7. Магнитное поле Земли. Вектор напряженности магнитного поля Земли. Элементы магнитного поля Земли. Нормальное поле. Аномальное поле. Вариации геомагнитного поля.

Использование свойств магнитного поля Земли (МПЗ) в навигационных и навигационно-пилотажных системах позволяет определять курс, скорость, координаты местонахождения и пространственную ориентацию объекта. МПЗ используется также для торможения, осуществления маневра и ориентации космических летательных аппаратов.

Магнитное поле Земли характеризуется его напряженностью. Вектор напряженности МПЗ представляет собой сумму векторов напряженностей отдельных полей

, где То – магнитное поле однородного намагничивания тела Земли (дипольное);

Tм – магнитное поле неоднородных внутренних слоев Земли (поле материковых аномалий);

Та – магнитное поле от намагничивания пород земной коры (аномальное поле);

– внешний по отношению к Земле источник поля (поле геомагнитных вариаций).

Сумма векторов Тн=То+Тм - это вектор напряженности нормального геомагнитного поля.

Вектор Т определяется (задается) в соответствующих системах координат, определенным образом связанных с Землей. Его компоненты в теории земного магнетизма обычно определяются в прямоугольной системе координат O1xyz (рис. 2.2) с осями, направленными: O1z – по вертикали в тело Земли; O1x – на север в плоскости географического меридиана, O1y – на восток. Соответственно этому проекции вектора T будут: X– северной составляющей, Y – восточной составляющей, Z – вертикальной составляющей, H – горизонтальной составляющей и углы: d – магнитное склонение, составляемое вектором H с географическим меридианом (осью O1x), – магнитное наклонение, составляемое вектором T с горизонтальной плоскостью.

Рис. 2.2. Элементы магнитного поля Земли

Модули приведенных составляющих, углы и модуль вектора напряженностей МПЗ носят название элементов земного магнетизма.

Нормальное поле. Дипольное поле в основном порождается мощными токовыми системами в проводящем ядре Земли. Значения напряженности поля на земной поверхности изменяются в зависимости от координат местонахождения.

Аномальное поле. Пространственное распределение аномального поля определяется магнитными свойствами пород земной коры, глубиной залегания намагниченных пород и геологической структурой земной коры. Аномальное поле для движущегося объекта имеет случайное пространственное распределение и описывается в виде случайной стационарной функции координат места.

Вариации геомагнитного поля. Поле геомагнитных вариаций определяется рядов факторов. Составляющие этих вариаций отличаются амплитудой, частотой, фазой, периодичностью изменения во времени. Геомагнитные вариации делят на спокойные и возмущенные, периодические и непериодические.

8. Местные навигационные системы координат: классификация и характеристики.

В зависимости от масштабов перемещений системы отсчета могут быть местными, глобальными и космическими.

Местные системы координат (СК) используются в качестве систем отсчета при сравнительно небольших перемещениях, когда кривизной Земли можно пренебречь. По своей форме они могут быть:

– декартовы прямоугольные координаты;

– цилиндрические;

– сферические.

По ориентации осей местные СК можно разделить на:

– горизонтальные сферические;

– произвольные в азимуте;

– произвольные в пространстве.

В горизонтальной сферической СК за основную плоскость отсчета принята горизонтальная, перпендикулярная к линии отвеса. Положения ЛА (точка М) в этой СК определяется сферическими координатами; высотой h, азимутом A и длиной радиуса-вектора r (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Горизонтальная сферическая система координат

В горизонтальной цилиндрической (полярной) положение ЛА определяется в плоскости горизонта полярным (азимутальным) углом, радиусом-вектором и высотой над поверхностью Земли.

Произвольная в азимуте горизонтальная СК располагается в точке старта или финиша таким образом, чтобы одна из осей (например, OY) была направлена в горизонтальной плоскости.

СК с произвольной ориентацией осей может быть ориентирована относительно земного пространства таким образом, чтобы наиболее полно удовлетворять какой-либо конкретной навигационной задаче.