Обоснование и разработка модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо-геодезических измерений

Федянин, Михаил Романович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование и разработка модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо-геодезических измерений
ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо-геодезических измерений"

УДК 528.062:528.2:659.78

На правах рукописи

Л-

Федя нин Михаил Романович

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ НЕСФЕРИЧЕСКОЙ АТМОСФЕРЫ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ АСТРОНОМО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

25.00.32 - «Геодезия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2003

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном

университете

Научный руководитель — Научный консультант -

Официальные оппоненты: Ведущая организация —

кандидат технических наук, доиент Лазарев Владимир Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР

Самохвалов Игнатий Викторович доктор технических наук, профессор Визгин А. А.;

кандидат технических наук, профессор Сурнин Ю.В.

Институт оптического мониторинга СО РАН (г.Томск)

Защита состоится 9 октября 2003 г. в 16:00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.251.02 в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) по адресу: 630108, Новосибирск, 108, ул.Плахотного, 10, СГТА, ауд. 403.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГТА

Автореферат разослан 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Середович В.А.

Изд. лиц. № ЛР 020461 от 04.03.1997. Подписано в печать 29.07.03. Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1,51. Уч.-изд. л. 1,50. Тираж 100. Заказ ??.

Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 8.

Q.O

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Влияние земной атмосферы на взаимные положения небесных светил и форму дисков Луны и Солнца было замечено в древнейшие времена. Искажение координат светил связано с влиянием атмосферной рефракции и, особенно, хорошо заметно вблизи горизонта. Первые упоминания об астрономической рефракции можно найти в трудах Клеомеда (I век н.э.) и Птоломея (II век н.э.).

С момента возникновения теория рефракции развивалась и совершенствовалась в основном для нужд астрономии, однако, позднее она нашла применение в других естественнонаучных дисциплинах, таких как прикладная геодезия, высшая геодезия, космическая геодезия, которые связаны с картографированием Земли и других небесных тел из космоса, с изучением дрейфа континентов и движением полюсов Земли, с изучением гравитационного поля и фигуры геоида, с космическим геомониторингом окружающей среды, а в последние годы - с определением координат точек земной поверхности с использованием спутниковых геодезических GPS - систем.

Влияние атмосферы на измерительный процесс снижает точность всех видов геодезических наблюдений: спутниковых, аэрокосмических, наземных линейных и угловых, геометрического и тригонометрического нивелирования. Решение на современном научно-техническом уровне проблемы методики учета и ослабления влияния атмосферы остается постоянно актуальной и является одним из основных путей повышения точности результатов геодезических наблюдений.

Более точный учет влияния атмосферы на результаты геодезических измерений невозможно обеспечить при используемой в настоящее время сферически-симметричной модели атмосферы. Поэтому для более полного учета влияния атмосферы необходимо перейти от сферически-симметричной модели к несферической (трехмерной) модели, разработка которой является одним из основных вопросов настоящей диссертации. Разработка новой трехмерной модели атмосферы стала возможной после обработки и анализа больших рядов наблюдений за положением небесных светил, измерений астрономической и геодезической рефракции, фотометрических и других наблюдений, полученных как самим автором, так и другими исследователями.

Применение на практике несферической модели позволит не только повысить точность астрономо-геодезических измерений, но и открывает возможности для обнаружения и исследования «тонких» эффектов, связанных с распространением электромагнитных сигналов в земной атмосфере.

Исследование атмосферы Земли продолжает оставаться актуальным и теперь, на пороге XXI века еще и потому, что происходит дальнейшее антропогенное загрязнение окружающей среды, разрушение озонового слоя, существует опасность быстрых климатических изменений.

Цель диссертационной работы: теоретическое обоснование и разработка методики определения параметров модели трехосного атмосферного эллипсоида, аппроксимирующего реальнук

ОНАЛЬНЛЯ БИБЛИОТЕКА С-Петервург 9Э ?0в,

рбург i

В целях повышения точности геодезических измерений в земной атмосфере решались следующие вопросы:

- теоретическое обоснование и разработка модели трехосного атмосферного эллипсоида (несферическая модель) на основе сферической однородной (по плотности воздуха) модели атмосферы Земли;

- разработка методики отбора наблюдательного материала при формировании систем уравнений с использованием результатов измерений астрономической рефракции на больших зенитных расстояниях;

- определение параметров трехосного атмосферного эллипсоида с использованием измерений астрономической рефракции на больших зенитных расстояниях; разработка алгоритма для вычисления вертикальной и горизонтальной составляющих рефракции в эллипсоидальной атмосфере по полученным параметрам трехосного атмосферного эллипсоида;

- применение разработанной несферической модели атмосферы для повышения точности измерений при решении практических задач космической геодезии, астрономии и атмосферной оптики.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. На основе модели однородной сферической атмосферы получены новые формулы, позволяющие вычислять с высокой относительной точностью астрономическую рефракцию и относительную воздушную массу во всем диапазоне зенитных расстояний, в которых присутствует зависимость определяемых величин от метеорологических элементов.

2. Впервые разработан алгоритм, с помощью которого, для случая использования измерения астрономической рефракции вблизи горизонта, определяются линейные и угловые параметры трехосного атмосферного эллипсоида, аппроксимирующего реальную атмосферу. Разработан также алгоритм для определения аномалий астрономической рефракции по зенитному расстоянию и азимут^ при известных параметрах атмосферного эллипсоида.

3. Разработан и апробирован на практике метод определения общего содержания озона в атмосфере по фотометрическим измерениям в полосе Шатпои в ночное и сумеречное время с использованием типовой инструментальной системы «телескоп + звездный электрофотометр» при фотомет-рировании внеатмосферных источников излучения вблизи горизонта. Сделана оценка влияния несферичности атмосферы на точность определения содержания озона.

4. Произведена оценка влияния несферичности земной атмосферы на точность определения геодезических координат точек земной поверхности при использовании спутниковых геодезических систем NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС.

5. Выявлена зависимость измеренных угловых координат светил от угловых расстояний светил до апекса движения Солнечной системы при движении Солнечной системы относительно системы координат, связанной с микроволновым фоновьм радиоизлучением Вселенной.

Практическая ценность. В настоящее время федеральной службой ГиК принята и реализуется федеральная «научно-техническая программа модер-

низации и качественного совершенствования координатно-временной основы на территории России», в рамках которой разработана концепция перехода толографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений (спутниковые методы автономного определения координат).

Практическую ценность работы автор видит в использовании на практике модели трехосного атмосферного эллипсоида с целью повышения точности определения координат при использовании GPS - технологий, особенно при абсолютном методе определения координат, а также результатов фотометрии небесных тел.

Разработанный и проверенный на практике метод определения общего содержания озона в атмосфере по фотометрическим измерениям в видимой области спектра вблизи горизонта позволяет организовать мониторинг атмосферного озона в ночное и сумеречное время и, тем самым, дополнить дневной мониторинг озона.

Практическую ценность представляют полученные в работе новые формулы для вычисления астрономической рефракции, относительной воздушной массы и формулы связи этих величин.

- научный семинар отдела фундаментальной астрометрии ГАО АН УССР, г. Киев, 1982 г.;

- Всесоюзное совещание по рефракции электромагнитных волн в атмосфере, г. Томск, 1983 г.;

- Всесоюзное научно-практическое совещание по проблемам совершенствования аппаратурных средств и таблиц для определения рефракции электромагнитных волн в земной атмосфере, г. Иркутск, 1984 г.;

- научный семинар ИФА (руководитель семинара акад. Обухов A.M.), г.Москва, 1985 г.;

- Международный симпозиум по определению рефракции в оптической и радиоастрометрии, г.Ленинград, ГАО АН СССР, 1985 г.;

- Вторая Всесоюзная междисциплинарная научно-техническая школа-семинар "Непериодические быстропротекаюгцие явления в окружающей среде", г. Томск, 1990 г.;

- Региональный научно-практический семинар, посвященный 10-летию СибНИЦ АЯ и 10-летию Чулымского болида, г.Томск, 1994 г.;

- Научная конференция, посвященная 25-летию НИИ ПММ при 11 У, г.Томск, 1994 г.;

- Международная конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (ПООС-95), г.Томск, 1995 г.;

- Международная конференция "Всесибирские чтения по математике и механике", г.Томск, 1997 г.;

- Всероссийская научная конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики", г.Томск, 1998 г.;

- расширенное заседание кафедры «Астрономия и гравиметрия» СГТА, г. Новосибирск, 2001г.;

LUI международная научно-техническая конференция, посвященная 70-летию СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», г. Новосибирск, 2003 г.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Теоретическое обоснование, метЬдика и алгоритм определения линейных и угловых параметров трехосного атмосферного эллипсоида по измерениям астрономической рефракции на больших зенитных расстояниях.

2. Новая формула и алгоритм для вычисления рефракции через всю толщу атмосферы, во всем диапазоне зенитных расстояний. Вычисляемая рефракция зависит от значений метеорологических элементов; максимальная абсолютная погрешность вычисления рефракции по предложенной формуле в диапазоне 0° -=- 88,5° составляет 3" 4".

3. Оценка Влияния несферичности атмосферы на точность определения координат точек земной поверхности с применением спутниковых навигационных (геодезических) систем по сравнению со случаем использования модели сферически-симметричной атмосферы.

4. Методика и алгоритм определения общего содержания озона в атмосфере на основе сферической модели по фотометрическим наблюдениям звезд в видимой области спектра вблизи горизонта, которые в отличие от уже применяющихся, позволяют определять содержание озона в различных азимутах в течение ночного и сумеречного времени с относительной погрешностью не более нескольких процентов. Оценка влияния несферичности атмосферы на точность определения суммарного озона.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, 6-ти разделов и заключения. Текст содержит 227 страниц, 23 таблицы, 22 рисунка, библиография -128 названий.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, определены основная цель и задачи исследований, указаны научная новизна и практическая ценность работы, установлены защищаемые научные положения. Отдельно рассматриваются типы атмосферной рефракции и кратко прослежена история возникновения и развития космической геодезии.

Первый раздел диссертации содержит краткий обзор результатов многолетних исследований распространения электромагнитного излучения в земной атмосфере, выполненных различными организациями и отдельными учеными, рассмотрены методы учета вертикальной и азимутальной (боковой)

рефракции при геодезических и астрономо-геодезических измерениях, а также влияние атмосферы на определение дальности до внеатмосферных объектов в космической геодезии. Последний подраздел посвящен описанию спутниковых навигационных (геодезических) систем и их использованию в инженерной и космической геодезии.

В астрономо-геодезии практически всегда используется сферически-симметричная модель атмосферы; примером этого могут служить таблицы астрономической рефракции. В современных условиях, когда существенно возросли требования к точности угловых, линейных, фотометрических и иных измерений и сферически-симметричная модель не удовлетворяет требованиям геодезической практики, необходим учет несферичности земной атмосферы, то есть необходимо либо заменить сферически - симметричную модель моделью несферической, либо иметь возможность сделать оценку влияния такой замены на точность определения измеряемых (вычисляемых) величин.

Второй раздел посвящен изложению модели атмосферы с постоянной плотностью и использованию этой модели при выводе формул астрономической рефракции и (относительной) воздушной массы. Приводится также несколько вариантов формулы связи рефракции и воздушной массы.

Основное внимание уделено выводу и апробации полуэмпирической формулы астрономической рефракции, которая может применяться во всем диапазоне зенитных расстояний.

