sisteme de timp in geodezia spatiala

1. Introducere. Sisteme de timp utilizate in Geodezia Spatiala;

2. Sisteme de referinta utilizate in Geodezia Spatiala;

3. Studiul orbitei satelitilor;

4. Metode de determinare a pozitiei pe baza obs. satelitare;

5. Utilizarea sistemelor GNSS in Geodezie;

Universitatea Tehnica de Constructii BucurestiFacultatea de Geodezie

Catedra de Geodezie si Fotogrametrie

GEODEZIE SPATIALA~ curs ~

S.l.dr.ing.Tiberiu RUS

D E G E O D E Z I E

Geodezie Spatiala ~ curs ~ T.Rus 2010/2011 2

Satellite Geodesy, Seeber G., Berlin-New York, 1993;

GPS Satellite Surveying, Leick Alfred, Second Edition, John Wiley and Sons, New York, Chichester, Toronto, Brisbane, Singapore, 1995;

Geodesy, 2nd Edition, Torge Wolfgang, Walter de Gruyter, Berlin-New York, 1991;

GPS in der Praxis, Hofmann-Wellenhof B., Kienast G., Lichtenegger H., Wien, New York, 1994;

Sateliti artificiali la sfarsit de mileniu, Teodorescu C., Ionescu D., Zaganescu F., Editura Stiintifica siEnciclopedica, Bucuresti, 1988;

Enciclopedia programelor spatiale, 1975-1979, G-ral maior ing. Andreescu D., Editura Militara, Bucuresti, 1980;

Sistemul de Pozitionare Globala (GPS), Neuner J., Editura Matrix, 2000;

Introducere in geodezia geometrica spatiala, Dinescu Al., Editura Tehnica, Bucuresti, 1980;

http://193.231.4.70:8888 (Statia GPS Permanenta Bucu); Articole conexe http://www.geodezie.utcb.ro; (Facultatea de Geodezie Bucuresti);

Bibliografie (in afara notelor de curs)


Introducere /1

Geodezia clasica : este tiina care se ocup cu studiul formei i dimensiunilor Pmntului. moderna: + campul fizic asociat

+ tehnologiile moderne de investigare. Dezavantajele Geodeziei clasice:- Neomogenitatea det. coordonatelor (planimetrice fata de altimetrice);- Sisteme de referinta negeocentrice (originea diferita de centrul de masa al Pamantului);- Retelele de triangulatie realizate nu aveau acoperire globala;- Impedimente specifice observatiilor optice (vizibilitate, geom. retelei, influente atmosferice s.a)

Geodezia Spaial (Space Geodesy lb.englez) - se ocup cu studiul formei, dimensiunilor i a cmpului fizic ale Pmntului folosind metode i tehnologii spaiale.Geodezia Spaial utilizeaz frecvent ca i msurtori, distane spaiale (staie-satelit) spre deosebirede distanele terestre (staie-staie) msurate n triangulatia/trilateraia clasic.

Geodezia cu Satelii se ocup cu studiul formei, dimensiunilor i a cmpului fizic ale Pmntului folosind satelii artificali ai Pmntului.

Satelitul artificial este un corp creat de tiina i tehnologia uman, care este lansat pe o orbit n jurul unui corp ceresc i evolueaz pe aceast orbit conform legilor mecaniciicereti.


Metode si tehnologii spatiale:

1. VLBI Very Long Baseline Interferometry(Masuratori interferometrice de distante foarte lungi)

2. SLR Satellite Laser Ranging (Masuratori laser de distante spre sateliti);

3. GNSS Global Navigation Satellite System(Sisteme Satelitare pentru Navigatie Globala)

4. Radar Altimetrie Satelitara (Masuratori RADAR de altitudini cu sateliti)

5. Pozitionare SST (Satellite-Satellite Tracking Pozitionare relativa satelit-satelit)

6. Masuratori Doppler cu sateliti

+ alte metode si tehnologii

Introducere /2

http://ids-doris.org/

http://www.evlbi.org/

http://ilrs.gsfc.nasa.gov/

http://igscb.jpl.nasa.gov/


Ceasatomic

Sistemde inreg.

Sistemde inreg.

Corelator

Ceasatomic

Radio-sursa

SS S

S

r1 r2

b

b11

2

2

2

b cos =c (1)b = c /cos (2)

VLBI Very Long Baseline Interferometry(Masuratori interferometrice de vectori foarte lungi)

Introducere /3http://www.evlbi.org/


Introducere /4

L A S E RC E A S

ATOMIC

SISTEM DE RECEPTIEDETECTARE SEMNAL

CalculatorControl iprediciaorbitelor

Emitor(telescop)

Receptor(telescop)

Satelit cureflectoared = t

2 c

d

SLR Satellite Laser Ranging(Masuratori LASER de distante spre sateliti)

http://ilrs.gsfc.nasa.gov/


Orbita calculat

Orbita adevarat

Suprafata instantaneea marii

Suprafata mediea marii

Geoid

Elipsoid

N = h - n - n - a - d h

N

n

n

a

d

a = v t2

a - altitudinea msurat;v - viteza undelor radar;

h altitudinea elipsoidala;d eroarea orbitei satelitului

RADAR ALTIMETRY(Altimetrie RADAR cu Sateliti)

Introducere /5


SVK

SVJ

SVI Low-Low

High-Low

Statie terestra deurmarire a satelitilor

Satellite-Satellite Tracking (SST)Pozitionare relativa satelit-satelit

se determina distanta si viteza relativa ntre doi sateliti

Aplicatii:

- determinarea mai precisa a pozitiei satelitilor;- studiul potentialului gravitational al Pamntului pe baza

variatiei parametrilor orbitei satelitului.

