Раздел 3 Системы координат

1. Роль систем координат

   1. Общие сведения (стр. 109 «Генике Побединский)

2. системы координат GPS и ГЛОНАСС

   1. Орбитальная система, эфемериды спутника

   2. Геодезические системы координат и их преобразование

      1. Общеземная система координат

         3. переход к общеземной системе координат

         4. Геоцентрическая система ПЗ-90

         5. Система СК-42

         6. Система СК-95

         7. Система WGs-84

3. Методы преобразования координат

4. Особенности определения высот методом спутниковых наблюдений

Системы координат

В курсе космической геодезии приводится классификация систем координат. Там же даны в основном представление небесных, орбитальных систем и систем счета времени.

Приведем некоторые сведения, связанные с этим вопросом.

Для решения многочисленных задач космической геодезии применяют различные системы координат, которые различаются: по форме их задания; по выбору начала координат; по выбору основной плоскости и по ориентации главной оси координат.

В связи с этим в космической геодезии существует следующая классификация координат:

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 небесными или звёздными.

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

Земные геоцентрические системы называют также общеземными или глобальными, мировыми референцными (опорными), или условными 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, или локальные 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.

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

• Экваториальные системы координат.

• Горизонтальные системы координат.

• Орбитальные системы координат.

Иногда используются:

• Эклиптические системы координат.

• Галактические системы 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.

Помимо перечисленного выше, но и не претендуя на исчерпывающую классификацию, дополнительно можно классифицировать системы координат по следующим признакам:

1. По форме: прямоугольные и криволинейные (сферические, сфероидические)

2. По выбору начала координат: геоцентрические (в центре Земли) и топоцентрические (на поверхности Земли)

3. По выбору основной координатной плоскости: экваториальные, горизонтные, орбитальные.

4. По выбору направления оси ОХ: инерциальные (ось ОХ направлена в точку весеннего равноденствия γ)- неподвижные относительно вращающейся Земли. Гринвичские (референцные)- ось ОХ направлена в точку пересечения начального (гринвичского) меридиана и экватора. Системы вращаются вместе с Землей.

5. По положению оси ОZ и точку γ. Ось OZ совпадает с осью вращения Земли. Системы бывают: мгновенные, истинные и средние.

Исходной системой координат, в которой задаются положения станций наблюдений ИСЗ, является геодезическая, определяемая принятым на данной территории референц-эллипсоидом. Положение точек на земной поверхности задается: геодезической широтой В; геодезической долготой L; геодезической высотой Н над эллипсоидом.

Референц-эллипсоид ориентируют так, чтобы его малая ось была параллельна средней оси вращения Земли в некоторою стандартную эпоху t_o.

Так как космическая геодезия позволяет решать геодезические задачи в масштабе всей Земли, то иногда в качестве исходного целесообразно использовать общий Земной эллипсоид. Центр этого эллипсоила совпадает с центром масс Земли, а малая полуось совпадает со средней осью вращения Земли для выбранной эпохи t_o (1900, 1960, 1990, 2000 и т.д.).

Размеры общего земного эллипсоида: а=6378140км; α=1:298,257

( Красовского: а=6378245км; α=1:298,3).