background image

2009-12-17

1

ELEMENTY ORBITY KEPLEROWSKIEJ

Dane dodatkowe: współrzędne elipsoidalne obserwatora – BLH

duża półoś orbity – a

mimośród orbity – e

rektascensja węzła 
wstępującego orbity –

nachylenie orbity            
do równika – i

argument perygeum -

ω

ωω

ω

moment przejścia przez 
perycentrum (UTC) – t

p

moment na który       
wyznaczamy pozycję (UTC) – t

(anomalia średnia M – łączy t

i t)

ELEMENTY ORBITY KEPLEROWSKIEJ

duża półoś orbity – a

mimośród orbity – e

rektascensja węzła 
wstępującego orbity –

nachylenie orbity            
do równika – i

argument perygeum -

ω

ωω

ω

moment przejścia przez 
perycentrum (UTC) – t

p

moment na który       
wyznaczamy pozycję (UTC) – t

elementy opisujące kształt 

elipsy orbitalnej

elementy opisujące 

położenie płaszczyzny 

orbity w przestrzeni

elementy opisujące 

orientację orbity w tej 

płaszczyźnie i położenie ciała 

na orbicie dla danej epoki

(anomalia średnia M – łączy t

i t)

Dane dodatkowe: współrzędne elipsoidalne obserwatora – BLH

background image

2009-12-17

2

UKŁAD HORYZONTALNY

Wysokość h to kąt środkowy pomiędzy 

wektorem wodzącym do danego 

obiektu,     a płaszczyzną horyzontu 

(odległość zenitalna z to dopełnienie 

wysokości do 90

°

). Wysokość zawiera 

się w granicach <-90

°

, 90

°

>. Oś układu 

zdefiniowana jest kierunkiem linii 

pionu w miejscu obserwacji.

Azymut A to kąt dwuścienny utworzony 

przez płaszczyznę południka 

przechodzącego przez punkt północy N 

oraz płaszczyznę południka 

przechodzącego przez dany obiekt (kąt 

mierzony w płaszczyźnie horyzontu na 

wschód – zgodnie z ruchem wskazówek 

zegara ). Azymut zawiera się                        

w granicach <0

°

, 360

°

>.

Azymut i wysokość zmieniają się 

na skutek ruchu obrotowego 

Ziemi.

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

1)  Obliczenie anomalii średniej (odległość kątowa od 

perycentrum do fikcyjnego punktu poruszającego się po 
orbicie ze średnią prędkością kątową n):

( )

p

t

t

n

M

=





°

sek

3

a

n

µ

=

GM

=

µ

gdzie:

– średnia prędkość kątowa satelity

;

- parametr grawitacyjny.

background image

2009-12-17

3

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

2) Obliczenie anomalii mimośrodowej z równania Keplera:

;

E

e

M

E

sin

+

=

Metoda iteracyjna:

M

E

=

0

i

i

E

e

M

E

sin

1

+

=

+

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

3) Obliczenie współrzędnych ciała niebieskiego w układzie 

związanym z orbitą:

;

(

)

0

'

          

sin

'

  

cos

'

=

=

=

z

E

b

y

e

E

a

x

2

e

a

b

=

Układ orbitalny jest układem kartezjańskim prawoskrętnym
(wnętrze obracającej się prawej dłoni zakreśla łuk od osi OX
do OY, a kciuk wyznacza kierunek osi OZ), oś X jest
skierowana do perycentrum, oś Z jest prostopadła do
płaszczyzny orbity.

Perycentrum – punkt na orbicie ciała niebieskiego okrążającego 
dany obiekt, znajdujący się w miejscu największego zbliżenia ciała 
do tego obiektu.

background image

2009-12-17

4

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

4) Transformacja układu orbitalnego do układu niebieskiego:

=

=

z

y

x

z

y

x

x

x

         

          

         

          

'

'

'

'

=

'

'

'

)

(

)

(

)

    

(

z

y

x

i

z

y

x

z

x

z

ω

R

R

R

układ orbitalny                  układ równikowy (

αααα

δδδδ

)

Macierze obrotów:

=

=

=

1

0

0

0

cos

sin

0

sin

cos

)