Воздушная масса / вычисляется по формуле:

/ = —+ цУ -sin' z -cosz]) (1)

НР

где А*о - , - отношение высоты однородной атмосферы к сумме Rf

двух величин: радиуса Земли (сфероида) и высоты точки наблюдения

над земным сфероидом h.

Для видимого зенитного расстояния г вычисляем в первом случае рефракцию по формуле:

sin со + иУ ~ si"2 х - V(l + ¿f - и2 sin2 z ], (2)

где Ц = f¿0> n = nQ + an(lb" —l)_ т.е. введена зависимость показателя преломления п от z (или, что то же, от /); во втором случае - по формуле

(2), где И = П01 fl=aM(l-, т.е. введена зависимость ц от z.

Таблица 1 - Значения коэффициентов Ь^ полуэмпирической

формулы рефракции в функции р/р\

р/р1 К ап К

0,90 0,00290 -0,350 1,100 х10ч 3,3380

0,91 0,00326 -0,341 1,620 х 3,3320

0,92 0,00361 -0,3355 1,920 х 3,3275

093 0,00366 -0,3312 2,055 х 3,3238

0,94 0,00345 -0,3275 1,930 х 3,3205

0,95 0,00322 -0,3254 1,800 х 3,3176

0,96 0,00306 -0,325 1,690 х 3,3158

0,97. 0,00294 -0,326 1,610 х 3,3136

0,98 0,00286 -0,329 1,550 х 3,3120

0,99 0,00280 -0,3323 1,494 х 3,3101

1,00 0,00274 -0,336 1,440 х 3,3095

1,01 0,00270 -0,340 1,400 х 3,3090

1,02 0,00267 -0,344 1,366 х 3,3088

1,03 0,00264 -0,348 1,330 х 3,3089

1,04 0,00261 -0,3524 1,296 х 3,3100

1,05 0,00260 -0,356 1,259 х 3,3113

1,06 0,002585 -0,360 1,240 х 3,3140

1,07 0,00258 -0,364 1,203 х 3,3168

1,08 0,00257 -0,3679 1,180х 3,3207

1,09 0,00256 -0,372 1,152 х 3,3253

1,10 0,00256 -0,376 1,126 х • 3,3308

1,11 0,00256 -0,3805 1,100 х 3,3366

1,12 0,00256 -0,384 1,080 х 3,3442

1,13 0,00257 -0,388 1,059 х 3,3519

1,14 0,00258 -0,392 1,038 х 3,3598

1,15 0,002595 -0,396 1,016 х 3,3680

1,16 0,00261 -0,3994 0,998 х 3,3786

1,17 0,00263 -0,4036 0,979 х 3,3898

1,18 0,00265 -0,4073 0,963 х 3,4015

1,19 0,00268 -0,4118 0,950 х 3,4143

1,20 0,002704 -0,4154 0,931 х 10"* 3,4270

Окончательное значение угла рефракции определяется из выражения:

¿0(^)1 (з)

Параметр л„ вычисляется либо по формуле Оуэнса, либо по какой - либо другой более простой формуле. Высота однородной атмосферы вычисляется:

RT i г v

r + h

r=6 356 766 м - условный радиус

Р = RT

(4)

= где g = g_ Земли.

gc= 9.80665 м/с2 - стандартное ускорение свободного падения,

R = 287.05287 Дж/(кг • К) - удельная газовая постоянная,

Т= 273,15+t - температура воздуха в °К.

Коэффициенты ап,Ъп,а^, Ьп могут быть найдены из таблицы 1 интерполяцией. Входным аргументом таблицы является р /р\, где р\=1.2226358 кг/м3 - плотность воздуха для стандартного набора значений метеоэлементов, р вычисляется по формуле (4).

Плотность влажного воздуха есть: г

Ps- 1-0.378—

Psj

где ps, pw - давление воздуха и давление водяного пара соответственно.

Коэффициенты таблицы рассчитывались при условии минимума абсолютных отклонений формульной рефракции от табличной при больших z для двуз? длин волн.

Сравнение рефракции, вычисляемой по полуэмпирической формуле, с наблюденной рефракцией показало такое же согласие этих величин между собой, что и рефракции табличной с наблюденной.

Раздел 3 посвящен разработке несферической модели атмосферы. Атмосфера считается однородной, верхняя граница такой атмосферы аппроксимировалась трехосным эллипсоидом.

В начале раздела рассмотрен вопрос о том, насколько сильно различается рефракция для однородной атмосферы с плотностью pi и высотой однородной атмосферы Н\ и для атмосферы с pz и Я2, если р, • Н, = const, / = 1,2, т.е при сохранении постоянства относительной воздушной массы. Показано, что в дальнейшем формировать систему уравнений можно, используя для этого наблюдения со значениями метеоэлементов в достаточно широких пределах, к чему побуждает ограниченность наблюдательного материала как по объему, так и по точности.

В основе широко применяемых Пулковских таблиц рефракции лежит модель сферически-слоистой атмосферы. Здесь ей соответствует модель сферической однородной (по плотности) атмосферы. Реальной атмосфере мы ставим в соответствие однородную эллипсоидальную атмосферу (трехосный

эллипсоид). В качестве основной возьмем прямоугольную систему координат XYZ с началом в центре Земли. Другую прямоугольную систему координат xyz жестко свяжем с атмосферным эллипсоидом (рис.1).

Атмосферный эллипсоид характеризуется шестью параметрами, тремя линейными, определяющими размеры трех его полуосей, и тремя угловыми, задающими ориентацию эллипсоида в пространстве.

Это угол w - прямое восхождение и угол а - полярное расстояние z -оси эллипсоида, отсчитываемый от восходящего угла до х - оси против часовой стрелки, если смотреть на плоскость ху с положительного направления z -оси.

Сокращенная запись основного уравнения нашего алгоритма:

-Ю-Л (5)

где iF и - относительная (в единицах высоты однородной атмосферы) воздушная масса в пределах эллипсоидальной и сферической однородной атмосферы соответственно;

w^ - наблюденная вертикальная рефракция;

<ояой1 - рефракция, вычисленная по Пулковским таблицам рефракции с использованием измеренных значений метеоэлементов. Величина в скобках, в правой части уравнения (5), есть аномалия рефракции.

Левая часть (5) имеет вид:

/,-/,= (д./яХф,-ф,>

(6)

Фг - ArrJ2 -B£J/A£; Ф, = - AsrJ2 -В,]/А,;

Ae = U2 la2 + V2/Ьг + W21 с2-, As = 1 /(R, + H)2; Вд =U.UJa2 +V.VJb2 +W.WT / с2;

(7)

Bs = (U.UT + V,VT + W.WT)!{Ra + tf )2;

TE = U2/a2 + V2lb2 + W2/c'-l/Rl; Г, = + H)2 -1

U. = -cos5[c6srsin(w - a) + sinrcoscrcos(w - a)]+ smrsin<7sin<5;

V. = cos5[sinrsin(vt> - a)- cosrcoscrcos(w - a)]+ cosrsinrrsinS;

W. =cos5sinCTc'os(w-a)+coscrsin5;

U 7 = -cos<it>[cosrsin(w - j) + sinrcos<Tcos(w - 5)] + sinrsinasinip;

Vr =? cos^[sinrsin(w - s) - cosrcoscrcos(w - 5)] + cosrsincrsin<p;

WT =cos«psino'cos(>v - s)+ cosasin^s;

где а, в, с, w, a, r - параметры трехосного атмосферного эллипсоида;

а, 5- экваториальные координаты светила;

s - местное звездное время;

(р - широта. В правой части (5):

dl 1

ABsina ( t \ /л v-

т-rr- wcosz - coslz + со)н— +11- «cosü) Jsinz

(l + /¿У sinoctgz + С V. А) .

dlо цsin ю здесь Л = + -sin2z]'г; В-

(l + /i) -/j2sinJz

(9)

; C = a'b'l"sWz.

Для вычисления и использованы формулы (1) и n = no+a(i' -l)

Введена линейная температурная зависимость коэффициентов а ив и высоты сферической однородной атмосферы Н.

На первом этапе расчетов определялись значения шести коэффициентов температурных зависимостей сравнением табличной рефракции с рефракцией, даваемой формулами (2), (9). Использован модифицированный симплексный метод.

На этом этапе, для всех систем уравнений вида (2), величина среднеквадратичного отклонения вычисленной рефракции (с найденными коэффициентами температурных зависимостей) от табличной не превышала одной угловой секунды.

На втором этапе определялись параметры трехосного атмосферного эллипсоида минимизацией функционала невязок, составленного на базе уравнений вида (5):

^(х)=£[Д/,(аДс^,ст,г)-/(Лй)()]2 ->min (Ю)

i»i

Среднеквадратичное отклонение вычисленной рефракции в эллипсоидальной атмосфере (с найденными параметрами эллипсоида) от наблюденной (сг£) всегда меньше среднеквадратичных аномалий рефракций в сферической атмосфере (<?s) в среднем на 15 + 40% для всех систем уравнений. Отсюда следует, что модель эллипсоидальной атмосферы является лучшим приближением к реальной атмосфере, чем сферическая модель.

На основе реальных наблюдений астрономической рефракции вблизи горизонта, выполненных сотрудником ГАО АН УССР Василенко "H.A. в Казахстане в 1968 - 1970 гг. сформировано и решено пять систем уравнений при различной конфигурации системы Луна — Земля — Солнце.

Выведены формулы, с помощью которых от угловых параметров, задающих ориентацию эллипсоида, можно перейти к общеупотребительным в астрономии и космической геодезии экваториальным координатам а и 5.

На рисунке 2 изображена разность направлений наибольшей оси атмосферного эллипсоида и Солнца по прямому восхождению в зависимости от фазы Луны. Рисунок 3 изображает разность высот наибольшей оси атмосферного эллипсоида и сферической атмосферы в функции фазы Луны.

Сравнительный анализ позволяет утверждать, что и астрономические данные по измерению рефракции не противоречат всем тем выводам о поведении земной атмосферы при взаимодействии системы Солнце - Земля - Луна, которые сделаны на основании многочисленных метеорологических, геофизических, фотометрических и иных наблюдений. Если известны параметры эллипсоида, то не сложно рассчитать вероятнейшие значения вертикальной рефракции для различных точек небесной сферы в интересующие нас моменты времени.

Отдельный подраздел посвящен оценке горизонтальной составляющей астрономической рефракции (азимутальной рефракции) в эллипсоидальной атмосфере. В рамках прежних модельных представлений разработан алгоритм вычисления азимутальной рефракции; для конкретного эллипсоида, параметры которого получены в результате обработки реальных измерений рефракции, приводятся графики хода аномалий рефракции по г и А в меридиане (г = 88°), аномалии рефракции по азимуту для четырех фиксированных А и фиксированном звездном времени в функции г; аномалии рефракции по А для четырех моментов звездного времени при г = 88° в функции азимута.

Для атмосферного эллипсоида с прежними параметрами оценен глобальный наклон атмосферы в зените. Угол наклона атмосферы в зените определяется как угол наклона между нормалями к эллипсоиду и сфере, проходящей через точку пересечения отвесной линии с поверхностью эллипсоида. Получен алгоритм, по результатам вычислений построен график, иллюстрирующий изменение угла наклона с течением времени (рисунок 4). В этом разделе намечаются также пути усовершенствования модели эллипсоидальной атмосферы. Рассмотрена и реализована на практике модель для случая, когда центр атмосферного эллипсоида не совпадает с центром Земли. Число искомых параметров увеличивается в этом случае до 9-ти.