In ceea ce priveste materializarea conceptului SST existadoua configuratii, n functie de pozitia celor doi sateliti:

1. Configuratie de tipul High-Low (engl.) - Inalt-Jos;2. Configuratie de tipul Low-Low (engl.) - Jos-Jos.

Introducere /6


Introducere /7


Struve Geodetic Arc (Arcul Geodezic Struve) este un lant de triangulatie cu o lungime de peste 2820 km intreHammerfest (Norvegia) si Staro-Nekrassowka (Ucraina). A fostmasurat intre anii 1816-1855 sub conducerea geodezilorFriedrich Georg William Struve si Carl F. de Tenner. Astaziacest arc trece prin 10 tari europene: Norvegia, Suedia, Finlanda, Rusia, Estonia, Letonia, Lituania, Belarus, Ucraina siMoldova.In anii dinaintea erei satelitilor, masurarea unui arc de meridian a fost cea mai precisa metoda de a determina parametrii figuriiPanantului. Prin masurarea unui arc de of 1 pe suprafataterestra la diferite latitudini, s-a putut determina daca Pamantuleste alungit sau turtit la poli.In ciuda lungimii sale, masuratorile acestui arc au fost foarteprecise pentru acele vremuri, lucru datorat in principal buneicolaborari intre oamenii de stiinta, monarhii si producatorii de echipamente, pentru o cauza stiintifica. Aceasta a permisimportante dezovltari in istoria astronomiei, geodeziei sicartografiei.Multe din punctele (statiile) de triangulatie sunt inca utilizate in retelele geodezice nationale. Pentru conservarea acestor puncte ramase s-a constituit un comitet cu reprezentanti din fiecare tara participanta la acestvechi proiect. S-a solicitat fiecarei tari de a cauta si descopericat mai multe puncte care au ramas din acest lant de triangulatie. Apoi aceste puncte au fost reconditionate simarcate astfel incat sa devina puncte de atractie nu numaipentru specialisti, dar si pentru turisti.In anul 2005, arcul geodezic Struve a fost inclus pe ListaUNESCO a monumentelor protejate. Arcul geodezic Struveinclude un numar de 34 de puncte (marcate cu culoarea verde in figura).

Introducere /8


Introducere /9

In prezent exista dispuse pesuprafata terestra sisteme de masurare continua, cum suntsistemele GNSS (Global Navigation Satellite System), care permit determinarea periodica saucontinua a pozitiei absolute si/saurelative a punctelor (statiilor) de masurare. Distributia acestor statiieste suficient de densa pentru a putea determina mult mai bineforma si dimensiunile Pamantului, precum si alti parametri specifici(parametri rotatiei Pamantului).

In figura sunt prezentate statiileGNSS permanente incluse in reteaua IGS (International GNSS Service).


Introducere /10

Necesitatea conectrii ret. de triang. observatii optice de la sol asupra Lunii; obs. asupra unor tinte mobile (inalte);

Markowitz camera lunar (fotografiereapozitiei Lunii pe fondul stelelor)

1942 Vaisala fotografierea unor tinte (S) luminoase (parasute) lansate deasupra uneiintinderi de apa (lac) din puncte intre care nuexista vizibilitate optica (A,C) (B,C);

- Scara retelei det. prin mas. de distante:

- terestre (AB): laser (terestru-AB), Doppler

- spatiale : SLR-(ASi, BSi,CSi); interferometrie

radar altimetrie, Doppler,

pozitionare relativa (S1S2).

S1

S2

A

BA

B

C

S1S2

continent

insul

Fig.1a Principiul determinrii unei Fig.1b Principiul determinrii direcieistaii fotografice ntre dou staii fotografice


Introducere/11

Metode de utilizare a S.A. in Geodezie

metode geometrice;

metode dinamice;

metode combinate sau semidinamice(short arc sau arc scurt, orbit relaxation sau relaxarea orbitei).

(S.A. sateliti artificiali)

Punct nou

traiectorie satelit(orbita)

msurtori(observaii)

Punct cunoscut

Geocentru

vector de poziie

S4

S1

S2

S3

Scurt istoric (vezi Anexa)


Scurt istoric /1 (Anexa) Pitagora (sec.VI .e.n) emite ideea sfericitii Pmntului i a formulat concepia geocentric, conforma creia Soarele i Luna se mic njurul Pamantului. Aristotel (364 322 .e.n.) susine concepia geocentric; Aristarh din Samos (310 230 .e.n.) este primul care a emis ipoteza conform creia Pmntul se mic n jurul axei proprii i n jurulSoarelui (teoria heliocentric); Claudius Ptolemeu (sec. II .e.n.) a fcut o sintez a cunotinelor i teoriilor astronomice existente la acel moment susinnd cPmntul este fix constituind centrul Universului. Nicolaus Copernic (14.. 1543) astronom polonez, care pe baza observaiilor sale asupra poziiei Lunii i a planetelor n raport cu stelele, reia teoria heliocentric a lui Aristarh din Samos i o fundamenteaz n mod tiinific. Galileo Galilei (1564-1642) savant italian susine teoria heliocentric pe baza observaiilor realizate folosind luneta instrument descoperit de el. Johannes Kepler (1571-1630) stabilete pentru prima dat legile de micare ale corpurilor cereti, legi care i poart numele. Isaac Newton (1642-1727) savant englez, care descoper una din legile fundamentale ale naturii legea atraciei universale. Pe bazaacestei legi a explicat mai multe fenomene naturale ntre care i legile micrii planetelor stabilite de Kepler. Este primul care a analizatposiblitatea realizrii unui satelit artificial al Pmntului, calculnd valoarea vitezei de satelizare (prima vitez cosmic de cca. 8 km/s). Jules Verne (1828-1905) scriitor francez, care a anticipat n romanele sale multe din realizrile viitoare ale tehnologiei umane (zborulde la Pmnt la Lun, utilizarea submarinelor .a.). Conrad Haas ef al Arsenalului din Sibiu ntre 1529-1569 emite ideea utilizrii rachetei cu mai multe trepte nzestrat cu aripioaretriunghiulare la baz pentru stabilizarea pe traiectorie. Konstantin Eduardovici iolkovski (1857-1935) om de tiin rus propune utilizarea ca mijloace de propulsie a vehiculelor spaiale, a motoarelor rachet alimentate cu propergoli lichizi, precum i a folosirii vehiculelor reactive n trepte. Alexandru Ciurcu (1854-1922) inginer romn, care mpreun cu prietenul su francez Just Buisson testeaz la Paris utilizareamotoarelor rachet n propulsia unor ambarcaiuni i ulterior a unor vagonei. Robert Hutchins Goddard (1882-1945) fizician american este primul care a construit i testat racheta compus folosind motoarerachet alimentate cu propergoli lichizi. Hermann Julius Oberth (1894- ) nscut la Sibiu a contribuit la dezvoltarea tehnicii rachetelor i fundamentarea zborului cosmic. In 1923 public la Mnchen lucrarea Die Rackete zu den Planetenrumen (Racheta n spaiile interplanetare), iar n 1930 construiete nGermania o rachet cu combustibil lichid, iar apoi una i la Scoala Tehnic Aeronautic din Media. Robert Esnault-Pelterie (1881-1957) inginer francez este un precursor al astronauticii i adept al propulsiei cosmice cu ajutorulmotoarelor rachet. Este primul care utilizeaz termenul de astronautic, care este i titlul uneia din lucrrile sale publicate n 1934. Fritz von Opel constructor german de automobile n 1928 realizeaz un dispozitiv fuzee cu combustibil solid, care propulseaz un automobil cu viteza de 100 km/h.


