Главная | Обратная связь

Геодезическое использование спутников Земли

Несущие частоты различных ИСЗ ГЛОНАСС, а также ИСЗ ГЛОНАСС и GPS различаются. Шкалы времени GPS и ГЛОНАСС, а также системы координат, в которых определяются положения ИСЗ, координаты которых содержатся в навигационных сообщениях, также различны (для GPS такой системой является WGS-84, а для ГЛОНАСС – ПЗ-90). Поэтому для совместной обработки фазовых измерений GPS и ГЛОНАСС невозможно использовать алгоритмы и программное обеспечение, разработанные для каждой из спутниковых систем, в частности, это относится и к процедурам выявления и восстановления потерь циклов и определения целочисленных фазовых неоднозначностей. В статье разработаны и описаны новые алгоритмы выполнения этих процедур. Алгоритм, связанный с потерями циклов, основан на анализе третьих разностей фаз, измеренных на двух пунктах наблюдений двух различных ИСЗ, излучающих различные несущие частоты. Сущность такого анализа заключается в сопоставлении величин третьих разностей с их предельными значениями и в случае их значимых расхождений – в установлении серии наблюдений, имеющих потери циклов, и в вычислении количества потерянных циклов по значениям этих разностей. Этот процесс осуществляется итеративным путем. Решение задачи определения целочисленных неоднозначностей для наблюдений фаз несущих с различными частотами основано на уравнивании методом наим. кв. первых разностей фаз для различных ИСЗ, в результате которого получаются оценки (возможно, нецелочисленных) неоднозначностей этих разностей, и их ср. кв. ошибок, полученных по данным ковариационной матрицы неизвестных, возникшей в результате уравнивания. По этим данным вычисляются неоднозначности вторых разностей фаз и их ср. кв. ошибки, и те неоднозначности, которые имеют минимальные ошибки, округляются до целочисленных значений (фиксируются). По полученным таким образом фиксированным значениям вторых разностей вычисляются фиксированные значения неоднозначностей первых разностей и процесс уравнивания повторяется. После проведения нескольких итераций указанной процедуры оказывается возможным фиксировать все неоднозначности первых разностей. Экспериментальная обработка измерений, проведенных в сериях 6-часовой (только GPS) и 2-часовой (GPS+ГЛОНАСС) продолжительности, с использованием для 2-часовой серии разработанных методик, привела к определению компонентов вектора геодезической базы длиной 50 м с одинаковой точностью на уровне нескольких миллиметров. Библ. 6. (И. Баранов).

23. Что такое эфемериды?

В знаменитом словаре определений Вебстера, приводится следующее определение термина эфемериды" "Эфемериды – это таблица координат небесного тела, приведенная в различные периоды времени за определенный период. Астрономы и геодезисты используют эфемериды для определения положений небесных тел, которые берутся в дальнейшем для вычисления координат точек на поверхности земли.

В общем, для нас GPS эфемериды можно сравнить с GPS спутниками, и представить их в качестве созвездия искусственных звезд. Для того, чтобы вычислить наше местоположение относительно спутников GPS, нам нужно знать их местонахождение в пространстве, другими словами их эфемериды. Существует два типа эфемерид: переданные (бортовые) и точные.

Эфемериды. Данные эфемерид содержат очень точные корректировки параметров орбит и часов для каждого спутника, что требуется для точного определения координат. Каждый GPS-спутник передаёт только свои собственные эфемериды. Эти данные действительны только 30 минут. Спутники передают свои эфемериды каждые 30 секунд.

Переданные (бортовые) эфемериды

Переданные (бортовые) эфемериды, как видно из их названия, передаются непосредственно от GPS спутников. Переданные эфемериды содержат информацию об элементах кеплеровской орбиты, которые позволяют GPS приемнику вычислять общеземные геоцентрические координаты каждого спутника, относительно исходной геодезической даты WGS-84. Эти кеплеровские элементы состоят из информации о координатах спутников на определённую эпоху и изменений параметров орбиты от отчетного периода до момента наблюдения (принимается рассчитанная скорость изменения параметров). Пять станций мониторинга постоянно отслеживают заранее предсказанные положения орбит спутников, формируя поток эфемеридной информации. Далее главная управляющая станция Navstar ежедневно передает переданные эфемериды на спутники. Вычисленная точность переданных эфемерид составляет ~ 260 см и ~ 7 нс.

Точные эфемериды (Final products)

Точные эфемериды состоят из общеземных геоцентрических координат каждого спутника, определенных в Общеземной наземной системе отчета и включают поправки часов. Эфемериды вычисляются для каждого спутника с интервалом 15 мин. Точные эфемериды – это продукт постобработки. Данные собираются станциями слежения, расположенными по всей территории Земли. Далее эти данные передаются в Международную Службу GPS (IGS), где и происходит вычисление точных эфемерид. Точные эфемериды становятся доступными приблизительно через 2 недели после времени сбора данных и имеют точность менее 5 см и 0.1 нс.

