Ефемеридна інформація та дані альманаху. загальні положення. Розрахунок положення небесних тіл та ефемеридні теорії Ефемериди та альманах їх призначення

Навігаційні супутники передають два види даних - альманах та ефімеріс.

Альманах -це набір відомостей про поточний стан навігаційної системи в цілому, включаючи занапащені ефемериди, які застосовуються для пошуку видимих супутників і вибору оптимального сузір'я, що містять відомості. Альманах містить параметри орбіт всіх супутників. Кожен супутник передає альманах всім супутників. Дані альманаху не відрізняються великою точністю та дійсні кілька місяців.

Дані ефімерісумістять дуже точні коригування параметрів орбіт і годинника для кожного супутника, що потрібно для точного визначення координат. Кожен навігаційний супутник передає дані лише свого власного ефімерісу.

Навігаційні повідомлення- це пакетні дані, що передаються супутником, що містять ефемеріду з мітками часу і альманахом.

Сигнал, що передається навігаційними супутниками, умовно можна розділити на два основні компоненти: навігаційний сигнал (псевдовипадковий далекомірний код) та навігаційне повідомлення (що містить велику кількість відомостей про параметри навігаційних супутників). У свою чергу, навігаційне повідомлення містить ефемеридні дані та альманах (рис. 3.24). Відразу наголосимо, що далекомірний код також передається у складі навігаційного повідомлення, що стане зрозумілим з подальшого викладу.

Оперативна інформація

(Ефемериди)

Далівимірний, псевдовипадковий код

Неоперативна інформація

(Альманах)

Мал. 3.24.Структура сигналу навігаційних супутників

Можна сказати, що сигнал навігаційних супутників містить три основні складові:

1) псевдовипадковий (далекомірний) код;
2) альманах;
3) ефемеридні дані.

Інформацію про місцезнаходження супутників навігаційні приймачі отримують саме з даних, що містяться в альманахах та ефемерид супутників. В астрономії це таблиця небесних координат Сонця, Місяця, планет та інших астрономічних об'єктів, обчислених через рівні проміжки часу, наприклад, на астрономії. опівночі кожної доби.

Також ефемеридами називаються координати штучних супутників Землі, що використовуються для навігації в системах NAVSTAR (GPS), ГЛОНАСС, Galileo та ін. Саме точні дані про поточне положення супутників дозволяють навігаційному приймачеві обчислювати точне розташування супутника і на цій основі розраховувати власне розташування. Дані ефемеріду навігаційного угруповання ГЛОНАСС публікуються на сайті Російського космічного агентства (Роскосмос). Склад ефемерид супутників ГЛОНАСС включає, зокрема, такі параметри орбіти супутника:

NS – номер супутника;
дата - базова дата (UTC+3 год), ЧЧ.ММ.РР;
ТО. -час проходження висхідного вузла (кількість секунд від 00 год 00 хв 00 з базової дати), с;
Т а6 -період звернення, с;
е -ексцентриситет;
/ - Нахил орбіти, °;
ЬО -географічна довгота висхідного вузла ГЛОНАСС, °;
з - аргумент перигею, °;
5/, - поправка до бортової шкали часу;
п,- Номер літерної частоти;
АТ -швидкість зміни драконічного періоду Драко-нічний період - інтервал часу між двома послідовними проходженнями небесного тіла через один і той же (висхідний або низхідний) вузол орбіти.

Поняття ексцентриситету орбітального еліпса пояснює рис. 3.25:

а
основна піввісь орбітального еліпса - Ь _
ексцентриситет орбітального еліпса: е =

Ефемеридні дані є складовою альманаху. Отримавши від альманаху основні зразкові параметри орбіт всіх супутників, навігатор отримує від кожного з супутників його власний ефімеріс. За цими точними даними коригуються

Мал. 3.25.

Параметри орбіт, тобто. дані альманаху. Ефімеріси - це свого роду «надбудова» над альманахом, яка основні параметри перетворює на конкретні параметри. Дані ефімерісу містять дуже точні коригування параметрів орбіт і годинника для кожного супутника, що потрібно для точного визначення координат.

