Эфемеридное обеспечение GPS и ГЛОНАСС

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение........................................................................................................ 2

 

1. Описание исходных данных.....................................................................3

  1.1 Описание сети постоянно действующих станций IGS. Общие сведения о станции ZECK,Зеленчукская .......................................................................3

  1.2 Сведения о RINEX-формате..................................................................4

     1.2.1 Навигационное  сообщение ГЛОНАСС..........................................5

     1.2.2 Навигационное  сообщение GPS.....................................................5

     1.2.3 Файл ГНСС-наблюдений................................................................5

 

2.Теоретическая часть. Эфемеридное обеспечение GPS и ГЛОНАСС.....5

  2.1 Бортовые эфемериды  GPS ....................................................................5

  2.2 Бортовые эфемериды  ГЛОНАСС.........................................................5

  2.3 Продукты IGS-точные эфемериды.......................................................6

     2.3.1 Виды точных  эфемерид, время публикации, точность.................6

     2.3.2 Формат  эфемерид SP3......................................................................7

 

3. Практическая часть. Результаты  вычислений.........................................7

  3.1 Планирование ГНСС-наблюдений. Выбор спутников.......................8

  3.2 Результаты вычисления  координат спутников на момент наблюдения………………………………………………………………………..8

     3.2.1 Вычисление  координат спутников GPS. Алгоритм, результаты, рисунок небесной сферы.........................................................................................8

     3.2.2 Вычисление  координат спутников ГЛОНАСС. Алгоритм, результаты, рисунок небесной сферы..................................................................10

  3.3 Алгоритм и результаты  вычисления положения пункта  абсолютным методом......................................................................................................................

  3.4 Анализ результатов (оценка точности, геометрического фактора, сравнение результатов, полученных по GPS и ГЛОНАСС, сравнение результатов получения координат одного и того же пункта, но в разное время (для разных вариантов) ………………………………………….........................

 

Заключение.....................................................................................................

 

Список использованной литературы..........................................................

 

Приложения.....................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Целью данной курсовой работы является определение координат пункта с помощью абсолютного метода по измеренным псевдодальностям и вычисленным эфемеридам спутников. 
         За день вычисления была выбрана дата - 14 января 2014 года.  
Для планирования ГНСС-наблюдений использовалось программное обеспечение Trimble Geomatics Office. Все вычисления, как для GPS, так и для ГЛОНАСС проводились в программной среде Microsoft Excel.

Для пункта постоянно действующей ГНСС-станции на дату варианта было необходимо найти:

- файл измерений в RINEX- формате;

- файлы навигационного  сообщения в RINEX-формате;

- файл точных эфемерид  в формате sp3;

- альманах ГНСС.

С этими исходными данными следует:

- выполнить планирование  спутниковых измерений на дату  наблюдений, выбрать момент наблюдения, подобрать несколько спутников (6-7) GPS и столько же ГЛОНАСС с наилучшим расположением на небесной сфере в точке наблюдения; 

- вычислить прямоугольные  координаты спутников в общеземной  системе координат (ОЗСК) на момент  наблюдения;

- изобразить положение  спутников на небесной сфере  для пункта наблюдения;

- вычислить положение  пункта наблюдения абсолютным  методом по измеренным псевдодальностям до выбранных спутников;

- сделать оценку точности  и анализ полученных результатов.

 

 

 

1. ОПИСАНИЕ ИСХОДНЫХ  ДАННЫХ.

 

1.1 Описание сети  постоянно действующих станций IGS. Общие сведения о станции ZECK,Зеленчукская.

Глобальная система IGS станций слежения за спутниками , центров обработки данных и аналитических центров, помещает данные GPS высокого качества и другие данные on-line в режиме реального времени , для целей научных и инженерных приложений и исследований широкого диапазона. 
 