Быстрые эфемериды (Rapid products)

Быстрые эфемериды вычисляются по тому же принципу, что и точные эфемериды, однако при обработке используется меньший набор данных. Быстрые орбиты, как правило, “выкладываются” на службы международных агентств на следующий день. Точность быстрых эфемерид составляет 5 см и 0.2 нс.

Предсказанные или Ультрабыстрые эфемериды (Ultrarapid products)

Ультрабыстрые эфемериды передаются, как и переданные эфемериды, но обновляются они дважды в день. Иногда их называют эфемеридами в реальном времени. Это можно объяснить тем фактом, что их используют также как и переданные эфемериды, но для приложений в реальном времени. Точность ультрабыстрых эфемерид составляет ~ 25 см и ~ 5 нс

Альманах. GPS-спутники передают два вида данных — альманах и эфемериды.

Альманах содержит параметры орбит всех спутников. Каждый спутник передаёт альманах для всех спутников. Данные альманаха не отличаются большой точностью и действительны несколько месяцев.

1. Зачем нужен альманах? Альманах нужен для того, чтобы приёмник при включении быстрее ловил спутники. Как это понять? Вот так: если приёмник с завода, его память девственно чиста. Там кроме фирмваря ничего нет. Вы его включаете и он начинает искать спутники, перебирая частоты и задержки. При этом он может искать и те спутники, которые в данный момент находятся в другом полушарии. Но поймёт приёмник это, только когда не найдёт такой спутник. Как только приёмник поймал хоть один спутник, он получает с этого спутника альманах. По альманаху он может определить границы поиска для каждого из спутников и это уменьшает время поиска. Как только приёмник наловит достаточно спутников, он посчитает позицию. Эта позиция, будучи правильной, сохраняется в энергонезависимой памяти - BBU (battery backed-up unit). Если вы теперь выключите приёмник, и, скажем, включите через 30 минут, то он наловит спутники достаточно быстро потому что
1. У него есть альманах
2. У него есть последняя позиция

При наличии последней позиции, приёмник может определить какие спутники находятся в данном полушарии, а какие нет. За счёт этого не искать отсутствующие спутники. Естественно, что если приёмник перевезти на тысячи километров, то ОГ изменится достаточно сильно, и от наличия последней позиции толку будет мало.

1. Информация со спутников передаётся в виде кадров со скоростью 50 бит/с. Один кадр это 1500 бит. Состоит он из 5 подкадров по 300 бит каждый. Что передаётся в первых 3 подкадрах сейчас значения не имеет. В 4 и 5 подкадрах передаётся, в основном, альманах. В 4 подкадре для спутников в 25 по 32, в 5 - с 1 по 24. В ИКД на GPS написано, что полный набор информации - это 25 кадров. Значит, чтобы собрать полностью весь альманах на все спутники нужно: (1500 бит * 25)/50 (бит/с) = 750 секунд = 12,5 минут. А вот тут, внимательные заметят, как же как же! постойте, ведь спутников то много, а альманах один. Значит если мы ловим 2 спутника, то примем альманах бустрее. НЕТ! Все GPS спутники передают альманах синхронно! Это, кстати, один из недостатков системы GPS.

24.Система GALILEO

Решение о начале развития системы GALILEO было принято 26 мая 2003года совместно Европейским Союзом и Европейским Аэрокосмическим Агенством. Система предназначена только для гражданского использования, в отличие от системы GPS, котороая принадлежит военным США, и они оставляют за собой право частично загрублять сигнал или вовсе его отключать когда им заблагорасудится.
Однако развитию системы GALILEO мешают разногласия европейских стран в финансировании программы. Например, Франция активно поддерживает ее развитие, что означает для этой страны независимость от технологий США. Другие страны считают, что выгоднее использовать бесплатно систему GPS. Начальные капиталовложения в систему GALILEO насчитывают около 1,1миллиарда Евро. По плану на орбиту должно быть выведено около 30спутников в период 2006-2008годов. Полностью программа должна обойтись Европейским странам в 3миллиарда Евро, включая стоимость инфраструктуры на Земле. Две трети капиталовложений будут сделаны частными компаниями и инвесторами, а одна треть Европейским Союзом и Европейским Аэрокосмическим Агенством. Планируется, что система будет бесплатна для всех, но точные сигналы будут передаваться за деньги.
В сентябре 2003 Китай также присоединился к системе GALILEO и инвестирует 296миллионов долларов в проект в течение 2004-2005годов. В июле 2004года партнером GALILEO стал Израиль.