На відміну від альманаху, кожен супутник передає дані лише свого власного ефімерісу, і з їх допомогою навігаційний приймач з високою точністю може визначити місцезнаходження супутників.

Ефімеріси, що несуть більш точні дані, старіють досить швидко. Ці дані дійсні лише 30 хв. Супутники передають свій ефімеріс кожні 30 с. Відновлення ефемерид здійснюється наземними станціями. Якщо приймач було відключено понад 30 хв, та був включений, він починає шукати супутники, ґрунтуючись на відомому йому альманаху. Він вибирає супутники для ініціації пошуку.

Коли навігаційний приймач фіксує супутник, йде процес збирання даних ефімерісу. Коли ефімеріс кожного супутника прийнято, дані, прийняті від супутника, вважаються придатними для навігації.

Якщо живлення приймача відключити, а потім знову включити протягом 30 хв, то він «зловить» супутники дуже швидко, тому що не потрібно знову збирати дані ефімерісу. Це "гарячий" старт.

Якщо після відключення пройшло більше 30 хв, то буде здійснено «теплий» старт, і приймач знову почне збирати дані ефімерісу.

Якщо приймач був перевезений (у вимкненому стані) на кілька сотень кілометрів або внутрішній годинник став показувати неточний час, то дані наявного альманаху є невірними. У такому випадку навігатору потрібно виконати завантаження нового альманаху та ефімерісу. Це вже буде "холодний" старт.

Забезпечення супутників ефемеридами виробляє наземний сегмент системи, тобто. Землі визначаються параметри руху супутників і прогнозуються значення цих параметрів на заздалегідь певний проміжок часу. Вимірювання та прогноз параметрів руху НКА проводяться у балістичному центрі системи за результатами траєкторних вимірювань дальності до супутника та його радіальної швидкості. Параметри та їх прогноз закладаються в навігаційне повідомлення, яке передається супутником поряд із передачею навігаційного сигналу.

У GPS альманах в комплексі з іншими полями даних передається кожні 12,5 хв, ГЛОНАСС - кожні 2,5 хв. У табл. 3.3 для порівняння наведено два часові параметри альманаху та ефемерісів GPS. Очевидно, що період оновлення даних та термін їх актуальності для альманаху та ефімерісу істотно різні.

Таблиця 3.3

Періоди оновлення даних орбіт навігаційних супутників

Що таке ефемеріди?

У знаменитому словнику термінів Вебстера, наводиться таке визначення терміна ефемеріди. Ефемериди – це таблиця координат небесного тіла, наведена у різні періоди часу за певний період.Астрономи та геодезисти використовують ефемериди для визначення положень небесних тіл, які беруться надалі для обчислення координат точок на поверхні землі.

Загалом, для нас GPS ефемеріди можна порівняти з GPS супутниками, і уявити їх як сузір'я штучних зірок. Для того, щоб визначити наше місце розташування щодо супутників GPS, нам необхідно знати їх місцезнаходження в просторі, тобто їх ефемеріди. Існує два типи ефемерид: передані (бортові) та точні.

Передані (бортові) ефемериди

Передані (бортові) ефемериди, як видно з їхньої назви, передаються безпосередньо від GPS супутників. Передані ефемериди містять інформацію про елементи кеплерівської орбіти, які дозволяють GPS приймачеві обчислювати загальноземні геоцентричні координати кожного супутника щодо вихідної геодезичної дати WGS-84. Ці кеплерівські елементи складаються з інформації про координати супутників на певну епоху та зміни параметрів орбіти від звітного періоду до моменту спостереження (приймається розрахована швидкість зміни параметрів). П'ять станцій моніторингу постійно відстежують заздалегідь передбачені положення супутників орбіт, формуючи потік ефемеридної інформації. Далі головна станція Navstar, що управляє, щодня передає передані ефемериди на супутники. Обчислена точність переданих ефемерид становить ~ 260 см та ~ 7 нс.

