Астрономия и навигация (стр. 2 )

21.  Рефракция.

22.  Виды аберраций.

23.  Параллаксы, определение и типы.

24.  Связь между параллаксом и расстоянием.

25.  Единицы измерения расстояний в астрономии.

26.  Системы координат в пространстве.

27.  Видимые движения Солнца и планет.

28.  Сидерический и синодический периоды обращения. Связь между ними.

29.  Законы Кеплера.

30.  Невозмущенное движение. Элементы невозмущенной орбиты.

31.  Движение материальной точки под действием силы тяготения.

32.  Основные уравнения движения.

33.  Интегралы площадей и энергии в задаче двух тел.

34.  Возмущенное движение.

35.  Теория возмущений.

36.  Дифференциальные уравнения для оскулирующих элементов.

37.  Уравнения Лагранжа.

38.  Возмущение движения Луны.

39.  Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов.

40.  Типы орбит ИСЗ и КА.

41.  Свойства эллиптической орбиты.

42.  Зависимость траектории движения тела от начальной скорости.

43.  Современные космические летательные аппараты.

44.  Навигационные системы глобального определения местоположения (GPS и ГЛОНАСС).

6 семестр

1.  Общие сведения о Солнечной системе и ее строение.

2.  Планеты земной группы.

3.  Характеристики планет-гигантов.

4.  Кольца и спутники планет.

5.  Астероиды, кометы, метеорное вещество.

6.  Развитие Земли, как космического тела в процессе геологической истории.

7.  Строение и свойства оболочек Земли.

8.  Приливные явления.

9.  Приливное взаимодействие в системе «Земля-Луна-Солнце».

10.  Приливная эволюция системы «Земля-Луна».

11.  Вращение Земли.

12.  Спектр изменения угловой скорости вращения Земли.

13.  Причины возникновения нерегулярностей в суточном вращении Земли.

14.  Тектоника плит.

15.  Глобальная сейсмичность.

16.  Современные методы исследований глобальных геодинамических явлений.

17.  Геодинамические сети мониторинга

18.  Прогнозирование геодинамических явлений.

19.  Принципы районирования и геотектонические карты.

20.  Звезды и их классификация.

21.  Основные характеристики звезд: светимость, масса, температура, радиус.

22.  Звездные величины.

23.  Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.

24.  Двойные и кратные звезды.

25.  Сверхновые звезды.

26.  Физические переменные звезды.

27.  Галактика. Распределение звезд в Галактике.

28.  Собственные движения звезд и Солнечной системы.

29.  Межзвездная среда.

30.  Внегалактические астрономические объекты.

31.  Классификация галактик.

32.  Определение расстояний до галактик.

33.  Физические свойства галактик.

34.  Потоки информации, получаемые при дистанционных методах зондирования (ДМЗ).

35.  Оценка количества информации и ее надежности.

36.  Критерии достоверности данных.

37.  Принципы организации банков данных.

38.  Носители информации.

39.  Представление данных.

40.  Источники погрешностей измерений и их учет.

41.  Ресурсы данных дистанционного зондирования Земли и Космоса (ДЗЗК).

42.  Астрономические каталоги.

43.  Всеволновые методы астрономии и дистанционного зондирования Земли.

44.  Основные характеристики космических съемочных систем.

45.  Калибровка космических съемочных систем.

46.  Информация, получаемая на борту космического аппарата.

47.  Уровни сигнала. Оцифровка сигнала.

48.  Формат записи данных.

49.  Модуляция сигнала и упаковка для передачи по радиоканалу.

50.  Прием и предварительная обработка данных КЛА.

51.  Особенности получения астрономической, геофизической, экологической, метеорологической информации ДМЗ.

52.  Классификация ДМЗ по видам регистрируемых излучений.

53.  ДМЗ в УФ-диапазоне электромагнитных излучений.

54.  Особенности получения информации в УФ-диапазоне.

55.  Астрономические базы данных.

56.  Требования к базам данных ДЗЗК.

57.  Функция автокорреляции, ее свойства.

58.  Оценивание АКФ. Время корреляции.

59.  Сигналы их классификация.

