Измерение разности гравитационных потенциалов наземных точек дуплексным спутниковым методом

Исследован вопрос измерения разности гравитационных потенциалов и соответствующей разности ортометрических высот на основе двух пространственно разнесённых высокостабильных наземных водородных квантовых часов. Актуальность представленного исследования и его практическая значимость обусловлены, в частности, перспективами измерений разности ортометрических высот с помощью дуплексного метода сравнений шкал времени удалённых потребителей через геостационарный спутник связи. Рассмотрена задача определения разности гравитационных потенциалов и соответствующей разности ортометрических высот между точками на поверхности Земли. Предложено решение по измерению разности ортометрических высот с помощью дуплексного метода сравнений шкал времени удалённых потребителей через геостационарный спутник связи. Описана схема оригинального эксперимента по измерению разности гравитационных потенциалов и соответствующей разности ортометрических высот на основе двух пространственно разнесённых высокостабильных наземных водородных квантовых часов. В соответствии с предложенной схемой на основе дуплексного спутникового метода и перевозимых квантовых водородных часов измерена разность гравитационных потенциалов и ортометрических высот наземных точек, расположенных на расстоянии 825 м друг от друга. В качестве геостационарного спутника-ретранслятора использовали отечественный геостационарный спутник Экспресс-80, дуплексную связь устанавливали с помощью стационарного и перебазируемого комплектов дуплексной аппаратуры. При относительной нестабильности квантовых часов 10–15 и разности ортометрических высот около 21 м погрешность измерений составила 2,8 м. Полученные результаты актуальны для геодезической гравиметрии при решении задач построения единой высотной основы с применением высокостабильных квантовых стандартов частоты.

1. Фатеев В. Ф. Релятивистская метрология околоземного пространства-времени. Монография. ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево (2017).

2. Фатеев В. Ф. (ред.), Рыбаков Е. А., Смирнов Ф. Р. и др. Квантовые нивелиры и сеть «Квантовый футшток». Теория, эксперименты, макетирование. Монография. ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево (2024).

3. Фатеев В. Ф., Рыбаков Е. А., Смирнов Ф. Р. Метод релятивистской синхронизации мобильных квантовых часов и его экспериментальная проверка. Письма в журнал технической физики, 43(10), 3–11 (2017). http://dx.doi.org/10.21883/PJTF.2017.10.44614.16624

4. Фатеев В. Ф., Рыбаков Е. А. Экспериментальная проверка квантового нивелира на мобильных квантовых часах. Доклады академии наук. Физика, технические науки, 496(1), 41–44 (2020). https://doi.org/10.31857/S2686740020060097

5. Фатеев В. Ф., Игнатенко И. Ю. О возможности измерения параметров гравитационного поля Земли с помощью квантово-оптических систем. Альманах современной метрологии, (1(29)), 106–114 (2022). https://elibrary.ru/mfekvm

6. Наумов А. В. Метод двухсторонн ей передачи времени и частоты с помощью геостационарных спутников (TWSTFT). Альманах современной метрологии. (8), 162–197 (2016). https://elibrary.ru/xrzlsf

7. Канушин В. Ф., Карпик А. П., Голдобин Д. Н., Ганагина И. Г., Гиенко Е. Г., Косарев Н. С. Определение разности потенциалов силы тяжести и высот в геодезии посредством гравиметрических и спутниковых измерений. Вестник СГУГиТ, (3(31)), 53–69 (2015). https://elibrary.ru/vnvvgh

8. Мазурова E. M., Петров А. Н. Квантовые футштоки и эффект Саньяка. Тезисы докладов X Всероссийской конференции с международным участием «Фундаментальное и прикладное координатно-временное и навигационное обеспечение» (КВНО-2023), Санкт-Петербург, Россия, 17‒21 апреля 2023 г. С. 121–122. Институт прикладной астрономии РАН, Санкт-Петербург (2023).

9. Мазурова Е. М., Петров А. Н., Эффект Саньяка в оптоволоконной синхронизации высокоточных стандартов частоты. Геодезия и картография, 83(12), 12–21 (2022). https://doi.org/10.22389/0016-7126-2022-990-12-12-21

10. Гиенко Е. Г., Копейкин С. М., Канушин В. Ф. и др. Определение разностей высот по гравитационному смещению частоты мобильного стандарта. Материалы VIII Международного симпозиума «Метрология времени и пространства», Санкт-Петербург, Россия 14–16 сентября 2016. С. 164–168. ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево (2016). https://elibrary.ru/ylyrzn

11. Cheng P., Shen W., Sun X., Cai C., Wu K., Shen Z. Measuring height difference using two-way satellite time and frequency transfer. Remote Sensing, 14(3), 451 (2022). https://doi.org/10.3390/rs14030451

12. Фатеев В. Ф., Смирнов Ф. Р., Карауш А. А. Эксперимент по повышению точности квантового нивелира на основе водородных квантовых часов с использованием фазовых измерений ГЛОНАСС/GPS. Журнал технической физики, 93(8), 1181–1187 (2023). https://doi.org/10.21883/JTF.2023.08.55981.32-23

13. Норец И. Б., Карауш А. А., Купалов Д. С., Смирнов Ю. Ф., Донченко С. И., Денисенко О. В., Слюсарев С. Н., Федотов В. Н., Хромов М. Н. Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022: вклад в формирование шкалы Всемирного координированного времени. Измерительная техника, (10), 4–9 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-10-4-9

14. Фатеев В. Ф., Смирнов Ф. Р., Карауш А. А. Метод релятивистской синтонизации квантовых часов: экспериментальные исследования. Измерительная техника, (4), 50–56 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-4-50-56