Точні ефемеріди (Final products)

Точні ефемериди складаються із загальноземних геоцентричних координат кожного супутника, визначених у Загальноземній наземній системі звіту та включають поправки годинника. Ефемериди обчислюються кожному за супутника з інтервалом 15 хв. Точні ефемеріди – це продукт постобробки. Дані збираються станціями стеження, розташованими по всій території Землі. Далі ці дані передаються до Міжнародної Служби GPS (IGS), де відбувається обчислення точних ефемерид. Точні ефемериди стають доступними приблизно через 2 тижні після збору даних і мають точність менше 5 см і 0.1 нс.

Точні ефемеріди можна завантажити з сервера NASA:
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product/

Швидкі ефемеріди (Rapid products)

Швидкі ефемериди обчислюються за тим самим принципом, що й точні ефемериди, проте при обробці використовується менший набір даних. Швидкі орбіти, зазвичай, “викладаються” на служби міжнародних агентств наступного дня. Точність швидких ефемерид становить 5 см та 0.2 нс.

Швидкі ефемеріди можна завантажити з сервера IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Передбачені або ультрашвидкі ефемериди (Ultrarapid products)

Ультрашвидкі ефемериди передаються, як і передані ефемериди, але оновлюються вони двічі на день. Іноді їх називають ефемеріди в реальному часі. Це можна пояснити тим фактом, що їх використовують як і передані ефемериди, але для додатків у реальному часі. Точність ультрашвидких ефемерид становить ~ 25 см та ~ 5 нс.

Ультрашвидкі ефемериди можна завантажити з сервера IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

А чи потрібні нам точні ефемеріди?

Щоб відповісти на це питання, давайте встановимо зв'язок між точністю ефемерид і точністю рішення GPS вектора. Припустимо, йдеться про базову лінію завдовжки 10 км. Ми обробляємо лінію, використовуючи при цьому передані ефемериди (точність 2.60 м). У цьому випадку, очікувана точність дорівнюватиме (10 км /20000 км) * 2.60м = 1.3 мм. Якщо довжина базової лінії дорівнюватиме 100 км, помилка зросте до 13 мм. Ці цифри дозволяють зробити висновок, що на коротких базових лініях (до 100 км) використання переданих ефемерид є більш ніж достатнім.

Взагалі, можна говорити про те, що у зв'язку з розвитком системи GPS потреба в точних ефемеридах дещо зменшилася. Наприклад, ще кілька років тому помилка переданих ефемерид становила 20 м, при цьому помилка виміру на 10 км базисі склала б 1 см.

Навіщо використовувати точні ефемеріди?

По-перше, слід пам'ятати, що величини помилок, які наводилися раніше, справедливі для ліній, мають фіксовані рішення. Однак на лініях близько 50 км і вище, дуже важко отримати фіксоване рішення, використовуючи передані ефемеріди. Використання точних ефемерид значно підвищує шанси отримати фіксоване рішення.

По-друге, давно відомо, що висота за допомогою GPS визначається менш точно, ніж планові координати. Тому, при роботах, які потребують якіснішого визначення висоти, рекомендується використовувати точні ефемериди.

По-третє, треба пам'ятати про те, що передані ефемериди тільки припущенняпро те, де мають бути супутники. Іноді можуть виникнути ситуації, коли в переданих ефемерид містяться помилки, які не можуть не позначитися на якості рішення базової лінії. Виходом з такої ситуації може бути використання швидких ефемерид, через добу після виконання спостережень.

Де я можу знайти точні ефемеріди?

Існує багато джерел, де можна безкоштовно знайти різні типи ефемеріду. Як приклади можна навести сайт Міжнародної Геодинамічної Служби (IGS):
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

Який найпоширеніший формат точних ефемерид?

Точні ефемеріди доступні у двох стандартних форматах: SP3(ASCII формат) та E18(Бінарний формат). Більшість професійних програм обробки GPS вимірювань безпосередньо підтримують один з цих двох форматів (наприклад, підтримує обидва типи точних ефемерид, наприклад перекладача). За потреби можна скористатися утилітою з перекладу між цими двома форматами.

І хотів би зробити свій внесок у цю справу. В одному з коментарів до вищезгаданої статті миттєво зачіпається розмова про ефемерідні теорії, такі як DE та інші. Однак таких теорій існує безліч, і ми розберемо одні з найбільш значущих на мій погляд.