60.  Модель аналогового детеминированного сигнала в виде вектора в гильбертовом пространстве.

61.  Схема авторегрессии.

62.  Обобщенный ряд Фурье.

63.  Равенство Парсеваля.

64.  Явление Гиббса.

65.  Спектральная плотность мощности случайного процесса.

66.  Периодограмма, сглаживание окна.

67.  Системы ортонормированных функций. Процедура Грама-Шмидта.

68.  Моделирование случайных процессов.

69.  Метод белого шума.

70.  Тригонометрический ряд Фурье.

71.  Преобразование стационарных, случайных процессов линейными системами.

72.  Интеграл Фурье и его свойства

73.  Выделение сигнала на фоне шума методом накопления.

74.  Линейные системы. Интеграл Дюамеля.

75.  Преобразование детерминированных сигналов линейной системой.

76.  Теорема Винера-Хинчина.

77.  Преобразование детерминированных сигналов линейной системой.

78.  Спектральный метод.

79.  Спектр мощности стационарного случайного процесса и его свойства.

80.  Сигналы с ограниченным спектром. Теорема Котельникова. Ряд Котельникова.

81.  Фильтр Винера.

82.  Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования.

83.  Авторегрессионная оценка спектра мощности.

84.  Дискретное преобразование Фурье, его свойства.

85.  Фильтр Калмана-Бьюси.

86.  Амплитудо-частотная и фазо-частотная характеристики линейной системы.

87.  Казуальные и не казуальные системы.

88.  Обнаружение детерминированного сигнала на фоне белого шума.

3. Методика реализации других видов самостоятельной работы

Решение задач

Для наиболее полного усвоения и закрепления материала по учебной дисциплине студенту предлагается решить 8 задач за 16 часов в 5 семестре и 8 задач за 16 часов в 6 семестре. Согласно структуре самостоятельной работы в модульной системе (таблица 2): в 1 модуле задачи – 1-4, во 2-м модуле задачи – 5-8, в 3-м модуле задачи – 1-2, в 4-м модуле задачи – 3-8. Теоретический материал, являющийся основой для решения задач, содержится в следующих лекциях:

а) 1-2 (мод.2, 3.1

б) 3-4 (мод.4

в) 5-6 (модуль 2) - лекции

г) 7-8 (мод.2

д) 1-2 (мод.2

е) 3-4 (мод.2

ж) 5-6 (мод.2

з) 7-8 (мод.4

Рекомендуемая литература:

Абалакин, В. К. и др. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука,19с. Астрономический календарь: постоянная часть. М.: Наука, 19с. , , Мороз общий астрономии. М.: Наука. -1974. Герман методы исследования в метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. , , Полян обработка сигналов. Справочник. М: Радио и связь, 1985. Дубошин механика. Основные задачи и методы. М.: Наука,1975. Дистанционное изучение Земли. – М.: Мир, 1988. , Мороз курс астрономии: Учебное пособие – М.: ФизматлитМирер космического полета. Орбитальное движение. –М.: Резолит.- 2007. Рябов искусственных небесных тел. М.: Наука

5 семестр (модули 1,2)

1. Чему равна высота и азимут звезды, прямое восхождение которой 18ч 04м, а склонение 90 33′. Наблюдатель находится на северной широте 52º.

2. Найти прямое восхождение и склонение планеты, если ее эклиптическая широта 4˚52′31", а эклиптическая долгота 139˚41′10".

3. Найти звездное время 23 сентября 2007 г. в 18 часов местного среднего времени для г. Красноярска с географическими координатами: φ=56,5˚ с. ш. и λ= 92˚ в. д.

4. Местное среднее время 16h23m48s. Найти звездное время для географической долготы λ= 92˚ в. д.

5. КА имеет форму шара, его масса 83,6 кг, а диаметр 58 см. Период обращения КА составляет 96,15 минут, эксцентриситет - 0,00517, большая полуось - 6952 км, апогейная высота - 227 км. Рассчитать параметры орбиты КА, изменившихся за 10 суток. Сопротивление атмосферы ρ в апогее не учитывать, в перигее значение ρ определяется для стандартной атмосферы.

