izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2025-1-23-28izmertech-2281Research ArticleК 70-ЛЕТИЮ ВНИИФТРИON THE 70TH ANNIVERSARY OF VNIIFTRIЭкспериментальная проверка космических радиотехнических методов измерения параметров гравитационного поля Земли.Experimental verification of space radiotechnical methods for measuring the parameters of the Earth's gravitational field.https://orcid.org/0000-0002-7520-0256ДавлатовР. А.DavlatovR. A.

 Руслан Аскарджонович Давлатов - Начальник лаборатории

Ruslan A. Davlatov

davlatov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7902-0212ФатеевВ. Ф.FateevV. F.

Вячеслав Филиппович Фатеев - Главный научный сотрудник

Vyacheslav F. Fateev

generalfat@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7591-8877ЛопатинВ. П.LopatinV. P.

Владислав Павлович Лопатин

Vladislav P. Lopatin

gagaringiga@gmail.comВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian Federation2025030420257412328Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20252025ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2281

Представлены результаты двух радиотехнических экспериментов по измерению параметров гравитационного поля Земли с использованием сигналов низкоорбитальных космических аппаратов и глобальных навигационных спутниковых систем. Экспериментально проверены ранее предложенные авторами метод измерения ускорения свободного падения по сигналам низкоорбитального спутника, а также метод измерения текущей высоты геоида на основе бортовой бистатической радиолокационной системы, использующей сигналы глобальных навигационных спутниковых систем. В первом эксперименте использовали сигнал низкоорбитального малого космического аппарата RS-44 (ДОСААФ-85) с частотой около 2,3 ГГц, во втором эксперименте – первичные измерительные данные бистатической радиолокационной системы, установленной на борту зарубежного спутника CYGNSS. После обработки результатов измерений, полученных в первом эксперименте, установлено, что среднеквадратическое отклонение измеренных значений гравитационного ускорения низкоорбитального космического аппарата от модельных значений составляет 6,3 мГал. В настоящее время измерения ускорения свободного падения на основе механических гравиметров на борту спутника невозможны из-за невесомости. Во втором эксперименте измеренное и модельное значения высоты геоида отличаются на 13,3 см, что отвечает современным требованиям. Метод измерения текущей высоты геоида на основе бортовой бистатической радиолокационной системы, в отличие от классического метода спутниковой радиовысотометрии, позволяет получить до 60 отражённых сигналов и измеряемых высот одновременно. Результаты экспериментов могут найти применение при уточнении модели гравитационного поля Земли удалённых территорий и акваторий, в том числе в регионе Арктики.

The results of two radiotechnical experiments on measuring the parameters of the Earth's gravitational field using signals from low-orbit spacecraft and global navigation satellite systems are presented. The authors' previously proposed method of measuring the acceleration of gravity using signals from a low-orbit satellite, as well as the method of measuring  the current height of the geoid based on an onboard bistatic radar system, are experimentally verified. In the first experiment, a signal from the low-orbit small spacecraft RS-44 (DOSAAF-85) with a frequency of about 2.3 GHz was used, in the second experiment primary measurement data from a bistatic radar system installed on board a foreign satellite CYGNSS. As a result of processing the measurement results obtained in the first experiment, a difference was established between the measured and model values of the gravitational acceleration of the low-orbit spacecraft with a standard deviation of 6.3 mGal. Currently, gravity acceleration measurements based on mechanical gravimeters on board a satellite are impossible due to weightlessness. In the second experiment, the measured and model values of the geoid height profile differ from each other by 13.3 cm, which meets modern requirements. The method of measuring the current geoid height based on an onboard bistatic radar system, unlike the classical method of satellite radio altimetry, allows for up to 60 reflected signals and measured heights simultaneously. The experimental results can be used to refine the model of the Earth's gravity field in remote territories and water areas, including the Arctic region.