Fritz Stamer n 1928 piloteaz primul avion propulsat cu ajutorul rachetelor. Werner von Braun (1902-1977) savant german, care realizeaz n perioada celui de-al doilea rzboi mondial vehiculul V-2, folosit

n rzboiul aerian declanat mpotriva MariiBritanii. Dup rzboi realizeaz pentru Statele Unite ale Americii vehiculele Jupiter iSaturn folosite la lansarea de satelii artificiali i nave cosmice.

1950 primul Congres de Astronautic la Paris. 1951 al doilea Congres de Astronautic la Londra, dedicat n ntregime sateliilor artificiali. 1.07-1957-1.010.1959 s-a desfurat Anul Geofizic Internaional aciune de amploare cu scopul de a extinde cunotinele despre

planeta Pmnt i sistemul Solar. Au participat circa 66000 de oameni de tiin i cercettori din 66 de ri.*

4 octombrie 1957 Uniunea Sovietic lanseaz primul satelit artificial denumit SPUTNIK 1. Orbita a fost eliptic cu perigeul la nlimea de 228 km i apogeul la 947 de km. S-a dezintegrat n atmosfera terestr n ianuarie 1959.

4 noiembrie 1957 - Uniunea Sovietic lanseaz al doilea satelit artificial denumit SPUTNIK 2, avnd la bord pentru cercetri biologicecelua Laika.

31 ianuarie 1958 SUA lanseaz primul ei satelit denumit Explorer 1, cu ajutorul cruia se pune n eviden centura de radiaii Van Allen. Sunt lansai apoi sateliii Explorer 2 i 3 cu rolul de a determina temperatura din straturile nalte ale atmosferei i a presiuniiradiaiilor solare i cosmice.

26 iulie 1958 SUA lanseaz satelitul Explorer 4, care evideniaz lipsa centurii de radiaii Van Allen n zonele polare. In paralel cu sateliii Explorer, SUA lanseaz incepnd cu 17 martie 1958, sateliii din seria Vanguard avnd ca destinaie i studiul

formei i dimensiunilor Pmntului. 1960 Uniunea Sovietic reuete pentru prima dat s recupereze intact macheta unei capsule spaiale apt s adposteasc un om.

In acelai an i SUA reuesc s recupereze intact o capsul cu aparate i vieuitoare. 12 aprilie 1961 Iuri Gagarin, cosmonaut sovietic este primul om care evolueaz 108 minute pe o orbit circumterestr la bordul navei

spaiale Vostok. 20-21 iulie 1967 echipajul american al misiunii americane Apollo 11 reuete debarcarea pe Lun a primului pmntean, Neil

Armstrong. Incepnd cu 1971 sunt lansate pe orbite joase (sub 500 de km) satelii - staii tiinifice permanente: Saliut (Uniunea Sovietic) i

Skylab (SUA). Uniunea Sovietic construiete i navele de transport fr echipaj din seria Progress. SUA construiete din aprilie 1981 sisteme de transport spaial recuperabile denumite navete spaiale (Columbia, 1981; Challenger,

1982, Discovery, 1985, Atlantis, Endeavour .a.). mai 1981 primul zbor al cosmonautului romn Dumitru Prunariu n cadrul laboratorului cosmic Saliut 6, desfurat n cadrul

programului Intercosmos. februarie 1986 Uniunea Sovietic inaugureaz laboratorul spaial MIR, care a funcionat pn la nceputul anului 2001; 2000 SUA mpreun cu Federaia Rus i alte ri construiesc laboratorul spaial denumit generic Staia Spaial Internaional (ISS

International Space Station, n limba englez).

Scurt istoric /2 (Anexa)


