Практическая реализация инерциальной системы координат и земной системы координат

При написании этого раздела использованы следующие работы: [1,9,18,24,25,27,28,32,33,34].

В высшей геодезии координаты (местоположение) пунктов геодези­ческой сети и разности координат пунктов геодезической сети определя­ют в земной системе координат. Земная система координат тем или иным образом фиксирована относительно Земли и эта земная система коорди­нат вращается вместе с Землей. Поэтому земная система координат яв­ляется естественной для того, чтобы задавать в этой системе местополо­жение пунктов геодезических сетей, каждый из которых фиксирован относительно физической поверхности Земли. Понятие земной системы координат, данное ранее в разделах 6 и 7, является понятием идеальным, то есть понятием теоретическим. Полевых же геодезистов, то есть прак­тических геодезистов, интересует, как земная система координат фик­сирована практически. Другими словами, интересует практическая реа­лизация земной системы координат на требуемом уровне точности.

Наблюдаемыми небесными (космическими) объектами являют­ся звезды, квазары и искусственные спутники Земли. Наблюдают также и другие космические объекты. Наблюдают уголковые отражатели, ус­тановленные на поверхности Луны, наблюдают дальние космические аппараты. Естественной системой координат (системой отсчета) для того, чтобы фиксировать местоположения космических объектов (направле­ния на эти объекты), является инерциальная система координат. В клас­сической механике инерциальная система координат — это такая систе­ма координат, в которой выполняется первый закон Ньютона. В реляти­вистской механике к понятию инерциальной системы координат (инер­циальной системы отсчета) добавляют еще одно условие. Это условие со­стоит в том, что в такой системе координат скорость распространения света в вакууме является универсальной постоянной.

Понятие инерциальной системы координат, также как и поня­тие земной системы координат, является понятием идеальным. Практи­ческую реализацию инерциальной системы координат называют квазиинерциальной системой координат. Квазиинерциальной системой координат является экваториальная система координат а,б, фиксированная местоположениями видимых в оптическом диапазоне опорных звезд [11,25]..К идеальной инерциальной системе координат наиболее близка квазиинерциальная система координат, фиксированная направлениями на квазары. Такая квазиинерциальная система практически реализует (представляет) инерциальную систему координат на уровне точности в тысячную долю узловой секунды [18,27,32,34].

Решая любую геодезическую задачу, используют вовсе не идеальную теоретическую земную систему координат. Используют практическую реализацию земной системы координат. Местоположение начала такой системы координат, направления осей координат, а также масштаб из­мерений и масштаб соответствующей геодезической сети задают, фик­сируя координаты пунктов глобальной геодезической сети. Практичес­кую реализацию земной системы координат можно назвать квазигеоцен­трической системой координат. Такими системами являются WGS-84 и ПЗ-90.

Точность координат и точность разностей координат пунктов геоде­зической сети должна быть эквивалентна точности измерений в том ме­тоде, который используют для создания и поддержания этой геодезичес­кой сети. Точность глобальной геодезической сети должна соответство­вать точности измерений в радиоинтерферометрии со сверхдлинной ба­зой и в методе лазерной локации искусственных спутников Земли. Точ­ность региональных и локальных геодезических сетей должна соответство­вать точности измерений в GPS и ГЛОНАСС и должна соответствовать точ­ности измерений, выполняемых светодальномерами, электронными тахе­ометрами, нивелирами и другими геодезическими приборами.

Инерциальная (квазиинерциальная) система координат и земная (квазигеоцентрическая) система координат связаны через параметры вращения Земли — ПВЗ. Эти параметры вращения Земли включают уг­ловые величины, которые определяют ориентацию мгновенной оси вра­щения Земли в инерциальной (квазиинерциальной) системе координат, то есть они представляют собой параметры прецессии и нутации. Пара­метры вращения Земли включают также величины, угловые или линей­ные, которые определяют ориентацию (смещения) мгновенной оси вра­щения Земли относительно земной системы координат. Другими слова­ми, параметры вращения Земли включают координаты мгновенного по­люса относительно Международного Условного Начала — Условного Зем­ного Полюса. И кроме того, параметры вращения Земли включают вари­ации в скорости суточного вращения Земли — долгопериодические, короткопериодические и случайные вариации. Все эти параметры враще­ния Земли необходимо, в настоящее время, знать на уровне точности в тысячную долю угловой секунды. Это очень высокий уровень требова­ний к точности. Современные методы измерений и современные методы обработки результатов этих измерении позволяют практически реали­зовать такую высокую точность. Предполагаем, что в недалеком буду­щем требования к точности будут увеличены, будет повышена точность методов измерений, будут усовершенствованы процедуры обработки ре­зультатов измерений.