5.2. Визначення географічного азимута

Географічний азимут визначається астрономічним методом та гіроско­пічним орієнтуванням за допомогою спеціального приладу - гіротеодоліта.

При астрономічному методі визначення географічного азимута А на­прямку 7М (рис. 5.7) заміряють горизонтальний кут між цим напрямом й напрямом на небесне світило (Сонце, Полярна зірка та ін.) р.

За правилами астрономії визначають азимут А на небесне світило в момент візування на нього. Відповідно до рис. 5.7 географічний азимут напрямку

Тобто, задача визначення географічного азимута полягає в знаходженні азимута на небесне світило в прийнятій системі координат.

Всі небесні світила розглядаються в проекції на поверхню небесної сфери, за яку прийнято поверхню довільного радіуса з центром в точці стояння спостерігача.

Пряма, паралельна осі обертання Землі, навколо якої проходить ви­диме добове обертання небесної сфери, називається віссю світа, а точки ЇЇ перетину з небесною сферою - відповідно північним й південним полюса­ми світу. Площиною небесного екватора називають площину перпендику­лярну до осі світу, яка проходить через центр Землі. Переріз площиною небесного екватора небесної сфери є небесний екватор. Велике коло, що проходить через вісь світа й світило, що його спостерігають, називають колом схилення цього світила.

Прямовисна лінія, що проходить через точку спостереження, перети­нає небесну сферу в двох діаметрально протилежних точках - зеніті й нади­рі. Площина великого кола, що перпендикулярна прямовисній лінії, яка проходить через точку спостереження, називається площиною небесного горизонту, а перетин цією площиною небесної сфери - небесним горизон­том. Площини, що проходять через прямовисну лінію, утворюють в перетині з небесною сферою кола, що називаються вертикалями. Вертикаль, що проходить через вісь світу, називають меридіаном стояння спостерігача.

Положення світила на небесній сфері може бути визначене двома координатами в різних системах.

В горизонтальній системі координатами є зенітна відстань світила й азимут світила А* на момент візування на нього, що відраховується від то­чки півдня до вертикаля світила за ходом годинникової стрілки.

В екваторіальній системі координат координатами світила є схилен­ня 8 й часовий кут 1. Схиленням світила називається дуга кола схилення від небесного екватора до світила. Часовим кутом світила називається дуга небесного екватора від астрономічного меридіана до кола схилення світи­ла. Часовий кут відраховується від південної частини меридіана за ходом годинникової стрілки до кола схилення світила й міняється від 0° до 360°.

Азимут А* визначають астрономічним способом за висотою світила.

З цією метою виміряють зенітну відстань світила. Визначають за допомо­гою карти широту точки спостереження. Беруть з астрономічного щоріч­ника схилення світила, що його спостерігають, й за цими даними обчис­люють азимут А*.

При способі визначення азимута А за часовим кутом світила за до­помогою точного годинника визначають часовий кут 1. Користуючись зна­ченням часового кута 1, враховуючи широту точки спостереження світила, обчислюють азимут А*.

При гіроскопічному орієнтуванні азимут визначають за допомогою гіротеодоліта, що поєднує гіроскоп, як датчик направлення географічного меридіана, й теодоліт, як прилад для вимірювання кутів горизонтальних напрямків.

Гіроскоп - це пристрій, що включає ротор, який може обертатись з дуже великою швидкістю, й систему опор, які забезпечують рух ротора навколо нерухомої точки, що лежить на його головній осі. Гіроскоп нази­вають вільним, якщо він має три ступеня свободи, а нерухома точка збіга­ється з центром вагигіроскопа й з точкою перетину осей підвішування ро­тора. Властивості вільного гіроскопа: в випадку, якщо не діють зовнішні сили, головна вісь гіроскопа зберігає постійний напрям в просторі незале­жно від переміщення основи; під дією зовнішньої сиди, що прикладена до осі швидкообертового ротора, вона переміщується в напрямі, що перпен­дикулярний до осі дії сили. Такий рух головної осі обертового гіроскопа називають прецесією.

В гіротеодолітах гіроскоп перетворено в датчик напряму географіч­ного меридіана внаслідок дії на головну вісь двох сил - добового обертання Землі й сили тяжіння. Чутливий елемент приладу - роторний гіроскоп за конструкцією може бути триступеневим маятниковим гіроскопом або дво­ступеневим гіроскопом з горизонтальним чи вертикальним розміщенням головної осі.

Сила тяжіння завжди й скрізь направлена до центра тяжіння Землі, тому під її впливом вісь гіроскопа прагне встановитися в горизонтальне положення. Внаслідок обертання Землі навколо своєї осі вісь гіроскопа прагне розміститися паралельно осі обертання Землі, тобто в площині гео­графічного меридіана. В результаті дії обох сил головна вісь гіроскопа ви­конує складний рух: незалежно від свого первісного положення вона руха­ється в сторону площини меридіана й, прагнучи з нею суміститися, вико­нує гармонічні азимутальні коливання. Положення рівноваги цих коливань відповідає напряму географічного меридіана.

Гіроскопічний азимут напряму на предмет визначають за формулою

де М - відлік за горизонтальним кругом, що відповідає напряму на місце­вий предмет; N0 - відлік за горизонтальним кругом, що відповідає напрям­ку географічного меридіана.

Географічний азимут напряму обчислюють за формулою