Система координат «ПЗ-90»

«ПЗ-90» считается геоцентрической системой отсчета в нашей стране. Основной целью ее создания являлось высокоточное обеспечение навигации, орбитальных полетов, и кроме этого решения практических вопросов по основным геодезическим, картографическим, прикладным работам.

В 2000 году ПЗ-90 получает статус государственной системы координат с полным наименованием «Параметры Земли». Таким итоговым результатом стала большая многоэтапная работа, проделанная можно сказать несколькими поколениями специалистов.

Краткая история возникновения «ПЗ-90»

Начиная с 1957 года, с первых запусков искусственных космических аппаратов (ИКА), происходят, по меньшей мере, научные исследования и подготовительные работы для использования их технических возможностей в геодезических целях. Так уже с 1962 года начинается практическая реализация новых спутниковых способов, техники, технологий в области комической геодезии.

К тому моменту на территории СССР Астрономическим советом при Академии наук были организованы и возведены более шестидесяти станций для астрономо-геодезических наблюдений. Первым геометрическим и основным методом в космической геодезии на шестидесятые-семидесятые годы стал способ спутниковой триангуляции. Были опробованы и использованы:

• одновременные фотографические съемки космических аппаратов отечественными фотокамерами АФУ и ВАУ;
• первые лазерные импульсные излучения с отражением их оптическими уголковыми отражателями, установленными на ИСЗ;
• для решения геодинамических, геодезических задач - способ доплеровских измерений с учетом сдвига частоты радиосигнала с ИСЗ.

В дальнейшем все эти способы совершенствовались, применялись новые, такие как:

• лазерная и радио альтиметрия;
• лазерная локация с естественного спутника Земли (Луны);
• способ радио-интерферометрии с наличием сверхдлинной базовой линии (РСДБ).

Развитие спутниковой геодезии происходило в трех направлениях с применением:

• так называемых пассивных ИСЗ (Геос, Эталон);
• специализированных ИСЗ (Гео-ИК);
• спутниковых навигационных систем (ГЛОНАСС, GPS Navstar).

В ноябре 1967 года был запущен первый спутник для навигации «Космос 192». Первые специализированные спутники геодезической направленности серии Гео-ИК начали работать в космосе со второй половины 80-х. С их помощью были получены характеристики и параметры Земли ПЗ-85 в дальнейшем и ПЗ-90, как геоцентрической СК. Система координат ПЗ-90 на территории нашей страны была закреплена 26 опорными пунктами с пространственными координатами.

С 1982 года начался проект по созданию космической навигационной системы ГЛОНАСС запуском ИСЗ серии «Космос». К концу 1995 завершилось ее формирование в количестве 24 спутников. Но из-за отсутствия финансирования в те годы запуски космических аппаратов с системой ГЛОНАСС вплоть до 2000-х не производились.

Предназначение и формирование «ПЗ-90»

Появившиеся возможности использования космических летательных аппаратов и технологий привели к выработке новых подходов и методов для решения, как геодезических научных вопросов, так и их применение для практических целей в военной и экономической деятельности. Возникли новое геодезическое научное мышление, необходимость его форматирования в современные геодезические системы и концепции дальнейшего развития.

В первую очередь требовалось создание более современных систем координат. Для ее получения были выстроены новые, основанные на разных технологиях астрономо-геодезические станции и системы, а именно:

• пункты РСДБ с радиотелескопами составили целую глобальную сеть из 40 станций;
• сети лазерной локации ИСЗ, состоящие из 26 пунктов;
• доплеровская опорная геодезическая сеть, входящая в систему DORIS наряду с контрольными станциями и маяками на более, чем 50 пунктах.

Очевидно, что все эти технические средства применялись на основе физических и информационных космических систем с целью определения пространственных координат пунктов опорных геодезических сетей и получения параметров геоцентрических систем координат.

