Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сибирская государственная геодезическая академия»
Кафедра астрономии и гравиметрии
УТВЕРЖДАЮ |
Проректор по УР |
________________ |
« ____ » _____________ 2012 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
КОСМИЧЕСКАЯ ГЕОДЕЗИЯ И ГЕОДИНАМИКА
Для подготовки
дипломированного специалиста направления 120100– Геодезия
(специальность 120103 – Космическая геодезия)
Код квалификации – 65 (инженер)
Новосибирск 2012 г.
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель данного курса состоит в получении студентами теоретической базы для квалифицированного применения будущими инженерами методов космической геодезии для решения научных и практических задач современной четырехмерной (пространственно-временной) геодезии.
Основными задачами дисциплины являются освоение принципов функционирования современных космических средств, технологий и методов, с помощью которых решаются проблемы геодезии и геодинамики, как в пространстве, так и во времени, с точностью на порядок более высокой, чем та, которая достигается традиционными геодезическими, астрономическими и гравиметрическими измерениями.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Студент, в результате изучения дисциплины, должен получить представление:
- о методах и средствах наблюдений искусственных и естественных космических объектов,
- о методах определения геодезических, орбитальных и геодинамических параметров,
- о методах математической обработки результатов спутниковых и традиционных геодезических измерений.
Студент должен знать и уметь использовать:
- методы космической геодезии для решения задач геодезии, астрономии, небесной механики и геодинамики,
- теорию и методы развития координатной основы с помощью систем глобального позиционирования,
- методы привязки спутниковых геодезических сетей к общеземной системе координат и к государственной высотной и плановой основе.
Студент должен иметь навыки:
- производства измерений с помощью спутниковой аппаратуры,
- выполнения математической обработки результатов измерений с применением компьютерной техники в решении задач космической геодезии,
- использования результатов, полученных как традиционными, так и спутниковыми методами в решении задач современной геодезии.
Выписка из Государственного образовательного стандарта профессионального высшего образования по направлению 120100 – «Геодезия» (120103 – «Космическая геодезия»), утвержденным Министерством образования РФ 17.03.2000 г.
СД.01 | Космическая геодезия и геодинамика | 260 |
теоретические основы использования наблюдений ИСЗ и других небесных тел для решения задач геодезии, геодинамики, астрономии и небесной механики; применение методов космической геодезии для определения параметров вращения Земли и дрейфа литосферных плит; использование методов космической геодезии для изучения формы, размеров и гравитационных полей Луны, планет и спутников планет; методы и аппаратура для наблюдений ИСЗ; требования к параметрам орбит и составу бортовой аппаратуры геодезических, океанографических, астрометрических и ресурсных спутников; глобальные навигационные спутниковые системы, их использование для решения фундаментальных и прикладных задач геодезии и геодинамики; организация наблюдений ИСЗ; лазерная локация Луны, радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой; спутниковая альтиметрия; межспутниковые наблюдения; спутниковая градиентометрия; математическая обработка результатов наблюдений в космической геодезии, анализ результатов, полученных методами космической геодезии; основные направления развития космической геодезии; космическая фотограмметрия; системы координат в космической фотограмметрии; звездные и топографические камеры; уравнения коллинеарности; уравнения компланарности; упределение взаимной ориентации звездных и топографических снимков; определение внешней угловой ориентации звездного снимка; теория определения спутникоцентрических направлений на точки поверхности планеты; координатно-временная привязка точек топографических снимков; определение орбит космических аппаратов по бортовой фотографической информации; космическая фототриангуляция; построение опорных сетей фототриангуляции на поверхностях Луны и планет.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры (кол-во недель) | |
6 (17) | 7 (12) | ||
Общая трудоемкость дисциплины | 260 | 140 | 120 |
Аудиторные занятия | 128 | 68 | 60 |
Лекции | 70 | 34 | 36 |
Практические занятия (ПЗ) | |||
Семинары (С) | |||
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий | 58 | 34 | 24 |
Самостоятельная работа | 132 | 72 | 60 |
Курсовой проект (работа) | |||
Расчетно-графические работы | |||
Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы | |||
Вид итогового контроля | Экзамен | Экзамен |
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№ п/п | Разделы дисциплины | Лекции | ПЗ (или С) | ЛР |
1 | Введение в предмет. | 2 | ||
2 | Теоретические основы использования наблюдений искусственных спутников Земли (ИСЗ) и других небесных тел для решения задач геодезии, геодинамики, астрономии и небесной механики | |||
2.1 | Математическая модель динамической системы (ДС), используемой в космической геодезии | 2 | ||
2.2 | Математическая модель движения наземного пункта (НП) относительно инерциальной системы координат | 6 | 8 | |
2.3 | Математические модели движения космических аппаратов (КА) для решения задач космической геодезии и геодинамики | 6 | 4 | |
2.4 | Математические модели измеряемых выходов ДС | 12 | 6 | |
3 | Математическая обработка результатов наблюдений в космической геодезии | 16 | 20 | |
4 | Глобальные навигационные спутниковые системы, их использование для решения фундаментальных и прикладных задач геодезии и геодинамики | 16 | 22 | |
5 | Использование методов космической геодезии для решения научных задач геодезии. | 2 | ||
6 | Анализ современных результатов, полученных методами космической геодезии. Основные направления развития космической геодезии. | 2 | ||
7 | Космическая фотограмметрия. Основные положения и принципы развития опорных сетей фототриангуляции на поверхностях Луны и планет. | 4 | ||
Общее количество часов | 68 | 62 |
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Введение в предмет.
