5. Геонавигационная информация. Типовые эллипсоиды и их параметры. Направления вертикалей.

Геонавигационная информация используется для определения координат места, скорости движения ЛА и его угловой ориентации относительно земной системы отсчета. Чтобы определить эти параметры необходимо знать особенности геометрической формы Земли и строение ее поверхности.

Под формой Земли обычно понимают одну из уровенных поверхностей силы тяжести, совпадающей с невозмущенной поверхностью океана. Тело, ограниченное данной уровенной поверхностью силы тяжести, называют геоидом. Т.к. точных данных о форме и размерах геоида не имеется, то в качестве первого приближения к геоиду принимают сферу (характеризуется радиусом шара, равновеликого по объему с земным эллипсоидом), в качестве второго приближения – эллипсоид вращения (сфероид) (параметры земного эллипсоида устанавливаются в результате геодезических измерений). Третьим приближением считается трехосный эллипсоид. Однако достоверных сведений о трехосном эллипсоиде не имеется.

В сферической системой координат начало совмещено с центром Земли (геоцентрическая система координат), ось OZ совпадает с осью полюсов, оси OX и OY расположены в плоскости экватора.

Схема земного сфероида: а – сферическая система координат, б – направление вертикалей

Вертикаль, совпадающую с направлением геоцентрического радиуса-вектора, называют геоцентрической вертикалью (ГЦВ). Угол между направлением ГЦВ и плоскостью земного экватора образует геоцентрическую широту

Направление линии отвеса (ЛО) не совпадает с ГЦВ. Угол между ЛО и экваториальной плоскостью образует географическую широту .

Отвес дает направление вектора ускорения силы тяжести. Линия отвеса нормальна к поверхности геоида.

Линия, совпадающая с направлением напряженности поля тяготения, образует гравитационную вертикаль, а угол между этой вертикалью и экваториальной плоскостью является гравитационной широтой.

Все виды высот (истинная, абсолютная, относительная) отсчитываются по направлению ЛО. Абсолютная высота отсчитывается относительно поверхности геоида.

6. Гравитационное поле Земли. Вектор напряженности гравитационного поля, гравитационный потенциал и гравитационное ускорение.

Гравитационное поле - это источник сил, вызывающих ускоренное движение тел, а также поверхность положения, позволяющая определить расстояние объекта от поверхности Земли.

Гравитационное поле является потенциальным полем, для его описания используют гравитационный потенциал U. Вектор напряженности гравитационного поля g связан с потенциалом выражением

.

Для сферического тела:

,

где M – масса Земли (притягивающего тела); G – универсальная гравитационная постоянная; R – экваториальный радиус Земли.

Гравитационное ускорение на высоте H:

, где м/с² – гравитационное ускорение на поверхности сферы.

В действительности Земля не является сферой, и масса ее по объему распределена неравномерно. Поэтому точное аналитическое описание ее гравитационного поля практически невозможно.