Астрономия и навигация (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

АСТРОНОМИЯ И НАВИГАЦИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

, , ., ,

Красноярск 2009

Общие сведения 3

1.  Структура самостоятельной работы 6

2.  Методика реализации самостоятельной работы

по изучению теоретического курса 8

3.  Методика реализации других видов

самостоятельной работы 14

4.  Реализация графика самостоятельной работы 33

5.  Методика применения кредито-рейтинговой системы 33

6.  Методика проведения промежуточной аттестации

по самостоятельной работе 35

7.  Библиографический список 37

Общие сведения

Самостоятельная работа имеет большое значение при подготовке специалистов по образовательной программе 010700.65 – физика, так как закладывает основы их дальнейшей профессиональной деятельности в наукоемких и высокотехнологичных сферах, освоения информации.

Целями самостоятельной работы при изучении курса «Астрономия и навигация» являются:

- формирование фундаментальных теоретических и специализированных знаний по прикладной астрономии и космической навигации,

- углубление научных знаний по разделам курса, теоретическое и практическое освоение астрономических методов и средств получения, обработки и применения данных дистанционного зондирования Земли и Космоса (ДЗЗК).

При самостоятельном изучении ставятся образовательные задачи в соответствии с требованиями ФГОС ВПО, в том числе:

- формирование системного представления о  строении и развитии небесных тел,  их положении и  движении в пространстве, о строении Вселенной в целом,

- проведение теоретического моделирования исследуемых процессов, изучение явлений и природных объектов в Космосе,

- выработка умений применять приобретенные знания при анализе и обработке полученных данных ДЗЗК.

В результате внеаудиторной (самостоятельной) работы по изучению теоретического курса «Астрономия и навигация» студент должен знать:

·  физические основы получения астрономических данных и ДЗЗК, методы астрономических исследований и космической навигации;

·  движение, строение, происхождение и развитие небесных тел, в том числе планеты Земля;

·  законы движения космических аппаратов (КА) в поле центральных сил, основы теории возмущений, навигационные системы глобального определения местоположения (GPS и ГЛОНАСС);

·  проблемы изучения околоземного космического пространства;

·  особенности получения астрономических данных и информации дистанционного зондирования Земли и Космоса (ДЗЗК);

·  математические методы фильтрации стохастических сигналов в астрономии.

Студент должен уметь:

·  осваивать методы астрономических исследований и космической навигации, получения астрономических данных, специализированные пакеты прикладных программ обработки астрономических данных и графических пакетов;

·  составлять обзоры литературы и отчеты по результатам проводимых исследований;

·  давать рекомендации по практическому использованию астрономических данных;

·  эффективно работать с литературными данными и информационными ресурсами сети Интернет.

Самостоятельная работа предполагает три основных вида занятий:

- изучение теоретического курса;

- решение практических задач;

- выполнение практических заданий.

Трудоемкость самостоятельного изучения разделов дисциплины составляет 3,33 зачетных единиц (120 часов), в том числе теоретического курса – 1,78 зачетные единицы (64 часа), решение практических задач – 0,88 зачетные единицы (32 часа), выполнение практических заданий - 0,66 зачетных единиц (24 часа). Общие сведения о трудоемкости изучения дисциплины приведены в табл. 1.

Таблица 1

Трудоемкость самостоятельной работы

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)	Семестр
1	2
Самостоятельная работа:	3,33 (1,0)	1,50 (54)	1,83 (66)
изучение теоретического курса (ТО)	1,78 (64)	0,72 (26)	1,06 (38)
курсовой проект (работа):	-	-	-
расчетно-графические задания (РГЗ)	-	-	-
реферат	-	-	-
задачи	0,88 (32)	0,44 (16)	0,44 (16)
задания	0,66 (24)	0,33 (12)	0,33 (12)
другие виды самостоятельной работы	-	-	-
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	зачет, экзамен	зачет	зачет, экзамен

Самостоятельная работа по изучаемой учебной дисциплине «Астрономия и навигация» основывается на компетентностном подходе. Самостоятельная работа способствует более эффективному достижению компетенций, формируемых в процессе учебных занятий по данной дисциплине. Применительно к дисциплине «Астрономия и навигация» это компетенции:

