Космическая геодезия 120100 подкорр без часов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
СОГЛАСОВАНО
Декан факультета заочного обучения
_____________Григораш В. В.
«______» _________________2014 г.
УТВЕРЖДАЮ
И.о. декана строительного факультета
__________ Емельянов Д.И.
«______ »______________________2014 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
«Космическая геодезия»
Направление подготовки 120100.62 «Геодезия и дистанционное зондирование»
Профиль (Специализация) Квалификация (степень) выпускника бакалавр
Нормативный срок обучения 4 года/ 5 лет
Форма обучения очная/ заочная
Автор программы _______________ к.т.н., доц. Хахулина Н.Б.
Программа обсуждена на заседании кафедры
«Кадастр недвижимости, землеустройство и геодезия»
« ___»______2014 года. Протокол № ____
Зав. кафедрой ______________________ д.э.н., проф. Баринов В.Н.
Воронеж 2014
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. Цели дисциплины
Изучение теории гравиметрического потенциала, а также теории шаровых и сферических функций- основного математического аппарата при решении задач динамической космической геодезии как основы теории движения ИСЗ в неоднородном
гравиметрическом поле. Изучение и анализ уравнений Лагранжа для возмущений
элементов орбиты ИСЗ . Наблюдая возмущение орбиты ИСЗ определить динамические постоянные, характеризующие гравитационное поле Земли и ее динамическую
фигуру.
1.2. Задачи освоения дисциплины
 Ознакомление с понятиями ,дающими ясное представление о движении
небесных тел;
 Формирование конкретных практических приемов, используемых для разработки способов орбит небесных тел и вычисления эфемерид;
 Овладение технологией обоснования требований к геодезическим спутникам
в отношении параметров их орбит и состава бортовой аппаратуры;
 Овладение основными методами , необходимыми для анализа результатов
наблюдений и их интерпретации.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина «Космическая геодезия» относится к базовой части (Б.3) профессионального цикла ФГОС ВПО по направлению подготовки «Геодезия и дистанционное зондирование».
Студент, приступая к изучению дисциплины ,должен обладать знаниями, умениями и навыками в области математики, физики, теоритической механики и астрономии. Знать законы Кеплера и уметь их применять при решении задач астрономии,
находить координаты звезд, планет, а на базе материала теоритической механики
уметь рассчитать основные характеристики движения планеты на орбите.
Дисциплина «Космическая геодезия» является предшествующей для таких
дисциплин как «Геодезия», «Прикладная геодезия» и т.д.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс изучения дисциплины «Космическая геодезия» направлен на формирование следующих компетенций:
 использование основных законов естественно научных дисциплин в профессиональной деятельности, применять математическое моделирование для анализа
результатов теоретического и экспериментального исследования (ПК-1);
 способность выявлять сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физикоматематический аппарат(ПК-2);
-2-
 владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией(ПК-5).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
Теоретические Космическая геодезия, включая невозмущенное и возмущенное
движение ИСЗ, формы представления геопотенциала через элементы орбиты;
Уметь:
Самостоятельно использовать физико-математический аппарат, содержавшийся в литературе по геодезическим наукам, расширять свои познания в области
космической геодезии;
Владеть:
Первичными навыками и основными методами решения геодезических задач
из общеинженерных и специальных дисциплин профилизации.
4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоемкость дисциплины «Космическая геодезия» составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.
Вид учебной работы
Всего
часов
Семестры,курс
3
Аудиторные занятия (всего)
4
5
6 7
8
9/5
к
48/20
42
/20
24/8
24
/8
Лабораторные работы (ЛР)
28/12
24
/12
Самостоятельная работа (всего)
60/115
60/
/11
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
5
В том числе:
Курсовой проект
+/+
+
36/9
36
Контрольная работа
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
Экз
Общая трудоемкость
час
-3-
144/14
144/
/9
зач.
ед.
4
4/4
4/
/4
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Наименование раздела
дисциплины
Предмет и задачи космической геодезии. Системы отсчета.
Содержание раздела
Предмет и задачи космической геодезии. Фундаментальное уравнение космической геодезии.
