Диссертация (1102264), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Эфемериды,76содержащиеся в файле, записаны с точностью примерно 1 м [91].Среднеквадратичноезначение(RMS)отклонениячасовспутникапередаваемых в RINEX составляет ~ 5 нс, и среднеквадратичное отклонение(STD) – примерно 2.5 нс [91]. Ошибка определения местоположения в такомслучае может достигать нескольких сот метров или даже километров(согласно [92] значение среднеквадратичного отклонения оставляет 830метров), что для большинства задач является приемлемым.
Преимуществомтранслируемых эфемерид является то, что они содержатся в исходных данных,полученных с приемника. Для спутниковых систем ГЛОНАСС и GPSиспользуются различные форматы записи навигационных файлов RINEX, иперерасчет эфемерид на интервал измерений производится разнымиметодами. Описание формирования навигационных файлов и методвосстановления эфемерид описаны в [88, 92, 94]. Интернет-ресурс SOPACпредоставляет публичный доступ к навигационным файлам. В тех случаях,когда данные формата SP3 доступны для нескольких спутников или всейспутниковой системы, положение объектов космического сегмента стараютсяопределять при помощи более точных данных содержащихся в SP3-файлах.Описание формата и пример навигационного файла RINEX приведены вприложении А и Б.3.3.3. Формат данных SP3.
Файлы эфемерид и поправок бортовых часовОрбитальный формат SP3 (Standard Product # 3) был разработанагентством NGS (National Geodetic Survey) для Глобальной системыпозиционирования спутников GPS. Формат сконструирован так, чтопараметры для любых других спутников помимо GPS могут быть описаныаналогичным образом.Формат SP3 используется для точной оценки спутниковых эфемерид. Онявляется международным стандартом, регулирующим формат спутниковойинформации. Формат поддерживает данные для GPS и ГЛОНАСС спутников.77Вычисления точных эфемерид выполняется усилиями нескольких центрованализа IGS на базе результатов измерений, полученных со станций слежения.Результаты становятся доступными с некоторой задержкой после наблюдений(кроме прогнозируемых).Файл системы времени SP3 представляет собой 60-значный ASCII файл,также состоящий из двух разделов: заголовка и данных.
В заголовкесодержится информация о наблюдении сессии, таких как, как дата иколичество спутников. Данные организованы в эпохи. Каждая эпоха содержитэфемериды и часы корректировки каждого спутника (GPS или ГЛОНАСС).Каждая строка из ASCII файла данных определяет свой спутник.При использовании эфемерид данный формат имеет неоспоримоепреимущество в точности. Положения спутников определяются с точностьюдо 1 мм, а временные интервалы - до 1 пс [95]. Для системы GPS данные такжедоступны из центра SOPAC ftp://garner.ucsd.edu/pub/.
Эфемериды системыГЛОНАССмогутаналитическогобытьцентраполученыизftp-архивакоординатно-временногоиинформационнонавигационногообеспечения (ИАЦ КВНО) ftp://ftp.glonass-iac.ru/MCC. Данный центр былоснован в 1995 году на базе Центрального научно-исследовательскогоинститута машиностроения (ЦНИИмаш), г. Королев, с целью обеспечиватьподдержку Федерального космического агентства Российской Федерации. Дляобеих систем доступен краткосрочный (в течение 24 часов) прогнозположений спутников, также записанный в формат SP3. Согласно [91],точность прогнозируемых значений положения составляет примерно 3 см.
Этозначение выше ошибки окончательных значений, которые доступны через 1218 дней, но гораздо меньше ошибки положения, передаваемого в RINEX.Описание формата и пример файла SP3, содержащего эфемериды ипоправки бортовых часов, приведены в приложении А и Б.784. Глава4.Технологиямониторингасостоянияионосферы на основе ассимиляционной модели4.1. Описание технологии мониторинга состояния ионосферы метода сприменением разработанного метода расчета дифференциальныхаппаратных задержекПоскольку отсутствие или использование неточных дифференциальныхаппаратных поправок существенно сказывается на определении полногоэлектронного содержания на трассе радиовизирования, данные станцийГНСС, не имеющих оценку DCB, не могут использоваться.
Благодаряописанной ранее схеме вычислений этой поправки для любых станций, в томчисле находящихся на территории РФ, использование навигационных данныхв ассимиляционной схеме становится возможным (апробация результатов,демонстрирующая качество приводимых оценок DCB представлена в главе4.2).Для расчета дифференциальных аппаратных задержек необходимаинформация с навигационных спутников, (подробнее в разделе 3.2). Дляработы в режиме реального времени используется программный комплексBNC, описание которого и обоснование выбора представлено автором вразделе 4.4.1.