6. Как изменятся параметры орбиты спутника, приведенные в предыдущей задаче, через 10 дней, если масса спутника равна 200 кг.

7. Определить число оборотов тела по круговой орбите вокруг Земли при условии, что H над поверхностью Земли равно 0. Предполагается движение в вакууме.

8. Спутник движется вокруг планеты радиусом R по эллиптической орбите, эксцентриситет которой e. Найти наибольшую полуось орбиты, если отношение высот перицентра и апоцентра Hπ/ Hα = γ < 1.

6 семестр (модули 3,4)

1. Определить абсолютную фотовизуальную звездную величину Солнца (в системе V).

2. Определить радиус звезды Антарес, температура которой равна 3100 К, а абсолютная звездная величина равна – 4, 0m.

3. Какой размер должна иметь антенна для приема потока информации 100 мбит в сек, если температура МШУ составляет 100 К, мощность передатчика 10 вт, а удаление спутника 2000 км?

4. Пусть оптическая толщина атмосферы t =0,2. Во сколько раз отличаются интенсивности принимаемого аппаратурой спутника излучения при наблюдении в надир и под углом d=30° ?

5. Каково мгновенное поле зрения сканеров спутников NOAA (высота орбиты H=870 км) и "Ресурс-О1-3" (H=650 км)?

6. Сколько необходимо делать сканов в секунду, чтобы обеспечить разрешение в 50 м с полосой обзора 2400 км. Какова должна быть скорость передачи информации в этом случае?

7. Найти спектр треугольного импульса с длительностью τ и амплитудой А.

8. Найти среднее значение и дисперсию случайной величины распределения по равномерному закону распределения в интервале от а до b.

Практические задания

5 семестр

1. Рассчитать азимут г. Ачинска и угол места, если географические координаты г. Красноярска (λ1,φ1), а г. Ачинска (λ2,φ2). Высота зонда, висящего над г. Ачинском, h км. Расчеты производить в первом приближении для сферы, Rэкв.= 6372 км.

Формулы для расчета:

; ; ; ;

;

Теоретический материал - лекции: 2.1. – 2.3, 2.5

2. Вывести выражение продолжительности дня и ночи в зависимости от широты и даты в сферическом приближении.

Формулы для расчета:

Теоретический материал - лекции: 2.1. – 2.3, 2.5

3. Показать, что координаты планеты, движущейся вокруг Солнца по законам Кеплера, могут быть выражены в функциях времени.

Формулы для расчета:

; ; ;

Теоретический материал - лекция: 5.2

3. Описать основные причины возмущения орбит ИСЗ, движущихся на средних и близких расстояниях от Земли.

Формулы для расчета:

Эффекты несферичности Земли:

Лунно – Солнечные возмущения:

Атмосферное торможение:

;

Световое давление:

;

Теоретический материал - лекции: 6.1, 6.2

5. Вывести уравнения движения точки массой m в поле центральной силы тяготения неподвижной точки массы М (m<< М).

Формулы для расчета:

; ;

Теоретический материал - лекции: 5.2, 5.3

6. Рассчитать высоту над поверхностью Земли геостационарного спутника.

Формулы для расчета:

;

Теоретический материал - лекции: 5.2, 5.3

6 семестр

1. Провести статистический анализ данных геомониторинга для прогноза сейсмической опасности.

Рассмотреть динамику развития очаговой области в процессе подготовки сильного землетрясения на примере изучения Караганской очаговой области с помощью разбиения области на множества Вороного. Такой подход позволяет не только выделить из общей очаговой области отдельные наиболее активные зоны, но проследит динамику их возникновения, развития и объединения во времени (рис. 1).

.

Рис. 1. Разбиение последовательности землетрясений в Караганском очаге по 30 событий.

Кроме того, если сопоставить результат разбиения с блочной неотектонической структурой региона, то можно оценить энергетический потенциал каждой отдельной зоны и очага в целом. Возможно два подхода исследования динамики, либо при помощи фиксированного временного окна, либо по разбиению всей последовательности на отрезки, содержащие одинаковое количество событий.