Шкалы временм. Системы координат и их преобразование.
Невозмущенное движе- Дифференциальное уравнение движения ИСЗ.
ние ИСЗ
Интегрирование дифференциальных уравнений
невозмущенного движения. Связь координат с
элементами орбиты.
Вычисление элементов орбит по координатам и
скоростям. Вычисление элементов невозмущенной орбиты по наблюдениям спутника с пункта
земной поверхности.
Возмущенное движение Уравнения движения трех тел (Земля, ИСЗ
ИСЗ
,возмущающее тело). Дифференциальное уравнение возмущенного движения.
Формы представления
Разложение геопотенциала в ряд по сферическим
геопотенциала
функциям. Потенциал двух неподвижных центров.
Возмущающие ускоре- Возмущающая функция процессионноние от гравитационного путанционного поворота. Возмущающая функция
поля Земли.
Лунно-Солнечного прилива. Возмущающее ускорение и возмущающая функция светового давления .Возмущающее ускорение и сопротивление
атмосферы. Релятивистские уравнения движения
ИСЗ.
Представление возмуАналитическое интегрирование. Численное интещающей функции
грирование. Влияние некоторых возмущающих
геопотенциала через
факторов на положение ИСЗ.
элементы орбиты.
Классификация метоФотографические наблюдения. Система коордидов наблюдения.
нат на снимке. Определение длин п/пли ориентирующих углов земной хорды по спутниковым
наблюдениям. Вычисление ориентирующих углов хорды из элементарной фигуры.
Элементы геодинамики Краткие сведения о динамике Земли. Наука гео-4-
динамика. Геодинамические явления. Космическая геодезия и геодинамика.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи
с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспе-чиваемых
(последую-щих)
дисциплин
1. Дисциплины профессионального
цикла и профессиональной направленности.
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
Лекц.
1
2
4
2.
Предмет и задачи космической
геодезии. Системы отсчета.
Невозмущенное движение ИСЗ
Всего
час.
3
2
4
10
8
3.
Возмущенное движение ИСЗ
2
4
10
8
4.
Формы представления геопотенциала
Возмущающие ускорение от
гравитационного поля Земли.
Представление возмущающей
функции геопотенциала через
элементы орбиты.
Классификация методов
наблюдения.
Элементы геодинамики
2
2
8
2
4
8
2
4
8
п/п
1.
5.
6.
7.
8.
Практ. Лаб.
зан.
зан.
СРС
6
6
6
1
6
10
2
2
8
6
5
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
№
п/п
1.
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий
Системы отсчета в астрономии. Горизонтальная система отсчета. Экваториальная система отсчета. Пересчет координат из одной системы от-5-
Трудоемкость
(час)
6
2.
3.
4.
5.
счета в другую.
Астрономическая и геодезическая скорость
ИСЗ. Процессия узлов мгновенной орбиты. Вращение оси эллипса в плоскости орбиты
Оптические наблюдательные методы. Тригонометрические методы. Камера для оптического
наблюдения ИСЗ.
Радиометрические наблюдения ИСЗ. Измерение эффекта Доплера. Другие методы наблюдения
ИСЗ.
Анализ результатов наблюдения ИСЗ и геодезические выводы:
А) сжатие Земли
Б) трехосность
В) несимметрия северного и южного полушария
2
8
8
6
7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Учебным планом не предусмотрен.
8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
И КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
1. Методики определения ИСЗ;
2. Геодезические пространственные сети. Способы построения;
3. Обработка и анализ результатов наблюдения ИСЗ.
9. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ
УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
9.1 Вопросы для подготовки к экзамену
Формы представления геопотенциала.
Возмущающие ускорения от гравитационного поля Земли.
Возмущающая функция прецессионно-нутационного поворота.
Возмущающая функция лунно-солнечного прилива.
Возмущающие функции притяжения Луны и Солнца.
Возмущающие ускорения и возмущающая функция светового давления.
Возмущающие ускорения от атмосферного торможения.
Дифференциальные уравнения в оскулирующих элементах орбиты.
