rumah > Program > Dasar-dasar GPS: menggunakan ephemeris presisi tinggi dalam pemrosesan pengukuran. Perhitungan posisi benda langit dan teori ephemeris Glonass ephemeris


Dasar-dasar GPS: menggunakan ephemeris presisi tinggi dalam pemrosesan pengukuran. Perhitungan posisi benda langit dan teori ephemeris Glonass ephemeris




Pada tahun 1973, program-program ini digabung menjadi satu, dan Angkatan Udara AS ditunjuk untuk memimpin pengembangan sistem tersebut. Ini adalah awal dari sejarah pembangunan sistem NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging) - Global Positioning System. Sejak 1983, setelah warga sipil memperoleh akses ke informasinya, dan pada tahun 1991 pembatasan penjualan peralatan GPS ke negara-negara bekas Uni Soviet dicabut, singkatan terkenal GPS menjadi tersebar luas.

Awalnya direncanakan bahwa sistem akan berfungsi untuk panduan misil tempur presisi tinggi, dan fungsi navigasi sistem diturunkan ke latar belakang.

Satelit pertama sistem diluncurkan pada tahun 1978, dan sebagian besar satelit sistem diluncurkan ke orbit pada pertengahan 1980-an. Pada tahun 1994, sebuah satelit ditempatkan di orbit, yang memungkinkan untuk menyelesaikan pembangunan sistem yang terdiri dari 24 satelit.

Periode satelit di orbit kira-kira 10 tahun. Satelit yang telah kedaluwarsa secara sistematis ditarik dari sistem dan dibuang.

Di Rusia, ada sistem navigasi satelit serupa GLONASS (GLOBAL NAVIGATION Sputnik System), yang prinsipnya dalam banyak hal mirip dengan GPS, namun akurasi penentuan koordinatnya terasa kurang.

Sistem navigasi radio satelit adalah sistem segala cuaca berbasis ruang angkasa. Mereka memungkinkan Anda untuk menentukan lokasi objek bergerak saat ini dan kecepatannya, serta melakukan koordinasi waktu yang tepat.

Sistem tersebut meliputi:

  • konstelasi satelit (segmen angkasa);
  • jaringan stasiun bumi untuk pelacakan dan kontrol (segmen kontrol);
  • Penerima GPS (peralatan konsumen).

Segmen luar angkasa (konstelasi orbit) dari sistem GPS saat ini berisi 24 satelit. Setiap satelit memiliki nomor seri (PRN), total nomor yang dicadangkan adalah 32. Pada 27 Desember 2005, ada 29 satelit yang bekerja di orbit, 5 di antaranya telah menyelesaikan masa layanannya atau sedang bersiap untuk dimasukkan ke dalam sistem untuk mengganti yang menghabiskan. Periode orbit satu satelit adalah 11 jam 56,9 menit. Berat masing-masing satelit sekitar 835 kg, ukuran linier lebih dari 5 m (dengan panel surya terpasang). Jam atom dipasang di setiap satelit, memberikan akurasi 10 9 (0,000000001) s, perangkat pengkodean komputasi dan pemancar dengan daya 50 W. Satelit ditempatkan pada 6 bidang orbit. Ketinggian orbit kira-kira sama dengan 20.200 km, sudut kemiringan orbit adalah 55 derajat (Gbr. 1).

Peralatan pemancar memancarkan sinyal sinusoidal pada dua frekuensi: L1 = 1575,42 MHz dan L2 = 1227,60 MHz. Sebelum itu, sinyal dimodulasi dengan sekuens digital pseudo-random (prosedur ini disebut phase shift keying). Selain itu, frekuensi L1 dimodulasi oleh dua jenis kode: kode C / A (kode akses gratis) dan kode-P (kode akses resmi), dan frekuensi L2 - hanya dengan kode-P. Selain itu, kedua frekuensi pembawa juga dikodekan dengan pesan navigasi yang berisi data tentang orbit satelit, informasi tentang parameter atmosfer, dan koreksi waktu sistem. Frekuensi L1 ditujukan untuk berbagai konsumen sipil, sedangkan sinyal frekuensi L2 terutama diakses oleh militer AS dan layanan federal. Keakuratan penentuan jarak secara otonom menggunakan kode-P kira-kira urutan besarnya lebih tinggi daripada kode-C/A.