Далее сопоставим полученные структуры с рельефом изучаемой области (рис. 2). В результате моделирования данных можно сделать вывод, что по мере развития очаговой области местоположение активной части переместилось на 20 км на северо-запад.

Рис. 2. Развитие Караганского очага.

Наложив выделенные зоны на схему неотектонических блоков становится видно, что активность переместилась из зоны мощных однородных блоков в зону мелких. Это означает, что на настоящий момент идет накопление напряжений в предыдущей зоне активности, и в тоже время в соседних блоках идет сброс энергии создающий контраст между двумя структурами (рис. 3).

а

б

Рис. 3. Сопоставление выделенных зон со схемой неотектонических блоков.

Вывод: Рассмотрен эффективный способ визуализации данных геомониторинга для выявления закономерностей в неоднородных данных наблюдений, позволяющий анализировать регулярные и случайные компоненты в пространственно-распределенных данных.

Лекции: 7.4-7.5

Рекомендуемая литература:

1.  , , Перетокин сейсмической опасности юга Центральной Сибири. – Красноярск: КНИИГиМС, 2004.

2.  , Зиновьев данных методом упругих карт // Информационные технологии. – 2000. – № 6. – С. 26-35.

2. Провести корреляционный анализ данных гидрофизического мониторинга уровня океанов.

Приводится описание простейшей экспертно-аналитической компьютерной системы поддержки принятия решения с помощью комплекса программ «Модели» для оценки степени цунамиопасности (на примере побережья Приморья и цунамигенной области в Японском море).

Подготовка разработанного комплекса программ к работе и начало моделирования осуществляется следующим образом. В каталоге "Office\Library" размещается каталог "Model", содержащий файл "Модели. xla" и динамическую библиотеку "NEU. dll". После этого входим в "Excel" и устанавливаем программу "Модели. xla" с помощью опции "Надстройки" меню "Сервис". Далее необходимо запустить файл 4-tidal-tzun-log. xls. На листе 1 представлены основные информационные таблицы системы, взаимосвязанные между собой, этот лист в обычном режиме закрыт для оператора-пользователя. На листе 2 показываются возможности системы по оценке цунамиопасности на основе сейсмологической информации, на листе 3 приведены возможности системы по оценке цунамиопасности на основе гидрофизической информации.

Для оценки коэффициента усиления волны цунами в изучаемом пункте вдоль побережья Приморья необходимо на листе 2 "Excel" в соответствующую ячейку ввести условные координаты точки наблюдения, широту местоположения очага цунами и магнитуду землетрясения. В экспертной системе на листе 2 ячейки управления (ввода информации) обведены рамкой. Система выдаст прогноз степени цунамиопасности для данного пункта наблюдений и график распределения коэффициентов усиления волны цунами для всего исследуемого побережья (рис. 1, а), а также оценку этого показателя степени цунамиопасности для выделенных пунктов регистрации цунами в береговой зоне Приморья (рис. 1, б). На листе 3 "Excel" располагается системы для моделирования цунамиопасности с учетом поступающей дополнительной гидрофизической информации о волнах цунами как на побережье Приморья, так и на побережье Японских островов.

Таким образом, предлагаются правила действий для пользователя данной системой в период мониторинга и осуществления прогноза степени цунамиопасности в оперативном режиме реального времени. В качестве исходной базы для моделирования степени цунамиопасности используются распределения коэффициентов волны цунами от пяти крупнейших сейсмических событий в исследуемой области Японского моря: землетрясения и цунами 1741, 1940, 1964, 1983 и 1993 гг. Магнитуда землетрясений изменяется в данном построении системы от 7.1 до 7.9 по шкале Рихтера. Местоположение очагов цунами могут в данном построении характеризоваться только широтной координатой (субмеридиональное расположение очагов цунами), которые изменяются от 38 град. с. ш. до 44 град с. ш. Побережье Приморья разделено на пять зон (в условных координатах), для которых оцениваются значения коэффициентов усиления и высоты волны цунами, характеризующие степень цунамиопасности, соответственно, по данным сейсмической и гидрофизической подсистем оперативной службы предупреждения о цунами. Координаты для стационарных пунктов наблюдения в условных координатах системы следующие: Владивосток – 1.0; Находка – 1.5; Валентин – 2.0; Ольга – 2.5; Рудная Пристань – 3.0.