В заключение раздела 3 рассматривается вопрос об использовании фотометрических наблюдений небесных тел для получения информации о несферичности земной атмосферы. Разработан алгоритм определения параметров, в частном случае, двухосного атмосферного эллипсоида, в котором используются измерения спектрального коэффициента экстинкции.

Раздел 4 содержит изложение метода определения содержания озона по фотометрическим наблюдениям звезд вблизи горизонта.

Идея метода определения суммарного озона (СО) в атмосфере базируется на том обстоятельстве, что при больших зенитных расстояниях (вблизи горизонта) относительные воздушные массы для релеевской составляющей атмосферной экстинкции (т), аэрозольной (т{) и озонной (р) различаются по величине, и тем сильнее, чем больше зенитное расстояние г. Кроме того известно, что аэрозольные воздушные массы также (как релеевская и озонная массы) лишь очень незначительно зависят от длины волны и высоты наблюдения над уровнем моря. Таким образом, аэрозольная воздушная масса, определенная фотометрическим методом для одной области спектра, может быть использована (в аналогичных условиях) и в другой области спектра.

Для измерения спектральной прозрачности атмосферы и определения затем СО использовался комплект фотометрической аппаратуры, состоящий из следующих частей: 1) телескоп - рефрактор АВР - 3 (диаметр объектива равен 13 см, фокусное расстояние равно 195 см); 2) звездный электрофотометр (с двумя интерференционными светофильтрами: А] = 446,8 нм и Л2 = 607,9 нм);

3) измерительно-вычислительный комплекс на базе микроЭВМ «Искра 1256»; 4) вспомогательное оборудование (часы, переговорное устройство и

Аппаратура работает в полуавтоматическом режиме. В фотометриро-вании звезд задействованы два оператора. Один работает с телескопом: наведение телескопа на выбранное светило; смена светофильтров; выполнение операций наведения «звезда - фон - темновой ток»; ввод (вывод) в измерительный тракт светового эталона для периодического контроля стабильности работы аппаратуры; визуальный контроль погодных условий. Другой - с измерительно-вычислительным комплексом: задание угловых координат выбранного светила; выбор режима усиления при фотометрировании различных по блеску звезд; отсчет времени и т.п.

Разработанная программа позволяет регистрировать и вычислять основные статистические характеристики измеряемых световых потоков со скоростью около 50-ти измерений в секунду, а время накопления информации может составлять от долей секунды до нескольких часов.

Фотометрирование звезды осуществлялось квазиодновременно в двух фильтрах; при А]=447 нм (за пределами полосы Шаппюи поглощения озоном) и при А2=608 нм (вблизи максимума поглощения озоном в полосе Шаппюи). На первом этапе обработки вычисляются значения аэрозольных воздушных масс в первом фильтре, где отсутствует поглощение озоном.

Исходным является уравнение Бугера. Высчитывался вес каждого уравнения, и из решения системы бугеровых уравнений определялось сред-невесовое значение внеатмосферной звездной величины светила т0 (с использованием бемпорадовских воздушных масс М).

Аэрозольная воздушная масса определяется из соотношения:

здесь кр, ка— релеевский и аэрозольный коэффициент экстинкции соответственно, тг — измеренная (инструментальная) звездная величина светила.

По каждому уравнению Бугера вычислялся так называемый «мгновенный коэффициент экстинкции»:

т.п.).

щ+крт + к0т, =/и

(11)

= т!~т о • 'М

(12) (13)

где кр вычислялся по известным формулам, а т- релеевские воздушные массы, брались из таблиц.

На втором этапе (во втором фильтре) основное уравнение записывается в виде)

т0 + крт + кт™ + к>ц = т, , (14)

_мгн

где 1П; - аэрозольная воздушная масса ти вычисляемая из уравнения (11), с учетом (12), (13); кз - озонный коэффициент экстинкции.

Уравнение (14) дополняется уравнением (15) для второго фильтра:

кр+ка+ к3 = кы (15)

Использовались табличные значения озонных воздушных масс, т.к. даже заметное отличие озонных масс от табличных практически не влияет на конечный результат.

Из каждого уравнения (14), которое может быть составлено по результатам фотометрирования при конкретном зенитном расстоянии, определяется к], а затем и содержание озона О:

т? = 0,921 кз^О. -Ъ-Х, (16)

где Ь =2,687 * 101' см"3 - число Лошмидта, Е ~ 4,50-10"21 см2 — сечение поглощения для озона при X = А^.

Используя известные соотношения легко рассчитать относительную ошибку определения СО. В отдельной таблице приведены результаты определения СО по наблюдениям 7-и звезд в три ночи: 11 - 12.01.93., 1 - 2.10.94., 6 - 7.03.95. Относительная ошибка определения суммарного озона при благоприятных фотометрических условиях по внутренней сходимости составляет мене 5%.

Отдельный подраздел раздела 4 посвящен вопросам применения модели эллипсоидальной атмосферы для оценки точности определения концентрации озона при переходе от сферической модели атмосферы к эллипсоидальной. Численными расчетами показано, что такой переход (в условиях, когда он приводит к изменению оптического пути луча, близкого к максимальному) изменяет величину оценки концентрации озона на несколько процентов.

Дан ряд рекомендаций по повышению точности определения СО. Применение предложенной методики определения СО по звездам позволяет исследовать пространственно-временные закономерности поведения СО на ночной стороне земной атмосферы и в области терминатора, и одновременно с этим получить ценный наблюдательный материал о спектральной прозрачности атмосферы и аэрозольных воздушных массах.

В разделе 5 рассмотрен новый оптический эффект, заключающийся в том, что движение Солнечной системы относительно микроволнового фоно-

вого радиоизлучения Вселенной влияет на измеряемые угловые координаты небесных объектов и на протекание многих других процессов на Земле.

Открытие Пензиасом и Вилсоном в 1965 году микроволнового фонового радиоизлучения Вселенной и вслед за этим обнаружение анизотропии фонового излучения позволяет связать с ним абсолютную систему отсчета. По формулировке пулковского астронома Ефимова A.A. [1] - «Абсолютной системой отсчета называется такая система отсчета, в которой все процессы идут симметрично, а законы движения относительно нее имеют наиболее простой вид».

«Абсолютное движение можно определить тогда как любое движение относительного абсолютного пространства».

«Таким образом, абсолютное движение есть такое движение материальной системы или физической лаборатории, которое может быть обнаружено из анализа процессов, протекающих внутри материальной системы, или из анализа результатов экспериментов, проведенных внутри лаборатории, не выглядывая из ее окон».

Наличие дипольной компоненты в угловом распределении микроволнового фона может быть объяснено либо наличием длинноволновых возмущений плотности вещества во Вселенной, либо движением Солнечной системы. Сейчас общепринятым считается, что наличие дипольной компоненты вызвано именно вторым обстоятельством. По современным определениям Солнечная система движется относительно микроволнового фона со скоростью примерно 390±60 км/с в направлении с приблизительными координатами (прямое восхождение и склонение соответственно):

а=\\Н\5т, 5=-6,5° (17)

Кратко перечислены основополагающие исследования по обнаружению движения Земли относительно эфира: опыты Физо 1851 г. по определению скорости света в движущейся воде; опыты Миллера 1921 - 1926 гг. по измерению скорости и направления движения Земли относительно эфира; исследования ротационного эффекта в эфире — «эффекта Саньяка»; физические эксперименты последних десятилетий по детектированию абсолютного движения Земли.

В этом разделе достаточно подробно рассмотрено влияние движения Земли к абсолютному апексу на возникновение анизотропии показателя преломления воздуха с точки зрения возможного теоретического объяснения этого явления. Зависимость показателя преломления от COS в (в- угол между направлением на светило и на абсолютный апекс) должна приводить к зависимости измеренной аномалии рефракции от угла в. Такое сравнение было проведено автором с использованием измерений астрономической рефракции на больших z, выполненных Василенко H.A. Результаты практической проверки не противоречат тем выводам, которые следуют из теоретических представлений о возникновении эффекта анизотропии показателя преломления.

Большое внимание уделено в разделе 5 выявлению анизотропии показателя преломления по измерениям угловых положений светил (тел Солнечной системы).

Наличие надежной гравитационной теории движения небесного тела и согласование предвычисленных положений с наблюденными (на протяжении многих оборотов) позволяет свести к минимуму расхождение в наблюденных и эфемеридных положениях небесного тела в целом по одному обороту. Систематические расхождения в наблюденных и эфемеридных положениях светила в пределах одного оборота (О-С) можно отнести на счет влияния неизвестных (и, вследствие этого, неучтенных) причин. Мгновенное (О-С) по соответствующей координате будем считать зависящим от эффекта анизотропии показателя преломления. Таким образом, влияние выделенных направлений в пространстве на координаты светил можно изучать по результатам многочисленных астрометрических и геодезических измерений (кроме направления с координатами (17), можно указать еще два выделенных направления: направление близкое к линии «наблюдатель - центр Галактики» и близкое к направлению на полюс эклиптики).

Наиболее отчетливо влияние эффекта анизотропии на координаты светил можно видеть на примере наблюдений Луны в меридиане. На рисунке 5 приведены (О - С) по склонению для меридианных наблюдений Луны в Вашингтоне с 08.03.63 по 06.03.64 гг. в функции cos в\ [0] - угловое расстояние Луны от Апекса (17)]. Уравнение прямой:

(О - С)е= -7,76" (±0,30") cos 0, + 0,06" (±0,20"). (18)

На рисунке 6 приведены разности наблюденных (О - С)^и (О - С)& вычисленных по уравнению прямой рисунка 5, в функции cos 02 [02 - угловое расстояние Луны от направления на центр Галактики]. Уравнение прямой :

<5( А5)= -2,330"(±0,110") cos 02- 0,036"(±0,077") . (19)

Применение критерия инверсий к точкам на рисунках 5 и 6 показывает, что тренд значим на уровне 0,95.

Далее рассмотрено наличие аналогичного тренда в меридианных наблюдениях Солнца, Меркурия, Венеры. Отмечается, что наличие корреляционной связи между (О - С)д и cos 0) можно выявить также в меридианных наблюдениях Юпитера, Сатурна, в колебаниях широты по наблюдениям на астролябии Данжона (астрономическая обсерватория Cagliari, Италия).

Если эффект анизотропии зависит от длины волны электромагнитного излучения, то искажающее воздействие эффекта на угловые координаты светил будет различным в оптическом и радиодиапазонах. В связи с этим рассматривается проблема анализа оптических и радиоастрономических положений радиозвезд с целью определения углов взаимной ориентации систем отсчета в оптическом и радиодиапазонах. Проблема эта приобрела в настоящий период фундаментальный характер.

Рассмотрены координаты 36 радиозвезд в оптическом и радиодиапазонах. Поскольку координаты радиозвезд определялись не при меридианных наблюдениях, можно было ожидать между Д5рооио-оит. и cos 01 существова-

ние только корреляционной связи (даже если не принимать во внимание неизбежные наблюдательные ошибки).

Применение к указанному ряду критерия инверсий (а также критерия Вальда - Вольфовитца) показывает, что существует значимый тренд

'радио-опт от cos в\ . Вычислены Коэффициенты зависимости Afipadito-onm= = /(cos 0), cos О2, cos 63) по 36 радиоисточникам. Определены численные значения элементов корреляционной матрицы неизвестных. Проведено определение углов взаимной ориентации систем отсчета в оптическом и радиодиапазонах при учете эффекта анизотропии. Отмечено, что для успешного решения задачи согласования двух координатных систем потребуется учитывать влияние на координаты светил эффекта анизотропии пространства.