Представление возмущающей функции геопотенциала через элементы орбты.
Аналитическое интегрирование.
Численное интегрирование.
Влияние некоторых возмущающих факторов на положение ИСЗ.
-6-
13. Наблюдения.
14. Классификация методов наблюдений.
15. Фотографические наблюдения.
16. Лазерные наблюдения.
17. Доплеровские наблюдения.
18. Общая схема функционирования глобальных спутниковых радионавигационных систем.
19. Методы космической геодезии.
20. Определение длин и/или ориентирующих углов земной хорды по спутниковым наблюдениям.
21. Определение длины и направления земной хорды по наблюдениям квазаров.
22. Определение длины и направления геоцентрического радиус-вектора пункта
по дальномерным наблюдениям Луны.
23. Уравнения поправок в геометрическом методе космической геодезии.
24. Параметрический метод уравнивания космических геодезических построений.
25. Уравнения поправок в динамическом методе космической геодезии.
26. Методика вычисления свободных членов в уравнениях поправок динамического метода.
27. Определение геоцентрической гравитационной постоянной по наблюдениям
далёких космических летательных аппаратов.
28. Спутниковая альтиметрия.
29. Наблюдения "спутник-спутник" и спутниковая градиентометрия.
30. Элементы геодинамики.
31. Краткие сведения о динамике Земли.
32. Наука геодинамика.
33. Геодинамические явления.
34. Тензор и эллипсоид инерции Земли.
35. Статической приливной потенциал.
36. Космическая геодезия и геодинамика.
9.2 Вопросы для подготовки к зачету
Не предусмотрено
9.3 Тесты контроля качества усвоения дисциплины
1. Не требуется располагать теорией движения ИСЗ:
1) в геометрическом методе;+
2) в динамическом методе;
3) в орбитальном методе.
2. Измерения должны быть синхронны:
1) в геометрическом методе;+
2) в динамическом методе;
3) в орбитальном методе.
3. Определяются только начальные условия движения ИСЗ и координаты
пунктов:
1) в геометрическом методе;
2) в динамическом методе;
3) в орбитальном методе.+
-7-
4. В модели преобразования координат Гельмерта в общем случае
требуются:
1) 3 параметра;
2) 5 параметров;
3) 7 параметров;+
4) 9 параметров;
5) 12 параметров.
5. Сегмент космических аппаратов систем GPS и ГЛОНАСС должен
состоять:
1) из 9 спутников;
2) из 21 спутника;
3) из 24 спутников;+
4) из 28 спутников;
5) из 30 спутников.
6. Количество орбитальных плоскостей в спутниковой системе GPS:
1) 3;
2) 4;
3) 6;+
4) 9;
5) 12.
2
7. Количество орбитальных плоскостей в спутниковой
ГЛОНАСС:
1) 3;+
2) 4;
3) 6;
4) 9;
5) 12.
8. Угол наклона орбит спутниковой системы GPS:
1)
;
2)
;+
3)
;
4)
;
5)
.
9. Угол наклона орбит спутниковой системы ГЛОНАСС:
1)
;
2)
;
3)
;+
4) 87
;
5)
.
10. Период обращения спутников системы GPS:
1) 1 ч 33 м 54 с;
2) 4 ч 02 м 00 с;
3) 11 ч 15 м 44;
4) 12 ч 00 м 00 с;+
5) 36 ч 00 м 00 с.
11. Период обращения спутников системы ГЛОНАСС:
1) 1 ч 33 м 54 с;
2) 4 ч 02 м 00 с;
-8-
системе
3) 11 ч 15 м 44;+
4) 12 ч 00 м 00 с;
5) 36 ч 00 м 00 с.
12. Удаление спутников системы GPS от центра Земли:
1) 1100 км;
2) 12200 км;
3) 25500 км;
4) 26600 км;+
3
5) 36000 км.
13. Удаление спутников системы ГЛОНАСС от центра Земли:
1) 1100 км;
2) 12200 км;
3) 25500 км;+
4) 26600 км;
5) 36000 км.