Объект исследования. Основные задачи и методы космической геодезии (КГ). Перевод геодезической отрасли на спутниковые методы решения научных и практических задач геодезии и геодинамики. Фундаментальные, высокоточные и активные спутниковые геодезические сети.
2. Теоретические основы использования наблюдений искусственных спутников Земли (ИСЗ) и других небесных тел для решения задач геодезии, геодинамики, астрономии и небесной механики.
2.1. Математическая модель динамической системы (ДС), используемой в космической геодезии.
Понятие о динамической системе, образованной созвездием космических аппаратов (КА) и сетью наземных пунктов (НП). Фундаментальное (основное) уравнение космической геодезии, как основа для связи трех составных частей математической модели ДС: модели движения НП, модели движения КА и модели измеряемого выхода ДС.
2.2. Математическая модель движения наземного пункта (НП) относительно инерциальной системы координат.
Системы координат (СК) и времени в космической геодезии (точные определения). Принципы классификации СК. Схема связи СК, используемых в космической геодезии. Земные СК: геоцентрические и квазигеоцентрические СК, земные мгновенные и земные средние СК, общеземные и референцные СК. Небесные СК: средние и истинные системы координат в начальную и текущую эпохи. Определение инерциальной системы координат (ИСК). Принципы выбора ИСК в задачах КГ. Аналитический вид математической модели движения НП относительно ИСК.
2.3. Математические модели движения космических аппаратов для решения задач космической геодезии и геодинамики.
Дифференциальные уравнения возмущенного движения КА. Математические модели геодинамических эффектов, возмущающих орбиты КА:
- несферическая структура гравитационного поля Земли,
- гравитационное притяжение КА Луной и Солнцем,
- лунные и солнечные приливы в твердой и жидкой оболочках Земли,
- прецессионное и нутационное движения оси вращения Земли,
- полярное движение оси вращения в теле Земли,
- неравномерность вращения Земли вокруг своей оси,
- прямая и отраженная радиации Солнца;
- тепловая радиация Земли и другие эффекты.
Преобразование координат векторов положения и скорости движения КА из инерциальной СК в земные СК и обратно в задачах прогнозирования и определения орбит КА. Методы высокоточного численного интегрирования дифференциальных уравнений возмущенного движения КА для решения задач КГ и геодинамики.
2.4. Математические модели измеряемых выходов ДС.
Измеряемые выходы ДС. Классификация. Методы и аппаратура для наблюдений ИСЗ и естественных космических объектов. Требования к параметрам орбит и составу бортовой аппаратуры геодезических, океанографических, астрометрических и ресурсных спутников. Организация наблюдений ИСЗ. Лазерная локация Луны и ИСЗ, ГЛОНАСС/GPS-измерения, спутниковая альтиметрия, спутниковая градиентометрия, межспутниковые наблюдения, радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой. Математические модели измеряемых выходов ДС для основных средств и методов наблюдений небесных объектов.
3. Математическая обработка результатов наблюдений небесных объектов в задачах космической геодезии.
Регулярная постановка задачи оценивания состояния динамической системы «Сеть НП – созвездие КА» по измеряемому выходу ДС. Классификация методов решения задач космической геодезии по составу оцениваемых параметров. Динамические, орбитальные и геометрические методы. Системы уравнений наблюдений в геометрических, орбитальных и динамических методах комической геодезии. Решение системы уравнений наблюдений под условием метода наименьших квадратов (МНК). Анализ наблюдаемости системы. Методы регуляризации решения. Оценка точности решения и интерпретация результатов оценивания параметров динамической системы.
4. Глобальные навигационные спутниковые системы и их использование для решения фундаментальных и прикладных задач геодезии и геодинамики.
Геометрические методы космической геодезии, основанные на ГЛОНАСС/GPS-измерениях: абсолютный и относительный методы определения местоположения. Системы уравнений наблюдений и их решение под условием МНК. Построение локальных спутниковых геодезических сетей (СГС) относительным геометрическим методом с помощью ГЛОНАСС/GPS-измерений. Уравнивание и привязка спутниковых геодезических сетей к общеземной международной координатной основе ITRF. Привязка СГС и государственной координатной основе (ГКО) в плане и по высоте.
