Тема №1 Системы координат и времени в спутниковой геодезии.

1. Предмет и задачи дисциплины спутниковая геодезия.

2. Классификация систем координат.

3. Небесные системы координат.

4. Земные геоцентрические системы координат.

5. Системы времени.

6. Локальные референцные системы координат.

7. Системы высот.

8. Топоцентрические системы координат.

9. Связь между земными системами координат.

Лекция № 1

1. Предмет и задачи дисциплины спутниковая геодезия.

Спутниковая геодезия – раздел геодезической науки, в которой для решения научных и практических задач геодезии используются результаты наблюдений искусственных спутников Земли.

Задачами спутниковой геодезии являются :

1. Определение взаимного положения пунктов в некоторой геодезической системе координат.

2. Определение положение центра референц-эллипсоида относительно центра масс Земли.

3. Определение координат пунктов в абсолютной системе, отнесённой к центру масс Земли, и создание единой мировой геодезической системы.

4. Установление связи между отдельными геодезическими системами.

5. Изучение внешнего гравитационного поля Земли.

6. Уточнение некоторых фундаментальных геодезических постоянных.

Методы спутниковой геодезии имеют существенные преимущества при решении некоторых задач по сравнению с традиционными методами. Возникает возможность быстрой передачи координат на расстояния в тысячи километров и создания построений в абсолютной системе координат, отнесённой к центру масс Земли. Определение параметров гравитационного поля по наблюдениям ИСЗ требует сравнительно небольшого числа станций на поверхности Земли, в то время как использование для этой цели традиционных методов основывается на густой сети пунктов на суше и на море. Применение спутниковой альтиметрии позволяет в короткое время детально изучить форму геоида в океанах, получить другую геодезическую и океанографическую информацию.

Достигнутая к настоящему времени высокая точность лазерных и доплеровских наблюдений ИСЗ обеспечивает их эффективное применение для решение геодинамических проблем: определения параметров вращения Земли (ПВЗ), исследования приливных явлений, изучения движения литосферных плит, разработке методов прогноза землетрясений.

Применение спутникового динамического метода в сочетании со спутниковой градиентометрией и наблюдением по линии «спутник – спутник» позволяет не только изучать детальную структуру гравитационного поля, но и в перспективе исследовать его возможные изменения во времени. Полученная динамическим методом информация служит основой для выводов о внутреннем строении Земли.

Задачи спутниковой геодезии обычно подразделяют на геометрические и динамические. В задачах первой группы спутник используется как высокая визирная цель и не требуется знать теорию его движения. При решении геометрических задач используют синхронные или квазисинхронные наблюдения ИСЗ с нескольких пунктов.

В динамических задачах теории движения ИСЗ используются в качестве основы для вывода результатам наблюдений спутников

• параметров гравитационного поля Земли;

• определения координат пунктов в абсолютной системе, отнесённой к центру масс Земли;

• определения параметров атмосферы;

• определения параметров вращения Земли;

• определения фундаментальных геодезических постоянных.

2. Классификация систем координат.

Необходимость использования различных систем координат в спутниковой геодезии становится понятной, если учесть, что для вычисления орбит спутников, прогнозирования их движения используются одни системы координат, для определения координат пунктов в процессе наблюдения используются другие координаты, а для использования полученных координат при решении различных прикладных задач требуются совершенно иные системы. Кроме того, нужна соответствующая теория времени, поскольку решение задач спутниковой геодезии производится по наблюдениям объектов, часто движущихся с огромными скоростями.

Инерциальными системами координат называют системы, оси которых фиксированы в пространстве, либо изменяющие своё положение с течением времени по хорошо известным законам относительно других фиксированных осей. Свободная материальная точка в такой системе движется равномерно и прямолинейно. Эти системы лучше всего подходят для изучения движения искусственных спутников Земля (ИСЗ).

Системы координат, вращающиеся вместе с Землёй, называют земными.

Инерциальные системы, не участвующие в суточном вращении Земли называют небеснымиилизвёздными.

Системы, начало которых совпадает с центром масс Земли, называют геоцентрическими.

Земные геоцентрические системы называют также общеземнымиилиглобальными,мировыми референцными (опорными), илиусловными земными(условными – в смысле принятыми по соглашению).

Общеземные системы образуются с помощью методов космической геодезии:

• По наблюдениям на радиоинтерферометрах со сверхдлинными базами.

• Лазерной локацией спутников и Луны.

• По навигационным спутникам.

Квазигеоцентрические,илилокальные референцные– системы начало которых находится в центре референц-эллипсоида, наилучшим образом подходящего к территории страны или материка.

Локальные референцные системы образуются с помощью градусных измерений классической геодезии:

• Триангуляции.

• Трилатерации.

• Полигонометрии.

• Астрономических определений.

Топоцентрические– координаты с началом в точке наблюдений. Используются для наблюдений за спутниками относительно точек горизонта или относительно звёзд.

При рассмотрении некоторых вопросов космической геодезии применяются системы координат:

• Гелиоцентрические– с началом в центре Солнца.

• Барицентрические– с началом в барицентре Солнечной системы или барицентра системы «Земля –Луна».

• Планетоцентрические– с началом в центре масс некоторой планеты.

• Спутникоцентрические – с началом в центре масс спутника.

За основную координатную плоскость системы принимают плоскости земного или небесного экваторов, горизонта или орбиты ИСЗ, в связи с чем выделяют :

• Экваториальныесистемы координат.

• Горизонтальныесистемы координат.

• Орбитальныесистемы координат.

Иногда используются:

• Эклиптическиесистемы координат.

• Галактическиесистемы координат.

Направление осей системы координат задаётся относительно некоторых точек небесной сферы или земной поверхности, а также фундаментальных векторов. К этим векторам относят вектор кинетического момента Земли, направление мгновенной оси её вращения, вектор направления силы тяжести, нормаль к орбите Земли (к эклиптике), вектор линии узлов земной орбиты (направление на точку весеннего равноденствия) и другие. Координаты, связанные с отвесной линией, называют астрономическими.

Вследствие того, что выбранные для ориентировки систем точки могут изменять своё положение, обязательно указывается эпоха – тот момент, к которому относятся направление осей. При построении систем координат, в которых учитываются релятивистские эффекты, вводят систему отсчёта и системы времени.

При проведении топографо-геодезических работ и навигации часто используются плоские координаты в различных картографических проекциях. На Украине и в странах СНГ широко распространена проекция Гаусса-Крюгера. В спутниковой аппаратуре и её программном обеспечении пользователи часто встречаются с близкой к ней поперечной проекцией Меркатора UTM.