і за даними апаратури супутникової навігації, перевіряють на збіжність (оцінюють їхню вірогідність). Таким чином, нові суттєві ознаки: - у якості носія, що рухається, використовують космічний апарат; - космічний апарат виводять на навколоземну орбіту ; - задіють наземні лазерно-локаційну станцію, станцію прийому і передачі інформації й операторський центр; - вимірюють кінематичне прискорення космічного апарата; - за даними лазерно-локаційної станції і за даними апаратури суп утникової навігації визначають повне прискорення космічного апарата; - проводять обчислення параметрів гравітаційного поля за даними лазерно-локаційної станції і за даними апаратури супутникової навігації і порівнюють отримані результати; - проводять калібрування апаратури супутникової навігації; - с заданою періодичністю повторюють виміри і проводять обчислення; - у сукупності з відомими суттєвими ознаками (використання акселерометра й апаратури супутникової навігації для визначення з заданою періодичністю повного і кінематичного прискорень з наступним розрахунком прискорення сили ваги) забезпечують одержання нового технічного результату. Відомо, що при русі КА по орбіті сила притягання дорівнює відцентровій силі: Fп = Fвц (1) де Fп - сила притягання; Fвц - відцентрова сила; Або mv2 (2) mg0 = mw2r = r 4 де m - маса КА; g0 - прискорення сили ваги на орбіті КА; w - кутова швидкість руху КА по орбіті; v - лінійна швидкість руху КА по орбіті; r - радіус орбіти КА. Таким чином, значення прискорення сили ваги в будь-якій точці орбіти: v2 (3) g0 = r Вираження (3) характеризує повне прискорення КА на орбіті. З урахуванням кінематичного прискорення, обумовленого зовнішніми впливами на КА, вираження (3) прийме вид: v2 (4) g ob = -b r де b - кінематичне прискорення КА. Значення прискорення сили ваги у підсупутниковій точці на поверхні Землі: g r2 (5) g = ob R2 де R - радіус Землі. На Фіг.1 зображена структурна схема, де: 1 - космічний апарат (КА); 2 - акселерометр; 3 - лазерний відбивач; 4 - апаратура супутникової навігації (ACH); 5 - блок обробки змін частоти навігаційних сигналів (БОЗЧ); 6 - бортовий цифровий обчислювальний комплекс (БЦОК); 7 - спеціальна інформаційна радіолінія (СІРЛ); 8 - обчислювальний пристрій; 9 - лазерно-локаційна станція (ЛЛС); 10 - операторський центр; 11 - станція прийому і передачі інформації (СППІ). Для пояснення здійснення способу визначення параметрів гравітаційного поля приведена схема на Фіг.2. За допомогою ЛЛС 9 і лазерного відбивача 3 із заданою періодичністю визначають навігаційні параметри КА 1 (параметри x,y,z характеризують просторові координати місця розташування, а па& & & раметри x, y, z характеризують складові швидкості), що рухається по навколоземній орбіті, і отримані дані передають в операторський центр 10. Одночасно ACH 4 також визначає навігаційні па& & & раметри КА 1 (x,y,z i x, y, z ). Дані, обмірювані ак& & & селерометром 2 (параметри Dx, Dy, D z характеризують кінематичне прискорення b), через БЦОК 6 надходять в обчислювальний пристрій 8. Одночасно ці дані за допомогою БЦОК 6 і СІРЛ 7 передають на наземну СППІ 11, і далі ці дані надходять в операторський центр 10. В операторському центрі 10 за даними ЛЛС 9 і акселерометра 2 проводять обчислення параметра гравітаційного поля - прискорення сили ваги gллс згідно вираження (5). Між прискоренням сили ваги і частотою електромагнітного випромінювання існує взаємозв'язок [3, стор.73]: 5 hf = hf0 æ hf0gl gl ö ÷ = hf0 ç1 ç ÷ c2 è c2 ø 83239 (6) де h - постійна Планка; l - висота розташування випромінювача щодо приймача (у даному випадку - радіус орбіти КА r); g - прискорення сили ваги; f0 - частота джерела випромінювання; f - прийнята частота; с - швидкість світла. æ gr ö ÷ f = f0 ç1(7) ç ÷ è c2 ø f gr Dfg = 0 (8) c2 де Dfg - зміна частоти випромінювання під впливом прискорення сили ваги. В операторському центрі 10 по відомій частоті навігаційного сигналу f0, обмірюваному радіусові орбіти r КА 1 і обчисленому значенню прискорення сили ваги gллс роблять обчислення Dfg згідно вираження (8) і обчислене значення потім передають на СППІ 11, а з неї через СІРЛ 7 і БЦОК 6 - у БОЗЧ 5. У БОЗЧ 5 визначають загальне значення зміни частоти навігаційного сигналу Df (різниця частот f0 переданого і f прийнятого навігаційного сигналу) і зрушення частоти, обумовлене ефектом Допплера Dfд. Отримане значення Dfд, що надходить із БОЗЧ 5, використовують для коригування навігаційних & & & параметрів КА 1, визначених ACH 4 (x,y,z і x, y, z ), і здійснюють калібрування ACH 4. Отримані відко& & & риговані навігаційні параметри хк ,yк ,zк і xк , yк , zк передають в обчислювальний пристрій 8. В обчислювальному пристрої 8 за даними ACH 4 і даними акселерометра 2 проводять обчислення приско 6 рення сили ваги gacн, що за допомогою БЦОК 6 і СІРЛ 7 передають на СППІ 11, а з неї - в операторський центр 10, у якому здійснюють перевірку на збіжність (порівняння) отриманих значень gллс (за даними ЛЛС 9) і gасн (за даними ACH 4). При русі космічного апарата в зоні дії лазернолокаційної станції визначення параметрів гравітаційного поля здійснюють і за даними лазернолокаційної станції, і за даними апаратури суп утникової навігації; при русі космічного апарата поза зоною дії лазерно-локаційної станції визначення параметрів гравітаційного поля здійснюють тільки за даними апаратури суп утникової навігації. Таким чином, при використанні космічного апарата в якості носія, що рухається, і проведенні перерахованих вище операцій забезпечується підвищення точності і вірогідності отриманих результатів по визначенню параметрів гравітаційного поля, а оскільки одержання і відновлення результатів протягом тривалого часу (часу функціонування КА) не вимагає значних додаткових ви трат, то це дозволяє знизити трудомісткі і матеріальні витрати при охопленні вимірами великих площ поверхні Землі. Отримані результати можна використовувати при складанні карти гравітаційного поля Землі і при різних геофізичних дослідженнях. Джерела інформації: 1. Тартачинська З.Р. Визначення висот геоїда й аномалій сили ваги за даними супутникової альтиметрії. Дисертація на одержання наукового ступеня кандидата технічних наук. Львів, 2001. 2. Патент Російської Федерації RU №2144686 СІ (G01V7/16) «Устройство и способ для измерения гравитации» - прототип. 3. Савельев I.B. Курс загальної фізики, т. 3, M., Наука, 1982. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83239 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601