geodesia satelital

Los sistemas globales de navegación por satélite (GPS) son servicios de posicionamiento por radio dedicados que permiten localizar un receptor con una precisión de pocos metros. El sistema más destacado, el GPS , consta de una constelación de 31 satélites (a diciembre de 2013) en órbitas circulares altas de 12 horas, distribuidos en seis planos con una inclinación de 55° . El principio de localización se basa en la trilateración . Cada satélite transmite una efeméride precisa con información sobre su posición y un mensaje que contiene la hora exacta de transmisión. El receptor compara esta hora de transmisión con la de su reloj en el momento de la recepción y multiplica la diferencia por la velocidad de la luz para obtener una " pseudodistancia ". Se necesitan cuatro pseudodistancias para obtener la hora exacta y la posición del receptor con una precisión de pocos metros. Métodos más sofisticados, como la cinemática en tiempo real (RTK), permiten obtener posiciones con una precisión de pocos milímetros.

En geodesia, el GNSS se utiliza como una herramienta económica para el levantamiento topográfico y la transferencia de tiempo . ^{[ 4 ]} También se utiliza para monitorear la rotación de la Tierra , el movimiento polar y la dinámica de la corteza . ^{[ 4 ] [ 5 ]} La presencia de la señal GPS en el espacio también lo hace adecuado para la determinación de órbitas y el seguimiento de satélite a satélite.

   Ejemplos: GPS , GLONASS , Galileo

En la triangulación óptica, el satélite puede utilizarse como un objetivo de gran altitud para la triangulación y para determinar la relación geométrica entre múltiples estaciones de observación. La triangulación óptica con las cámaras BC-4, PC-1000, MOTS o Baker Nunn consistía en observaciones fotográficas de un satélite, o en la proyección de luz sobre él, contra un fondo de estrellas. Las estrellas, cuyas posiciones se determinaban con precisión, proporcionaban un marco en la placa o película fotográfica para determinar las direcciones exactas desde la estación de la cámara hasta el satélite. El trabajo de posicionamiento geodésico con cámaras generalmente se realizaba con una cámara observando simultáneamente con una o más cámaras. Los sistemas de cámaras dependen de las condiciones meteorológicas, y esa es una de las principales razones por las que dejaron de utilizarse en la década de 1980. ^{[ 3 ] : 51}

   Ejemplos: PAGEOS , Project Echo , ANNA 1B

En la medición de distancia por láser satelital (SLR), una red global de estaciones de observación mide el tiempo de vuelo de ida y vuelta de pulsos de luz ultracortos hacia satélites equipados con retroreflectores . Esto proporciona mediciones de distancia instantáneas con una precisión milimétrica, que pueden acumularse para obtener parámetros orbitales precisos, parámetros del campo gravitatorio (a partir de las perturbaciones orbitales), parámetros de rotación terrestre, deformaciones terrestres por mareas, coordenadas y velocidades de las estaciones SLR, y otros datos geodésicos sustanciales. La medición de distancia por láser satelital es una técnica geodésica probada con un potencial significativo para realizar importantes contribuciones a los estudios científicos del sistema Tierra/Atmósfera/Océanos. Es la técnica más precisa disponible actualmente para determinar la posición geocéntrica de un satélite terrestre, lo que permite la calibración precisa de altímetros de radar y la separación de la deriva de la instrumentación a largo plazo de los cambios seculares en la topografía de la superficie oceánica . La medición de distancia por láser satelital contribuye a la definición de los marcos de referencia terrestres internacionales al proporcionar información sobre la escala y el origen del marco de referencia, las llamadas coordenadas del geocentro. ^{[ 6 ]}

   Ejemplo: LAGEOS

Satélites como Seasat (1978) y TOPEX/Poseidon (1992-2006) utilizaron altímetros de radar de doble banda avanzados para medir la altura de la superficie terrestre (mar, hielo y superficies terrestres) desde una nave espacial . Jason-1 comenzó en 2001, Jason-2 en 2008 y Jason-3 en enero de 2016. Esta medición, junto con elementos orbitales (posiblemente complementados con GPS), permite determinar el terreno . Las dos longitudes de onda diferentes de las ondas de radio utilizadas permiten que el altímetro corrija automáticamente los retrasos variables en la ionosfera .

