Для решения задач космической (спутниковой) геодезии применяются различные системы координат. Они отличаются по форме их задания: прямоугольные (плоские или пространственные) или криволинейные (сферические и эллипсоидальные). Принципиальные различия систем координат связаны с выбором начала отсчета координат, основной плоскости и ориентирования главной оси координат.

Системы координат различаются между собой:

По форме координат:

1) прямоугольные (рис. 1):

За основную плоскость XOY в данном случае (рис. 1) принята плоскость земного экватора. Основная координатная ось OX направлена в определенную точку. Ось OY расположена в плоскости земного экватора под углом 90º к востоку от принятого начального меридиана. Ось OZ совмещена с северным направлением оси вращения Земли.

 

 

 

 

Рис. 1

 

 

 

 

 

 

2) сферические (звездные) (рис. 2):

 

Рис. 2

 

a – прямое восхождение, отсчитывается по дуге небесного экватора Q¢Q от точки весеннего равноденствия γ против хода часовой стрелки до точки M, являющейся основанием круга склонений PσP¢ и измеряется в часовой мере от 0 до 24^h;

d – склонение, отсчитывается вдоль круга склонений от небесного экватора Q¢Q до объекта σ и измеряется в градусной мере от -90 до +90º (Знак + соответствует положению объекта в северном полушарии небесной сферы, знак - – в южном).

γ – точка весеннего равноденствия, пересечение небесного экватора и эклиптики.

3) эллипсоидальные (геодезические) (рис. 3):

B – геодезическая широта, угол между нормалью к эллипсоиду, проведенной через заданную точку M на поверхности Земли, и плоскостью экватора;

L – геодезическая долгота, двугранный угол между плоскостями гринвичского G и заданного геодезического меридианов;

H – геодезическая высота над референц-эллипсоидом, расстояние по нормали от поверхности эллипсоида до точки M.

 

 

Рис. 3

По расположению начала отсчета (рис. 4):

 

 

 

 

Рис. 4

 

 

 

1) геоцентрические X, Y, Z, с началом отсчета в центре масс Земли;

2) референцные (квазигеоцентрические) X_R, Y_R, Z_R, с началом вблизи центра масс Земли, в центре принятого референц-эллипсоида;

3) топоцентрические X_T, Y_T, Z_T, с началом отсчета на поверхности Земли в точке наблюдения.

По выбору основной (фундаментальной) координатной плоскости XOY:

1) экваториальные – в плоскости экватора на определенную эпоху;

Различают первую и вторую экваториальные системы координат. Первая является вращающейся, т. е. участвует в суточном вращении Земли, вторая – неподвижная, т. е. не участвует в суточном вращении Земли.

2) горизонтальные – в плоскости местного горизонта;

3) орбитальные – в плоскости орбиты.

По ориентированию плоскости XOZ:

1) инерциальные (равноденственные) (рис. 1)

Плоскость XOZ проходит через точку весеннего равноденствия γ, т. е. ось OX направлена в точку g, а ось OZ совпадает с осью вращения Земли или параллельна ей. В инерциальной сферической системе координаты a – прямое восхождение и d – склонение приводятся в фундаментальных (звездных) каталогах, например FK5 на эпоху 2000,0 года. Координаты точек земной поверхности обычно не задают в инерциальной сферической системе, так как по причине суточного вращения Земли прямое восхождение a не является постоянным и зависит от времени.

2) гринвичские (рис. 4)

Плоскость XOZ совпадает или параллельна плоскости гринвичского меридиана. Ось OX определяется пересечением плоскости экватора и плоскости гринвичского меридиана. Ось Y перпендикулярна оси X и дополняет систему координат до правой. Переход от инерциальной системы координат к гринвичской осуществляется поворотом инерциальной системы вокруг оси Z на угол, численно равный истинному звездному времени S в Гринвиче.

В обеих системах в качестве оси Z выступает ось вращения Земли. Так как она совершает непрерывные колебательные движения (прецессия и нутация), то положение оси Z условно фиксируют на определенный момент времени, называемый эпохой.

По существующему соглашению ось Z в инерциальной системе совпадает с положением оси вращения в стандартную эпоху, отнесенную к началу 2000,0 года. Ось X направлена в соответствующую точку весеннего равноденствия.

В земной системе координат ось Z совпадает со средним положением оси вращения Земли. Это положение называют международным условным началом МУН, CIO (Conventional International Origin). Исторически МУН соответствует среднему положению оси вращения Земли за период 1900-1905 гг.

В зависимости от времени, к которому относится положение точки весеннего равноденствия γ и направление оси Z:

1) средние, принятые на определенную эпоху (например на эпоху 2000,0 года);

2) истинные, отнесенные к истинной точке весеннего равноденствия;

3) мгновенные, соответствующие положению оси вращения на момент наблюдения.