а) универсальные, а именно:

- общенаучные (ОНК):

ОНК-1- готовность использовать полученные знания, навыки и умения при дальнейшем изучении специальных дисциплин специализации «физики космоса», «геофизика»;

ОНК-2 - способность активно и целенаправленно применять полученные знания, навыки и умения для выбора тематики выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы и курсовых работ;

ОНК-3 - готовность использовать основные сведения и законы учебной дисциплины «Астрономия и навигация», изученные методы на практике;

- инструментальные (ИК):

ИК-1 - готовность к решению практических задач по расчетам орбит КА и их орбитальных элементов;

ИК-2 - готовность к обработке данных дистанционного зондирования и Космоса, а также астрономической информации;

ИК-3- активное владение пользовательскими навыками для применения специализированных программных пакетов в области ДЗЗК;

ИК-4 - готовность к проведению расчетов оптических систем;

ИК-5 - готовность работать с информацией в области физики космоса из различных источников: отечественной и зарубежной научной периодической литературы, монографий и учебников, электронных ресурсов Интернет;

ИК-6 - готовность работать с базами данных по астрономии и ДЗЗ.

б) профессиональные:

- профессиональные (ПК):

ПК-1 Готовность использовать основные законы учебного курса в последующей профессиональной деятельности в качестве научных сотрудников, преподавателей вузов, инженеров;

ПК-2 Готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности в областях: физики космоса, астрономии, космической навигации, привлечь для их решения изучаемый физико-математический аппарат.

Для освоения дисциплины «Астрономия и навигация» студентам необходимы знания по высшей математике (общие сведения и разделы «Интегральные и дифференциальные исчисления», «Функциональный анализ», «Линейная алгебра», «Аналитическая геометрия», «Уравнения матфизики», «Теория комплексного переменного», «Теория поля», «Теория вероятностей», «Математическая статистика»), физике (разделы «Механика», «Молекулярная физика», «Электродинамика», «Оптика», «Ядерная физика» «Лазерная физика»), информатике и программированию. При необходимости знания можно восполнить, обратившись к библиотечным фондам и информационным ресурсам Интернет.

Рекомендуемая литература:

1. Абалакин, В. К. и др. Справочное руководство по небесной механике и астродинамике. М.: Наука,19с.

2. Астрономический календарь 2007 г.: переменная часть -. М.: Наука, 2006 г.

3. Астрономический календарь: постоянная часть. М.: Наука, 19с.

4. Астрономический ежегодник на 2008 г. М.: Наука, 2007.

5. Дубошин механика. Основные задачи и методы. 1984– 350 с.

6. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн; М.: Наука, 1986. – 836 с.

7. Королюк, по теории вероятностей и математической статистике/ , , ; М.: Наука, 1985. – 640 с.

8. Ландсберг, учебник физики. 1 т. Механика/ ; М.: Физматгиз, 2003.

9. Ландсберг, / ; М.: Физматгиз, 2003. – 848 с.

10. Спутниковая связь и вещание. Справочник/ Под ред. ; М.: Радио и связь, 1988. – 342 с.

Содержание самостоятельной работы по учебной дисциплине включает:

· подготовку к лекциям;

· самостоятельное освоение предлагаемых теоретических вопросов учебной дисциплины;

· решение практических задач;

· выполнение практических заданий;

· оформление отчетов;

· подготовку к промежуточному контролю по дисциплине;

· итоговую аттестацию.

Самостоятельная работа по дисциплине выполняется в соответствии с утвержденным графиком учебного процесса на 5, 6 семестр (Прил. 1, 2). График предусматривает еженедельную самостоятельную работу по изучению теоретического курса, решение задач, выполнение практических заданий и оформление отчетов, а также в соответствии с графиком контроля освоения дисциплины предусматривает проведение промежуточного контроля в 5 семестре (5,10 и 16 недели) и 6 семестре (5, 10 и 17 недели). Итоговая аттестация – зачет (5 семестр), зачет и экзамен (6 семестр).