Що це таке?

Для того, щоб точно розраховувати положення небесних тіл, потрібно враховувати якнайбільше факторів, що обурюють. Аналітичного рішення для системи більше двох немає (виняток - приватні рішення Лагранжа), тому рівняння руху тіл вирішують чисельно, але навіть з урахуванням нових методів чисельного інтегрування (таких, як метод Еверхарта) процедура ця дуже затратна, і якщо досить точне рішення на невеликий Проміжок часу під силу середньостатистичного ПК, інтегрування на глобальних часових діапазонах - складна і трудомістка задача. тому проблему вирішили наступним чином: знайти положення небесних тіл за допомогою інтегрування та апроксимувати ці положення якоюсь функцією, і на виході отримати коефіцієнти для цієї функції. Саме набір цих коефіцієнтів і називають, зазвичай, ефемеридною теорією.

DE

Напевно, це найпопулярніші теорії руху небесних тіл. Поява цієї теорії пов'язана з розвитком космічної техніки та необхідності точного розрахунку становища планет для місій АМС. На сьогоднішній день існує величезний список версій цієї теорії. Найпопулярніша з них – DE405. Про цю теорію можна почитати тут: http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_export
Коефіцієнти поділені на тимчасові блоки, тобто. для окремої доби – окремі коефіцієнти.
Формула для цих коефіцієнтів – поліном Чебишева. До речі, саме поліном Чебишева є одним із найбільш підходящих для створення ефемеридної теорії. Принцип роботи з такими поліномами описано у книзі О. Монтебрука – «Астрономія на персональному комп'ютері» (Rutracker.org)

Де отримати?

Це лежить на ftp сайту NASA. У текстовому форматі ASCII:ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/
Тут, мабуть, варто дещо прокоментувати. Зайшовши, наприклад, у цю папку, ми побачимо файл приблизно такого виду: ascp1600.403, неважко зрозуміти, що це коефіцієнта на епоху 1600 року, а версія теорії DE403.
У таких файлах є три стовпці-кожний з них відповідає координаті у просторі.
Однак, подивившись розмір цих файлів, стане зрозуміло, що використовувати їх у роботі не зручно. Тому є їхні бінарні версії: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/

Як застосувати?

Ось ми і отримали необхідний нам бінарник, але питання: що з ним робити? На щастя, на ftp є приклади реалізації програм різними мовами: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/

VSOP 87

Ця теорія, звичайно, не така популярна, як попередня, однак, саме її я можу рекомендувати для початківців. Є головний недолік цієї теорії - в ній описані положення лише планет та Сонця. Вигляд формули цієї теорії - тригонометричний ряд.

Де отримати?

Це простіше простого, просто зайти на сайт та вибрати в налаштуваннях потрібну мову, формат даних.
Саме в простоті отримання і полягає головна перевага цієї ефемеріди.
Маючи готовий код, думаю багато хто з нас уже може з ним щось зробити. Але, якщо все ж таки потрібна невелика підказка щодо нього, то можете звернутися сюди

EPM

Про цю ефемеридну теорію дуже мало згадок. Вона створена Інституті Прикладної Астрономії РАН. Існують три версії цієї теорії, відповідно EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.

Де отримати?

Вихідники знаходяться на ftp ІПА РАН: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/. Назва папки відповідає версії теорії. У кожній теорії є відповідно бінарник та текстовий файл, як це реалізовано у DE. І тут також текстові файли важать чимало, тому варто користуватися бінарниками.

Як застосувати?

Саме ця теорія, схожа одна зі складних сміхів у реалізації. Проте її розробники подбали про нас і навели кілька прикладів різними мовами: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/ .
Теорія сама побудована на поліномах Чебишева, вони також досить добре описані .

Нотатки про точність

Варто відзначити, що не всі теорії найбільш точні. Найменш точна з усіх, перелічених вище - VSOP87. DE та EPM досить точні, варто зазначити, що остання враховує релятивиські ефекти. Однак, майже для всіх прикладних завдань, які я досі вирішував, використовувалася VSOP 87, справа в тому, що хоч її точність кульгає, проте це не помітно при порівнянні з елементарними спостереженнями (можливо відхилення на десяті, соті кутовий секунди).