(

 

          

 

cos

 

sin

0

 

sin

 

cos

0

0

0

1

)

(

          

1

0

0

0

cos

sin

0

sin

cos

)

     

(

ω

ω

ω

ω

ω

z

x

z

i

i

i

i

i

R

R

R

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

4) Transformacja układu orbitalnego do układu niebieskiego:

Współrzędne równikowe:

2

2

tan

       

tan

y

x

z

x

y

+

=

=

δ

α

Układ równikowy równonocny jest 
układem kartezjańskim prawoskrętnym 
(wnętrze obracającej się prawej dłoni 
zakreśla łuk od osi OX do OY, a kciuk 
wyznacza kierunek osi OZ), oś X jest 
skierowana do punktu Barana.

Rektascenzja jest mierzona przeciwnie 
do ruchu wskazówek zegara 
od osi X,

na podstawie analizy znaku X i Y należy 

określić prawidłową jej wielkość.

X

Y

αααα

X>0   Y>0

X<0   Y>0

X<0   Y<0

X>0   Y<0

background image

2009-12-17

5

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

5) Transformacja układu równikowego do geocentrycznego 

układu godzinnego:

α

=

S

t

S

L

S

S

S

UTC

GR

GR

+

=

Współrzędne godzinne:

S

– czas gwiazdowy średni

αααα

– rektascensja

-

przybliżone

przeliczenie

czasów

(z pominięciem różnicy UT1-UTC oraz
założeniem, że

)

L

λ

α

+

+

+

=

L

S

t

t

t

TU

UTC

UTC

S

0

79

365,242198

Uproszczone ćwiczenie nr 5:

h

t

S

24

,

0

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

6) Obliczenie ortokartezjańskich geocentrycznych 

współrzędnych godzinnych:

δ

δ

δ

sin

'

sin

cos

'

cos

cos

'

=

=

=

r

Z

t

r

Y

t

r

X

S

S

– wektor wodzący ciała niebieskiego w układzie równikowym

(

)

2

2

2

z

y

x

r

+

+

=

Układ równikowy godzinny także jest 
układem kartezjańskim prawoskrętnym.

Kat godzinny jest mierzony zgodnie z 
ruchem wskazówek zegara od osi X 
wskazującej południk miejscowy – stąd 
znak minus przy współrzędnej Y’.

X

Y

t

X>0   Y>0

X<0   Y>0

X<0   Y<0

X>0   Y<0

background image

2009-12-17

6

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

7) Obliczenie ortokartezjańskich topocentrycznych 

współrzędnych godzinnych:

(

)

(

)

[

]

B

H

e

N

Z

Z

Y

Y

B

H

N

X

X

GRS

T

T

T

sin

1

'

'

cos

'

2

'

'

'

80

+

=

=

+

=

– promień krzywizny przekroju poprzecznego

B

e

a

N

GRS

GRS

2

2

80

80

sin

1

=

background image

2009-12-17

7

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

8) Obliczenie topocentrycznych współrzędnych godzinnych:

( ) ( )

2

'

2

'

'

'

'

'

'

tan

      

tan

T

T

T

T

T

S

Y

X

Z

X

Y

t

+

=

=

δ

X

Y

t

X>0   Y>0

X<0   Y>0

X<0   Y<0

X>0   Y<0

Układ równikowy godzinny także 
jest układem kartezjańskim 
prawoskrętnym.

Kat godzinny jest mierzony 
zgodnie z ruchem wskazówek 
zegara od osi X wskazującej 
południk miejscowy, na podstawie 
analizy znaku X i Y należy określić 
prawidłową wielkość t.

WYZNACZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH HORYZONTALNYCH NA 

PODSTAWIE ELEMENTÓW ORBITY

9) Obliczenie topocentrycznych współrzędnych 

horyzontalnych:

h

A

t

S

,

'

,

'

δ

(np. trójkąt paralaktyczny)

Należy narysować ten trójkąt i zastanowić się jak on wygląda 
(czy t>12h) i w zależności od tego wyznaczyć wartość azymutu 
i odległości zenitalnej (wysokości).