Земляно-центрированная инерциальная - Earth-centered inertial

Чтобы показать местоположение относительно Земли с помощью системы ECI, используются декартовы координаты . Х - у плоскости совпадает с экваториальной плоскостью Земли. Х Оу постоянно фиксируется в направлении по отношению к небесной сфере , которая не вращается , как Земля делает. Г ось лежит на угол 90 ° к экваториальной плоскости и проходит через Северный полюс . Из-за сил, которые действуют Солнце и Луна, экваториальная плоскость Земли перемещается по отношению к небесной сфере. Земля вращается, а система координат ECI - нет.

Геоцентрической инерционный ( ECI ) координаты кадры имеют свое происхождение в центре масс на Землю и фиксированы по отношению к звездам. «I» в «ECI» обозначает инерциальную (то есть «не ускоряющуюся »), в отличие от системы координат «с центром на Земле - фиксированной на Земле» ( ECEF ), которая остается фиксированной по отношению к поверхности Земли при ее вращении , а затем вращается относительно звезд.

Для объектов в пространстве , то уравнения движения , описывающие орбитальное движение проще в невращающейся раме , такие как ECI. Рамка ECI также полезна для указания направления на небесные объекты :

Для представления положения и скорости земных объектов удобно использовать координаты ECEF или широту , долготу и высоту .

В двух словах:

Степень инерционности системы ECI ограничена неоднородностью окружающего гравитационного поля . Например, гравитационное влияние Луны на спутник, находящийся на высокой околоземной орбите, значительно отличается от ее влияния на Землю, поэтому наблюдатели в системе координат ECI должны будут учитывать эту разницу ускорений в своих законах движения. Чем ближе наблюдаемый объект к источнику ECI, тем менее значительным влияние гравитационного неравенства.

Определения системы координат

Ориентацию кадра ECI удобно определять, используя плоскость орбиты Земли и ориентацию оси вращения Земли в космосе. Плоскость орбиты Земли называется эклиптикой , и она не совпадает с плоскостью экватора Земли. Угол между экваториальной плоскостью Земли и эклиптикой, ε , называется наклоном эклиптики и ε  ≈ 23,4 °.

Равноденствие происходит , когда земля находится в положении на своей орбите , так что вектор от Земли к точкам солнца, где эклиптике пересекает небесный экватор. Равноденствие, которое приходится на первый день весны (по отношению к Северному полушарию), называется весенним равноденствием . Весеннее равноденствие можно использовать как главное направление для кадров ECI. Солнце находится в направлении точки весеннего равноденствия около 21 марта. Фундаментальной плоскости для ECI кадров, как правило , либо экваториальная плоскость или эклиптики.

Местоположение объекта в космосе может быть определено с точки зрения прямого восхождения и склонения, которые отсчитываются от точки весеннего равноденствия и небесного экватора . Прямое восхождение и склонение - это сферические координаты, аналогичные долготе и широте соответственно. Расположение объектов в пространстве также может быть представлено с использованием декартовых координат в кадре ECI.

Гравитационное притяжение Солнца и Луны на экваториальном выступе Земли заставляет ось вращения Земли прецессировать в космосе, подобно действию волчка. Это называется прецессией . Нутация - это короткопериодическое (<18,6 лет) колебание меньшей амплитуды, которое накладывается на прецессионное движение небесного полюса . Это происходит из-за более короткопериодных колебаний силы крутящего момента, действующего на экваториальную выпуклость Земли со стороны Солнца, Луны и планет. Когда кратковременные периодические колебания этого движения усредняются, они считаются «средними», а не «истинными» значениями. Таким образом, точка весеннего равноденствия, экваториальная плоскость Земли и плоскость эклиптики меняются в зависимости от даты и указываются для конкретной эпохи . Модели, отражающие постоянно меняющуюся ориентацию Земли в космосе, можно получить в Международной службе вращения Земли и систем отсчета .

J2000

Один обычно используемый кадр ECI определяется со средним экватором и равноденствием Земли в 12:00 по земному времени 1 января 2000 года. Его можно обозначать как J2K , J2000 или EME2000. Ось x совмещена со средним равноденствием. Ось z выровнена с осью вращения Земли (или, что эквивалентно, с северным небесным полюсом ), как это было в то время. Ось Y повернута на 90 ° в.д. относительно небесного экватора.

M50

Этот кадр похож на J2000, но определен со средним экватором и равноденствием в 12:00 1 января 1950 года.

GCRF

Геоцентрическая небесная система отсчета (GCRF) - это центрированный на Земле аналог Международной небесной системы отсчета .

MOD

Кадр среднего значения даты (MOD) определяется с использованием среднего экватора и равноденствия в конкретную дату.

ТЕМА

Рамка ECI, используемая для двухстрочных элементов NORAD, иногда называется истинным экватором, средним равноденствием (TEME), хотя в ней не используется обычное среднее равноденствие.

Пример земно-центрированного кадра
Инерциальная система с центром в центре Земли - Полярный вид
В центре Земли, фиксированная Земля - Полярный вид
   Земля  ·   ИРНСС-1Б   ·   ИРНСС-1С   ·   ИРНСС-1Э   ·   ИРНСС-1Ф   ·   ИРНСС-1Г   ·   ИРНСС-1И

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Эшби, Нил (2004). «Эффект Саньяка в системе глобального позиционирования» . В Гвидо Рицци, Маттео Лука Руджеро (ред.). Относительность во вращающихся системах отсчета: релятивистская физика во вращающихся системах отсчета . Springer. п. 11. ISBN 1-4020-1805-3.
  2. ^ Tapley, Schutz, и Борна (2004). Статистическое определение орбиты . Elsevier Academic Press. стр.  61 -63.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  3. ^ Дэвид А. Валладо и Уэйн Д. Макклейн, "Основы астродинамики и приложений", 3-е изд. Microcosm Press, 2007, стр. 153–162.
  4. ↑ Роджер Б. Бейт, Дональд Д. Мюллер, Джерри Э. Уайт, «Основы астродинамики», Довер, 1971, Нью-Йорк, стр. 53-57.
  5. ^ Tapley, Schutz, и Борн, "Определение статистической Orbit," Elsevier Academic Press, 2004, стр. 29-32.