Parameter untuk lokasi konstelasi pesawat ruang angkasa ini tidak dipilih secara kebetulan. Kapan saja, di mana saja di dunia, Anda dapat menerima sinyal dari setidaknya 3 satelit, yang merupakan prasyarat untuk menentukan koordinat. Untuk penentuan posisi yang lebih akurat, diperlukan sinyal dari satelit keempat.

Segmen darat dari sistem diwakili oleh stasiun kontrol dan pengukuran untuk memantau satelit. Mereka berada di Kwajalein, Ascension Island, Hawaii, Diego Garcia dan Colorado Springs. Sistem ini juga memiliki tiga antena terestrial (Pulau Ascension, Diego Garcia dan Kwajalein). Manajemen dilakukan di stasiun pusat yang terletak di pangkalan udara di Shriver, Colorado (Pangkalan Angkatan Udara Schriever, Colorado).

Penerima - navigator GPS - bekerja bersama dengan satelit. Navigator GPS menerima informasi berikut dari satelit: "kode acak semu" (PRN - kode acak semu), "ephemeris" (ephimeris) dan "almanac" (almanach). Dengan adanya data ini di navigator GPS, jenis peluncuran atau, dengan kata lain, inisialisasi ditentukan (di bawah permulaan, yang kami maksud adalah awal dari proses memperoleh data dari setidaknya 3 satelit, yang cukup untuk navigasi 2D ). Setiap satelit hanya mentransmisikan efemerisnya sendiri, sedangkan almanak ditransmisikan oleh setiap satelit tentang semua satelit sekaligus. Penerima dapat mulai dalam mode yang berbeda. Sebuah "awal yang dingin" terjadi ketika informasi tentang almanak dan ephemeris sudah sangat ketinggalan zaman. Data mungkin hilang jika penerima GPS dipindahkan jauh, atau jika jam penerima tidak aktif. Biasanya, "awal dingin" membutuhkan waktu beberapa hingga 45 menit. "Permulaan yang hangat" - almanak telah dipertahankan, tetapi ephemeris telah hilang dan jam penerima masih "mengetahui" waktu yang tepat. Pengaktifan seperti itu membutuhkan waktu lebih sedikit, dari 30 detik hingga 10-15 menit, tergantung pada kondisi penerimaan. Dalam hal ini, penerima GPS hanya perlu menerima data ephemeris. Dan terakhir, start tercepat adalah "panas". Dibutuhkan dari beberapa detik hingga 5 menit. "Mulai panas" dapat dilakukan saat navigator memiliki almanak dan ephemeris.

Jadi, sebagian besar, waktu antara menyalakan dan mulai mengeluarkan koordinat bergantung pada berapa lama perangkat dimatikan, serta sensitivitas perangkat; model penerima mempengaruhi tingkat akuisisi satelit pada tingkat yang lebih rendah.

Pengoperasian peralatan konsumen dapat dipahami dari skema umum (Gbr. 2).

Pesan utama yang dikirimkan dari setiap satelit navigasi GPS dibentuk sebagai bingkai. Aliran data navigasi ditransmisikan pada kecepatan 50 bps. Durasi simbol informasi "0" atau "1" adalah 20 ms. Frame terdiri dari lima sub-frame, dengan sub-frame keempat dan kelima masing-masing terdiri dari 25 halaman. Subframe satu sampai tiga dan setiap halaman subframe keempat dan kelima berisi 300 karakter, yang terbagi menjadi 10 kata masing-masing 30 karakter per kata.