На закінчення

Трохи скажу на додаток щодо теорії EPM. Про цю теорію я дізнався з особистої розмови, вона відома в досить вузьких колах, і їй користується небагато користувачів, мабуть це якось пов'язано з незацікавленістю інституту у поширенні цієї теорії в широких колах, іншого пояснення мені на думку не спадає, бо вона цілком конкурентно здатна по відношенню до інших теорій.

Точність місцезнаходження в навігаційній системі обмежена через вплив різних факторів. Їх можна поділити на дві групи. Помилки в розрахунках розташування супутників та вплив атмосфери (тропосфери та іоносфери) на швидкість радіосигналу.

Як мовилося раніше, навігаційні супутники грають роль радіомаяків, передаючи сигнали точного часу і координати. Супутники нічого не знають про своє місцезнаходження. Їхні координати визначає сектор управління і в результаті розраховує орбітальні характеристики - ефемеріди. Ці ефемериди (набір чисельних коефіцієнтів) завантажуються на супутник, який передає їх разом з рештою навігаційної інформації. Приймач GPS приймає сигнал із супутника та розраховує його координати, використовуючи отриманий набір орбітальних коефіцієнтів. Ці коефіцієнти (ефемериди) провідна станція уточнює кілька разів на день у міру потреби. Проте розрахункові координати виходять неточними. Розташування супутника визначається помилкою. Чому?

Якби Земля мала форму кулі з рівномірною по глибині щільністю та інших впливів на супутник не було, то він рухався б строго по тому самому еліпсу відповідно до Першого закону Кеплера. Але форма Землі відрізняється від кулі, крім того, на супутник діють Сонце та Місяць, а також негравітаційні фактори. Тому параметри еліпса постійно змінюються. Це призводить до помилок у розрахунках. Ось таблиця різних впливів на супутник у порядку їх спадання (А.Л. Геніке, Г.Г. Побединський «Глобальні супутникові системи…», 2004):

Таблиця 1. Вплив різних збурень на рух навігаційного супутника

Перше за списком – центральне поле Землі. Завдяки йому супутник і рухається еліпсом з прискоренням 0,565 м/с 2 . Таке прискорення вільного падіння висотою 20,2 тис. км. Гравітація - це завжди тяжіння, тому першої (дипольної) поправки гравітаційного поля немає. Йде одразу друга зональна гармоніка. Вона вносить обурення удесятеро тисяч разів менше: 5,3×10 – 5 м/с 2 . В результаті, за 1 годину супутник може відхилитися на 300 метрів від розрахункової траєкторії. А за 3 години – вже на 2 км., оскільки помилка зростає нелінійно.

Гравітаційний вплив Місяця на порядок менший, Сонця - ще в 2 рази менше. З негравітаційних впливів першому місці стоїть сонячна радіація (сонячний вітер). Гравітаційні аномалії спричинені нерівномірним розподілом мас усередині Землі (див. фото вгорі). Вони за годину відхиляють супутник на 6 см. Місячні та сонячні припливи також роблять свій внесок у перерозподіл мас на поверхні Землі. Незважаючи на свою відносну дещицю, вони за два дні можуть відхилити супутник від розрахункової орбіти на 2 метри.

Керуючий сектор орієнтується на ці дані, але не використовує їх у своїх розрахунках. Усі ефемериди розраховуються виключно з спостережень. При розрахунку орбітального руху прийнято вважати, що супутник рухається строго еліпсом, немовби немає жодних обурень. Ця орбіта називається оскулюючою. Через мінімальний проміжок часу параметри орбіти змінюються, і супутник рухається інакше еліпсу. І так далі. Таким чином, весь ефект від збурень зводиться виключно до безперервної зміни параметрів еліпса, що оскулює.

Завдяки численним спостереженням за рухом супутників провідна станція підбирає математичну модель, яка здатна розрахувати цей рух з найменшими помилками. Чисельні коефіцієнти моделі (ефемеріди) регулярно оновлюються та завантажуються на супутники тричі на день. Крім цього, ефемериди уточнюються щогодини.

