Учебная программа дисциплины "Астрономия и навигация" (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

УТВЕРЖДАЮ

Директор института инженерной физики и радиоэлектроники

_____________/ /

«_____» _____________200__ г.

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина Астрономия и навигация

(наименование дисциплины в соответствии с ФГОС ВПО и учебным планом)

Укрупненная группа 010000-физико-математические науки

(номер и наименование укрупненной группы)

Направление 010701.65 – физика,

(номер и наименование направления, специальности)

Факультет физический

Кафедра экспериментальной и медицинской физики

Красноярск

2009

Учебная программа дисциплины

составлена в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по

укрупненной группе 010000-физико-математические науки

направления (специальности) 010700.65 – физика,

Программу составили проф. к. ф.-м. н._______________

проф., д. т.н._________________

доц., к. ф.-м. н.________________

доц., к. ф.-м. н.________________

ст. преподаватель_____________

Учебная программа согласована с выпускающей кафедрой

экспериментальной и медицинской физики

Заведующий кафедрой, профессор __________________

«_____»_______________2008 г.

Учебная программа обсуждена на заседании кафедры экспериментальной и медицинской физики « » сентября 2008 г. протокол №____

Заведующий кафедрой, профессор __________________

Учебная программа обсуждена на заседании НМСФ _____________

физического факультета « » сентября 2008 г. протокол № ____

Председатель НМСФ проф., д. ф.-м. н.________________

Дополнения и изменения в учебной программе на 2008/2009 учебный год - нет

В учебную программу вносятся следующие изменения: _____________

__________________________________________________________________

Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры экспериментальной и медицинской физики « » 200 г.

протокол № _____

Заведующий кафедрой, профессор __________________

Внесенные изменения утверждаю:

Директор института инженерной физики и радиоэлектроники

д. ф.-м. н., профессор ________________________

1. Цели и задачи изучения дисциплины

1.1 Цель преподавания дисциплины

Цель преподавания дисциплины «Астрономия и навигация» - формирование фундаментальных теоретических и специализированных знаний по прикладной астрономии и космической навигации при подготовке специалистов, бакалавров и магистров в наукоемких и высокотехнологичных сферах деятельности.

В учебном курсе «Астрономия и навигация» изучается движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и их систем, 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, специфика получения астрономических данных и информации дистанционного зондирования Земли из космоса (ДЗЗК), а также методы фильтрации стохастических сигналов в астрономии.

Прошедшие обучение по данной учебной дисциплине должны иметь системное представление о  строении и развитии небесных тел, об их положении и  движении в пространстве и о строении Вселенной в целом, на основе полученных знаний и умений организовать теоретическое моделирование исследуемых процессов, явлений и природных объектов, осуществлять анализ и обработку полученных данных, а также применять умения и навыки в своей профессиональной деятельности.

1.2 Задачи изучения дисциплины

Учебная дисциплина «Астрономия и навигация» должна структурно состоять из лекционных, семинарских и практических занятий (практикум) и обязательно включать самостоятельную работу студентов. При изучении дисциплины «Астрономия и навигация» ставятся следующие задачи в соответствии с требованиями ФГОС ВПО.

Студент должен обладать следующими компетенциями:

а) универсальными, а именно:

- общенаучными (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;

- инструментальными (ИК):

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

ИК-2 - готовность к обработке данных дистанционного зондирования и 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:

- профессиональными (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.

3. Межпредметная связь

Учебная дисциплина «Астрономия и навигация» базируется на фундаментальных научных знаниях разделов курса общей физики университетской программы для физических факультетов (механика, термодинамика, молекулярная физика, электричество и магнетизм, оптика, квантовая механика, физика твердого тела, атомная и ядерная физика), а также на дисциплинах раздела «Высшая математика» (математический анализ, линейная алгебра, аналитическая геометрия, дифференциальные уравнения и методы математической физики). Согласованное формирование физических и математических понятий в процессе обучения - это необходимое условие эффективного преподавания учебной дисциплины, которое обеспечивает повышение его качества.