Именно ПЗ-90 стала первой геоцентрической СК, в которую вошли данные Космической ГС на дату 1990 года. В последующие пятнадцать лет были проведены две ее модернизации. Постоянная необходимость повышения точности геодезического обеспечения навигации, космических полетов требует совершенствование и периодического уточнения параметров и величин математической, физической формы Земли и ее гравиметрического поля.

Усовершенствования ПЗ-90

Первая модернизация ПЗ-90 произведена на дату 2002 года. При этом применялся большой объем полученной информации с космического геодезического комплекса Гео-ИК, полученной при наблюдениях и измерениях с 1991 по 2002 годы аппаратурой навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС. Наименование системы координат остается прежним «Параметры Земли». Изменения связаны лишь с добавлением после точки года, на дату которого применялись измерения. Аббревиатура выглядит следующим образом  ПЗ-90.02.

В июне 2007 года решением Правительства РФ была введена в правовое поле ГСК ПЗ-90.02, с помощью которой были улучшены технические характеристики спутниковой навигационной аппаратуры ГЛОНАСС и соответственно повышена точность геодезического обеспечения всех решаемых задач по навигации, баллистике и полетам КА.

ПЗ-90.02 все также считается геоцентрической СК. В ее составе находятся прямоугольная (X, Y, Z) и геодезическая (B, L, H) системы координат.

Положение прямоугольных осей координат располагается относительно условного центра масс Земли гравитационной модели с нулевыми значениями координат в ней, совмещенными с центром эллипсоида ПЗ90 (см. Рис.1).

Рис.1. Ориентирование координатных осей и системы отсчета геоцентрической прямоугольной СК (X,Y,Z) версии ПЗ-90.

Ось координат Z в соответствии с рекомендациями международной службы вращения Земли  (IERS) ориентирована из их начала и в направлении условного земного полюса на дату 1984 года.

Ось координат X образуется пересечением плоскостей начального меридиана, установленного все той же IERS, и экватора.

Ось координат Y дополняет положение геоцентрической прямоугольной СК до правого.

Система геодезических координат (B, L, H) однозначно ориентирует ее относительно правильной поверхности эллипсоида ПЗ90. При этом полюса в ней представлены особыми двумя точками, в которых геодезическая долгота (L) имеет нулевое значение и в них сходятся все меридианы (см. Рис.2).

Рис.2. Система геодезических координат (B, L, H).

Данные ПЗ-90 в виде фундаментальных геодезических констант, параметров и величин земного эллипсоида  согласуются с ИКД ГЛОНАСС. Числовые значения последней версии ПЗ-90.11 представлены в таблице 1.

Геодезические константы и основные параметры ПЗ-90 Таблица 1.

Последняя версия ГСК «Параметры Земли» с аббревиатурой ПЗ-90.11 и все ее данные ведены для практического применения с января 2017 года. Помимо нее, как основной системы отсчета при навигации всех летательных, космических, морских и сухопутных аппаратов, была учреждена другая геоцентрическая система координат ГСК-2011. Основным ее предназначением считается использование в секторах гражданской направленности.

Все значения параметров ПЗ-90.11 определялись из разносторонней измерительной информации совместно обработанной и уравненной по МНК. Основным способом для обработки измеренных данных  был динамический метод.

Все усовершенствования и уточнения в единую государственную ГСК «Параметры Земли» были проведены в 2011 году со значительным количеством использования измерений GPS/ГЛОНАСС на пунктах космической геодезической сети (КГС) и сети IGS. Впервые для установления и модернизации серии ГСК была задействована спутниковая система DORIS.

В опорную сеть ГСК ПЗ-90.11 входят геодезические пункты КГС, СНС ДОРИС и IGS, схема пунктов этой сети приведена на рис.3.

Рис.3. Схема местоположения пунктов КГС (Анадырь), IGS (Билибино), DORIS (Южно-Сахалинск) на территории России.

Геоцентрическая СК ПЗ-90.11 ее геометрические и физические величины были учреждены приказом МО РФ в январе 2014.