1. Структура самостоятельной работы

Самостоятельная работа предполагает три основных вида занятий:

1. Изучение теоретического курса: выполняется самостоятельно каждым студентом после каждой лекции на основе конспекта (в том числе электронного) лекций с привлечением учебных (электронных) пособий и учебников, основной и дополнительной литературы, рекомендованных по учебной дисциплине;

2. Решение практических задач по индивидуальному заданию преподавателя – 16 задач, выданных каждому студенту индивидуально преподавателем по темам семинарских занятий согласно учебному графику, в процессе решения используется конспект (в том числе электронный) лекций, учебные (электронные) пособия и учебники, основная и дополнительная литература, рекомендуемые учебной программой, а также сборники задач, включая электронные;

3. Выполнение практических заданий по теоретическому моделированию физических и математических моделей исследуемых процессов, явлений и природных объектов – 12 заданий выдаются каждому студенту индивидуально и выполняются в компьютерном классе в соответствии с учебным графиком. При их выполнении используются конспект (в том числе электронный) лекций, учебные (электронные) пособия и учебники, основная и дополнительная литература, рекомендуемые данной программой, программные пакеты по обработке астрономических данных и данных ДЗЗК: Paint Shop Pro 4.0, KrasImage, Dinamic, Surfer 3.0, МАPINFO.

Реализация видов самостоятельной работы в каждом модуле, а также формируемые компетенции, умения и знания приведены в табл. 2.

Таблица 2

Структура самостоятельной работы в модульной системе

Наименование модуля, срок его реализации	Перечень самостоятельных видов работ, входящих в модуль, их конкретное наполнение	Форми - руемые компе-тенции	Умения	Знания
Модуль 1 1-ая неделя – 9-ая неделя	Самостоятельное изучение теоретического курса по темам: 1-6 Решение задач – 1-4. Выполнение практических заданий 1- 2	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-1,ИК-2 ПК-1, ПК-2	Определение координат светил в разных системах небесных координат.	Знания по сферической астрономии.
Модуль 2 9-ая неделя – 18-ая неделя.	Самостоятельное изучение теоретического курса по темам: 7-13 Решение задач – 5-8 Выполнение практических заданий – 3-6	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-1, ИК-2, ПК-1, ПК-2	Определение изменения координат небесных тел. Нахождение Кеплеровых и оскулирующих элементов орбит ИСЗ и КА, анализ результатов.	Сведения о движении небесных тел Солнечной системы. Знания по теоретическим основам и методам небесной механики.
Модуль 3 1-ая неделя – 9-ая неделя	Самостоятельное изучение теоретического курса по темам: 1-10 Решение задач – 1-2 Выполнение практических заданий 1- 3	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-3, ИК-4, ИК-5, ИК-6, ПК-1, ПК-2	Обработка сейсмических данных, анализ данных геомониторинга	Знания о строении Земли и космического пространства
Модуль 4 9-ая неделя – 18-ая неделя	Самостоятельное изучение теоретического курса по темам: 11-19 Решение задач – 3-8 Выполнение практических заданий 4-6	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-3, ИК-4, ИК-5, ИК-6, ПК-1, ПК-2	Работа с базами данных дистанционного зондирования Земли и Космоса. Обработка стохастических сигналов.	Знания о современных базах данных по астрономии и навигации, методах получения астрономи-ческой информации.

2. Методика реализации самостоятельной работы

по изучению теоретического курса

Изучение теоретического курса включает вопросы, изложенные в лекциях, и вопросы, вынесенные на самостоятельное освоение без нарушения логической целостности лекционного материала. Самостоятельное освоение научных знаний, расширяющих тему лекционного материала, – это одна из основных приобретаемых профессиональных компетенций. Необходимость изучения теоретических вопросов, вынесенных в самостоятельную работу, обусловлена самостоятельной подготовкой к лекциям, к семинарским занятиям и различным видам аттестации. Вопросы для самостоятельного освоения изучаются на основе лекционного, литературного или электронного информационного источника. Для самопроверки знаний предложен список тем теоретического курса и тестовых вопросов из банка тестовых заданий (табл. 3).

Ниже приводятся темы теоретического курса и перечень вопросов, вынесенных на самостоятельное освоение.

5 семестр - (26 часов)

Темы теоретического курса:

Тема 1. Современные методы астрономических исследований.

Вопрос: Какую астрономическую информацию можно получить, основываясь на наземных и внеатмосферных исследованиях?

