04. Контрольно-измерительный комплекс СРНС системы времени, координат и модели Земли, страница 2

Эта система базируется на « атомной»секунде, и именно ее сигналы передаются по радио, в составе телевизионных7сигналов, в сетях Интернет.Шкала времениUTS периодическикорректируется на 1с таким образом, чтобы ее рассогласование со шкалой UTне превышала 0,9 с. Коррекцию шкалы UTS на величину  1с, при которойпроисходит так называемый «секундный скачок» (leap second), производитмеждународное бюро времени по рекомендациям Международной службывращения Земли.

Коррекция UTS, как правило, производится один раз в год вполночь с 31.12 на 1.01, или с 31.03 на 1.04, или с 30.06 на 1.07, или с 30.09. на1.10.ИспользуемыевСРНСатомныестандартычастотытакжесинхронизируются UTS.Наиболее точным элементом систем единого времени СРНС ГЛОНАССявляетсяНаземныйводородномЦентральныйстандартесинхронизатор,базирующийсяначастоты, суточная нестабильность которого непревышает 5 10-14 с. Контролируемое расхождение между шкалой системноговремени ГЛОНАСС и Государственным эталономUTS (SU) не превышает 1мс, а погрешность привязки – не более 1 мкс. Кроме того, из-за особенностейфункционированияназемногокомплексауправления,междушкаламиГЛОНАСС и UTS (SU) существует постоянный сдвиг, равный 3ч.00мин.До настоящего времени навигационные сообщения НКА ГЛОНАСС несодержали информации о коррекции системной шкалы; о ней заблаговременносообщалось в специальных бюллетенях.

В НКА ГЛОНАСС-М предусмотренапередача информации о факте, величине и знаке секундной коррекции.Коррекция системной шкалы ГЛОНАСС осуществляется путем совмещенияметки времени в кадре навигационного сообщения с меткой времени UTS (SU).Поскольку эфемеридная информация, передаваемая с НКА, относится копределенному интервалу времени, ПО навигационного приемника должноучитывать факт и время коррекции, т.е. для эфемерид, переданных до моментакоррекции, использовать старые значения UTS, а для эфемерид, переданныхпослекоррекцииэфемеридной–скорректированноеинформациивмоментывремя.Алгоритмсекундныхскачков,обработкиописанвинтерфейсном контрольном документе ГЛОНАСС.8Кроме коррекции бортовых шкал (БШ) НКА на целое число секунд,проводимой при сдвигах системной шкалы, коррекция БШ проводитсяслучаях,когдапревышаетеенакопленнаяпогрешностьотносительновсистемнойдопустимое значение.

Эта коррекция, позволяющая совместитьшкалы с точностью до десятков нс, проводится периодически. В интервалахмежду коррекциями КИК,модели,на основании соответствующей математическойрассчитываетсяполученныевпрогнозрезультатетакогоуходабортовойпрогноза,вошкалы.времяПоправки,сеансовсвязизакладываются в бортовой компьютер НКА, а затем передаются потребителю всоставе эфемеридной информации.Шкала времени GPS также привязана к шкале времени UTC. Началоотсчета времени установлено в полночь с 5.1.

на 6.1.1980 г. Самой крупнойединицей времени GPS является неделя, которая, как определено, состоит из604800 с., Поскольку ШВ GPS является непрерывной, а ШВ UTCпериодически корректируется, отсчет времени в GPS отличается от UTC нацелое число секунд. В результате между ними имеется некоторое постояннорастущее расхождение, в настоящее время составляющее 14с. Передаваемые сНКАнавигационныеданныесодержатследующуюинформациюорасхождениях шкал времени:накопленное расхождение в целых секундах между GPS и UTC,данные для вычисления текущих поправок к бортовой ШВ НКА.Погрешность алгоритмической привязки шкалы времени GPS к UTCне превышает 90 нс (СКО).4.3.3 Системы координат, применяемые в СРНСДвижениеНКА,происходитподдействиемсилинерцииигравитационного поля Земли. Соответственно, его движение описывается всистеме координат, центр которой совпадает с центром масс Земли, т.е.геоцентрической системе.

Классической системой координат, в которойописываетсятраекторноедвижениеНКА,являетсяинерциальная9геоцентрическая система 0Х0Y0Z0 , см. рис.Рис.4.1Ось 0Х0 лежит в плоскости экватора и направлена в точку небеснойсферы, называемую точкой весеннего равноденствия, точкой Весны илиточкой Овна (обозначается знаком созвездия Овна :  ). Ось 0Z0 направленавдоль оси вращения Земли в сторону Северного полюса, а ось 0Y0 дополняетсистему координат до правой.Однако для потребителя более удобным является описание движенияНКА в геоцентрической подвижной (неинерциальной) системе координат0ХYZ, учитывающей суточное вращение Земли. Центр этой системы такжесовпадает с центром масс Земли, ось 0Z совпадает с осью 0Z0 .

Ось 0Х лежитв плоскости экватора и проходит через Гринвичский меридиан, а ось 0Yдополняет систему координат до правой. Плоскость 0ХZна поверхностиЗемли линию сечения, от которой отсчитывается долгота. В процессесуточного вращения Земли ось 0Х периодически проходит через точку  .Интервал между двумя такими последовательными моментами соответствуетодним звездным суткам. Уголмежду осями 0Х0и 0Хсоответствует10гринвичскому звездному времени и рассчитывается с учетом звездной даты ивремени на Гринвичском меридиане.Информация о движении НКА в геоцентрической подвижной системекоординат формируется на КИК, а затем передается в составе навигационногосообщения потребителю и используется последним для расчета собственныхкоординат в этой же системе. Однако для подавляющего большинствапотребителей интерес представляют не геоцентрические, агеодезическиекоординаты – широта, долгота и высота.Геодезическая система координат.

Геодезические координаты точкиописывают ее положение относительно поверхности Земли. Вообще говоря,форма Земли, описывается достаточно сложной поверхностью, называемойгеоидом. Простейшая математическая модель геоида - эллипсоид, большаяполуось которогоа лежит в экваториальной плоскости и проходит черезнулевой меридиан.Рис. 4.2Геодезическая широтаточкиU – это величина угла B междунормалью к поверхности эллипсоида и плоскостью экватора.

Геодезическаядолгота точки U –это величина углаL между плоскостью нулевогомеридианапроходящегоиплоскостьюмеридиана,черезточкуU.Положительное направление отсчета долгот – от нулевого меридиана к11востоку. Геодезическая высота H - расстояние по нормали от точки U доповерхности эллипсоида.Прямоугольные геоцентрические координаты, {x,y,z[} , вычисленные входе навигационных определений, затем подлежат преобразованию вгеодезические координаты { B, L, H} с использованием соотношенийx=(N+H)cosBcosL;y=(N+H)cosBsinL;z=[(1-e2)N+H]sinB,где N=a/ 1  e 2 sin 2 B ; e  1  b 2 / a 2 = 2   2 -эксцентриситет эллипсоида;  1  b / a - параметр сжатия эллипсоида.Параметры эллипсоида (в общем случае – геоида) определяютсявыбранной моделью Земли.

Следует иметь в виду, что СРНС ГЛОНАСС и GPSиспользуют различные модели: в ГЛОНАСС принята российская модель ПЗ90 («Параметры Земли», версия 1990г.), в GPS – международная модель WGS84 (World Geodetic System, 1984г.).Разница в координатах, рассчитанных спомощью указанных моделей, может достигать нескольких метров; методыпересчета координат из одной системы в другую описаны в литературе.12.