Автореферат (786443)
Текст из файла
На правах рукописиВу Виет ЧунгФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ И ИХПРИМЕНЕНИЕ В ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧАХСпециальность 01.02.01 – Теоретическая механикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на кафедре «Теоретическая механика» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)».Научный руководитель:кандидат физико-математических наук, доцент кафедры«Теоретическая механика» Московского авиационного института(национального исследовательского университета)ПЕРЕПЁЛКИН Вадим ВладимировичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой«Теоретическая механика» Российского университета дружбы народовМУХАРЛЯМОВ Роберт Гарабшевичкандидат физико-математических наук, доцент, профессор кафедры«Высшая математика» Московского автомобильнодорожного государственного технического университетаЗЛЕНКО Александр АфанасьевичВедущая организация:Институт астрономии Российской академии наук.Защита состоится 13 декабря 2013 г.
в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.14 при Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете), расположенном по адресу: 125993,Москва А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, 4.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУВПО Московского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета).Автореферат разослан 08 ноября 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,к.ф.-м.н., доцентГидаспов В. Ю.Общая характеристика работыАктуальность темы исследования.
При решении современных задачастрометрии, геофизики и навигации существенное значение может иметь фундаментальная модель вращательно–колебательного движения Земли, адекватная данным наблюдений и измерений Международной службы вращения Земли(МСВЗ). Высокоточные данные измерений параметров вращания Земли (ПВЗ)свидельствуют о весьма сложных динамических процессах, происходящих в системе «Земля-Луна-Солнце».В связи с развитием навигационных спуниковых систем актуальным является достижение высоких точностей координатно-временного и навигационногообеспечения наземных (стационарных и подвижных), а также движущихся воколоземном пространстве объектов. Без знания ПВЗ невозможна высокоточная навигация.Значительным вкладом в развитие теории движения Земли относительноцентра масс является исследование Л. Эйлера (1765), определившего 305 суточный период свободной нутации для твердой Земли и модель С.
Чандлера(1891), обнаружившего из многочисленных наблюдений изменяемость широтобсерваторий с двумя периодическими компонентами в движении полюса - 365и 430-440 звездных суток. Существенное отличие чандлеровского периода отпредписываемого классической теорией твердого тела (периода Эйлера 305 суток для недеформируемой фигуры Земли) потребовало дальнейшего научногообъяснения.
Оно было предпринято и частично осуществлено на основе моделидеформируемой Земли в исследованиях С. Ньюкомба, Г. Джеффриса, А. Лява,У. Манка и Г. Макдональда, Я. Вондрака, Ф.А. Слудского, М.С. Молоденскогои многих других.Небесномеханическая модель вращательно-колебательных движений Земли может быть использована для анализа динамики и прогноза геофизических процессов планетарного масштаба (глобальной составляющей сейсмического процесса, момента импульса атмосферы, Южного колебания, Эль-Ниньо).Знание временных изменений момента импульса атмосферы необходимо для3корректировки астрометрических и геодезических наблюдений.
Построение динамической модели сейсмической активности Земли является одной из наиболееважных проблем современного естествознания. Главная трудность в построениитакой модели состоит в чрезвычайной сложности структуры Земли. Анализ современных представлений о сейсмичности Земли указывает на ее глобальныйхарактер. Поэтому остается актуальным изучение корреляций между ПВЗ иглобальной составляющей сейсмического процесса.В этой связи решаемые в диссертационной работе задачи моделированиявращательно-колебательного движения Земли и их приложения являются актуальными.Цели и задачи диссертационной работы: Целью диссертации является исследование динамических моделей вращательно-колебательного движенияЗемли, адекватных данным наблюдений и измерений МСВЗ, и их применениедля решения прикладных задач.Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:1.
Разработан алгоритм интерполяции и прогноза математических моделейвращательно-колебательного движения Земли на месячных и внутригодовых интервалах времени;2. Проведена сравнительная оценка прогнозов возмущенного движения земного полюса на коротном интервале времени (15-40 суток);3. Разработан алгоритм пересчета вектора состояния (координаты и скорости) и прогноза эфемерид космического аппарата (КА) с учетом ПВЗ;4. Реализован переход от земной системы координат к небесной и обратно сучетом ПВЗ на базе построенных динамических моделей;5. Проведены моделирование и анализ осевого вращения Земли и вариацииаксиальной компоненты момента импульса атмосферы ℎ3 на внутригодовых и внутрисуточных интервалах времени;6.