В этом разделе рассмотрен вопрос о постоянстве аберрационной постоянной (постоянной годичной аберрации). Впервые значение постоянной годичной аберрации было получено Дж. Брадлеем в 1727 году по наблюдениям склонений восьми зенитных звезд. Как известно, и поныне сохраняется неблагополучное положение с непосредственным определением аберрационной постоянной из астрометрических измерений. В 1950 г. на Международном совещании по астрономическим постоянным в Париже было рекомендовано исключить постоянную годичной аберрации А из числа фундаментальных астрономических постоянных, определяемых непосредственно из наблюдений, а ее численное значение определять из параллакса Солнца. Использованы определения А, выполненные в XIX веке и в начале XX века: Понд (1825 - 1836) - 8 звезд; Струве (1840 - 1842) - 7; Петере (1842 - 1843) - 6; Гюль-ден (1863 - 1873)-9; Нюрен (1879- 1882)- 17; Морган (1903 - 1923)- 13. Разброс точек в координатах А -:- cos в) очень велик. Наблюдается хорошее согласие в ходе прямой, проведенной методом наименьших квадратов по наблюдательным данным, и прямой, построенной по формуле Вилларсо. Все изложенное в диссертационной работе и в депонированной рукописи автора диссертации 1992 г. «О постоянстве аберрационной постоянной» не противоречит гипотезе о том, что А может оказаться вовсе не постоянной, т.е. что аберрационная постоянная индивидуальна для каждой звезды, и численное значение А зависит от углового расстояния светила от абсолютного апекса. Для случая справедливости этой гипотезы приведены приближенные формулы для момента верхней кульминации, иллюстрирующие влияние годичной аберрации на экваториальные координаты светила.

Решалась также обратная, по отношению к описанной ранее в этом разделе задача, а именно: используя массивы астрометрических и иных наблюдений светил и какой-либо алгоритм решения задачи попытаться отыскать координаты локальных апексов.

Алгоритм решения обратной задачи, который был применен здесь, весьма прост: добиваемся выполнения минимума суммы квадратов уклонений точек от прямой, построенной по фиксированному массиву точек, при варьировании текущих координат апекса. Результаты отыскания координат локальных апексов [по массивам наблюдений Луны, Солнца, лунного крате-

pa Mosting А, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, колебаний широты в Cagliari, активных ядер галактик (фотометрия)] сведены в единую таблицу. Относительно фотометрии активных ядер галактик (АЯГ): использованы фазы 160-минутных колебаний блеска квазаров, активных ядер галактик, галактик Маркаряна и т.п. объектов (24 объекта).

Шестой раздел посвящен практическому применению результатов диссертационных исследований к решению задач геодезии, кадастра и геомониторинга. .

Рассматривается задача по определению величины задержки сигнала в атмосфере при GPS - измерениях на интервале «навигационный спутник -топоцентрический наблюдатель» для случаев использования сферической и эллипсоидальной моделей атмосферы.

Наиболее существенным фактором, влияющим на задержку сигнала, является уменьшение скорости распространения сигнала в воздухе по сравнению с безвоздушным пространством.

Зададим конкретные параметры атмосферного эллипсоида (взято одно из решений системы уравнений при отыскании параметров трехосного атмосферного эллипсоида с использованием реальных наблюдений): a = R0 +8018, м; w = 187°;

b=R9 +8103,м; с = 65°; # = 8168 м; (20)

с = Д. +8601,м; х = 65°;

R№ =6367576, м (р = +56°28'06,3".

От угловых параметров, задающих ориентацию эллипсоида в пространстве, перейдем к экваториальным координатам а, д, которые будут определять направление полуосей эллипсоида в основной системе координат XYZ.

Вычислим длину пути луча в пределах однородной эллипсоидальной и сферической атмосферы для нескольких точек небесной сферы для следующих условий: наибольшая полуось атмосферного эллипсоида расположена в меридиане места наблюдения и имеет положительное склонение; выбранные точки расположены в одной плоскости (для геоцентрического наблюдателя), наклоненной к плоскости экватора под углом 64,8°.

Результаты вычислений для 8-ми точек, расположенных вдоль одной дуги, приведены в таблице 2. При этом в данном случае мы пренебрегаем разностью рефракций в эллипсоидальной и сферической атмосферах, то есть видимое направление на высокоорбитальный спутник считалось одним и тем же, независимо от того, какую атмосферу мы рассматриваем.

Специальные расчеты, выполненные в этом разделе, показывают, что пренебрежение разностью рефракции в эллипсоидальной и сферической атмосферах, по крайней мере до z = 70°, практически не влияет на величину AS, приведенную в столбце 7 таблицы 2.

При z = 70° (предельное зенитное расстояние рекомендуемое для наблюдения ИСЗ при GPS - измерениях) и указанных выше условиях,

М = IЕ « 840 м, а погрешность определения дальности составит около 26 см.

Таблица 2 — Расчетные числовые данные для сигнала, распространяющегося от источника к приемнику в эллипсоидальной и сферической __атмосферах________

Номер •точки Координаты ' точки, град. 5 = 187° к, м 4, м Д/= 1Е -/5,м а. л|»--;-, сек ля^-и-л/, мм

1 2 3 4 5 6 7

1 ¿'=85,56555 Л'= 7,134646 ¿'= -28,81789 /'=8,124980 99562,14 96291,59 3270,55 3,4-10"' 1017,2

2 г'=68,54409 А'=0 ¿' = -12,07568 /'=0 23033,61 22237,56 796,05 8,3-Ю'10 247,6

3 г'= 38,34203 Л'=332,4292 ¿'=20,48910 /'=342,1505 10785,67 10409,42 376,25 3,9-Ю"10 117,0

4 г'= 27,24380 Л'= 284,4341 ¿' = 42,69352 /' = 322,9024 9516,64 9185,50 331,14 3,4-10'10 103,0

5 г'=28,58394 А' = 265,9477 ¿'=48,64750 /'=313,7511 9635,42 9299,90 335,53 и 3,5-10'10 104,4

6 г'= 43,55897 А'= 228,9983 ¿'=58,62846 /'=272,5800 11670,50 11264,48 406,03 4,2-10-'° 126,3

7 г'= 62,32299 Л'=213,1837 ¿'=52,80678 /' = 233,3037 18173,73 17543,82 629,90 6,5-10"10 195,9

8 2'=78,70793 /4' = 204,7300 ¿' = 40,93840 /'=212,8929 42507,00 41064,71 1442,29 1,5-10"10 448,6

Особенно в случае абсолютного (автономного) метода определения координат точность определения координат пункта наблюдения будет зависеть от неучтенной задержки сигнала от каждого спутника (которая'зависит, в свою очередь, от зенитного расстояния), т.о. необходим учет несферичности земной атмосферы.

В таблице 2 приведены:

Столбец 2 - топоцентрические горизонтальные и экваториальные координаты точек;

Столбцы 3,4 - длина луча в пределах эллипсоидальной и сферической однородной атмосферы соответственно;

Столбец 5 - разность путей луча в эллипсоидальной и сферической атмосферах;

Столбец 6 - величина запаздывания сигнала на линейном интервале Al;

Столбец 7 - неопределенность (ошибка) в дальности, вызванная разностью'скоростей сигнала в вакууме и в воздухе (при п = 1,0003112 Av = 93270м/с).

Таким образом, применение разработанной в диссертации модели несферической атмосферы позволит значительно повысить точность определения координат точек земной поверхности при использовании GPS - технологий при решении геодезических задач.

В последнем подразделе шестого раздела оценивается величина максимального влияния эффекта анизотропии пространства на геодезическую рефракцию на горизонтальных трассах. Обсуждается схема специального геодезического наблюдательного эксперимента по обнаружению и оценке величины эффекта анизотропии.

Заключение

1. Модель трехосного атмосферного эллипсоида.

- Разработана модель для определения линейных и угловых параметров трехосного атмосферного эллипсоида, аппроксимирующего реальную атмосферу, в целях повышения точности геодезических измерений.

- Разработан алгоритм, ориентированный на использование измерений астрономической рефракции на больших z, с помощью которого можно вычислять численные значения параметров трехосного атмосферного эллипсоида, задающих размеры и ориентацию эллипсоида в пространстве. Такой подход даёт возможность исследовать динамику атмосферного эллипсоида с изменением конфигурации системы Солнце - Земля — Луна, что и осуществлено на практике.

- Разработан алгоритм для вычисления азимутальной составляющей астрономической рефракции. Сделана оценка величины наклона атмосферы в зените; произведено сравнение вычисленной величины наклона в зените с углами наклона, определенными другими методами.

- Разработан алгоритм вычисления параметров трехосного атмосферного эллипсоида с центром, не совпадающим с центром Земли.

2. Модель сферической однородной атмосферы.

- Получены аналитические выражения для вычисления угла астрономической рефракции, относительной воздушной массы и формулы, связывающие эти величины. Формулы дают зависимость указанных величин от метеоэлементов и позволяют вычислять астрономическую рефракцию и воздушную массу с высокой относительной точностью до больших зенитных расстояний.

- Предлагаемая автором полуэмпирическая формула астрономической рефракции позволяет вычислять угол рефракции с точностью 2 -• 3 угл.сек. вплоть до z — 88,5°; согласие наблюденной рефракции с вычисляемой по формуле вполне удовлетворительное. Формула может использоваться во всем диапазоне зенитных расстояний.

3. Использование модели несферической атмосферы в мониторинге атмосферного озона.

- Создан и апробирован на практике метод определения суммарного озона фотометрированием светил вблизи горизонта. Ночные определения СО могут дополнить новыми данными картину пространственно-временных вариаций концентрации Оз, изучавшуюся ранее, как правило, только по дневным измерениям. Рассмотрено влияние несферичности земной атмосферы на точность определения суммарного озона.

- Разработанный метод определения СО, изложенный в настоящей работе, а также методика измерения концентрации углекислого газа, описанная сотрудником ГАИШ (г. Москва), иллюстрируют возможность использования астрономо - геодезических методов исследования для решения практических задач экологии и геомониторинга окружающей среды.

4. Эффект «анизотропии пространства».

- Автором диссертационной работы обнаружено влияние движения Земли к абсолютному апексу на аномалии астрономической рефракции, на (О - С) по склонению при наблюдении в меридиане Солнца, Луны, больших планет, на измеренные колебания широты (эффект анизотропии пространства). Этот эффект оказывает влияние и на геодезические и астрономо-геодезические измерения, а также на протекание других физико-химических процессов на Земле и в околосолнечном пространстве.

- Показано влияние эффекта анизотропии пространства на процедуру согласования систем координат в радио- и оптическом диапазонах.

- Реализован на практике алгоритм определения координат абсолютного и других локальных апексов с использованием массивов астрометриче-ских, фотометрических и т.п. наблюдений небесных светил. Проведено сравнение координат абсолютного апекса, определенных в настоящей работе, с результатами радиоастрономических и физических измерений.

5. Оценка влияния несферичности атмосферы на определение координат точек земной поверхности при использовании GPS — измерений.

- Показано, что при проведении GPS -- измерений в эллипсоидальной (реальной) атмосфере по сравнению со сферической атмосферой будет существовать дополнительная задержка сигнала от ИСЗ с тем или иным знаком. Величина задержки связана с размерами полуосей эллипсоида (с конфигура-

цией системы Земля - Луна - Солнце) и зависит от ориентации атмосферного эллипсоида относительно местного меридиана.