14. Атомный генератор на спутниках системы GPS вырабатывает
основную частоту:
1) 1.023 МГц;
2) 5.11 МГц;
3) 10.23 МГц;+
4) 1227.6 МГц;
5) 1246 МГц;
6) 1575.42 МГц;
7) 1602 МГц.
15. Атомный генератор на спутниках системы ГЛОНАСС вырабатывает
основную частоту:
1) 1.023 МГц;
2) 5.11 МГц;+
3) 10.23 МГц;
4) 1227.6 МГц;
5) 1246 МГц;
6) 1575.42 МГц;
7) 1602 МГц.
16. В спутниковых системах GPS и ГЛОНАСС используется:
1) амплитудная модуляция;
2) частотная модуляция;
3) манипуляция фазы.+
17. Частота С/А кода в спутниковой системе GPS:
1) 1.023 МГц;+
2) 5.11 МГц;
3) 10.23 МГц;
4) 1227.6 МГц;
5) 1246 МГц;
6) 1575.42 МГц;
7) 1602 МГц.
4
18. Несущая частота L1 спутниковой системы GPS:
1) 1.023 МГц;
2) 5.11 МГц;
3) 10.23 МГц;
-9-
4) 1227.6 МГц;
5) 1246 МГц;
6) 1575.42 МГц;+
7) 1602 МГц.
19. Отношение частот L1/L2 для исключения ионосферы:
1) 8/7;
2) 9/7;+
3) 10/9;
4) 11/8;
5) 13/11.
20. Точность параметров орбит выше:
1) в альманахе;
2) в бортовых эфемеридах.+
21. Разность шкал системного времени ГЛОНАСС и шкалы
координированного времени UTC:
1) 1 ч;
2) 2 ч;
3) 3 ч;+
4) 4 ч;
5) 5 ч.
22. Разность шкал системного времени GPS и шкалы Международного
атомного времени:
1) 19 с;+
2) 20 с;
3) 25 с;
4) 30 с;
5) 32 с.
23. Длина волны псевдослучайной последовательности C/A кода:
1) 100 км;
2) 200 км;
3) 250 км;
4) 300 км;+
5
5) 400 км.
24. Вычисленную по приближенным координатам определяемого пункта
псевдодальность для разрешения неоднозначности достаточно знать с
погрешностью:
1) 10 км;
2) 30 км;
3) 50 км;
4) 100 км;+
5) 200 км.
25. Длина волны несущей частоты L1 системы GPS:
1) 15 см;
2) 18.7 см;
3) 19 см;+
4) 24.1 см;
5) 24.4 см.
26. Длина волны несущей частоты L1 системы ГЛОНАСС:
1) 15 см;
2) 18.7 см;+
3) 19 см;
4) 24.1 см;
- 10 -
5) 24.4 см.
27. Расчѐтная инструментальная погрешность P кода системы GPS:
1) 0.2 м;
2) 0.3 м;+
3) 0.4 м;
4) 0.5 м;
5) 0.6 м.
28. Расчѐтная инструментальная погрешность P кода системы ГЛОНАСС:
1) 0.2 м;
2) 0.3 м;
3) 0.4 м;
4) 0.5 м;
5) 0.6 м.+
29. Расчетная инструментальная погрешность фазовых измерений:
1) 1 мм;
2) 2 мм;+
3) 3 мм;
4) 4 мм;
5) 5 мм.
30. Ионосфера простирается выше:
1) 10 км;
2) 20 км;
3) 30 км;
4) 40 км;
5) 50 км.+
31. Через ионосферу проходят волны длиной:
1) 5 м;+
2) 20 м;
3) 30 м;
4) 40 м;
5) 50 м.
32. Больше скорости света:
1) фазовая скорость волн;+
2) групповая скорость волн.
33. Минимальное количество наблюдаемых спутников, для определения
координат пункта и поправки к часам:
1) 3;
2) 4;+
3) 5;
4) 6;
5) 7.
34. Наиболее важным показателем геометрического фактора для
определения высот является:
1) PDOP;
2) HDOP;
3) VDOP;+
4) TDOP;
5) GDOP.