Важливо, що навігаційна система постійно розвивається. Координати опорних станцій уточнюються. Використовуючи опорні станції з більш точними координатами, можна точніше визначити ефемеріди супутника і так далі.

Тим не менш, сучасні помилки у визначенні ефемерид супутників призводять до помилок у розрахунку їх координат на рівні 10-20 метрів. На перший погляд це здається багато. Це так, якщо визначати координати розташування абсолютним (прямим) способом. Але в навігаційній системі використовується диференціальний (відносний) спосіб позиціонування (див. тут). Завдяки цьому способу вдається підвищити точність визначення координат у сто разів і більше.

Така точність вже достатньо навіть щодо більшості геодезичних робіт. Але, скажімо, для вивчення руху земної кори потрібно ще більш висока точність. У цих випадках використовуються не ефемериди, що передаються радіоканалом супутника, а їх суттєво уточнені значення, отримані в результаті наступних спостережень. Тривалі спостереження за орбітами супутників дозволяють уточнити значення ефемерид у минулому. Ці уточнені значення накопичуються у спеціальному банку, що діє у США за національної геодезичної служби (NGS).

ГОСТ Р 56410-2015

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Глобальна навігаційна супутникова система

МЕТОДИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ВИКОНАННЯ ГЕОДЕЗИЧНИХ РОБОТ

Загальні вимоги до центрів точних ефемерид

Global navigation satellite system. Методи і технології geodetic works. General requirements for precise ephemeris centers

ГКС 07.040

Дата введення 2016-01-01

Передмова

1 РОЗРОБЛЕН Акціонерним товариством "Науково-технічний центр сучасних навігаційних технологій "Інтернавігація" (АТ "НТЦ "Інтернавігація"), Федеральною державною бюджетною установою вищої професійної освіти "Московський державний університет геодезії та картографії" (МІІГАіК) та Федеральною державною бюджетною установою " -технічний центр геодезії, картографії та інфраструктури просторових даних"

2 ВНЕСЕН Технічним комітетом зі стандартизації ТК 363 "Радіонавігація"

3 ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Наказом Федерального агентства з технічного регулювання та метрології від 28 травня 2015 р. N 456-ст

4 ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ

Правила застосування цього стандарту встановлені вГОСТ Р 1.0-2012 (Розділ 8). Інформація про зміни до цього стандарту публікується у щорічному (станом на 1 січня поточного року) інформаційному покажчику "Національні стандарти", а офіційний текст змін та поправок - у щомісячному інформаційному покажчику "Національні стандарти". У разі перегляду (заміни) або скасування цього стандарту відповідне повідомлення буде опубліковано у найближчому випуску щомісячного інформаційного покажчика "Національні стандарти". Відповідна інформація, повідомлення та тексти розміщуються також в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет (www.gost.ru)

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на методи та технології виконання геодезичних робіт з використанням глобальних навігаційних супутникових систем та встановлює загальні вимоги до центрів точних ефемерид.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використано нормативні посилання на такі стандарти:

ГОСТ 22268-76 Геодезія. терміни та визначення

ГОСТ Р 52928-2010 Супутникова система навігаційна глобальна. терміни та визначення

ГОСТ Р 53864-2010 Глобальна супутникова навігаційна система. Мережі геодезичні супутникові. терміни та визначення

Примітка - При користуванні цим стандартом доцільно перевірити дію стандартів посилань в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання та метрології в мережі Інтернет або за щорічним інформаційним покажчиком "Національні стандарти", який опублікований станом на 1 січня поточного року та за випусками щомісячного інформаційного покажчика "Національні стандарти" за поточний рік. Якщо замінений стандарт посилання, на який дано недатоване посилання, рекомендується використовувати діючу версію цього стандарту з урахуванням усіх внесених до цієї версії змін. Якщо замінений стандарт, на який дано датоване посилання, то рекомендується використовувати версію цього стандарту із зазначеним вище роком затвердження (прийняття). Якщо після затвердження цього стандарту до посилального стандарту, на який дано датоване посилання, внесено зміну, що стосується положення, на яке дано посилання, то це положення рекомендується застосовувати без урахування цієї зміни. Якщо стандарт посилається без заміни, то положення, в якому дано посилання на нього, рекомендується застосовувати в частині, що не зачіпає це посилання.