In anul 1992 au fost achiziionate un set de 3 receptoare GPS (Ashtech LM-XII) n Facultatea de Geodezie din Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, n cadrul programului TEMPUS realizat n colaborare cu Institutul Geodezic Universitatea Tehnic din Hanovra, Germania; In anul 1992, un set de 2 puncte din Romnia au fost conectate la alte 3 staii de referin europene (din Marea Britanie, Germania iSuedia) printr-o colaborare ntre armata britanic i Direcia Topografic Militar (Romnia). Rezultatele determinrilor au fost utilizatepentru determinarea parametrilor de legtur ntre sistemul de referin S42 (elipsoid Krasovski) i sistemul WGS84 la un nivel de precizie cerut de lucrrile cartografice; In anul 1994, un numr de 7 puncte din reeaua geodezic de control a Romniei au fost conectate la reeaua global i european de referin pe baza observaiilor GPS efectuate cu sprijinul NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration-SUA), NGS (National Geodetic Survey- SUA) i IfAG (actualmente BKG - Bundesamt fuer Kartographie und Geodaesie - Germania). In anul 1995 a nceput derularea unui program de cercetri geodinamice n Europa Central (CERGOP) incluznd i un colectiv de la Catedra de Geodezie i Fotogrametrie a Facultii de Geodezie din cadrul UTCB. In cadrul programului s-au efectuat msurtori GPS cu durata de o sptmn n anii 1995, 1996, 1997, 1999, 2001, (2003, 2005, 2007). In anul 1995 s-a realizat de ctre Direcia Topografic Militar i NIMA (National Imagery and Mapping Agency, SUA) un set de determinri absolute de gravitate in 4 puncte de pe teritoriul Romniei folosind gravimetrul FG-5. Cele 4 puncte au fost racordate la reeaua gravimetric de ordinul 1 prin determinri relative folosind dou gravimetre LaCoste & Romberg Model G. S-au recompensat reelele de ord. 1 i 2 pe baza noilor msurtori efectuate. Determinrile absolute de gravitate au fost repetate n anul 1997 cu acelai tip de echipamente; In anul 1995 n Poligonul Geodinamic Cldruani din apropierea Bucuretiului s-au efectuat determinri GPS, combinate cu determinri gravimetrice i de nivelment pentru studii geodinamice. Au participat UTCB Colectivul de Geodezie, Univ. Tehnic din Bonn i INFP (Institutul Naional de Fizica Pmntului); In luna mai a anului 1997 s-au realizat determinri GPS n vederea racordrii reelei de nivelment a Romniei n reeaua de nivelmenteuropean. Acest lucru s-a realizat n cadrul proiectului EUVN (European Vertical GPS Network); Au fost determinate un numr de 4 puncte ale reelei de nivelment din Romnia, ntre care i un reper din apropierea maregrafului din Constana.; In luna octombrie 1998 n cadrul proiectului UNIGRACE (Unification of Gravity Systems of Central and Eastern European Countries) au fost determnate prin msurtori absolute de gravitate, dou staii (Gilu i Constana). Proiectul cuprinde 12 ri europene, Romniafiind reprezentat de IGR (Institutul Geologic al Romniei); In anii 1996-2000 s-au realizat observaii GPS la o serie de aeroporturi din Romnia n vederea realizrii racordrii sistemului de referinta pentru navigaia aerian la standardele europene.

Scurt istoric /3 - Utilizarea GNSS in Romania (Anexa)


In anul 1999 (februarie) a fost instalat n Romnia la Facultatea de Geodezie din Bucureti din cadrul Universitii Tehnice de Construcii Bucureti, prima staie GPS permanent recunoscut internaional i aliniat la standarde internaionale de funcionare.

In anii 1997-2000, Direcia Topografic Militar a realizat observaii GPS pe teritoriul rii mpreun cu instituii similare din MareaBritanie i SUA;

Incepnd cu anul 1995, societi comerciale cu activitate n domeniul Topografiei, Geodeziei i Cadastrului au realizat determinri GPS pe teritoriul Romniei i dup 1997 i determinri GLONASS;

In anul 2001 se realizeaz de ctre ONCGC (Oficiul Naional de Cadastru, Geodezie i Cartografie), care a devenit dup anul 2004 ANCPI (Agenia Naional de Cadastru i Publicitate Imobiliar), o reea naional de staii GPS permanente cuprinznd un numr de 5 staii cu receptoare de dubl frecven (L1/L2) i staii meteo integrate.

In 2004/2005 s-au mai amplasat de ctre ANCPI un numr de 7 statii GPS permanente (5 staii Leica i 2 staii Ashtech).

n ceea ce privete reeaua de staii permanente GPS, n anul 2006 au fost achiziionate si instalate de ANCPI alte 15 staii (Topcon).

De asemenea, n anul 2007/2008 s-au instalat de ctre ANCPI alte 20 de staii (Leica), iar la nceputul anului 2009 s-au instalat 10 staii(Leica), ajungndu-se la 58 de staii.

S-a dat in functiune in septembrie 2008, ROMPOS Sistemul Romanesc de Determinare a Pozitiei, care ofera servicii de pozitionare in timp real sau postprocesare cu precizii de ordinul cm sau mm.

Pn la sfritul anului 2011 (??) se vor achiziiona de ANCPI alte 15 staii ajungndu-se la un numr de 73 de staii.

Sunt in curs de realizare protocoale pentru schimbul de date in zona de frontiera prin integrarea in reteaua nationala de statii GNSS permanente a unor statii din tarile vecine (5 statii BG, 4 statii SR, 4 statii HU, 3 statii US si 5 statii MD).

Scurt istoric /4 - Utilizarea GNSS in Romania (Anexa)


1. Sisteme de timp utilizate in G.S./1

Timp Universal (TU)Timp Sideral Greenwich (GMST)Timp Dinamic Baricentric (TDB)Timp Dinamic Terestru (TDT)Timp Atomic Internaional (TAI)Timp Universal Coordonat (UTC)Timp GPS (GPST)

1.RotaiaPmntului

2.Revoluia Pmntului

3.Oscilaii atomice

Sistemul de timpProcesul periodic

| | | | | | | | |Origine T Timp

Fig. Scara de timp

m

CEP GMST(GAST)

CEP Pol ceresc instantaneu

Fig. Timp sideral Greenwich si timp universal

1.1. Timp sideral

Timp universal: UT0; UT1, UT2 Timp sideral mediu Greenwich:GMST = UT1 + m - 12h (1.1.a)UT1 - timp universal al meridianului Greenwich;m - ascensia dreapt medie a Soarelui mijlociu (Sm);GMST(notat uneori i cu o) - Timp Sideral Mijlociu Greenwich.

m = 18h41m50s.54841 + 8640184s.812866TU + 0s.093104T2U - (1.2)- 6s.2 x 10-6T3U

TU reprezint numrul de secole Juliene a cte 36.525 zile de timp universal scurse de la miezul nopii Greenwich la 1 ianuarie ora 12 UT1 (JD 2.451.545,0) a anului 2000.GAST (notat i cu o) - Timp Sideral Aparent Greenwich - reprezint GMST corectat de efectele de nutaie.