Построена корреляционная модель ПВЗ с глобальной составляющей сейсмического процесса.Научная новизна:Научная новизна диссертации заключается в следующем:41. На основе небесномеханической модели вращательно-колебательного движения Земли, адекватной данным наблюдений и измерений МСВЗ, разработаны алгоритмы прогнозирования ПВЗ на месячных и внутригодовыхинтервалах времени;2. На базе полученных динамических уравнений проведено моделированиеколебательного движения полюса на коротком интервале времени с различным количеством неизвестных коэффициентов.
Показано, что малопараметрическая модель дает надежный прогноз на требуемом интервалевремени;3. Выписаны дифференциальные уравнения движения спутника на основеразработанных динамических моделей ПВЗ. Показано, что использованные математические модели ПВЗ и разработанные алгоритмы непосредственного их учета на основе данных МСВЗ позволяют продлить интервали увеличить точность прогнозирования эфемерид спутника;4.
Предложен алгоритм реализации перехода от земной системы координатк небесной и обратно с учетом ПВЗ, вычисляемых по разработанным моделям;5. Проведено моделирование ℎ3 на различных интервалах времени согласноданным NCEP/NCAR в соответствии с моделью осевого вращения Земли, адекватной данным МСВЗ.
Найдена существенная корреляция нестационарных колебаний в ПВЗ с глобальной составляющей сейсмическогопроцесса.Теоретическая и практическая значимость: Результаты, изложенные в диссертации, могут быть использованы для астрометрических, геодезических, геофизических задач и позволяют теоретически получить общее представление о роли ПВЗ в задаче координатно-временного обеспечения навигационных спутников, оценить влияние ПВЗ на их орбитальное движение.
Вариациискорости вращения Земли позволяют определять глобальную составляющуюмомента импульса атмосферы на интервалах времени от нескольких суток донескольких лет. Анализ данных наблюдений показывает, что изменение момента импульса атмосферы происходит синфазно с внутригодовыми флуктуация5ми скорости вращения Земли и длительности суток, измеряемыми МСВЗ. Этотвывод позволяет использовать динамическую модель вращательного движенияЗемли для построения прогноза глобальной составляющей момента импульсаатмосферы. Практический аспект диссертации также связан с прогностическими задачами, в том числе с прогнозом землетрясений, которые происходят впеременном поле напряжений, создаваемом неравномерным вращением Земли.Методология и методы исследования: Теоретическое моделированиеколебательно-вращательных движений Земли, адекватное данным наблюденийи измерений МСВЗ, проводится с помощью приближенных методов нелинейноймеханики в сочетании с численным экспериментом.
Модель вращательно-колебательного процесса земного полюса основана на учете гравитационно-приливных моментов сил от Солнца и Луны. Моделирование (интерполяция и прогноз) с высокой точностью вращательно-колебательного движения Земли, адекватного наблюдениям и измерениям МСВЗ, и аксиальной компоненты момента импульса атмосферы проводится с помощью метода наименьших квадратов(МНК).
При составлении дифференциальных уравнений орбитального движения спутника были применены аналитические методы небесной механики, ихрешение осуществляется с помощью методов численного интегрирования (метод Рунге-Кутта 4-5 порядков, метод Адамса).Положения, выносимые на защиту: На защиту выносятся следующиеположения:1. Проведено моделирование колебательного движения земного полюса инеравномерности осевого вращения Земли на основе динамических моделей, адекватных данным наблюдений и измерений МСВЗ, на различныхинтервалах времени (от нескольких суток до нескольких лет) с высокойточностью;2. Получен высокоточный прогноз движения земного полюса на короткоминтервале времени (в пределах 15-40 суток).
Сравнительная оценка результатов моделирования по приведенному алгоритму позволяет утверждать, что малопараметрическая модель дает надежный прогноз на этоминтервале времени;63. Результаты численого моделирования согласно алгоритму прогноза эфемерид спутника с учетом вращательно-колебательного движения Землипоказывают, что модели ПВЗ позволяют продлить интервал времени иувеличить точность прогнозирования эфемерид спутника в задаче координатно-временого обеспечения навигационных систем;4.
Сравнение и сопоставление процесса моделирования приливной неравномерности вращения Земли и колебаний глобальной составляющей момента импульса атмосферы на основе метеоданных NCEP/NCAR позволяетсделать вывод о том, что данные о вариациях скорости осевого вращенияЗемли могут быть эффективно использованы для построения прогнозаглобальной составляющей момента импульса атмосферы;5.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