35. В первых разностях фазовых дальностей полностью или частично
исключаются погрешности:
- 11 -
1) часов спутника;+
2) часов приѐмника;
3) целая неоднозначность фазовых циклов;
4) орбиты спутника;+
5) моделей атмосферы.+
36. Во вторых разностях фазовых дальностей полностью или частично
исключаются погрешности:
1) часов спутника;+
2) часов приѐмника;+
3) целая неоднозначность фазовых циклов;
4) орбиты спутников;+
5) моделей атмосферы.+
37. В третьих разностях фазовых дальностей полностью или частично
исключаются погрешности:
1) часов спутника;+
2) часов приѐмника;+
3) целая неоднозначность фазовых циклов;+
4) орбиты спутников;+
5) моделей атмосферы.+
38. При создании геодезических сетей основным режимом работы
является:
1) кинематический;
2) стой и иди;
3) статический.+
37.
10. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
10.1 Основная литература:
1. Поклад Геннадий Гаврилович. Геодезия [Текст] : учеб. пособие : рек. УМО / Поклад Г. Г., Гриднев С. П. - М. Академический проект :
2. Парадигма, 2011. - 537 с. : ил. - (Б-ка геодезиста и картографа). - Библиогр.: с. 525-526 (30 назв.). - ISBN 978-58291-1321-6. – ISBN 978-5-902833-23-9 Гордеев А.В. Геодезия. Учебник для студентов высших учебных заведений.
М.: КолосС, 2006. -598 с.
3. Акиньшин Сергей Иванович. Геодезия [Текст] : лабораторный практикум : учебное пособие : рекомендовано ВГАСУ / Акиньшин, Сергей Иванович ; Воронеж. гос. архитектур.-строит. ун-т. - Воронеж : [б. и.], 2012 (Воронеж : Отдел
оперативной полиграфии изд-ва учеб. лит. и учеб.-метод. пособий ВГАСУ, 2012). - 143 с. : ил. - Библиогр.: с. 140 (16
назв.). – ISBN 978-5-89040-421-3 : 37-86.
10.2 Дополнительная литература:
1. Перфилов В.Ф. Геодезия: учебник для вузов / В.Ф. Перфилов, Р.Н. Скогорева, Н.В. Усова.– 2-е изд. Перераб. и доп.– М.: Высш. шк., 2006.– 350 с.
2. Кусов, Владимир Святославович. Основы геодезии, картографии и космоаэросъемки [Текст] : учеб. пособие : рек. УМО / Кусов, Владимир Святославович. - М. : Академия, 2009 (Саратов : ОАО "Саратов. полиграфкомбинат", 2008). - 255 с. : ил. - (Высшее профессиональное образование. Естественные науки). - Библиогр.: с.
252-254. - ISBN 978-5-7695-5167-3 : 317-00.
11. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
- 12 -
Астрономические приборы. Карта звёздного неба. Персональные компьютеры.
Учебные лаборатории кафедры, доступ к сети интернет во время самостоятельной подготовки.
12. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ (образовательные технологии)
При реализации программы «Космическая геодезия» в часы отведённые для лабораторных занятий, занятия проводятся в виде лекций и лабораторных работ.
Самостоятельная работа подразумевает занятия под руководством преподавателя в виде консультаций и индивидуальных работ студента в лаборатории.
- 13 -
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению подготовки 120100.62 «Геодезия и
дистанционное зондирование»
Руководитель основной
образовательной программы
Зав. кафедрой, д.э.н., проф.___________________________________ /Баринов В.Н. /
(занимаемая должность, ученая степень и звание)
(подпись)
(инициалы, фамилия)
Рабочая программа одобрена учебно-методической комиссией строительного факультета
«_____»____2014 г., протокол № ________.
Председатель к.т.н., доц._______________________________________ /Казаков Д.А./
(учёная степень и звание, подпись)
( инициалы, фамилия)
Эксперт
____________________
(место работы)
___________________
(занимаемая должность)
_________________________
(подпись)
(инициалы, фамилия)
МП
организации
- 14 -