- При абсолютном способе позиционирования, а также при использовании дифференциального способа, когда расстояние между двумя станциями велико, результирующая точность определения координат наблюдаемой станции будет зависеть от конфигурации системы наблюдаемых спутников (PDOP) и от неучтенной задержки сигнала каждого ИСЗ, то есть, необходим учет несферичности земной атмосферы.

6. Полученные в диссертационной работе результаты позволяют более полно учитывать влияние атмосферно-оптических факторов на угловые, линейные, фотометрические и дальномерные измерения в геодезии, космической геодезии, астрономии, геофизике.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Федянин М.Р., Морозов A.M. Формулы астрономической рефракции и воздушной массы, полученные из модели земной атмосферы с постоянной плотностью // Астрономия и геодезия - 1984- Вып. 11— С. 80-89.

2. Федянин М.Р., Морозов A.M. Некоторые результаты исследования оптических параметров атмосферы // Астрономия и геодезия- 1984-ВыпЛО.-С. 178-186.

3. Василенко H.A., Федянин М.Р. Определение несферичности земной атмосферы по измерениям астрономической рефракции при различных фазах Луны // Изв. АН СССР, ФАО.-1987- Т.23, № 6.-. С. 616-621.

4. Федянин М.Р. Полуэмпирическая формула астрономической рефракции: Тез. докл. Междунар. конф. 17-20.06.1997 г. Всесиб. Чтения по математике и механике. Т.П. Механика-Томск: ТГУ, 1997 - С. 20.

5. Федянин М.Р., Морозов А.М. Определение параметров атмосферного эллипсоида по измерениям рефракции на больших зенитных расстояниях: Всесоюз. совещ. по рефракции электромагнит, волн в атмосфере: Тез. докл-Томск: ТФ СО АН СССР, 1983,- С. 89-91.

6. Федянин М.Р., Василенко H.A. Несферичность атмосферы по наблюдениям рефракции на больших зенитных расстояниях: Всесоюз. научно-практ. совещ. по проблемам совершенствования аппаратур, средств и таблиц для определения рефракции электромагнит, волн в земной атмосфере: Тез. докл.-Иркутск: 1984-С. 107-110.

7. Федянин М.Р., Василенко H.A., Вольф В .А. Оценка горизонтальной составляющей астрономической рефракции в эллипсоидальной атмосфере // Кинематика и физика небесных тел.-1987 — Т.З, №6 — С. 84-88.

8. Fedyanin M.R. and Tyuterev G.S. On the estimation of the lateral astronomical refraction//Publ. astron. opserv. Beogradu- 1987.-№ 35.-P.291-297.

9. Федянин M.P., Шефер B.A., Андрианов B.A. Определение общего содержания озона в атмосфере и интегральной прозрачности атмосферы астрономическим методом: Междунар. конф. «Фундаментал. и приклад, гтро-

блемы охраны окружающей среды», 12-16 сент. 1995 г. (ПООС-95): Тез. докл. Т.1.- Томск: 1995- С. 79-80.

10. Федянин М.Р., Василенко H.A. Анизотропия реликтового излуче-нияи наземная астрометрия - Томск: ТГУ, 1990. ДЕП в ВИНИТИ 20.02.90, № 1002-В90.-34 с.

11. Федянин М.Р. О постоянстве аберрационной постоянной - Томск ТГУ, 1992. ДЕП в ВИНИТИ 17.02.92, № 533 - В92.-31 с.

12. Федянин М.Р. Абсолютный апекс движения Земли и фотометрия активных ядер галактик // Доклады Всероссийской научной конференции «Фундаментал. и приклад, проблемы соврем, механики». Докл. Всерос. науч. конф., 2-4 июня 1998 г.- Томск: ТГУ, 1998.- С. 171-172.

13. Федянин М.Р. Влияние несферичности земной атмосферы на точность GPS — измерений в задачах геодезии и геомониторинга // Современные проблемы геодезии и оптики. ЫП междунар. науч.-техн.конф., посвящен. 70-летию СГГА. Сб. матер, конф., ч. 1П. - Новосибирск, 2003,- С. 201-202.

В совместных работах автору принадлежат постановка задачи, идея метода, (в большинстве случаев) составление алгоритма решения задачи и анализ полученных результатов. Соавторам - вычисления на ЭВМ.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ефимов A.A., Шпитальная A.A. Об анизотропии вспышечной и пятнообразовательной деятельности Солнца в инерциальном пространстве.— Проблемы исследования Вселенной.-1985 - Вып. 11.- С. 147-154.

2. Ситник Г.Ф. Исследование земной атмосферы по ореолам Солнца и Луны,- М.: МГУ, 1985.- 117 с.

3. Хлыстов А.И. Региональный экологический мониторинг с помощью теллурических линий // Труды ГАИШ: МГУ, 1995,- T.LXTV, ч.2.- С. 70- 79.

4. Ефимов A.A., Шпитальная A.A. О движении Солнечной системы относительно фона Вселенной.— Проблемы пространства и времени в современном естествознании,- С.-Петербург, 1991 Вып. 15.- С. 345-349.

Рисунок 1 - Угловые параметры атмосферного эллипсоида

в прямоугольной экваториальной системе координат

0.2 0.5 . 0.8

Рисунок 2 — Разность направлений наибольшей оси атмосферного эллипсоида и Солнца по прямому восхождению в зависимости от фазы Луны

Ншах - Не

Рисунок 3 - Разность высот наибольшей оси атмосферного

эллипсоида и сферической атмосферы в зависимости от фазы Луны

У, угл. с ек

?>= а, град

Рисунок 4 - Полный угол между нормалями к сфере и эллипсоиду в зените места наблюдения (в угл. сек.); б = а, 5 = ср

Рисунок 5 - Зависимость (O-C)s от косинуса угла между светилом и апексом с координатами (17). Наблюдения Луны в меридиане. Уравнение прямой: (0-С)б = - 7,76 (±0,30) cos в, + 0,06 (±0,20)

cos 02

Рисунок 6 - Разность наблюденных и вычисляемых по формуле рис. 5 (0-С)5 в функции cos02. Данные те же, что и на рис. 5. Уравнение прямой:

5(Д5)= - 2,330 (±0,110) cos 82 - 0,036 (±0,077)

»14135

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Федянин, Михаил Романович

Введение.

1 Влияние атмосферы на распространение электромагнитного излучения

1.1 Учет вертикальной рефракции при геодезических и астрономических измерениях.

1.2 Боковая рефракция в астрономо-геодезических измерениях.

1.3 Влияние атмосферы на дальномерные измерения.

1.4 Спутниковые навигационные системы.

2 Модель однородной атмосферы. Формулы для вычисления астрономической рефракции и воздушной массы.

2.1 Модель однородной атмосферы.

2.2 Формула рефракции Кассини. Модификация формулы Кассини.

2.3 Формула оптической воздушной массы. Связь рефракции и воздушной массы.

2.4 Полуэмпирическая формула астрономической рефракции для всех зенитных расстояний.

3 Несферичность земной атмосферы.

3.1 Астрономическая рефракция при различных высотах однородной атмосферы.

3.2 Определение параметров эллипсоидальной атмосферы по измерениям астрономической рефракции на больших z.

3.3 Оценка горизонтальной составляющей астрономической рефракции в эллипсоидальной атмосфере.

3.4 Пути усовершенствования модели эллипсоидальной атмосферы.

3.5 Фотометрия небесных объектов и несферичность земной атмосферы.

4 Атмосферный озон. Результаты применения сферической и несферической модели атмосферы для определения содержания суммарного озона.

4.1 Идея метода и аппаратура для определения общего содержания озона в атмосфере по фотометрическим наблюдениям звезд в полосе Шап

4.2 Методика определения СО в атмосфере.

4.3 Результаты измерения СО. Пути повышения точности определения суммарного озона.

4.4 Определение суммарного озона в сферической и эллипсоидальной атмосферах.

4.5 Спектральная прозрачность атмосферы. Аэрозольные воздушные массы.

5 Анизотропия физических свойств пространства по наблюдениям небесных объектов. 143'

5.1 Вводные замечания. Результаты предшествующих исследований анизотропии пространства.

5.2 Аномалии астрономической рефракции и движение к абсолютному апексу.

5.3 Эффект анизотропии показателя преломления воздуха по измерениям угловых положений светил.

5.4 Разность радио-и оптических координат радиозвезд.

5.5 К вопросу о постоянстве аберрационной постоянной.

5.6 Использование массивов наблюдений небесных объектов для целей отыскания координат локальных апексов.

5.7 Анизотропия пространства в исследованиях последнего времени.

6 Практическое применение модели несферической атмосферы к решению геодезических задач.

6.1 Определение величины задержки сигнала на интервале «навигационный спутник — топоцентрический наблюдатель».

6.2 Влияние разности рефракции в эллипсоидальной и сферической атмосферах на величину А/ = /е - Is.

6.3 Геодезическая рефракция и эффект анизотропии пространства

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование и разработка модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо-геодезических измерений"

Астрономическая рефракция была известна еще с древних времен. Как пишет А.И. Нефедьева в своем обширном обзоре астрономической рефракции [1], первые упоминания о рефракции были найдены в сборнике философских и астрономических статей Клеомеда (I век н.э.). Клеомед писал, что «как кольцо в воде кажется поднятым к ободу, так и Солнце вследствие преломления видно, хотя находится ниже горизонта». Он описал также лунное затмение, при котором одновременно над горизонтом были видны Солнце и Луна, и правильно объяснил это явление преломлением лучей света в земной атмосфере.

Следуя Колчинскому И.Г. [2], объекты, при наблюдении которых необходимо учитывать поправки за рефракцию света в земной атмосфере, можно классифицировать следующим образом:

1. Объекты, находящиеся за пределами земной атмосферы на большом расстоянии - звезды, планеты, Солнце, Луна, далекие космические аппараты. Условно можно считать, что эти объекты находятся на расстоянии, большем 1000 км от поверхности Земли.

2. Объекты, находящиеся в пределах земной атмосферы. Условно их расстояние от поверхности Земли можно считать в пределах от 10 до 1000 км (ракеты, спутники, стратостаты, самолеты, шары-пилоты).

3. Объекты, находящиеся вблизи земной поверхности на высоте от 0.5 до 10 км (самолеты, специальные зонды и т.п.).

4. Объекты, находящиеся у самой поверхности Земли в пределах 0.5 км (геодезические знаки, сигналы, реперы, различные предметы, сама поверхность Земли при наблюдении горизонта).

Рефракция света в земной атмосфере приводит к тому, что видимое направление на наблюдаемый объект отличается от истинного, если истинным считать направление на объект в среде без воздуха. Величина угла рефракции зависит от зенитного расстояния объекта и метеорологических условий вдоль трассы луча. Эти условия могут изменяться с течением времени, так что значение угла рефракции на данном зенитном расстоянии колеблется около некоторого среднего, которое называют нормальной рефракцией.

Сравнительно низкочастотные изменения рефракции с частотой около 0.01 гц и ниже называют случайной рефракцией. Устойчивые, длительно существующие (до нескольких часов) отклонения рефракции от среднего значения на данном зенитном расстоянии называют аномальной рефракцией. Быстрые изменения рефракции с частотой от 0,1 до 100 гц обусловливают дрожание изображений звезд в телескопах и дрожание изображений удаленных предметов.

Небольшие изменения азимута светила, вызванные рефракцией, называют боковой или азимутальной рефракцией. Изменение рефракции от длины волны распространяющегося излучения называется хроматической рефракцией а рефракция радиоволн - радиорефракцией.