Рекомендуемая литература:[ 30, 47, 48, 50, 83, 143].

Тема 2. Получение данных с помощью астрономических инструментов.

Вопрос: Опишите астрономические инструменты, используемые для получения данных.

Рекомендуемая литература: [6, 11, 35, 40, 47, 48, 83, 143].

Тема 3. Связь между системами небесных координат.

Вопрос: Какие системы небесных координат существуют? Как они связаны между собой?

Рекомендуемая литература: [6, 11, 31, 35, 40, 150].

Тема 4. Связь среднего солнечного времени со звездным временем.

Вопрос: Дайте определения звездного и солнечного времени.

Рекомендуемая литература: [6, 11, 35, 40].

Тема 5. Системы счета времени на Земле.

Вопрос: Как задаются системы счета времени на Земле?

Рекомендуемая литература: [6, 11, 31, 35, 40, 150].

Тема 6. Рефракция. Аберрация. Параллакс.

Вопрос: Какая существует связь между параллаксом и расстоянием?

Рекомендуемая литература:[6, 11, 31, 35, 40, 150].

Тема 7. Движение Солнца, Земли, Луны.

Вопрос: Как задаются сидерический и синодический периоды обращения?

Рекомендуемая литература: [6, 11, 31, 35, 40, 150].

Тема 8. Видимые движения планет.

Вопрос: В чем заключаются особенности видимого и действительного движения планет на фоне звезд?

Рекомендуемая литература:[6, 11, 31, 35, 40, 150].

Тема 9. Системы координат в пространстве.

Вопрос: Чем отличаются между собой топоцентрическая, геоцентрическая, гелиоцентрическая системы координат?

Рекомендуемая литература: [2, 6, 11, 35, 40, 52, 61].

Тема 9. Законы Кеплера. Невозмущенное движение.

Вопрос: Сформулируйте законы Кеплера.

Рекомендуемая литература: [2, 6, 11, 27, 40, 49, 52, 61].

Тема 10. Возмущенное движение.

Вопрос: Какие существуют основные возмущающие факторы, оказывающие влияние на движения КА?

Рекомендуемая литература: [2, 6, 11, 27, 40, 52, 61].

Тема 12. Движение ИСЗ и КА.

Вопрос: Какие существуют типы орбит ИСЗ и КА?

Рекомендуемая литература: [2, 6, 11, 27, 40, 52, 61].

Тема 13. Спутниковые навигационные системы.

Вопрос: Какие навигационные системы глобального определения местоположения существуют? Охарактеризуйте их.

Рекомендуемая литература: [2, 6, 34, 38, 61].

6 семестр – (38 часов)

Темы теоретического курса:

Тема 1. Солнечная система.

Вопрос: Какие наблюдаются особенности в строении Солнечной системы?

Рекомендуемая литература: [29, 69, 70, 89, 148].

Тема 2. Лунно-солнечный потенциал, формула Лапласа. Земные и океанические приливы.

Вопрос: Что является причиной возникновения приливных явлений и приливных взаимодействий в системе «Земля-Луна-Солнце» ?

Рекомендуемая литература: [28, 29, 60, 99, 111].

Тема 3. Методы оценки основных периодичностей и их связи с атмосферной циркуляцией, земными и океаническими приливами и динамикой системы «мантия+внешнее ядро+внутреннее ядро».

Вопрос: Почему возникают нерегулярности в суточном вращении Земли?

Рекомендуемая литература: [25, 60, 99].

Тема 4. Геодинамический мониторинг.

Вопрос: Чем характеризуются геодинамические сети комплексного мониторинга катастрофических природных процессов?

Рекомендуемая литература: [3, 44, 54, 58].

Тема 5. Глобальные геодинамические явления и их прогнозирование.

Вопрос: Как оценивается сейсмическая опасность?

Рекомендуемая литература: [25, 93, 133, 136, 137, 142, 144].

Тема 6. Принципы районирования и геотектонические карты.

Вопрос: Какие существуют методы районирования территории по степени опасности от природных катастроф?

Рекомендуемая литература: [67, 149, 151].

Тема 7. Взаимные связи между внешними характеристиками звезд.

Вопрос: Как задаются звездные величины?