5. Использование методов космической геодезии для изучения формы, размеров и гравитационных полей Земли, Луны, планет и спутников планет. Применение методов космической геодезии для определения параметров вращения Земли и дрейфа литосферных плит.
6. Анализ современных результатов, полученных методами космической геодезии. Основные направления развития космической геодезии.
7. Космическая фотограмметрия. Системы координат в космической фотограмметрии; звездные и топографические камеры; уравнения коллинеарности; уравнения компланарности; определение взаимной ориентации звездных и топографических снимков; определение внешней угловой ориентации звездного снимка; теория определения спутникоцентрических направлений на точки поверхности планеты; координатно-временная привязка точек топографических снимков; определение орбит космических аппаратов по бортовой фотографической информации; космическая фототриангуляция; построение опорных сетей фототриангуляции на поверхностях Луны и планет.
5. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№ п/п | № раздела дисциплины | Практические работы |
1. | 3 | Абсолютный геометрический метод определения координат наземного пункта по кодовым ГЛОНАСС/GPS-измерениям псевдодальностей до КА |
2. | 3 | Относительный геометрический метод определения векторов базовых линий между наземными пунктами по ГЛОНАСС/GPS - измерениям дальностей до КА |
3. | 4 | Привязка локальных СГС, построенных относительным геометрическим методом по ГЛОНАСС/GPS –измерениям, к общеземной координатной основе путем минимально ограниченного уравнивания СГС с фиксацией трех степеней свободы |
4. | 5 | Привязка локальных СГС, построенных относительным геометрическим методом по ГЛОНАСС/GPS - измерениям, к государственной координатной основе России двумя методами. Метод 1. Ограниченное уравнивание СГС (с деформацией СГС). Метод 2. Минимально ограниченное уравнивание СГС с фиксацией шести степеней свободы (без деформации СГС) при совместном определении параметров трансформирования и координат наземных пунктов в референцной системе отсчета |
5. | 6 | Привязка локальных СГС, построенных относительным геометрическим методом по ГЛОНАСС/GPS - измерениям, к государственной координатной основе России без деформации СГС путем раздельного определения параметров трансформирования и координат наземных пунктов СГС в референцной системе отсчета |
6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1. Рекомендуемая литература:
а) основная литература
1. Антонович спутниковых радионавигационных систем в геодезии [Текст] - Монография в 2-х томах. М.: Картгеоцентр - 2005.
2. Антонович спутниковых радионавигационных систем в геодезии [Электронный ресурс] - Монография в 2-х томах. М.: Картгеоцентр - 2006 – Режим доступа: http://lib. *****
3. Герасимов геодезические сети. – М.: «Проспект»с.
б) дополнительная литература
4. Крылов геодезия. – М.: МИИГАиК. – 2002. -
5. Герасимов государственной геодезической сети //М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1996. – 216 с.
6. Космическая геодезия. Учебник для вузов.// и др. М.: Недра, 1986. – 407с.
7. , Мельников . Наземные и спутниковые радиоэлектронные методы выполнения геодезических работ. - М.: УПП "Репрография" МИИГАиК, 20с.
Статьи:
8. Сурнин макет динамический системы ГЛОНАСС/НАВСТАР для решения учебных задач по космической геодезии // Сб. материалов региональной научно-методической конф., посвященной 100-летию со дня рождения . «Применение инновационных технологий обучения и контроля качества образования».- Новосибирск. СГГАС.106-108
6.2. Средства обеспечения для освоения дисциплины
1. Астрономический ежегодник Л.: Наука (текущий год).
2. Бюллетень «Всемирное время и координаты полюса». М.: Госстандарт. – текущий год
3. Комплекс компьютерных программ TRANSFOR для решения задач космической геодезии в области взаимного трансформирования спутниковых и традиционных геодезических сетей // Методическая разработка кафедры астрономии и гравиметрии СГГА. Авторы: , Гиенко файлов в папке KURS1. – 2003.
4. Гиенко для пользователя комплексом программ TRANSFOR // Методическая разработка кафедры астрономии и гравиметрии СГГА. -2004.
5. Сурнин компьютерных программ для моделирования и решения задач по математической обработке ГНСС-измерений. //Методическая разработка кафедры астрономии и гравиметрии СГГА. .
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 120100 – Геодезия (120103 – Космическая геодезия), утвержденным Минобразования России 17.03.2000 г.
Рабочую программу составил:
профессор – доцент, кандидат технических наук, Сибирская государственная геодезическая академия
Программа рассмотрена на заседании кафедры астрономии и гравиметрии, и рекомендована к внедрению в учебный процесс
Протокол № ____ от ___ __________2012 г.
Заведующий кафедрой
астрономии и гравиметрии
Программа одобрена Учебно-методическим советом по геодезии ИГиМ
Протокол № __ от __________ 2012 г.
Председатель УМС ______________