IGS собирает  архивы и распространяет  наборы данных GPS-наблюдений с достаточной точностью , чтобы удовлетворить целям широкого спектра приложений и экспериментов. В частности, уровень точности продуктов IGS достаточен для улучшения и расширения Международной земной системы отсчета ( ITRF ) , мониторинга деформаций твердой Земли, мониторинга вращения Земли и изменений в жидкой Земле ( на уровне моря, ледовых щитов и т.д.), для научных определений спутниковых орбит, мониторинга ионосферы и восстановления измерений осаждаемого водяного пара . 
Эти наборы данных используются для создания следующих продуктов: 
    Спутниковые GPS эфемериды 
    Спутниковые ГЛОНАСС эфемериды 
    Параметры вращения Земли 
    Координаты и скорости станции слежения IGS  
    Спутниковое слежение станции  GPS и IGS  
    Зенитная топоцентрическая ионосферная задержка 
Данная информация была взята с официального сайта IGS [2]

Общие сведения о станции ZECK, Зеленчукская.

Местоположение: Зеленчукская, Карачаево-Черкесия,РФ

 Примерное положение (ITRF)  
        Координата Х (м): 3451175,15  
        Y координат (м): 3060335,95  
        Z координат (м): 4391955,97  
        Широта (N): 43°17’18,21’’  
        Долгота (Е +): 41°33’54,23 ‘’ 
        Высота (м, эллипсоидальная): 1166,8 м

Тип приемника: THERMOCAP 
Производитель: Vaisala Oyi , Финляндия 
Серийный Номер : D5130011 
Интервал Выборки Данных : 900 
Точность : 0.3 
Стремление : естественное 
Высота Diff для Ant : 2 
Дата калибровки : 2011-01-01 
Даты вступления в силу : 2011-10-04 
Примечания : точная дата калибровки: в 2011 году не известно.

Местоположение приемника: Турция,Адана

1.2 Сведения о  RINEX-формате.

RINEX - (The Rceiver Independent Exchange Format) - Аппаратнонезависимый формат обмена навигационными данными.

Первая документация формата RINEX версии 2 была издана В. Гуртнером (W. Gurtner) и Г. Мадером (G. Mader) в журнале "CSTG GPS Bulletin" за сентябрь/октябрь 1990 года. Главной причиной новой редакции явилась новое представление закодированных данных форматом RINEX.

Предпосылкой для разработки аппаратнонезависимого формата обмена навигационными данными (Receiver Independent Exchange Format, RINEX) было упрощение обмена GPS данными, которые были собраны в течение большой Европейской кампании "GPS EUREF 89" с помощью более чем 60 приемников четырех различных производителей. Главным подходом к разработке формата был следующий факт:

Большая часть геодезического программного обеспечения обработки данных GPS использует определенный набор наблюдений:

• фазовые измерения на одной или двух несущих частотах (в действительности, являющиеся результатом измерения биений частоты между принятой несущей спутникового сигнала и генерируемой приемником опорной частоты).
• измерения псевдодальности (кода), которые соответствуют разности между временем получения (выражаемого в единицах времени приемника) и временем передачи (выражаемого в единицах времени спутника) отдельных сигналов спутника.
• время наблюдения считывается с часов приемника в момент измерения фазы несущей и/или кода.

Обычно, в программном обеспечении заложено, что время наблюдения соответствует фазовым и кодовым измерениям, и используется для всех наблюдаемых спутников.

Следовательно, все эти программы не нуждаются в информации, которая обычно записывается приемником. При обработке необходимыми являются: фаза, код и время, определение которых дано выше, и некоторая информация относительно станции, такая как название станции, высота антенны и др.

Формат содержит семь типов ASCII-файлов:

1. Файл данных наблюдений- zeck0140.140

2. Файл навигационных  сообщений GPS- zeck0140.14n

3. Файл метеорологических  данных

4. Файл навигационных  сообщений ГЛОНАСС- zeck0140.14g

5. Файл навигационных  сообщений GEO

6. Файл данных часов  спутников и приемников

7. Файл широкозонной корректирующей информации SBAS

Для решения поставленных задач использованы: файл навигационных сообщений GPS (BRD20200.14N), файл измерений (BRD20200.14O), файл навигационных сообщений ГЛОНАСС (BRD20200.14G). В общем виде данные файлы можно записать так:

*.ggo – файл измерений,

*.ggn – навигационное сообщение GPS,

*.ggg – навигационное сообщение ГЛОНАСС, где «gg» – последние две цифры года.

 

1.2.1 Навигационное сообщение GPS

Навигационное сообщение GPS состоит из базы сложных точных эфемерид, которые после получения со спутника требуют дальнейшей обработки по рядам формул. Только после обработки данных можно получить координаты.

В работе использовался файл zeck0140.14n (См.приложение В,Г)

 

 

1.2.2 Навигационное сообщение ГЛОНАСС

Навигационное сообщение ГЛОНАСС содержит более простые бортовые эфемериды, чем GPS.

Со спутника на приемник доходит информация по X,Y,Z координатам, их скорости и ускорение и др.

В работе использовался файл zeck0140.14g (См.приложение А,Г)

1.2.3 Файл ГНСС-наблюдений

Файл ГНСС-наблюдении в заголовке содержит информацию о типе файла (O для файлов наблюдений) , спутниковой системе (G-GPS R-ГЛОНАСС,E-Galileo,S-геостационарные спутники, М- смешанный), имя программы и агентства создавшего этот файл, дату создания файла, номер приемника (тип и версия), информацию об антенне (номер и тип), примерные координаты пункта (X,Y,Z), имя пункта, номер пункта, высоту антенны,

Само сообщение несёт в себе дату, перечисление видимых на момент измерения спутников, волновые множители (L1,L2), псевдодальность (C), псевдодальность (P-код, P2-код), фазу несущей частоты (L), доплеровский сдвиг (D).

В работе использовался файл zeck0140.140 (См.приложение Д)

 

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ. ЭФЕМЕРИДНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ  GPS И ГЛОНАСС

 

Эфемеридное обеспечение поддерживается комплексом технических и программных средств, выполняющих контроль орбит спутников с нескольких наземных контрольные станций, обработку результатов траекторных измерений и расчет эфемеридной информации, передаваемой далее с помощью загрузочных станций на спутник. Данные бортовых эфемерид загружаются на борт спутника после того как на контрольной станции будут расчитаны начальные условия движения.

2.1 Подсистема  контроля и управления

Подсистема контроля и управления представляет собой комплекс наземных средств (командно-измерительный комплекс — КИК), которые обеспечивают наблюдение и контроль за траекториями движения спутников, качеством функционирования их аппаратуры; управление режимами ее работы и параметрами спутниковых радиосигналов, составом, объемом и дискретностью передавае­мой со спутников навигационной информации, стабильностью бортовой шка­лы времени и др.

Обычно КИК состоит из координационно-вычислительного центра, (КВЦ), станций траекторных измерений и управления (СТИ), системной (наземного) эталона времени и частоты (СЭВЧ).                      

Периодически при полете спутника в зоне видимости СТИ, происходит наблюдение за спутником, что позволяет с помощью КВЦ определять и прогнозировать координатную и другую необходимую информацию. Затем эти данные вкладывают в память бортовой ЭВМ и передают потребителям в служебном сообщении в виде файлов соответствующего формата.

 

2.2 Бортовые эфемериды GPS

Данные бортовых эфемерид GPS публикуются с интервалом 60 минут.

Секция заголовка и первая запись данных содержит номер спутника, эпоху, сдвиг часов спутника, скорость ухода часов и ускорение ухода часов.

Далее следуют строки с информацией со спутника:

IODE - идентификатор;

Crs, Crc - возмущение в радиус-векторе;

Delta n - изменение среднего движения спутника;

  - средняя аномалия на эпоху эфемерид;

Cuc, Cus - возмущение в аргументе широты; 

e - ексцентриситет орбиты;

sqrt(A) - корень из большой полуоси орбиты;

Toe - время эфемерид;

Cic, Cis - возмущение наклонения;

OMEGA - долгота восходящего узла;

omega - аргумент перицентра;

  - наклон орбиты на эпоху эфемерид;

OMEGA DOT - дрейф восходящего узла;

IDOT - дрейф наклона орбиты; коды в диапазоне L2;

Номер GPS-недели;

флаг данных L2 P;

точность положения спутника;

исправность спутника;

время передачи сообщения;

интервал аппроксимации орбиты.

Бортовые эфемериды берутся в Информационно аналетическом центре GPS

2.2 Бортовые эфемериды  ГЛОНАСС

Данные бортовых эфемерид ГЛОНАСС публикуются с интервалом 30 минут.

   Поскольку навигационные  сообщения ГЛОНАСС очень сильно  отличаются по содержанию от  навигационных сообщений GPS, то был  определен специальный формат  навигационных файлов ГЛОНАСС.