Риc. 3.11, а.	Рис. 3.11, б.
Рис. 3.12, а.	Рис. 3.12, б.

Теоретический материал - лекции: 7.4-7.5

Рекомендуемая литература:

1.  Природные опасности России / Под общей ред. , , Т. 1–6. – М.: Изд-во «КРУК», 2003.

2.  , Россиев сети на персональном компьютере. - Новосибирск: Наука, 1996. – 276 с.

3.  , , Щемель нелинейная регрессионная модель прогноза цунамиопасности защищаемого объекта // Природно-техногенная безопасность Сибири: Труды научных мероприятий. - Красноярск, 2001. - Т.1. - С. 292-296.

3. Выполнить спектральный анализ и визуализацию пространственно-временных данных геомониторинга.

Если исследуемая пространственная область, задаваемая в виде квадрата со стороной L, содержащая N событий, разбита на Q квадратных ячеек, где Q принимает значения 4, 16, 64 и т. д., то индексом Моришиты называется следующая величина:

,

где – число событий в i-й ячейке; Q – число ячеек, в данном разбиении. Из этой формулы видно, что индекс Моришиты зависит от числа ячеек. Индекс I, деленный на число ячеек Q для данного разбиения, равен вероятности того, что наугад выбранные два землетрясения будут принадлежать одной ячейке. Необходимо применить модифицированный индекс I для исследования эпицентров Караганского землетрясения в следующих пространственно–временных и энергетических рамках: долгота 93–97, широта 52–57, время (1983–2005 гг.), число событий N=205.

Используем гипотезу о том, что в процессе сейсмогенеза участвуют по крайне мере два сейсмически независимых процесса; первый из них составляют взаимно независимые, случайно рассеянные в пространстве индивидуальные сейсмические события; их совокупность называется рассеянной (фоновой) сейсимчностью; второй составляют взаимодействующие землетрясения, концентрирующие тем или иным способом в пространстве, их совокупность называется сосредоточенной (приуроченной). Необходимо разделить сейсмичность на сосредоточенную и рассеянную компоненты означает: выбрать такой интервал значений разделимости, при котором кластеризация отражает физическую картину явления и указать критерий, согласно которому одна группа кластеров будет отнесена к сосредоточенной, а другая к рассеянной компоненте сейсмичности.

Рассматриваемый способ устанавливает принадлежность каждого эпицентра к некоторой их пространственной совокупности. Эта совокупность характеризуется плотностью эпицентров. Способ реализован путем итерационного процесса. Значения индекса Моришиты I рассчитывались для каждой итерации (табл. 3-5, рис. 4-6):

Результат разбиения сетки на более мелкую показывает, что совокупность эпицентров землетрясений на последней итерации, относится к сосредоточенной компоненте сейсмичности, так как здесь более высокая плотность событий. График зависимости индекса Моришиты от размеров ячеек S для описанного в приложении каталога приводится на рис. 7 и табл. 6. На графике виден рост индекса при увеличении линейного размера ячейки S, причем кривая для каталога землетрясений возрастает плавно.

Таблица 3

n	34	171	205
I	0,06	2,6	2,66

Рис. 4. Первая итерация. Исследование эпицентров в следующих пространственно–временных и энергетических рамках: широта 93–97,

долгота 53–57, время 1983–2005гг., число событий N=205.

Таблица 4

n	74	131	205
I	1,07	5,39	6,46

Рис. 5. Вторая итерация. Исследование эпицентров в следующих

пространственно–временных и энергетических рамках: широта 93–97,

долгота 52–56, время 1983–2005гг., число событий N=205.

Таблица 5

n	2	2	5	6	14	48	128	205
I	0,002	0,002	0,02	0,03	0,16	1,94	14,21	16,36

Рис. 6. Третья итерация. Исследование эпицентров в следующих пространственно–временных и энергетических рамках: широта 93,5–96,5, долгота 53–56, время 1983–2005гг., число событий N=205.

Таблица 6

S	0	444,00	1776	3996
I	0	2,7	6,5	16,4