3 Терміни, позначення та скорочення

3.1 У цьому стандарті застосовані терміни за ГОСТ 22268, ГОСТ Р 53864, ГОСТ Р 52928.

3.2 У цьому стандарті використані такі позначення та скорочення:

ВДС - високоточна геодезична мережа Російської Федерації;

ГЛОНАСС – глобальна навігаційна супутникова система Російської Федерації;

ГНСС – глобальна навігаційна супутникова система;

СГС-1 – супутникова геодезична мережа 1 класу;

СКП – середньоквадратична похибка;

ФАГС – фундаментальна астрономо-геодезична мережа Російської Федерації;

ЦТЕ – центр точних ефемерид;

Final ефемериди - фінальні ефемериди, що обчислюються в IGS;

GPS – глобальна навігаційна супутникова система Сполучених Штатів Америки;

IERS - міжнародна служба обертання Землі та систем координат;

IGS – міжнародна служба ДПСС;

РРР – високоточне місцевизначення;

Rapid ефемеріди - термінові ефемериди, що обчислюються в IGS;

RINEX - обмінний формат файлів даних супутникових навігаційних приймачів, який залежить від типу приймача;

SP3 – стандартний формат орбітальної інформації;

Ultra-Rapid ефемеріди - надстрокові ефемериди, що обчислюються в IGS.

4 Загальні положення

4.1 Точні ефемериди супутників ДПС містять відомості про місцезнаходження супутника на орбіті, що отримуються після проведення траєкторних вимірювань і описують його реальний рух.

4.2 Точні ефемериди супутників ДПС повинні забезпечувати:

- Побудова державних супутникових геодезичних мереж (ФАГС, ВГС, СГС-1), а також закріплення, поширення та уточнення прийнятих систем координат;

- Визначення просторового становища об'єктів у державних системах координат з високою точністю (кілька міліметрів СКП) при вирішенні геодезичних завдань на великі відстані (до декількох тисяч кілометрів);

- ефективне застосування диференціальних систем, заснованих на відносних (різнисних) координатних визначеннях, з метою точної навігації, коли допустима похибка навігаційних визначень у режимі реального часу не повинна перевищувати 1 м або навіть менших значень;

- реалізацію сучасних методів визначення координат за спостереженнями супутників ДПС з використанням технології РРР, що дозволяють визначати місце розташування в режимі реального часу із СКП від 0,1 до 0,2 м.

4.3 Забезпечення споживача точними ефемерид здійснюється центрами точних ефемерид.

Зразкова схема типового ЦТЕ наведено малюнку 1.

Малюнок 1 - Схема центру точних ефемерид

5 Вимоги призначення

5.1 Центр точних ефемерид призначений для обчислення та надання споживачеві точних ефемерид супутників ГНСС ГЛОНАСС, що включають оперативно уточнені (надстрокові), уточнені (термінові) та точні (фінальні) ефемериди, а також накопичення та надання супутникових вимірювань пунктів ФІН.

При визначенні ефемерид використовуються фазові вимірювання, виконані двочастотною геодезичною супутниковою апаратурою на пунктах ГНСС-спостережень, що постійно діють (пункти ФАГС).

5.2 Основні завдання ЦТЕ:

- оперативне отримання вимірювальної інформації каналами електронного зв'язку з пунктів ФАГС та міжнародних пунктів ГЛОНАСС/GPS-спостережень (в т.ч. пунктів IGS);

- обробка та декодування вимірювальної інформації з метою контролю якості вимірювань, що надійшли, виявлення грубих помилок та переведення вимірювальних файлів у загальний формат, необхідний для подальшого обчислення визначених параметрів;

- Нагромадження результатів спостережень у вихідному або первинно обробленому вигляді (ведення архіву даних);

- аналіз та математична обробка щодобових файлів вимірювань з усіх станцій мережі з метою обчислень орбітальних параметрів супутників ДПС та параметрів обертання Землі з роздільною здатністю від кількох годин до двох діб;