2. Объем дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего зачетных единиц (часов)	Семестр
1	2
Общая трудоемкость дисциплины	8,33 (300)	3,50 (126)	4,83 (174)
Аудиторные занятия:	5,00(180)	2,00 (72)	3.00(108)
лекции	2,00 (72)	1,00 (36)	1,00(36) ()
практические занятия (ПЗ)	1,50 (54)	0,5 (18)	1,00 (27118)
семинарские занятия (СЗ)	1,50 (54)	0,5 (18)	1,00 (36)
лабораторные работы (ЛР)	-	-	-
другие виды аудиторных занятий	-	-	-
промежуточный контроль	-	-	-
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

3. Содержание дисциплины

3.1 Модули и разделы дисциплины, виды занятий в часах

(тематический план занятий)

№ п/п	Модули и разделы дисциплины	Лекции зачетные единицы (часы)	ПЗ или СЗ зачетные единицы (часы)	ЛР зачетные единицы (часы)	Самостоя-тельная работа зачетные единицы (часы)	Форми-руемые компе-тенции
1. 1.1. 1.2. 1.3.	Модуль 1 Сферическая астрономия Введение в курс «астрономия и навигация» Основы сферической астрономии Суточное движение светил	0,5 (18)	0,5 (18)		0,67 (24)	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-1, ИК-2, ПК-1, ПК-2
2. 2.1. 2.2. 2.3.	Модуль 2 Основные задачи и методы небесной механики Видимые и истинные движения небесных светил Невозмущенное и возмущенное движение небесных тел. Движение космических аппаратов	0,5 (18)	0,5 (18)		0,83 (30)	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-1, ИК-2, ПК-1, ПК-2
33. 3 33.3. 3 3	Модуль 3 Земля и космическое пространство Глобальная геодинамика. Природа и  эволюция звезд Основы внегалактической астрономии	0,5 (18)	1,0 (36)		0,67 (24)	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-3, ИК-4, ИК-5, ИК-6, ПК-1, ПК-2
44. 44.1. 4 4 4.2. 44.3.	Модуль 4 «Астрономические данные и методы их получения Методы дистанционного зондирования Земли и. Космоса. Базы данных дистанционного зондирования Земли и Космоса. Фильтрация стохастических сигналов в астрономии.	0,5 (18)	1,0 (36)		1,17 (42)	ОНК-1, ОНК-3, ОНК-3, ИК-3, ИК-4, ИК-5, ИК-6, ПК-1, ПК-2