Timp sideral aparent Greenwich:GAST = 1.0027379093UT1 + m + cos (1.1.b) - efectul nutaiei pe direcia longitudinii;cos - efectul nutaiei pe direcia planului eclipticii.



1.2. Timp dinamic

TDB Timp Dinamic Baricentric

TDT Timp Dinamic Terestru

1.3. Timp Atomic

TAI Timp Atomic International:

TAI = TDT - 32s.184 (1.3)- unit. de masura: secunda SI (Sistem International);

- Ziua n SI este definit ca avnd 86400 de secunde SI, iar secolul

Julian are 36525 de zile.

UTC Timp Universal Coordonat (Universal Time Coordinated)

| UT1 - UTC | < 0.9s. (Prin grija IERS - International Earth Rotation Service)

dUT1 = UT1 UTC (1.4)

dAT = TAI UTC (1.5)Exemple: UTC(USNO), UTC(RUS), UTC(AUS)

Timp GPS (Global Positioning System) - GPST GPST a coincis cu UTC la ora 0 a datei de 06.01.1980

TAI = GPST + 19s (1.6)

Din 31.12.2008 IERS a anuntat GPST = UTC + 15s Saptamana GPS (GPS-WEEK): [1]

Ziua GPS (GPS-DAY): [1365]

Secunda saptamanii GPS: [0604800]s

30 000 000 ani10-151 420 405 751Hidrogen maser

300 000 ani10-139 192 631 770Cesium

30 000 ani10-126 834 682 613Rubidium

30 ani10-90.005Oscilator cu cuar

Timp n care pierde o

secund

Stabilitatea /zi

[f/f]

Frecvena de oscilaie

[GHz]

Tip ceas

Tab. Tipuri de oscilatoare



32.184 s

0 s

Timp Dinamic Terestru (TDT)

Timp Atomic (TAI)

Timp GPS (GPST)

UTC (Glonass)

UT1leap second

UTC(2008)

15s

19s

Fig. Legatura intre diverse sisteme de timp

6.01.1980


-26 seconds23:59:601990-12-31

-25 seconds23:59:601989-12-31

-24 seconds23:59:601987-12-31

-23 seconds23:59:601985-06-30

-22 seconds23:59:601983-06-30

-21 seconds23:59:601982-06-30

-20 seconds23:59:601981-06-30

-19 seconds23:59:601979-12-31

-18 seconds23:59:601978-12-31

-17 seconds23:59:601977-12-31

-16 seconds23:59:601976-12-31

-15 seconds23:59:601975-12-31

-14 seconds23:59:601974-12-31

-13 seconds23:59:601973-12-31

-12 seconds23:59:601972-12-31

-11 seconds23:59:601972-06-30

UTCTAI dupa modificareUTC TimeUTC Date

-34 seconds

-35 seconds

23:59:60

23:59:60

2008-12-31

??????

-33 seconds23:59:602005-12-31

-32 seconds23:59:601998-12-31

-31 seconds23:59:601997-06-30

-30 seconds23:59:601995-12-31

-29 seconds23:59:601994-06-30

-28 seconds23:59:601993-06-30

-27 seconds23:59:601992-06-30

UTCTAI dupa modificareUTC TimeUTC Date

1. Sisteme de timp utilizate in G.S./3Istoricul variatiei leap seconds


1. Sisteme de timp utilizate in G.S./41.4 Calendarul. Epoci standard. Legtura ntre epocile standard.

1.4.1 Calendarul Julian

a) Data iulian (JD) - reprezint numrul de zile solare medii trecute de la epoca 1.5 Ianuarie 4713 I.C. Un secol iulian are 36 525 zile iuliene;

b) Data iulian modificat (MJD) - este data iulian din care s-a sczut un numr de zile:MJD = JD - 2.400.000,5 zile (1.7)

MJD s-a adoptat deoarece numrul cifrelor cu care se lucreaz este mai mic, iar MJD ncepe la miezul nopii (civile) n loc de prnz.

1.4.2 Calendarul Gregorian (civil) - este calendarul utilizat azi pe plan mondial i ncepe la anul 4713 dup calendaruliulian.Pentru diversele nevoi ale unor tiine (Astronomie, Geodezie .a.) s-au definit epocile standard, care constituiereferine de timp pentru calculul anumitor parametri. Un interes deosebit n Geodezia cu Satelii l reprezintepoca standard actual i epoca standard GPS.

Epoca standard actuala

Epoca standard GPS

Epoca standard

Astronomie2 451 545.01.5 Ianuarie 2000

Geodezia cu Sateliti2 444 244.56.0 Ianuarie 1980

Domeniu de aplicatieData IulianData civil

Diferena ntre cele dou epoci standard exprimat n fraciuni de secol iulian va fi: 670.19987679365252451545.02444244.5T ==

(1.8)


Relatiile de mai jos au fost determinate [Montenbruck, 1984] pentru intervalul martie 1900 - februarie 2100.

b.2 Calculul datei civile ziua: D = b-d-INT[30.6001e] + FRAC[JD+0.5]; luna: M = e-1-12INT[e/14] (1.11) anul: Y = c-4715-INT[(7+M)/10] unde FRAC - partea fracionar a unui numr;

Se poate calcula i ziua din sptmn (N) pe bazarelaiei:

N = modulo{INT[JD+0.5], 7} (1.12) unde N=0 Luni N=6 Duminica

Calculul sptmnii GPS (GPS WEEK): GPS WEEK = INT[JD-2 444 244,5)/7] (1.13) Secunda saptamanii GPS: GPST = N*24*3600 + h*3600 + m*60 + s (1.14) unde h-ora; m-minutul; s-secunda

Aplicatie Conversii intre principalele sisteme de timp utilizate in Geodezia spatiala

1.5 Relaii de conversie a datei

a. Conversia datei civile n dat Julian:

JD = INT [365.25 y] + INT[30.6001(m+1)] + D + + UT/24 + 1.720.981,5 (1.9) unde INT - partea ntreag; JD - data Julian; y = Y-1 i m = M+12 dac M2; iar Y - anul ; M - luna din an; D - ziua, UT-ora

din zi exprimat ca numr real (Ex. 23.07.1995 ora 15:30: D=23, M=7, Y=1995,

UT=15.3) b. Conversia datei Juliene n dat civil: Se realizeaz n dou etape: b.1. Calculul elementelor auxiliare a = INT[JD+0.5]; b = a + 1537; c = INT[(b-122.1)/365.25]; (1.10) d = INT[365.25 c]; e = INT[(b-d)/30.6001].