Рекомендуемая литература: [11, 30, 40, 42, 47, 48, 63, 71, 78].

Тема 8. Модель эволюции звезд.

Вопрос: Какие существуют особенности динамики развития звезд?

Рекомендуемая литература: [4, 11, 40, 47, 48, 63, 70, 78].

Тема 9. Общая структура Галактики.

Вопрос: Как распределяются звезды в Галактике?

Рекомендуемая литература: [4, 9, 11, 40, 47, 48, 56, 63].

Тема 10. Классификация галактик и их спектры.

Вопрос: Как определяются расстояния до галактик?

Рекомендуемая литература: [4, 9, 11, 30, 40, 47, 48, 53, 56, 63].

Тема 11. Физические законы собственного излучения.

Вопрос: Как формулируется закон излучения Планка?

Рекомендуемая литература: [11, 16, 33, 39, 40, 47, 48, 51].

Тема 12. Прохождение солнечного излучения через атмосферу Земли.

Вопрос: На какие астрономические явления влияет земная атмосфера?

Рекомендуемая литература: [11, 16, 17, 33, 39, 40, 65, 114].

Тема 13. Системотехника и орбиты спутников дистанционного зондирования.

Вопрос: Какие существуют особенности в орбитальном движении спутников дистанционного зондирования?

Рекомендуемая литература: [2, 6, 11, 27, 40, 52, 61].

Тема 14. Аппаратура для получения данных дистанционного зондирования.

Вопрос: Какие существуют основные особенности в конструкции аппаратуры дистанционного зондирования?

Рекомендуемая литература: [15, 32, 33, 49, 51, 65, 119].

Тема 15. Программное обеспечение станции приема информации со спутников NOAA, Ресурс.

Вопрос: Опишите основные характеристики станции HRPT приема спутниковой информации.

Рекомендуемая литература: [33, 55, 125, 126, 138, 145].

Тема 16. Базы данных дистанционного зондирования Земли и Космоса.

Вопрос: Какими параметрами описываются типы и ресурсы данных ДЗЗК?

Рекомендуемая литература: [13, 33, 55, 138].

Тема 17. Фильтрация стохастических сигналов.

Вопрос: Как работает фильтр Винера?

Рекомендуемая литература: [10, 12, 18, 46, 55].

Тема 18. Алгоритм быстрого преобразования Фурье.

Вопрос: Что означает «быстрое преобразование Фурье»?

Рекомендуемая литература: [10, 12, 18, 46, 55].

Тема 19. Методы оценивания среднего значения, дисперсии и функции автокорреляции стационарных случайных процессов.

Вопрос: Что называется функцией автокорреляции? какиеее свойства.

Рекомендуемая литература: [10, 12, 18, 46, 55].

Вопросы для самопроверки

В ходе самостоятельного изучения тем теоретического курса необходимо проводить самопроверку усвоенных знаний, ответив на приводимые ниже вопросы. Это является необходимым элементом при подготовке к промежуточному контролю и аттестации по учебной дисциплине. Вопросы для самопроверки сформированы согласно объему изучаемого материала по семестрам.

Список вопросов

5 семестр

1.  Астрономические методы, используемые в космической навигации.

2.  Современная астрономия и космическая навигация.

3.  Наземные и внеатмосферные астрофизические исследования.

4.  Оценка параметров методом максимального правдоподобия.

5.  Астрономические инструменты и основные методы наблюдений.

6.  Видимые положения небесных тел.

7.  Основные линии и точки небесной сферы. Эклиптика.

8.  Системы небесных координат (горизонтальная, экваториальные, эклиптическая, галактическая, международная).

9.  Переход от одной системы астрономических координат к другой.

10.  Явления, связанные с суточным вращением небесной сферы.

11.  Изменение координат светил при суточном движении.

12.  Понятие времени и основы его измерения.

13.  Звездное время.

14.  Истинное и среднее солнечное время.

15.  Системы счета времени на Земле.

16.  Связь среднего солнечного времени со звездным временем.

17.  Уравнение времени.

18.  Астрономические основы календаря.

19.  Определение моментов времени и азимутов восхода и захода светил.

20.  Видимые и действительные движения планет на фоне звезд.