Современный этап исследований рефракции характеризуется качественно и количественно улучшившимися знаниями о строении атмосферы, появлением принципиально новых технических средств наблюдений (радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами - РСДБ, лазерная локация ИСЗ и Луны), повышением требований к точности и оперативности наблюдений.

С момента возникновения теория рефракции развивалась преимущественно в недрах астрономии. Лишь значительно позднее она нашла применение в других науках, таких как геодезия и, прежде всего, прикладная геодезия, высшая геодезия, космическая геодезия. Кратко обрисуем основные этапы развития космической геодезии [3].

Зарождение космической геодезии следует отнести к началу XX века. В 1902 г. Г. Баттерманн предложил наблюдать для целей геодезии покрытия звезд Луной. В проведенном им эксперименте вместе с элементами лунной орбиты определялись геоцентрические широта и долгота места наблюдения.

Т. Банахевич (Польша, 1929 г.) разработал метод, основанный на использовании наблюдений солнечных затмений. Дальнейшая разработка этого вопроса принадлежит В.Ламберту (США, 1949 г.) и А.Берроту (ФРГ, 1949 г.). В основе геодезического применения наблюдений покрытий звезд Луной и солнечных затмений лежит теория параллакса. Значительное удаление Луны от Земли не позволяет достичь с помощью этих методов высокой точности.

Более точные результаты дает фотографирование Луны на фоне звезд. Этот метод стал применяться после создания специальных лунных камер, созданных в Пулковской обсерватории (А.А.Михайлов) и в Морской обсерватории в Вашингтоне (В.Марковиц). Производя фотографические наблюдения на нескольких станциях, относящихся к одной референцной системе, можно определить положение центра референц-эллипсоида относительно центра масс Земли.

Хотя этот метод в настоящее время, в силу невысокой точности, также мало пригоден в геодезии, необходимо отметить, что на основе фотографических наблюдений Луны и покрытий (открытий) звезд Луной решается одна из важнейших задач астрометрии — определение эфемеридного времени.

Для развития теории и практики космической геодезии исключительно важное значение имело предложение финского геодезиста Вяйсяля (1946 г.) фотографировать синхронно с двух пунктов какую-либо визирную цель на фоне звездного неба. В качестве такой цели могут использоваться лампы-вспышки, установленные на шарах-пилотах, аэростатах, самолетах и т.п. Способ Вяйсяля позволяет создавать специальную триангуляцию, которая получила название звездной или астрономической. Определив направление хорд, соединяющих все пункты наблюдений, располагая координатами одного из пунктов и хотя бы одним базисом, можно вычислить координаты всех пунктов в системе исходного.

После запуска в СССР 4 октября 1957 г. первого искусственного спутника Земли космическая геодезия получила бурное развитие. Иногда ее стали называть спутниковой геодезией [3].

Космическая (спутниковая) геодезия связана с проблемами картографирования Земли и других небесных тел из космоса, с изучением дрейфа континентов и движением земных полюсов, с исследованием гравитационного поля Земли и определением фигуры геоида, с геомониторингом окружающей среды и решением многих других задач.

Бурное развитие науки и техники в последние десятилетия позволило создать принципиально новый метод определения координат — спутниковый. В этом методе вместо привычных геодезистам неподвижных пунктов геодезической сети, координаты которых известны, используются подвижные спутники, координаты которых можно вычислить на любой, интересующий нас момент времени.

В настоящее время используются две спутниковые системы определения координат и приращений координат: российская система ГЛОНАСС (ГЛОбальная Навигационная Спутниковая Система) и американская система NAVSTAR GPS: NAVigation System with Time And Ranging Global Positioning System (навигационная система определения расстояний и времени, глобальная система позиционирования).

Этот метод дополняет такие классические методы, как полигонометрия, триангуляция и трилатерация. Основными достоинствами спутниковых систем позиционирования являются их глобальность, оперативность, всепогодность, высокая точность и эффективность. Для измерений не нужна видимость между определяемыми пунктами.

Следует заметить, что в настоящий период точность определения координат спутниковыми системами ограничивается отсутствием возможности надежно рассчитать оптические пути радиосигналов от различных спутников, составляющих навигационную систему, т.е. необходим, наряду с другими факторами, тщательный учет радиорефракции.

Актуальность. Влияние земной атмосферы на взаимные положения небесных светил и форму дисков Луны и Солнца было замечено в древнейшие времена. Искажение координат светил связано с влиянием атмосферной рефракции и, особенно хорошо заметно вблизи горизонта. Первые упоминания об астрономической рефракции можно найти в трудах Клеомеда (I век н.э.) и Птоломея (II век н.э.).

В соответствии с поставленной целью решались следующие вопросы:

- разработка модели трехосного атмосферного эллипсоида (несферическая модель) на основе сферической однородной (по плотности воздуха) модели атмосферы Земли;

- определение параметров трехосного атмосферного эллипсоида с использованием измерений астрономической рефракции на больших зенитных расстояниях; разработка алгоритма для вычисления вертикальной и горизонтальной составляющих рефракции в эллипсоидальной атмосфере по известным параметрам трехосного атмосферного эллипсоида;

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. На основе модели однородной атмосферы получены новые формулы, позволяющие вычислять с высокой относительной точностью астрономическую рефракцию и относительную воздушную массу во всем диапазоне зенитных расстояний, в которых присутствует зависимость определяемых величин от метеорологических элементов.

2. Впервые разработан алгоритм, с помощью которого, для случая использования измерения астрономической рефракции вблизи горизонта, определяются линейные и угловые параметры трехосного атмосферного эллипсоида, аппроксимирующего реальную атмосферу. Разработан также алгоритм для определенш аномалий астрономической рефракции по зенитному расстоянию и азимуту npi известных параметрах атмосферного эллипсоида.

3. Разработан и апробирован на практике метод определения общего содержания озона в атмосфере по фотометрическим измерениям в полосе Шаппюи в ночное и сумеречное время с использованием типовой инструментальной системы «телескоп + звездный электрофотометр» при фотометрировании внеатмосферных источников вблизи горизонта. Сделана оценка влияния несферичности атмосферы на точность определения содержания озона.

4. Произведена оценка влияния несферичности земной атмосферы на точность определения геодезических координат при использовании спутниковых геодезических систем NAVSTAR GPS и ГЛОНАСС.

5. Выявлена зависимость измеренных угловых координат светил от угловых расстояний светил до апекса движения Солнечной системы при движении Солнечной системы относительно системы координат, связанной с микроволновым фоновым радиоизлучением Вселенной.

Практическая ценность. В настоящее время федеральной службой ГиК принята и реализуется федеральная «научно-техническая программа модернизации и качественного совершенствования координатно-временной основы на территории России», в рамках которой разработана концепция перехода топографо-геодезического производства на автономные методы спутниковых координатных определений (спутниковые методы автономного определения координат).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах, совещаниях и конференциях регионального, Всесоюзного и Международного уровней: научный семинар отдела фундаментальной астрометрии ГАО АН УССР, г. Киев, 1982 г.; Всесоюзное совещание по рефракции электромагнитных волн в атмосфере, г. Томск, 1983 г.; Всесоюзное научно-практическое совещание по проблемам совершенствования аппаратурных средств и таблиц для определения рефракции электромагнитных волн в земной атмосфере, г. Иркутск, 1984 г.; научный семинар ИФА (руководитель семинара акад. Обухов A.M.), г.Москва, 1985 г.; Международный симпозиум по определению рефракции в оптической и радиоастрометрии, г.Ленинград, ГАО АН СССР, 1985 г.; Вторая Всесоюзная междисциплинарная научно-техническая школа-семинар "Непериодические быс-тропротекающие явления в окружающей среде", г. Томск, 1990 г.; Региональный научно-практический семинар, посвященный 10-летию СибНИЦ АЯ и 10-летию Чулымского болида, г.Томск, 1994 г.; научная конференция, посвященная 25-летию НИИ ПММ при ТГУ, г.Томск, 1994 г.; Международная конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (ПО-ОС-95), г.Томск, 1995 г.; Международная конференция "Всесибирские чтения по математике и механике", г.Томск, 1997 г.; Всероссийская научная конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики", г.Томск, 1998 г. расширенное заседание кафедры «Астрономия и гравиметрия» СГГА, г. Новосибирск, 2001г.; LIII международная научно-техническая конференция, посвященная 70-летию СГГА «Современные проблемы геодезии и оптики», г. Новосибирск, 2003 г.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Теоретическое обоснование, методика и алгоритм определения линейных и угловых параметров трехосного атмосферного эллипсоида по измерениям астрономической рефракции на больших зенитных расстояниях.

2. Новая формула для вычисления рефракции через всю толщу атмосферы, во всем диапазоне зенитных расстояний. Вычисляемая рефракция зависит от значений метеорологических элементов; максимальная абсолютная погрешность вычисления рефракции по предложенной формуле в диапазоне 0° -ь 88,5° составляет 3"-4".

3. Оценка влияния несферичности атмосферы на определение координат точек земной поверхности с применением спутниковых навигационных геодезических систем по сравнению со случаем использования модели сферически-симметричной атмосферы.

4. Методика и алгоритм определения общего содержания озона в атмосфере по фотометрическим наблюдениям звезд в видимой области спектра вблизи горизонта. Эта методика, в отличие от уже применяющихся, позволяет определять содержание озона в различных азимутах в течение ночного и сумеречного времени с относительной погрешностью не более нескольких процентов. Этот метод может быть реализован на электрофотометрических телескопических установках астрономических обсерваторий и применен в мониторинге атмосферного озона в ночное время.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов и заключения. Объем текста составляет 227 страниц, таблицы - 23, рисунков - 22, библиография - 128 названий.

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Федянин, Михаил Романович

Основные выводы.

1. Влияние эффекта анизотропии не может быть выявлено, вследствие его малости, из геодезических измерений вертикальной рефракции, когда в процессе организации и выполнения этих работ ставились свои цели, а о существовании эффекта даже не подозревалось.

2. Для оценки величины вклада эффекта анизотропии в вертикальную рефракцию необходимо поставить специальный геодезический наблюдательный эксперимент. Главное условие для достижения надежных результатов — выбор однородной, достаточно ровной, подстилающей поверхности, простирающейся на 15-20 км во всех направлениях от пункта наблюдения, а также соответствующих метеорологических условий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Модель трехосного атмосферного эллипсоида.

- Разработан алгоритм, ориентированный на использование измерений астрономической рефракции на больших z, с помощью которого можно вычислять численные значения параметров трехосного атмосферного эллипсоида, задающих размеры и ориентацию эллипсоида в пространстве. Такой подход даёт возможность исследовать динамику атмосферного эллипсоида с изменением конфигурации системы Солнце - Земля - Луна, что и осуществлено на практике.

Разработан алгоритм вычисления параметров трехосного атмосферного эллипсоида с центром, не совпадающим с центром Земли.

2. Модель сферической однородной атмосферы.

- Предлагаемая автором полуэмпирическая формула астрономической рефракции позволяет вычислять угол рефракции с точностью 2 — 3 угл.сек. вплоть до z = 88,5°; согласие наблюденной рефракции с вычисляемой по формуле вполне удовлетворительное. Формула может использоваться во всем диапазоне зенитных расстояний.

3. Использование модели несферической атмосферы в мониторинге атмосферного озона.

- Разработанный метод определения СО, изложенный в настоящей работе, а также методика измерения концентрации углекислого газа, описанная сотрудником ГАИШ (г. Москва), иллюстрируют возможность использования ас-трономо - геодезических методов исследования для решения практических задач экологии и геомониторинга окружающей среды.