Los altímetros radar espaciales han demostrado ser herramientas excelentes para cartografiar la topografía de la superficie oceánica , es decir, las colinas y los valles de la superficie del mar. Estos instrumentos envían un pulso de microondas a la superficie del océano y registran el tiempo que tarda en regresar. Un radiómetro de microondas corrige cualquier retraso que pueda ser causado por el vapor de agua en la atmósfera . También se requieren otras correcciones para tener en cuenta la influencia de los electrones en la ionosfera y la masa de aire seco de la atmósfera. La combinación de estos datos con la ubicación precisa de la nave espacial permite determinar la altura de la superficie del mar con una precisión de pocos centímetros (aproximadamente una pulgada). La intensidad y la forma de la señal de retorno también proporcionan información sobre la velocidad del viento y la altura de las olas oceánicas. Estos datos se utilizan en modelos oceánicos para calcular la velocidad y la dirección de las corrientes oceánicas y la cantidad y ubicación del calor almacenado en el océano, lo que a su vez revela variaciones climáticas globales .

El radar de apertura sintética interferométrica (InSAR) es una técnica de radar utilizada en geodesia y teledetección . Este método geodésico utiliza dos o más imágenes de radar de apertura sintética (SAR) para generar mapas de deformación de la superficie o elevación digital , utilizando las diferencias en la fase de las ondas que regresan al satélite. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} La técnica puede medir cambios de deformación a escala centimétrica en periodos de días a años. Tiene aplicaciones para el monitoreo geofísico de peligros naturales, por ejemplo, terremotos, volcanes y deslizamientos de tierra, y también en ingeniería estructural, en particular el monitoreo de la subsidencia y la estabilidad estructural.

   Ejemplo: Seasat , TerraSAR-X

Un gradiómetro de gravedad puede determinar de forma independiente las componentes del vector de gravedad en tiempo real. El gradiente de gravedad es simplemente la derivada espacial del vector de gravedad. El gradiente puede considerarse como la tasa de cambio de una componente del vector de gravedad medida en una distancia pequeña. Por lo tanto, el gradiente se puede medir determinando la diferencia de gravedad en dos puntos cercanos pero distintos. Este principio se incorpora en varios instrumentos recientes de base móvil. El gradiente de gravedad en un punto es un tensor , ya que es la derivada de cada componente del vector de gravedad en cada eje sensible. Así, el valor de cualquier componente del vector de gravedad puede conocerse a lo largo de toda la trayectoria del vehículo si se incluyen gradiómetros de gravedad en el sistema y sus salidas se integran mediante el ordenador del sistema. Se calculará un modelo de gravedad preciso en tiempo real y se dispondrá de un mapa continuo de gravedad normal, elevación y gravedad anómala. ^{[ 3 ] : 71}

   Ejemplo: GOCE

Esta técnica utiliza satélites para rastrear otros satélites. Existen diversas variantes que pueden emplearse para fines específicos, como investigaciones del campo gravitatorio y optimización de órbitas .

• Un satélite de gran altitud puede actuar como repetidor entre las estaciones terrestres de seguimiento y un satélite de baja altitud . De esta forma, se pueden observar los satélites de baja altitud cuando las estaciones terrestres no tienen acceso a ellos. En este tipo de seguimiento, la señal generada por una estación de seguimiento es recibida por el satélite repetidor y retransmitida a un satélite de menor altitud. Esta señal regresa a la estación terrestre por la misma ruta.
• Dos satélites de baja altitud pueden rastrearse mutuamente observando las variaciones orbitales causadas por irregularidades en el campo gravitatorio. Un ejemplo destacado de esto es GRACE .
• Para determinar la posición de un satélite de baja altitud, se pueden utilizar varios satélites de gran altitud con órbitas conocidas con precisión, como los satélites GPS .

Estos ejemplos presentan algunas de las posibilidades de aplicación del seguimiento satélite a satélite. Los datos de seguimiento satélite a satélite se recopilaron y analizaron inicialmente en una configuración alta-baja entre ATS-6 y GEOS-3 . Los datos se estudiaron para evaluar su potencial para el refinamiento de los modelos orbitales y gravitacionales. ^{[ 3 ] : 68} Ejemplo: GRACE