- уточнення бортових ефемерид;

- спільна обробка отриманих даних та обчислення точних ефемерид супутників ГЛОНАСС;

- оформлення та видача споживачам даних з точними ефемеридами каналами зв'язку;

- обчислення координат та швидкостей руху пунктів ФАГС та IGS з дозволом (1-3) міс;

- інформаційна взаємодія з міжнародними центрами аналізу, що входять до складу IGS, IERS та ін. для обміну даними з метою контролю та можливого кооперування у визначеннях точних ефемерид ГЛОНАСС;

- здійснення наукової та аналітичної діяльності, що включає розробку та узгодження форматів подання та методик обробки супутникової інформації.

6 Вимоги до апаратно-програмного забезпечення

6.1 Апаратна частина ЦТЕ включає:

- сервер, що володіє досить високою швидкодією, великим обсягом оперативної та дискової пам'яті та засобами виходу у зовнішні мережі через Інтернет;

- автоматизовані робочі місця обробки даних з урахуванням персональних комп'ютерів, об'єднані локальної обчислювальної мережею;

- засоби архівації та довготривалого зберігання даних;

- засоби відображення вихідних даних та підготовки можливих бюлетенів для споживачів;

- апаратура резервування, що забезпечує безперебійну роботу ЦТЕ.

6.2 Програмно-математичне забезпечення ЦТЕ включає такі компоненти:

- програми управління локальною обчислювальною мережею, що забезпечує узгоджену роботу всіх засобів ЦТЕ;

- Набір програм управління апаратурою обміну даними по зовнішніх каналах;

- Програми обслуговування бази даних;

- програми обробки результатів спостережень та обчислення ефемерид супутників;

- програмні засоби для математичної обробки результатів спостережень та обчислень параметрів обертання Землі;

- Програми підготовки вихідних даних для споживачів;

- Програми, що забезпечують функціонування сайту ЦТЕ.

7 Вимоги до вихідних даних

7.1 До складу вихідних даних ЦТЕ входять ефемериди супутників ДПС наступних видів:

- оперативно уточнені (аналог Ultra-Rapid ефемеріду);

- уточнені (аналог Rapid ефемерид);

- Точні (аналог Final ефемерид).

7.2 Ефемериди, що видаються ЦТЕ, обчислюються за вимірюваннями, виконаними на пунктах ДПС-спостережень світової мережі, що постійно діють, і пунктах ФАГС. Розподіл пунктів спостережень по земній кулі, по можливості, має бути рівномірним. Постійно діючі пункти спостережень (пункти ФАГС) повинні мати точні координати геоцентричної системі координат, величина середньої квадратичної похибки взаємного положення пунктів становить порядку (0,01-0,03) м.

7.3 Затримка часу видачі становить:

- для оперативно уточнених (надстрокових) ефемерид – від 3 до 9 год;

- для уточнених (термінових) ефемерид – від 17 до 41 год;

- для точних (фінальних) ефемерид – від 12 до 18 діб.

7.4 Точні ефемериди повинні забезпечувати визначення координат супутників ДПС з точністю порядку (0,05-0,10) м.

7.5 Результати обчислення ефемерид подаються у вигляді файлів у форматі SP3, прийнятому в міжнародних та національних центрах супутникових даних.

7.6 Файли вимірювань пунктів ФАГС, зберігаються у базі даних і надаються споживачеві однією з версій формату RINEX , .

7.7 Обчислені ефемериди розміщуються на сайті ЦТЕ, а також надаються споживачеві за Інтернет-адресою або за запитами.

Бібліографія


	Стандартний розширений формат орбітальної інформації SP3-с (версія 3)
	RINEX: Апаратнонезалежний формат обміну даними (версія 2.11)
	RINEX: Апаратнонезалежний формат обміну даними (версія 3.02)


УДК 629.783 ::006.354

Ключові слова: глобальна навігаційна супутникова система, центр точних ефемерид, загальні вимоги, пункт, що діє, супутникова геодезична мережа

Електронний текст документа
підготовлений АТ "Кодекс" і звірений за:
офіційне видання

М: Стандартінформ, 2015