4. Эффект «анизотропии пространства».

- Реализован на практике алгоритм определения координат абсолютного и других локальных апексов с использованием массивов астрометрических, фотометрических и т.п. наблюдений небесных светил. Проведено сравнение координат абсолютного апекса, определенных в настоящей работе, с результатами радиоастрономических и физических измерений.

- Показано, что при проведении GPS — измерений в эллипсоидальной (реальной) атмосфере по сравнению со сферической атмосферой будет существовать дополнительная задержка сигнала от ИСЗ с тем или иным знаком. Величина задержки связана с размерами полуосей эллипсоида (с конфигурацией системы Земля — Луна - Солнце) и зависит от ориентации атмосферного эллипсоида относительно местного меридиана.

6. Полученные в диссертационной работе результаты позволяют более полно учитывать влияние атмосферно-оптических факторов на угловые, линейные, фотометрические и дапьномерные измерения в геодезии, космической геодезии, астрономии, геофизике.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Федянин, Михаил Романович, Новосибирск

1. Нефедьева А.И. Астрономическая рефракция. Ч. 1 // Изв. АОЭ. - 1968. -№36.-С. 3-168.

2. Колчинский И.Г. Рефракция света в земной атмосфере. Обзор. -Киев: Наукова Думка, 1967. 44 с.

3. Краснорылов И.И., Плахов Ю.В. Основы космической геодезии. М.: Недра, 1976.-216 с.

4. Тетерин Г.Н. История геодезии с древнейших времен. Новосибирск: Сибпринт, 2001.- 432 с. . ' .

5. Изотов А.А. Взгляд на будущее астрономо-геодезии // Геодезия и картография, 1988.//№1.-С. 11-17.

6. Островский А.Л., Джуман Б.М., Заблоцкий Ф.Д., Кравцов Н.И. Учет атмосферных влияний на астрономо-геодезические измерения. М.: Недра, 1990. -235 с.

7. Нефедьева А. И. Астрономическая рефракция. 4.2 // Изв. АОЭ. 1973. -№ 40. - С. 3 - 69.

8. Нефедьева А.И. Астрономическая рефракция. Ч.З. Аномалии рефракции // Изв. АОЭ. 1976. - № 41 - 42. - С. 3-70.

9. Тютерев Г.С. Аномалии рефракции (краткий обзор) // Астрономия и геодезия. Томск: ТГУ, 1979. - Вып. 7. - С. 3- 23.

10. Ю.Шамаев В.Г. Проблемы исследования рефракции в астрометрии // Итоги науки и техники. -М.: ВИНИТИ, Астрономия, 1983. Т. 23. - С. 61-101.

11. П.Сергиенко В.И. Астрономическая теория рефракции для трехмерной модели атмосферы // Астрон. журн. — 1979. Т. 56. — Вып. 3. — С. 672 — 682.

12. П.Сергиенко В.И. Общая теория астрономической рефракции // Вращение и приливные деформации Земли, 1978. Вып. 10. — С. 68 - 84.

13. Чепмен С., Линдзен Р. Атмосферные приливы (термические и гравитационные). М.: Мир, 1972. - 295 с.

14. Чемберлен Д. Теория планетных атмосфер. — М.: Мир, 1981. — 352 с.

15. Фукс В.Р. Введение в теорию волновых движений в океане. JL: ЛГУ, 1982.-200 с.

16. Штепан Е. В;. Телескопические метеоры и атмосферные приливы // Ас-трон. циркуляр. -№ 226. С. 11 - 12.

17. Пинус Н.З., Шметер С. М. Аэрология (4.11. Физика свободной атмосферы). Л.: Гидрометеоиздат, 1965. - 351 с.

18. Измерение ветра на высотах 90-100 км наземными методами / Под ред. Ю. И. Портнягина и К. Шпренгера. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 343 с.

19. Носков Б.Н. Вековые возмущения в движении ИСЗ, вызываемые несимметричностью атмосферы Земли // Определение и моделирование движения ИСЗ и гравитационного поля. — Новосибирск, 1980. — С. 64 — 77.

20. Кропоткин Е.П., Шефов Н.Н. Влияние лунных приливов на вероятность появления серебристых облаков.// Изв. АН СССР, сер. ФАО. 1975. - № 11.-С. 1184-1186.

21. Дивари Н.Б. Исследование оптических свойств атмосферы сумеречным методом // Актинометрия и оптика атмосферы. Тр. Пятого Межведомств, со-вещ. по актинометрии и оптике атмосферы. Москва, июнь 1963 г. — М., 1964. -С. 171-175.

22. Коробейникова М.П., Насыров Г.А. Исследование эмиссии ночного неба X 5577 А за 1958 1967 гг. в Ашхабаде. - Ашхабад: Ылым, 1972. - 99 с.

23. Гаврилов Н.М., Утяковский В.П. О приливной природе полусуточной вариации интенсивности свечения ночного неба OI. 5577 А // Изв. АН СССР, сер. ФАО, 1979. № 15. - С. 508 - 515.

24. Фишкова Л.М. Влияние лунных приливов на вариации интенсивности гидроксильных полос, D-линии натрия и линии 5577 А атомарного кислорода в свечении ночного неба // Сообщения АН Груз.ССР. 1973. - № 72. - С. 337-340.

25. Васильев А.С. Влияние формы и приливов земной атмосферы на зенитные расстояния светил // Изв. Рос. АН. 1919. - № 3. — С. 175 — 206.

26. Василенко Н.А. Результаты анализа аномалий астрономической рефракции // Астрометрия и астрофизика. 1976. - Вып. 28. — С. 42 — 51.

27. Ю. С. Георгиевский, А. Я. Дривинг, Н.В. Золотавина и др. Прожекторный луч в атмосфере. Исследования по атмосферной оптике. М.: АН СССР, 1960.-244 с.

28. Никитинская Н.И., Бартенева О.Д., Веселова JI. К. Об изменчивости спектральной оптической аэрозольной толщи атмосферы в условиях высокой прозрачности // Изв. АН СССР, сер. ФАО. 1973. - IX. - С. 437 - 442.

29. Извеков М.М. Определение коэффициентов вертикальной рефракции по результатам тригонометрического нивелирования // Автореферат диссерт. на соиск. уч. степ, к.т.н. — Новосибирск, 1969. — 24 с.

30. Справочник геодезиста (в двух книгах). М.: Недра,1985 - 455 е., 440 с.

31. Куштин И.Ф. Геодезия. Учебно-практическое пособие. М.: Издательство ПРИОР, 2001. - 448 с.

32. Маррей К. Э. Векторная астрометрия. Киев: Наукова думка, 1986. — 327 с.

33. Гомбоев Н. Ц., Цыдыпов Ч. Ц. Рефракционные свойства атмосферы континентальных районов. Новосибирск: Наука, СО, 1985. - 126 с.

34. Куштин И. Ф., Куштин В. И. Инженерная геодезия. Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.-416 с.

35. Федотов Г. А. Инженерная геодезия. М.: Высш. шк., 2002. - 463 с.

36. Е. Б. Клюшин, М. И. Киселев, Д. Ш. Михелев и др. Инженерная геодезия. М.: Высш. шк., 2000. - 464 с.

37. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы. М.: Мир, 1979, 421 с.

38. Кошелев Б.П. Геометрическая оптика. Учебное пособие.-Томск: ТГУ, 1989.-222 с.

39. Планеты и спутники. Под ред. В.И.Мороза. М.: ИЛ, 1963, - 520 с.

40. Saar Е. An Astronomical Refraktion Formula for all Zenith Angles // Публикации Тартус. астрофиз. ообсерватории им. В.Струве.- 1973. -Т. 41.- С. 191 -203.

41. Федянин М.Р., Морозов A.M. Некоторые результаты исследования оптических параметров атмосферы // Астрономия и геодезия. 1984.- Вып. 10. -С.178 -186.

42. Аллен К.У. Астрофизические величины.- М.: Мир, 1977.- 446 с.

43. Гущин Г.П., Жукова М.П. Оптические массы атмосферы и аэрозоля // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. Л.: 1977. - Вып. 384. - С. 32 - 43.

44. Таблицы рефракции Пулковской обсерватории. Изд.5-е. - JL: Наука, 1985.-49 с.

45. Оптическая рефракция в земной атмосфере (наклонные трассы). А.В. Алексеев, М.В. Кабанов, И.Ф. Куштин, Н.Ф. Нелюбин. Новосибирск: Наука, 1983.- 230 с.

46. Василенко Н.А. Исследование аномалий астрономической рефракции: Автореф. дис. канд. техн. наук.- JL: 1977.- 15 с.

47. Таблицы рефракции Пулковской обсерватории.- Изд. 4-e.-M.-JI.: Изд-во АН СССР, 1956.-32 с.

48. Гусева И.С. Метод вычисления астрономической рефракции по аэрологическим данным и составление таблиц рефракции. Л.: 1986.- 46 с.

49. Стандартная атмосфера. Параметры. ГОСТ 4401-73.- М.: 1974.-117 с.

50. Василенко Н.А., Федянин М.Р. Определение несферичности земной атмосферы по измерениям астрономической рефракции при различных фазах Луны //Изв. АН СССР, ФАО.- 1987. Т. 23, №6.- С. 616 - 621.

51. Василенко Н.А. О некоторых причинах аномалий астрономической рефракции // Новые идеи в астрометрии. Тр. 20-й астрометр. конф. (Пулково, 20-23 мая 1975 г.). -Л., 1978.- С.120 124.

52. Федянин М.Р. Полуэмпирическая формула астрономической рефракции // Тез. докл. Междунар. конф. 17 20.06.1997 г. Всесиб. чтения по математике и механике. Т. И. Механика.- Томск, 1997.- С. 20.

53. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973.- 831 с.

54. Рамазов А.А., Сихарулидзе Ю.Г. Модель сезоннр-широтных вариаций плотности атмосферы Земли: Препринт Ин-та приклад, математики АН СССР.- М., 1979.- 30 с. №72.

55. Рамазов А.А., Сихарулидзе Ю.Г. Глобальная модель вариаций плотности атмосферы Земли: Препринт Ин-та приклад, математики АН СССР.- М., 1979.-30 е.-№73.

56. Гуревич В.Б. Введение в сферическую астрономию.- М.: Наука, 1979.- 128 с.

57. Федянин М.Р., Морозов A.M. Определение параметров атмосферного эллипсоида по измерениям рефракции на больших зенитных расстояниях // Всесоюз. совещ. по рефракции электромагнит, волн в атмосфере: Тез. докл.-Томск: ТФ СО АН СССР, 1983.- С.89 91.

58. Турчак Л.И. Основы численных методов.- М.: Наука, 1987. 318 с.

59. Fuss V. Beobachtungen und Untersuchungen uber die astronomische Strahlenbrechung in der Nahe des Horizontes // Memo ires de Tacademie Imperiale des Sciences de St.-Petersbourg, VII E Serie, Tome XVIII, № 3.- St.-Petersbourg, 1871.-44 s.

60. Федянин M.P., Василенко H.A., Вольф В.А. Оценка горизонтальной составляющей астрономической рефракции в эллипсоидальной атмосфере // Кинематика и физика небесных тел. -1987. Т.З, №6. - С.84 - 88.

61. Василенко Н.А. Определение астрономической рефракции у горизонта в различные периоды года // Астрометрия и астрофизика. -1972. Вып. 17.-С.96- 108.