Клиентская часть данного программного комплекса позволяетполучать данные формата RINEX с доступных ГНСС приемников с задержкойменее одной секунды от реального времени.В случае отсутствия (или малого количества) станций в регионе, вкотором необходимо осуществлять мониторинг состояния ионосферы, длярасчета DCB можно воспользоваться данными RINEX с одного илинескольких серверов навигационных систем. В качестве такого сервера можетвыступать сервер ФБГУ ИПГ, ФБГУ ЦАО, SOPAC или любой другой серверсбора ГНСС данных. Данные на этих серверах не обновляются в режиме79онлайн. Характерная задержка предоставления данных составляет от 15 минутдо 2-3 дней.В случае использования RINEX файлов с серверов сбора ГНСС данныхсуществуетвозможностьполучениядополнительнойинформации,вчастности, данных об орбитах спутников с высокой точностью.
Информациясодержится в файлах эфемерид и поправок бортовых часов и записывается вформате SP3 центром SOPAC - для системы GPS и ИАЦ КВНО - для системыГЛОНАСС. Подробнее о формате SP3 изложено в разделе 3.3.3. Точностьопределения местоположения спутника может достигать 0.5-1 мм.Спецификой определения DCB по данным реального времени являетсяотсутствие возможности определения точного местоположения спутников,используемого в пост-обработке.
В виду этого в процессе определения DCBиспользуется менее точная информацию о положениях спутников, котораядоступна с наземных приемников в формате RINEX в виде навигационныхфайлов.Поступающая внешняя информация в RINEX и SP3 форматеиспользуется для вычислений дифференциальных аппаратных задержек.После расчета DCB, наступает этап валидации полученных результатов.Главным образом валидируются значения задержек космического сегментанавигационных систем, поскольку состав этого сегмента редко обновляется.Порядок проводимых вычислений, полученные результаты и результатывалидации представлены в главе 4.Значения DCB, полученные с помощью метода, разработанногоавтором, совместно с входными для этого расчета данными поступают вассимиляционнуюсхему.Подробноеописаниеассимиляцииданныхприведено в главе 2.
Использование спутниковой информации навигационныхсистем GPS и ГЛОНАСС позволяет скорректировать значения численнойфизически обоснованной модели ионосферы. Модель ионосферы базируется80на решении уравнений гидродинамики, что позволяет получать концентрации,температуры и скорости основных компонент ионосферы (электронов и семитипов ионов). Применение технологии мониторинга состояния ионосферы длястанций Росгидромета в режиме квази-реального времени представлено вразделе 4.5.Структурно изложенная схема взаимодействия блоковсистемымониторинга состояния ионосферы представлена на рис.
4.1.Сервер навигационныхданных / Программныйкомплекс BNCСервера эфемерид ипоправок бортовых часовSP3RINEXОценкаАссимиляционная схемадифференциальныхаппаратных задержекТрехмерное распределение ионосферных параметровРис. 4.1. Принципиальная схема мониторинга состояния ионосферы наоснове ассимиляционной модели ионосферы ЦАО.4.2. Оценка дифференциальных аппаратных задержекВ данном разделе приведены основные результаты, полученные поразработанным автором методам оценки DCB, описанным выше.
Необходимо81отметить, что системы ГЛОНАСС и GPS используют в качестве несущейразличные частоты. Как следствие дифференциальные аппаратные задержкидля спутников различных систем будут совершенно разные. Аналогичнаяситуация и для приемников, которые принимают сигналы обеих систем. Длятаких приемников DCB определяется для каждой системы индивидуально.
Также необходимо отметить, что форматы навигационных файлов RINEX длясистем ГЛОНАСС и GPS заметно отличаются.4.2.1. Определение дифференциальных аппаратных задержекОсновной сигнал спутников системы GPS передается на трех близкихчастотах L-диапазона: L1 = 1575,42 МГц и L2 =1227,60 МГц и L5 = 1176.45МГц. Поскольку частоту L5 поддерживает лишь часть спутников иприемников,наибольшийинтереспредставляютпервыедвеиихдифференциальные поправки. На частоты L1 и L2 накладываются двабинарных кода: C/A-код наложен на L1 и P-код на L1 и L2. C/A (Coarseacquisition, код грубой оценки) - доступный для всех сигнал, позволяющийпроводить измерения средней точности. P (precision, точный) - код,позволяющий проводить высокоточные измерения на двух частотах.
Несмотря на наличие отдельно распространяемого ПО для перевода данных C/Aкод в P-код в диссертационной работе рассматривались лишь те наблюдения,которые имели измерения непосредственно на L1, L2, P1 и P2.В отличие от системы GPS, использующей кодовое разделениеспутниковых сигналов, российская система ГЛОНАСС использует частотноеразделение: каждый спутник передает на уникальной частоте, позволяющийвыделить его сигнал среди остальных. Разброс частот спутников системыГЛОНАСС следующий: в диапазоне L1 - от 1602,5625 до 1615,5000 МГц, вдиапазоне L2 от 1246,4375 до 1256,5000.82Рис. 4.2. Сравнение DCB спутников системы GPS c данными центровJPL и CODE [93]Полученные результаты DCB для спутников и приемников обязательнопроверяются на результатах анализа дифференциальных задержек центраNASA (cddis.gsfc.nasa.gov), США, Калифорния, и европейского центраопределения орбит CODE, Швейцария, Берн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