3.2. Содержание разделов и тем лекционного курса

№ п/п	Название модулей	Разделы лекционных занятий	Темы и содержание тем	Объем
Ауди- торная работа (зачетные единицы/ часы)	Самосто- ятельная работа (зачетные единицы/ часы)
1.	Модуль 1 «Сферическая астрономия» 1-я неделя – 8-я неделя 1-го семестра	1. Введение в курс «астрономия и навигация» 2. Основы сферической астрономии 3. Движение светил	1.1. Астрономия и космическая навигация Астрономия и космическая навигация. Астрономические методы, используемые в навигации. 1.1. Современные астрономические исследования. Современные астрономические исследования. Инструменты. Астрономические данные. 2.1. Небесная сфера Небесная сфера. Основные линии и точки на небесной сфере. Эклиптика. 2.2. Системы небесных координат Системы небесных координат (горизонтальная, 1 и 2 экваториальные, эклиптическая, галактическая). Переход от одной системы координат к другой. 2.3. Время и основы его измерения Понятие времени. Звездное время. Солнечное время: истинное и среднее. , поясное, летнее и декретное. Связь среднего солнечного времени со звездным. Уравнение времени. 2.4. Календарь Астрономические основы календаря. Юлианский и григорианский календари. Линия перемены даты. Тропический, звездный годы. 2.5. Явления, искажающие положения светил Астрономическая рефракция. Виды аберрации: суточная, сезонная, годичная и вековая. 2.6. Параллакс Параллакс, определение и типы. Связь между параллаксом и расстоянием. Определение астрономической единицы (параллакса Солнца). Единицы измерения расстояний в астрономии. 3.1. Суточное движение небесных тел Явления, связанные с суточным вращением небесной сферы. Изменение координат светил при суточном движении.	8 24 4	4 20 4
2.	Модуль 2 «Основные задачи и методы небесной механики» 9-я неделя – 18-я неделя 1-го семестра	1. Видимые и истинные движения небесных тел 2. Невозмущенное и возмущенное движение небесных тел 3. Движение космических аппаратов	1.1. Движения Солнца, Земли, Луны Движение Солнца по эклиптике. Видимое и орбитальное движение Земли. Движение Луны. 1.2. Видимые и истинные движения планет. Видимые и истинные движения планет. Сидерический и синодический периоды обращения. 2.1. Системы координат в пространстве. Системы координат в пространстве: гелиоцентрическая, геоцентрическая, топоцентрическая. 2.2. Невозмущенное движение. Законы Кеплера. Невозмущенное движение. Движение материальной точки под действием силы тяготения (задача двух тел). 2.3. Орбитальное движение. Элементы невозмущенной орбиты. Основные уравнения движения Интегралы площадей и энергии в задаче двух тел. 2.4. Возмущенное движение. Понятие возмущенного движения. Теория возмущений. Возмущающая сила. Дифференциальные уравнения для оскулирующих элементов. Уравнения Лагранжа. 3.1. Движение ИСЗ и КА. Движение искусственных спутников Земли и космических аппаратов (КА). Типы орбит. Свойства эллиптической орбиты. Зависимость траектории движения тела от начальной скорости. 3.2. Возмущения в движении ИСЗ. Возмущающие факторы в движении ИСЗ. Сопротивление атмосферы. Сжатие Земли. Световое давление. 3.3. Спутниковая навигация Современные космические летательные аппараты. Навигационные системы глобального определения местоположения (GPS и ГЛОНАСС).	8 16 12	6 10 14
3.	Модуль 3 «Земля и космическое пространство» 1-я неделя – 8-я неделя 2-го семестра	1. Глобальная геодинамика 2. Природа и эволюция звезд 3. Основы внегалакти-ческой астрономии	1.1.Общие сведения о Солнечной системе Солнечная система. Солнечно-земные связи. Планета Земля. Развитие Земли, как космического тела в процессе геологической истории. 1.2. Приливные взаимодействия. Приливные явления. Приливное взаимодействие в системе «Земля-Луна-Солнце». Приливная эволюция системы «Земля-Луна». Океанические приливы. 1.3. Вращение Земли. Неравномерность вращения Земли. Прецессия и нутация. Спектр изменения угловой скорости вращения Земли. Причины возникновения нерегулярностей в суточном движении. 1.4. Строение Земли и глобальные геодинамические явления. Строение и свойства оболочек Земли. Характеристика природных геодинамических явлений. Глобальные геодинамические явления. Землетрясения. Цунами. 1.5. Геодинамический мониторинг Современные методы исследований глобальных геодинамических явлений. Геодинамические сети мониторинга и прогнозирование геодинамических явлений. Геодинамические карты. 2.1. Звезды. Видимая и абсолютная звездная величина. Виды звездных величин. Основные характеристики звезд: светимость, масса, температура, радиус. Типы звезд. Методы определения расстояний до звезд. 2.1. Классификация звезд. Спектральные классификации звезд. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Классы светимости. Зависимость радиус-светимость-масса. 3.1. Галактика. Объекты Галактики. Млечный путь. Распределение звезд в Галактике. Межзвездная среда. 3.2. Классификация галактик и их свойства. Морфологические типы галактик. Физические свойства галактик. Определение расстояний до галактик. Закон Хабла.	30 12 12	16 8 4
4.	Модуль 4 «Астрономи-ческие данные и методы их получения» 9-я неделя – 18-я неделя 2-го семестра	1. Методы дистанционного зондирования Земли и космоса 2. Базы данных дистанционного зондирования Земли и Космоса (ДЗЗК) 3. Фильтрация стохастических сигналов в астрономии	1.1. Космические съемочные системы. Основные характеристики космических съемочных систем. Калибровка космических съемочных систем. 1.2. Прием и предварительная обработка данных КА. Информация, получаемая с КА. Уровни сигнала. Оцифровка сигнала. Формат записи данных. Модуляция сигнала и упаковка для передачи по радиоканалу. Прием и предварительная обработка данных КА. 2.1. Данные дистанционного зондирования Земли и Космоса. Специфика данных (ДЗЗК). Объемы информации и рост количества данных. Типы данных ДЗЗК. Представление данных. Источники погрешностей измерений и их учет. Каталоги данных дистанционного зондирования Земли. 2.2. Астрономические каталоги и базы данных. Обозначения астрономических объектов. Проблема кратных объектов. Проблемы кросс-идентификации. Астрономические каталоги. Звездные атласы. Астрономические стандарты. Требования к базам данных. 3.1. Основы теории детерминированных сигналов Классификация сигналов. Дискретизация. Модель аналогового детерминированного сигнала. 3.2. Спектральный анализ. Классический спектральный анализ. Обобщение на непериодические сигналы. Линейные системы. Теорема Котельникова. 3.3. Случайные процессы. Случайные сигналы. Фильтрация и оценивание параметров стационарных случайных процессов. Фильтр Винера. Фильтр Калмана 3.4. Преобразование Фурье. Цифровой спектральный анализ. Дискретное преобразование Фурье 3.5. Спектр мощности. Сингулярный спектральный анализ. Спектр мощности и его оценки. Сингулярный спектральный анализ.	12 12 30	24 14 14

3.3. Практические (семинарские) занятия