62. Fedyanin M.R. and Tyuterev G.S. On the estimation of the lateral astronomical refraction//Publ. astron. opserv. Beogradu.- 1987.- № 35.- P.291-297.

63. Тютерев Г.С. Исследование влияния наклонов атмосферных слоев равной плотности на определение широты места и точного времени по аэрологическим данным // Колебания широт и движения полюсов Земли. № 3. Широты и долготы. М., 1964.- С.50 - 72.

64. Dimopoulos Themistoklis. Untersuchungen uber die Genauigkeit der Er-mittlung der astronomischen Refraktion. Stuttgart: Diss. Dokt.-Ing. Fak. Bailing und Vermessungsw. Univ. Stuttgart, 1982.- 147 s.

65. Зверев М.С. К вопросу о вычислении рефракционных аномалий по данным аэрологических наблюдений // Астрон. журн.- 1946.- Т.23.- Вып.2.-С.97-110.

66. Василенко Н.А. Наклоны слоев атмосферы по данным зондирования // Астрометрия и астрофизика.- 1979.- Вып. 39.- С.81 83.

67. Сергиенко В.И. Методика определения пространственно-временной рефракции // Всесоюз. совещ. по рефракции электромагнит, волн в атмосфере: Тез. докл. Томск, 1983.- С.86 - 88.

68. Rikinosuke Fukaya and Masanori Yoshizawa. A Numerical Approach to the Determination of Astronomical Refraction // Publ. Astron. Soc. Japan.- 1985.-Vol. 37.- P.747 762.

69. Бюллетень результатов ракетного зондирования атмосферы. Янв. -февр. 1987.- М.: Гидрометеоиздат, 1987.- 350 с.

70. Василенко Н.А., Гайкович К.П., Сумин М.И. Определение профилей температуры и давления атмосферы по измерениям астрономической рефракции вблизи горизонта // Изв. АН СССР, ФАО. 1986.- Т. 22, № Ю.- С. 10261033.

71. Василенко Н.А., Гайкович К.П., Сумин М.И. Метод определения профилей температуры атмосферы по наблюдениям астрономической рефракции звезд // ДАН СССР. 1986. - Т.290, № 6.- С. 1332 - 1335.

72. Ситник Г.Ф. Исследование земной атмосферы по ореолам Солнца и Луны. М.: МГУ, 1985.- 117 с.

73. Федянин М.Р., Морозов A.M. Модификация наблюдательной части метода Бугера // Астрономия и геодезия. Томск: ТГУ, 1981.- Вып.9.- С.99-101.

74. Федянин М.Р., Тютерев Г.С., Морозов A.M. Ночная прозрачность атмосферы в Томске // Астрономия и геодезия.- Томск: ТГУ, 1979.- Вып.7. -С.24 29.

75. Отчет за 1975 г. по теме "Определение коэффициента прозрачности атмосферы в ночное время" (шифр "Прозрачность"): Отчет о НИР. Исполнители: Федянин М.Р., Андрианов В.А. Томск: НИИ ПММ при ТГУ. - 32 с.

76. Отчет за 1976 г. по теме "Определение коэффициента прозрачности атмосферы в ночное время" (шифр "Прозрачность"): Отчет о НИР. Исполнители: Федянин М.Р., Лазарев В.М., Морозов A.M. Томск: НИИ ПММ при ТГУ. -60 с.

77. Отчет за 1977 г. по теме "Определение коэффициента прозрачности атмосферы в ночное время" (шифр "Прозрачность 77"): Отчет о НИР. Исполнители: Федянин М.Р., Морозов A.M., Шихалев В.В., Мищенкова Т.Н. - Томск: НИИ ПММ при ТГУ. - 30 с.

78. Звягинцев A.M., Крученицкий Г.М. Близка ли разгадка озоновой проблемы? // Земля и Вселенная.- 1996.- №1.- С.З 11.

79. Методические указания по производству и обработке наблюдений за общим содержанием атмосферного озона.- Л.: Гидрометеоиздат, 1970.- 67 с.

80. Гущин Г.П., Виноградова Н.Н. Суммарный озон в атмосфере. JI.: Гидрометеоиздат, 1983.-238 с.

81. Гущин Г.П. Методы, приборы и результаты измерения спектральной прозрачности атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1988.- 200 с.

82. Общее содержание атмосферного озона и спектральная прозрачность атмосферы. Справ, данные по станциям СССР за 1972 1973 гг.- JL: Гидрометеоиздат, 1978.- 158 с.

83. Гущин Г.П., Черняк Т.И. Озонные массы для пяти вертикальных распределений озона в атмосфере // Тр. ГГО им. А.И.Воейкова.- 1970.- Вып.255.-С.80 90.

84. Мак-Ивен М., Филлипс Л. Химия атмосферы. М.: Мир, 1978.- 375 с.

85. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Т.1. Л.: Гидрометеоиздат, 1978.247 с.

86. Хаттатов В.У., Филюшкин В.В. Атмосферный озон: прогнозы и реальность // Наука и человечество. Междунар. ежег. М.: Знание, 1990. - С. 149 -156.

87. Атмосферный аэрозоль и его влияние на перенос излучения. К итогам советско-американского аэрозольно-радиационного эксперимента.- Л.: Гидрометеоиздат, 1978.- 120 с.

88. Зельдович Я.Б., Сюняев Р.А. Межгалактический газ в скоплениях галактик, микроволновое фоновое излучение и космология // Астрофизика и косм, физика.- М., 1982.- С.9 65.

89. Ефимов А.А., Шпитальная А.А. Об анизотропии вспышечной и пятнообразовательной деятельности Солнца в инерциальном пространстве // Проблемы исслед. Вселен.- 1985.- Вып.11.- С. 147 154.

90. Strukov I.A., Skulachev D.P., Klypin A.A., Sazhin M.V. The anisotropy of the microwave background: space experiment "Relict" // Сообщения CAO.-1987.- Вып.53.-С.67-75.

91. Франкфурт У.И. Оптика движущихся сред и специальная теория относительности // Эйнштейн, сб., 1977. М, 1980.- С. 257 - 326.

92. Ацюковский В.А. Логические и экспериментальные основы теории относительности: Аналит. обзор.- М.: МПИ, 1990.- 56 с.

93. Вавилов С.И. Экспериментальные основания теории относительности (1928) // Собр. соч. Т.4.- М., 1956.- С.9 110.

94. Федянин М.Р., Василенко Н.А. Анизотропия реликтового излучения и наземная астрометрия // Том. госун-т.- Томск, 1990.- 34 с. ДЕП в ВИНИТИ 20.02.90, № 1002-В90.

95. Болотовский Б.М., Столяров С.Н. Современное состояние электродинамики движущихся сред (безграничные среды) // Эйнштейн, сб., 1974.- М., 1976.- С.179 275.

96. Ю1.Борн М., Вольф Э. Основы оптики.- М.: Наука, 1973.-719 с.

97. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. М.: Энергоатомиздат, 1990.- 278 с.

98. Hughes J. A., Scott D.K. Publications of the United States Naval Observatory, second series // Washington: U.S. Government printing office, Vol. XXIII, Part III,- 1982.-485 p.

99. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973.-957 с.

100. Poma A., Gusai V. Reduction in the MERIT standards of the observations made with the astrolabe Danjon at Cagliari // Circ.: Staz. astron. int. latitud. Carloforte-Cagliari, № 36. C.l, 1987.- P.l - 28.

101. Кумкова И.И. Связь радио и оптической систем координат // Проблемы построения координатных систем в астрономии // Проблемы исслед. Вселен. 1989. - Вып.12.- С. 237 - 244.

102. Федянин М.Р. О постоянстве аберрационной постоянной. Томск: ТГУ, 1992.-31 с. ДЕП в ВИНИТИ 17.02.92, № 533. - В92.

103. Подобед B.B., Нестеров B.B. Общая астрометрия. М.: Наука, 1982.-576 с.

104. Васильев А.С. Суточная солнечная волна в зенитных расстояниях светил // Изв. АН СССР. Отделен, матем. и естествен, наук.- 1935.- №110.-С.1245- 1266.

105. Куликов К.А. Определение постоянной аберрации по наблюдениям на большом пулковском зенит-телескопе // Астрон. журн.- 1949. Т. XXVI, Вып.1-С.44-48.

106. Дивари Н.Б. К вопросу о зависимости аберрационной постоянной от спектрального класса звезды // Астрон. журн.- 1951. Т. XXV111, Вып.6.-С.518 - 527.

107. Ващилина Л.М. Исследование ряда наблюдений на пассажном инструменте в первом вертикале, выполненных В.Я. Струве в Пулкове (1840 — 1842 гг.). // Изв. ГАО в Пулкове.- 1950.- Т. XVIII, Вып.2, № 143.- С.71 100.

108. Идельсон Н.И. Фундаментальные постоянные астрономии и геодезии // Астроном, ежегодник на 1942 г. М.- Л., 1941.- С.409 - 476.

109. Федянин М.Р. Абсолютный апекс движения Земли и фотометрия активных ядер галактик// Фундаментал. и приклад, проблемы соврем, механики (Докл. Всерос. науч. конф.), г. Томск, 2-4 июня 1998 г.- Томск: ТГУ, 1998.-С.171-172.

110. Котов В.А., Лютый В.М. Пульсации активных ядер галактик и проблема антивещества во Вселенной//Изв. КрАО.- М., 1992.- Т.86.-С.108- 124.

111. Котов В.А., Лютый В.М. Осцилляции активных ядер галактик с периодом 160 минут и гипотеза об антивеществе // Изв. КрАО. М., 1993.- Т.87.-С.144- 152.

112. Swifte RHD, Gibbs Р, Buontempo ME and Eldridge P. Herstmonceux observations of the Sun, planets and Moon 1957-1982 // R. Obs. Bull., Herstmonceux.-№ 193.- 1984, 40 p.

113. Неганов Б.С. О принципе относительности и нарушении его в явлениях спиновой прецессии движущихся заряженных частиц: Препринт ОИ-ЯИ.- Дубна.- Р4 89 - 827, 1989.- 17 с.t

114. Ефимов А.А., Шпитальная А.А. О движении Солнечной системы относительно фона Вселенной // Проблемы пространства и времени в соврем, естествознании. Сер. "Проблемы исследования Вселенной".- СПб, 1991.-Вып.15.- С.345 349.

115. Маринов С. Оптические измерения абсолютной скорости Земли // Проблемы пространства и времени в соврем, естествознании. Сер. "Проблемы исследования Вселенной".- СПб, 1991.- Вып.15.- С.357 364.

116. Хлыстов А.И. Региональный экологический мониторинг с помощью теллурических линий // Тр. ГАИШ. МГУ, 1995.- T.LXIV, ч.2.- С.70 - 79.

117. Куштин И.Ф., Куштин В.И. Инженерная геодезия. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2002.-426 с.

118. Астрономический календарь. Постоянная часть. — М.: Наука, 1981. —704 с.

119. Куштин И.Ф. Геодезия. Учебно-практическое пособие. М.: ПРИОР, 2001.-448 с.

120. Отчет по теме "Исследование оптической рефракции в приземном слое" (Рефракция 76) за 1976 год. Рук. Г.С. Тютерев, отв. исп. А.Ф. Канторов.-Томск: НИИ ПММ ТГУ, 1976. - 52 с.

Информация о работе

Федянин, Михаил Романович
кандидата технических наук
Новосибирск, 2003
ВАК 25.00.32

Диссертация

Обоснование и разработка модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо-геодезических измерений - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы