Эфемеридное обеспечение GPS и ГЛОНАСС

   Секция заголовка  и первая запись данных (эпоха, информация о часах спутника) подобна навигационному файлу GPS. Последующие записи содержат  позицию спутника, скорость и ускорение, уход часов и частоты, а также вспомогательную информацию: исправность, частоту спутника (канал), возраст информации.

Бортовые эфемериды берутся в Информационно аналетическом центре ГЛОНАСС.

 

2.3 Продукты IGS-точные эфемериды

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

2.3.1 Виды точных эфемерид, время публикации, точность

Точные эфемериды подразделяются по виду измерений:

 

Таблица 1

GPS	Транслируемые. точность времени со спутника ~ 5 н.сек; точность орбиты ~ 100 см; задержка - в реальном времени; обновления -  нет; интервал публикации - ежедневно.
	Сверхбыстрые (на половину прогнозируемый). точность времени со спутника ~ 3н.сек;  точность орбиты ~ 5см;  задержка - в реальном времени;  обновления - в 03h, 09h, 15h, 21h по всемирному времени;  интервал публикации - 15 мин.
	Сверхбыстрые. ( на половину измеренные).  точность времени со  спутника ~ 150п.сек;  точность орбиты ~ 3см;  задержка - 3-9 часов;  обновления - в 03h, 09h, 15h, 21h по всемирному времени;  интервал публикации - 15 мин.
	Быстрые. точность времени со спутника ~ 75п.сек;  точность орбиты ~ 2,5см;  задержка - 17-41 часов;  обновления - в 17 часов по всемирному времени ежедневно;  интервал публикации - 5/15 мин.
	Конечные. точность времени со спутника ~ 75сек;  точность орбиты ~ 2,5см;  задержка - 12-18 дней;  обновления - каждый четверг;  интервал публикации - 15 мин.
ГЛОНАСС	Конечные. точность орбиты ~ 3см;  задержка - 12-18 дней;  обновления - каждый четверг;  интервал публикации - 15 мин.

 

Данная информация была взята с официального сайта IGS[9]

 

2.3.2 Формат эфемерид  SP3

Комбинация номер GPS-недели и день недели определяет имя файла точных эфемерид igsnnnnd.sp3;

igs – название организации, выпускающей эфемеридный файл.

nnnn - номер GPS недели.

d - номер дня в неделе.

.sp3 - расширение формата эфемерид ASCII (открывается любым текстовым редактором).

В файле igs содержатся точные координаты спутников GPS на разный момент времени, в igl - точные координаты спутников ГЛОНАСС (см. приложение)

 

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫЧИСЛЕНИЙ

3.1 Планирование  ГНСС-наблюдений. Выбор спутников

Воспользовавшись программной утилитой Planning в ПО Trimble Business Center, выполнили планирование видимости спутников на заданную дату (14.01.14).

Порядок выполнения планирования в Trimle Business Center был следующим:

• Запуск утилиты «Planning».
• Загрузка альманаха.
• Настройка станции: название (BRD2), координаты (долгота – 83о, широта – 55о), высота станции (100м), дату (20.01.2014), время наблюдения (UTC = 9:00), маску по высоте – 15 градусов, часовой пояс – UTC(+7). Продолжительностью 1 час с интервалом 10 минут.
• Планирование выполнялось дважды: сначала для выбора спутников GPS и ГЛОНАСС, затем для контроля правильности вычисления азимута и высоты спутников.
• Для каждого случая выводили графики: количество спутников, небесная сфера с треками спутников.
• Выбрали и записали номера 6 спутников GPS и 6 спутников ГЛОНАСС, с наилучшей геометрией. Выбранные спутники - GPS: G31,G32,G17,G20,G1,G22. ГЛОНАСС: R5,R6,R7,R9,R15,R16.

 

3.2 Исходные данные

В качестве исходных данных были взяты файлы измерений на пунктах сети ПДБС (постоянно действующих базовых станций). Файлы были скачаны с сайта ОАО «Инжгеодезия»[6]

Исходные данные из файла бортовых эфемерид для спутников ГЛОНАСС (См.приложение А)

Исходные данные из файла бортовых эфемерид для спутников GPS (См.приложение Б)

3.2 Результаты  вычисления координат спутников  на момент наблюдения

В ходе выполнения курсовой работы были получены координаты  спутников GPS и ГЛОНАСС:

 

Таблица 1

Прямоугольные координаты GPS

№	31	32	17	20	1	22
X	-2881299,82	7476408,28	18259561,82	14707913,50	22759203,98	-11002080,4
Y	15857801,80	20308495,29	-15484274,8	8611601,66	13025307,72	21143743,68
Z	21216512,34	15821212,63	11482672,31	20194601,82	4568720,16	-11360950,0

 

Таблица 2

Топоцентрические координаты GPS

№	31	32	17	20	1	22
E	13780000,00	10230000,00	-23700000,0	-3315000,00	-5354000,00	23120000,00
N	9549000,00	-1752000,00	5966000,00	3031000,00	-14440000,00	-12190000,0
U	14350000,00	18340000,00	4023000,00	19670000,00	15320000,00	-10050000,0

 

Таблица 3

Прямоугольные координаты ГЛОНАСС

№	5	6	7	9	15	16
X	-6666,86	3722,04	11459,75	15460,18	-9820,06	4253,07
Y	24416,33	16998,84	81,54	20037,61	4477,18	17729,71
Z	3202,01	18619,25	22815,26	2703,01	23132,41	17851,89

 

 Таблица 4

Топоцентрические координаты ГЛОНАСС

№	5	6	7	9	15	16
E	22690000,00	10250000,00	-7542000,00	4735000,00	9865000,00	10440000,00
N	-5425000,00	3731000,00	10520000,00	-15230000,00	19750000,00	2567000,00
U	3940000,00	16670000,00	15650000,00	13450000,00	6479000,00	16770000,00

 

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

Для вычисления координат фазового центра передающей антенны используются постоянные:

µ = 3.986005 x 1014м3с-2 – гравитационный параметр Земли;

w☺ = 7.2921151467 x 10-5 рад/сек – угловая скорость вращения Земли;

Находятся большая полуось и среднее движение:

а = ()2;         n0 = ;       n = n0+ Δn.

Определяется средняя аномалия на эпоху t:

M=M0+n(t-te),

где t-te – промежуток времени от опорной эпохи эфемерид, в сек.

Решается уравнение Кеплера (приближениями), находится эксцентрическая аномалия:

E = M + e sin E.

Вычисляется истинная аномалия:

cos v = ;  sin v = ;    v = arctg.

Далее находится невозмущенный аргумент широты:

Ф = v + w,

с которым вычисляются возмущения в аргументе широты δu, радиус-векторе δr и наклонении δi:

δu = Cus sin 2Ф + Cuc cos 2Ф;

δr = Crs sin 2Ф + Crc cos 2Ф;

δi = Cis sin 2Ф + Cic cos 2Ф.

Находятся возмущенные параметры движения:

u = Ф +δu ; r = a(1-ecosE) +δr;  i = i0 +δi  + iDOT(t - te).

Орбитальные координаты спутника:

x’= r cos u;  y’ = r sim u;  z’ = 0.

Исправленная долгота восходящего узла орбиты, отсчитываемая от меридиана Гринвича:

Ω = Ω0 + (Ωdot - w☺)(t-te) - w☺te.

Находятся координаты спутника в ОЗСК:

X = x’cosΩ – y’cos i sinΩ,

Y = x’ sin Ω + y’ cos i cosΩ,

Z = y’sin i.

Результаты вычисления координат спутников GPS (См.приложение В)

 

Таблица 5

Координаты спутников GPS из файла точных эфемерид:

№ Сп.	31	32	17	20	1	22
X	-2881299,82	7476408,28	18259561,82	14707913,50	22759203,98	-11002080,47
Y	15857801,80	20308495,29	-15484274,85	8611601,66	13025307,72	21143743,68
Z	21216512,34	15821212,63	11482672,31	20194601,82	4568720,16	-11360950,01

 

Сравнив координаты получаем разность:

(При сравнении координаты  из файла точных эфемерид отнимались  с полученных координат со  спутника)

Таблица 6

Разность точных и бортовых координат спутников GPS

№ Сп.	31	32	17	20	1	22
X	-2,6E-05	0,000863	0,002316	-0,000848	-0,000931	0,000448
Y	0,000345	-0,001408	0,000959	-0,000695	-0,000789	0,000628
Z	-0,000316	-0,000267	-0,002439	-0,001237	-8,8E-05	0,000681

 

Анализируя таблицу, видим, что расхождение с точными эфемеридами у GPS варьируется от 0,00023 до 0,000789 метров.

Вычисляем эллипсоидальные координаты пункта (B,L,H) в СК-WGS-84 по формулам:

,  ,   . rp=(X2+Y2)½.  

a= 6378237 м, e2 = 0,00669437999013

Таблица 7

Результаты вычисления координат пункта:

X	3451171,258
Y	3060332,502
Z	4391954,235
L	41,565
rp	4612615,101
a	6378237
e2	0,00669438
H	1062,195
B	43,788
N	6379030

 

Вычисляем топоцентрические координаты спутников в пункте с координатами B,L,H:

,

Где - разности прямоугольных координат спутника и приемника.