2. Sisteme de referinta utilizate in G.S.

2.1 Sisteme de referin ineriale i sisteme de referin neineriale

2.1.1 Sistemele de referin ineriale- originea: baricentru;- sunt in repaos in raport cu Soarele;- se supun mecanicii newtoniene;- descrierea miscarii satel. cu orbite inalte.

2.1.2 Sistemele de referin neineriale- originea: geocentru;- sunt in repaos in raport cu Pamantul;- se supun mecanicii relativiste;- descrierea miscarii satel. cu orbite joase.

2.2 Descrierea micrilor axei de rotaie a Pmntului

a. In sisteme de ref. inertiale (CCRS)

- Precesia; perioada (Chandler): ~430 zile- Nutatia; perioada: ~ 1 zi;- CEP - Celestial Ephemeris Pole

Pol Instantaneu Conventional;- Pozitia sa se det. prin aplicarea (RP, RN).

b. In sisteme de ref. neinertiale (CTRS)

- CTP(CIO) - Conventional Terrestrial Pole Pol Terestru Conventional (Mediu);

- Pozitia sa se det. prin aplicarea (RS, RM);- Legatura intre CEP si CTP este data de coordonatele (xp,yp) ale CEP in raport cu CTP

Terminologia actuala: Coordinate reference system (lb.engl.) Sistem de referinta si coordonate


P

~ 6m

Q

~ 0.5m

P

Geocentru

~ 6m


XCTRS

ZCCRS ZCTRS

XCCRS

Geocentru

Ecliptica

Ecuator

o

Greenwich

(CEPCTP)

Fig.2.1 Precesia Fig.2.2 Nutatia Fig.2.3 Legatura intre CCRS si CTRS



MeridianGreenwich

Ecuatorcerescadevrat

Meridianul cerescal punctului vernal

Ecuatorterestruconvenional

ZTZI

XT

XI

YI

2.3.3 Transf. coord. din sistem CCRS in CTRS

XCTRS = RM RSRNRPXCCRSRM - matricea de rotaie datorat micrii Polului;RS - matricea de rotaie datorat timpului sideral

(axele X ale celor dou sisteme);RN - matricea de rotaie datorat nutaiei;RP - matricea de rotatie datorat precesiei.

RS =

1000cossin0sincos

00

00

RM = R2(-xP)R1(-yP) =

1 00 1

1

xy

x y

P

P

P P

Geocentru


2. Sisteme de referinta utilizate in G.S.2.3 Sisteme de referin n Geodezia cu Satelii

2.3.1 Sistemul de referin cvasi-inerialconvenional - CCRS (Conventional Celestial Reference System)

Originea: geocentru (G);Axa Z: axa de rot.a Pamantului la epoca

J2000.0Axa X:direcia spre punctul vernal .

Exemplu: ICRF sau IERS CRF (Intern. Earth Rotation Service Celestial Reference Frame)

2.3.2 Sistemul de referin terestruConventional - CTRS ( Conventional Terrestrial Reference System)

Originea: geocentru (G);Axa Z: axa de rot.medie a Pamantului data de

CTP (CIO)Axa X: intersectia plan merid. Greenwich cu

Ecuatorul terestru.

Exemplu: Realizari ale CTRS sunt denumiteCTRF (CTR Frame) realizate pe baza unuiset de puncte de referinta de la sol determinate prin obs. SLR (Satellite Laser Ranging), VLBI(Very Long Baseline Interferometry), GNSS;Exemple de CTRF: WGS84, ITRF, ETRS



Geocentru

Meridianulorigine -BIH

CTP Sistemul WGS84 (World Geodetic System-1984)Este un sistem de referin de tip CTRF definit pebaza a peste 1500 de puncte de referin a crorprecizie relativ a fost de ordinul a circa 1-2 m, in prezent fiind de cativa cm. Acest sistem de referingeocentric are asociat un elipsoid echipotenialdefinit de 4 parametri.

K= GM = 3986005108 m3s-2const. gravitaional geocentric(inclusiv atmosfera)

P = 729211510-11 rad/sViteza unghiular de rotaie a PmntuluiC2,0 = -484.1668510-6Coef.armonic zonal normalizat de ord.2a = 6378137.000 mSemiaxa mare

ValoareParametru

Elementele definitorii ale elipsoidului WGS-1984


Sistemul ITRF (IERS sau International Terrestrial Reference Frame)

2. Sisteme de referinta utilizate in G.S./5

Este un sistem de referin neinerial definit pe baza a peste 180 de puncte de referin n a cror pozitie se ine cont i de micarea plcilor tectonice.

ITRF este referit la o epoc YY (De exemplu: ITRF-89, ITRF-92, ITRF-94, ITRF-96, ITRF-97, ITRF-2000, ITRF2005).

Precizia de determinare a acestor puncte este de civa centimetri. Ca metode de determinarese folosesc observaii de tip SLR, VLBI si GPS. Pe baza realizrilor succesive la diferite epociale acestui sistem de referin sunt determinate cu precizie ridicat i vitezele de deplasare.

Transformarea coordonatelor ntre sistemul WGS-84 i sistemele ITRF-YY se face ngeneral pe baza unei transformri conforme de 7 parametri (3 translaii, 3 rotaii i un factor de scar). Cei 7 parametri de transformare sunt publicai la fiecare realizare a unui nou sistemITRF-YY de ctre servicii specializate cum este IGS (International GPS Service for Geodynamics).


Statia GNSS Bucu integrata in reteaua IGS(igscb.jpl.nasa.gov)

2. Sisteme de referinta utilizate in G.S. Sistemul ITRF (IERS sau International Terrestrial Reference Frame)

ITRF: coordonate siviteze determinate pebaza observatiilor:

-VLBI;

- SLR;

- GNSS;

- DORIS(www.iers.org)


Exemplu de puncte (statii GNSS) cu coordonate/viteze in sistem ITRF



Sistemul ETRS89 ( European Terrestrial Reference System 1989)

2. Sisteme de referinta utilizate in G.S./6

Este un sistem de referin neinerial definit pe baza unui set de puncte dispuse in Europa (in special statii GNSS permanente).

Se presupune ca placa tectonica europeana este rigida si stabila, intre punctele situate pe ea neexistand miscari relative;

Nu intereseaza in mod direct miscarea (micro)placilor tectonice din aceasta zona;

Coordonatele punctelor in sistem ETRS89 (ETRF) se determina la epoca 1989.0;

Coordonatele punctelor de referinta se determina in sistem ETRS89 pe baza coordonatelorcunoscute in sistem ITRF-YY; Acestor coordonate li se aplica o transformare in ETRF-YY siapoi in ETRF-2000(2005) de unde sunt aduse in sistem ETRF89.

Precizia relativa de determinare a acestor puncte este de ordinul mm-cm. Ca metode de determinare se folosesc in principal observaii de tip GNSS (GPS, GPS+GLONASS).

Din Romania sunt incluse oficial in reteaua de puncte cu coordonate ETRS89 = reteaua EUREF (European Reference Frame), un numar de 12 puncte (7 borne + 5 statii GNSS permanente: BACA, BAIA, BUCU, COST, DEVA)Intre sistemul WGS84 actual i sistemul ETRS89 exista o diferenta a coordonatelor de cca. 10cm, cu conditia ca pozitia in sistem WGS84 sa fie determinata relativ la reteaua globala de puncte cu coordonate in WGS84.


Statia GNSS Bucu integrata in reteaua EPN(EUREF Perm. Network)

Alte statii din Romania:BACA, BAIA, COST, DEVA

www.epncb.oma.be

Nu apar in fig. si cele 7 borne din Romania integrate in EUREF.



2. Sisteme de referinta utilizate in G.S. Sistemul Romanesc de Determinare a Pozitiei (ROMPOS) 60 statii GNSS (2010) sta la baza noii Retele Geodezice Nationale Spatiale ; include cele 5 statii GNSS EUREF (din care una IGS)


Exemplu de puncte (statii GNSS) cu coordonate si viteze in sistem ETRF2000



Exemplu de puncte (statii GNSS) cu coordonate in sistem ETRS89(si viteze in ETRF00)



EXEMPLU DE CALCUL Se cunosc coordonatele satelitului NAVSTAR-GPS libere de efectele de precesie i nuatie (matricile RP i RN

deja aplicate), cu nr. de catalog PRN#23, n sistem CCRS: X = 15 023,340903 km; Y = 16 611,292631 km; Z = 14 827,561478 km; valabile pentru data civil (gregorian) de (1+N) ianuarie 1999 , ora GPST(34400s) 12:00:00 i coordonatele polului (pe

baza buletin IERS): xP = -0.07038; yP = 0.51875; Se cunoate (din buletin IERS) c dUT1 = +0.699792s , d=-0.03664, d=-0.00842 pentru momentul respectiv i

diferena GPS-UTC de 13s (leap seconds). Se cere s se transforme coordonatele satelitului din sistem CCRS n sistem CTRS innd cont de influena

nutaiei n determinarea GAST (o ) sau neglijnd acest efect. Rezolvare - Calculul timpului UT1 (Timp Universal al meridianului Greenwich): UTC = GPST - 15s UT1 = UTC + dUT1 Calculul TU - fraciuni de secol Julian fa de epoca standard J2000.0 (fa de 1.01.2000 ora 12:00, JD = 2 451 545.0); - Calculul o = GMST (Timp Sideral Mediu Greenwich, notat uneori i m): o = 18h41m50s.54841 + 8640184s.812866TU + 0s.093104T2U - 6s.2 x 10-6T3U (24110.54841s) - Calculul o = GAST (Timp Sideral Aparent Greenwich): o = 1.0027379093 UT1 + o + {dcosd} (efect de nutaie -> neglijabil?) - Calculul matricii de rotaie corespunztoare o: RS = R3(o) - Calculul matricii de rotaie datorate micrii Polului: RM - Calculul coordonatelor satelitului n sistem CTRS:

Obs.: In general efectul matricii RM este neglijabil (micarea Polului).

Aplicatie Transformarea coordonatelor satelitare din sistem CCRS in sistem CTRS


Aplicatie Transformarea coordonatelor satelitare din sistem CCRS in sistem CTRS


BULLETIN B INTERNATIONAL EARTH ROTATION SERVICEEARTH ROTATION PARAMETERS

EOP (IERS) C 04

Date MJD x y UT1-UTC LOD dPsi dEpsilon" " s s " "

(0h UTC)

2006 JAN 1 53736 0.052707 0.383354 0.3388335 0.0001206 -0.056430-0.0019402006 JAN 2 53737 0.051793 0.383017 0.3385970 0.0003536 -0.056209-0.0018392006 JAN 3 53738 0.050972 0.382761 0.3381131 0.0006082 -0.056096-0.0017102006 JAN 4 53739 0.050176 0.382445 0.3373981 0.0008169 -0.056117-0.0015842006 JAN 5 53740 0.049610 0.382082 0.3365208 0.0009362 -0.056249-0.0014992006 JAN 6 53741 0.049501 0.381782 0.3355771 0.0009436 -0.056483-0.0014042006 JAN 7 53742 0.049572 0.381662 0.3346790 0.0008278 -0.056756-0.0013082006 JAN 8 53743 0.049511 0.381596 0.3339509 0.0006064 -0.056988-0.0012522006 JAN 9 53744 0.049508 0.381314 0.3334759 0.0003342 -0.057119-0.0012712006 JAN 10 53745 0.049576 0.381168 0.3332745 0.0000725 -0.057122-0.0013792006 JAN 11 53746 0.049266 0.381051 0.3333100 -0.0001298 -0.057005-0.0015772006 JAN 12 53747 0.048765 0.380709 0.3335060 -0.0002441 -0.056806-0.0018042006 JAN 13 53748 0.048540 0.380364 0.3337682 -0.0002642 -0.056570-0.0019972006 JAN 14 53749 0.048675 0.380019 0.3340070 -0.0001815 -0.056327-0.0021132006 JAN 15 53750 0.049214 0.379775 0.3341090 -0.0000490 -0.056049-0.0021112006 JAN 16 53751 0.049946 0.379689 0.3340924 0.0000763 -0.055832-0.0019902006 JAN 17 53752 0.050405 0.379966 0.3339539 0.0002317 -0.055607-0.0017792006 JAN 18 53753 0.050632 0.380422 0.3336360 0.0004325 -0.055423-0.0015502006 JAN 19 53754 0.050720 0.380745 0.3331032 0.0005620 -0.055292-0.0013712006 JAN 20 53755 0.050504 0.380977 0.3325312 0.0006310 -0.055255-0.0012962006 JAN 21 53756 0.050242 0.381209 0.3318627 0.0006872 -0.055352-0.0013652006 JAN 22 53757 0.050167 0.381257 0.3311786 0.0006720 -0.055591-0.0015582006 JAN 23 53758 0.050240 0.380722 0.3305387 0.0006067 -0.055941-0.0018142006 JAN 24 53759 0.050307 0.380238 0.3299798 0.0005171 -0.056327-0.0020652006 JAN 25 53760 0.050196 0.380349 0.3295080 0.0004319 -0.056654-0.0022572006 JAN 26 53761 0.050117 0.380577 0.3291019 0.0003817 -0.056826-0.0023642006 JAN 27 53762 0.050312 0.380709 0.3287102 0.0003873 -0.056795-0.0023912006 JAN 28 53763 0.050698 0.380983 0.3282785 0.0004684 -0.056567-0.0023592006 JAN 29 53764 0.051147 0.381350 0.3277254 0.0006767 -0.056237-0.0022992006 JAN 30 53765 0.051491 0.381695 0.3268961 0.0009995 -0.055970-0.0022322006 JAN 31 53766 0.051610 0.382303 0.3257305 0.0013278 -0.055882-0.002181


2009 MJD x y UT1-UTC UT1-UT1R LOD dPsi dEpsilon(0 h UTC) " " s ms ms 0.001" 0.001"JUL 1 55013 0.12995 0.53402 0.232961 -1.799 0.227 -65.3 -8.7JUL 2 55014 0.13367 0.53312 0.232709 -1.752 0.023 -65.2 -8.8JUL 3 55015 0.13709 0.53233 0.232616 -1.501 -0.156 -65.3 -9.0JUL 4 55016 0.14053 0.53137 0.232661 -1.090 -0.289 -65.5 -9.0JUL 5 55017 0.14400 0.53036 0.232795 -0.579 -0.362 -65.8 -9.2JUL 6 55018 0.14721 0.52941 0.232950 -0.036 -0.366 -66.1 -9.3JUL 7 55019 0.15019 0.52831 0.233070 0.469 -0.306 -66.1 -9.3JUL 8 55020 0.15330 0.52692 0.233091 0.875 -0.192 -66.1 -9.0JUL 9 55021 0.15661 0.52547 0.232978 1.137 -0.046 -66.1 -8.7JUL 10 55022 0.15998 0.52387 0.232704 1.237 0.109 -66.2 -8.5JUL 11 55023 0.16335 0.52215 0.232282 1.176 0.248 -66.5 -8.5JUL 12 55024 0.16689 0.52080 0.231732 0.982 0.352 -66.7 -8.6JUL 13 55025 0.17078 0.51963 0.231102 0.699 0.403 -66.7 -8.7JUL 14 55026 0.17482 0.51858 0.230452 0.387 0.391 -66.8 -8.8JUL 15 55027 0.17866 0.51756 0.229844 0.112 0.310 -67.1 -9.0JUL 16 55028 0.18215 0.51616 0.229351 -0.059 0.168 -67.5 -9.2JUL 17 55029 0.18543 0.51432 0.229021 -0.075 -0.013 -68.0 -9.2JUL 18 55030 0.18858 0.51229 0.228870 0.082 -0.185 -68.4 -9.0JUL 19 55031 0.19192 0.51036 0.228867 0.375 -0.290 -68.5 -8.9JUL 20 55032 0.19537 0.50869 0.228912 0.709 -0.277 -68.3 -8.9JUL 21 55033 0.19848 0.50711 0.228875 0.957 -0.129 -68.0 -8.9JUL 22 55034 0.20169 0.50566 0.228630 0.995 0.122 -67.8 -8.8JUL 23 55035 0.20492 0.50464 0.228119 0.759 0.398 -67.9 -8.7JUL 24 55036 0.20800 0.50365 0.227355 0.270 0.610 -68.1 -8.8JUL 25 55037 0.21149 0.50232 0.226442 -0.370 0.692 -68.3 -8.9JUL 26 55038 0.21495 0.50094 0.225524 -1.016 0.624 -68.7 -8.8JUL 27 55039 0.21804 0.49946 0.224734 -1.533 0.440 -69.3 -8.6JUL 28 55040 0.22120 0.49765 0.224163 -1.830 0.195 -69.9 -8.4JUL 29 55041 0.22450 0.49559 0.223842 -1.877 -0.054 -70.2 -8.5


http://www.geodezie.utcb.to (Facultatea de Geodezie)

http://www.iers.org

sisteme de timp in geodezia spatiala

Documents