гравитационное поле Землигравитационное ускорениенизкоорбитальный космический аппаратглобальные навигационные спутниковые системыEarth's gravitational fieldgravitational accelerationlow-orbit spacecraftglobal navigation satellite systemsИсследование выполнено при финансовой поддержке РНФ в рамках научного проекта № 23-67-10007, https://rscf.ru/project/23-67-10007.ReferencesДенисенко О. В., Пустовойт В. И., Сильвестров И. С., Фатеев В. Ф. Проблемы развития бесшовной ассистирующей технологии навигации в ГНСС ГЛОНАСС на основе измерений параметров геофизических полей. Альманах современной метрологии, (4(24)), 127–160 (2020). https://www.elibrary.ru/quqojiDenisenko O. V., Pustovoit V. I., Silvestrov I. S., Fateev V. F. Development problems of seamless assisting navigation technology in glonass gnss on the basis of measurements of geophysical field parameters. Almanac of modern metrology, (4(24)), 127–160 (2020). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/quqojiФатеев В. Ф., Денисенко О. В., Федотов В. Н., Сильвестров И. С., Давлатов Р. А. Способ измерения гравитаци онного ускорения космического аппарата: пат. RU 2768557 С1. Изобретения. Полезные модели. № 9 (2022). https://www.elibrary.ru/gxppkeFateev V. F., Denisenko O. V., Silvestrov I.S., Fedotov V.N., Davlatov R. A. Method for measuring the gravitational acceleration of a space vehicle: Patent RU 2768557 С1. Inventions. Utility models, no. 9 (2022). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/gxppkeКлюев Н. Ф., Фатеев В. Ф., Ильин А. Л., Бырков И. А., Сахно И. В. Принцип построения двухпозиционных РСА космического базирования. Материалы военно-научной конференции «А. Ф. Можайский: к 170-летию со дня рождения создателя первого российского самолета». 21–23 марта 1995. Т. 2. С. 335–338. Военная инженерная Краснознаменная космическая академия (ВИККА), Санкт-Петербург (1996).Klyuev N. F., Fateev V. F., Ilyin A. L., Byrkov I. A., Sakhno I. V. The principle of constructing two-position space-based SAR. Materials of the military-scientific conference “A. F. Mozhaisky: on the 170th anniversary of the birth of the creator of the first Russian aircraft”. March 21–23, 1995, vol. 2, pp. 335–338. Military Engineering Red Banner Space Academy (MЕRBSA), St. Petersburg (1996). (In Russ.)Lowe S. T., LaBrecque J. L., Zuffada C., Romans L. J., Young L. E., Hajj G. A. First spaceborne observation of an Earth reflected GPS signal. Radio Science, 37(1), 1–28 (2002). https://doi.org/10.1029/2000RS002539Lowe S. T., LaBrecque J. L., Zuffada C., Romans L. J., Young L. E., Hajj G. A. First spaceborne observation of an Earth-reflected GPS signal. Radio Science, 37(1), 1–28 (2002). https://doi.org/10.1029/2000RS002539Gleason S., Hodgart S., Sun Y., Gommenginger C., Mackin S., Adjrad M. Detection and Processing of bistatically reflected GPS signals from low Earth orbit for the purpose of ocean remote sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 43(6), 1229–1241 (2005). http://doi.org/10.1109/TGRS.2005.845643Gleason S., Hodgart S., Sun Y., Gommenginger C., Mackin S., Adjrad M. Detection and Processing of bistatically reflected GPS signals from low Earth orbit for the purpose of ocean remote sensing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 43(6), 1229–1241 (2005). http://doi.org/10.1109/TGRS.2005.845643Unwin M., Jales P., Tye J., Gommenginger Ch., Foti G., Rosello J. Spaceborne GNSS-Reflectometry on TechDemo Sat-1: Early mission operations and exploitation. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 9(10), 4525–4539 (2016). http://doi.org/10.1109/JSTARS.2016.2603846Unwin M., Jales P., Tye J., Gommenginger Ch., Foti G., Rosello J. Spaceborne GNSS-Reflectometry on TechDemoSat-1: Early mission operations and exploitation. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 9(10), 4525–4539 (2016). http://doi.org/10.1109/JSTARS.2016.2603846Ruf C. S., Atlas R., Chang P. S. et al. New ocean winds satellite mission to probe hurricanes and tropical convection. Bulletin of the American Meteorological Society, 97(3), 385–395 (2016). https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00218.1Ruf C. S., Atlas R., Chang P. S. et al. new ocean winds satellite mission to probe hurricanes and tropical convection. Bulletin of the American Meteorological Society, 97(3), 385–395 (2016). https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00218.1Jing C., Niu X., Duan C., Lu F., Di G., Yang X. Sea surface wind speed retrieval from the first Chinese GNSS-R Mission: Technique and preliminary results. Remote Sensing, 11(24), 3013–3026 (2019). http://doi.org/10.3390/rs11243013Jing C., Niu X., Duan C., Lu F., Di G., Yang X. Sea surface wind speed retrieval from the first Chinese GNSS-R Mission: Technique and preliminary results. Remote Sensing, 11(24), 3013–3026 (2019). http://doi.org/10.3390/rs11243013Xia J., Bai W., Sun Yu., Du Q., Huang F., Yin C. Calibration and wind speed retrieval for the Fengyun-3 E Meteorological Satellite GNSS-R Mission. IEEE Specialist Meeting on Reflectometry using GNSS and other Signals of Opportunity (GNSS+R), Beijing, China, 2021, pp. 25–28 (2021). http://doi.org/10.1109/GNSSR53802.2021.9617699Xia J., Bai W., Sun Yu., Du Q., Huang F., Yin C. Calibration and Wind Speed Retrieval for the Fengyun-3 E Meteorological Satellite GNSS-R Mission. IEEE Specialist Meeting on Reflectometry using GNSS and other Signals of Opportunity (GNSS+R), Beijing, China, 2021, pp. 25–28 (2021). http://doi.org/10.1109/GNSSR53802.2021.9617699Dielacher A., Fragner H., Koudelka O. PRETTY – passive GNSS-Reflectometry for CubeSats. e+i Elektrotechnik und Informationstechnik, 139(1), 25–32 (2022). https://doi.org/10.1007/s00502-022-00993-7Dielacher A., Fragner H., Koudelka O. PRETTY – passive GNSS-Reflectometry for CubeSats. e+i Elektrotechnik und Informationstechnik, 139(1), 25–32 (2022). https://doi.org/10.1007/s00502-022-00993-7

The authors declare that there are no conflicts of interest present.