Tabel 1 menunjukkan informasi yang dikirimkan dari satelit navigasi.

Tabel 1.

Meja 2.

Waktu GPS nol ditentukan pada tengah malam pada tanggal 5-6 Januari 1980. Minggu adalah satuan waktu terbesar dalam sistem GPS. Seminggu didefinisikan sebagai 604.800 detik.

Ephemerides adalah parameter halus pergerakan satelit. Berdasarkan data almanak, penerima GPS "memindai" langit dan, saat menerima data dari satelit, menyempurnakan efemerisnya.

Beras. 3.

Untuk memahami bagaimana navigator GPS menentukan koordinat, perlu memiliki pemahaman tentang sistem koordinat di mana pergerakan satelit dan penentuan koordinat pengguna akhir terjadi.

Seorang pengamat di Bumi dapat membayangkan bola langit diproyeksikan ke sebuah bidang sehingga pusatnya bertepatan dengan lokasi pengamat.

Dalam proyeksi inilah navigator GPS menunjukkan perkiraan lokasi satelit kepada pengguna (Gbr. 3).

Seperti dapat dilihat dari gambar (tangkapan layar dari navigator GPS), ada sembilan satelit dalam jarak pandang (gambar diambil dengan mode simulasi dihidupkan, yaitu saat navigator tidak menangkap sinyal dari satelit, tetapi mensimulasikan kemungkinan situasi). Pada kenyataannya, tidak lebih dari delapan satelit terlihat pada proyeksi bola, dan sinyal diterima dari maksimal empat hingga enam. Bilah yang diisi di atas nomor satelit menunjukkan penerimaan sinyal yang stabil, dan ketinggian bilah memungkinkan Anda mengevaluasi kualitas penerimaan. Pada saat navigator GPS mulai menerima informasi dari satelit, kotak kosong muncul di atas nomornya. Itu dicat ketika parameter orbit satelit disempurnakan dan data diterima, yang menjadi dasar perhitungan koordinat pengguna secara langsung.

Data sistem satelit dan parameter orbit satelit dihitung relatif terhadap pusat massa Bumi. Navigator GPS domestik menggunakan sistem koordinat tunggal, yang paling populer dalam sistem penerbangan sipil, WGS-84.

Sistem koordinat global WGS-84 didefinisikan sebagai berikut.

Titik asal 0 terletak di pusat massa Bumi;

  • sumbu 0X - persimpangan bidang meridian WGS-84 awal dan bidang ekuator;
  • sumbu 0Z - diarahkan ke Kutub Utara Bumi;
  • sumbu 0Y - melengkapi sistem ke sistem koordinat yang tepat.

Meridian awal WGS-84 bertepatan dengan meridian utama yang ditentukan oleh International Time Bureau (BIN).

Mengingat adanya sinyal dari satu satelit (No. 1), kecepatan propagasi yang diketahui dari sinyal elektromagnetik di ruang angkasa (300.000 km/dtk) dan waktu yang dibutuhkan sinyal untuk mencapai penerima GPS dari satelit, itu menjadi mungkin untuk menghitung lokasi geometris dari titik lokasi penerima sinyal (mereka akan menjadi bola dengan radius yang sama dengan jarak dari satelit ke penerima, yang di tengahnya adalah satelit).

Jika navigator GPS mulai menerima sinyal dari satelit kedua, maka, mirip dengan kasus pertama, sebuah bola dibangun di sekitar satelit No.2. Karena penerima GPS harus ditempatkan di kedua bola sekaligus, sekarang kita membangun persimpangan dua bola. Setiap titik lingkaran yang dihasilkan dapat menjadi lokasi penerima di ruang angkasa.

Akhirnya, ketika penerima menangkap sinyal dari satelit #3, bola lain dibangun, ketika berpotongan dengan lingkaran, itu memberi kita dua titik. Salah satu poin ini, sebagai aturan, memiliki lokasi yang agak tidak masuk akal, dan dalam proses penghitungan algoritme, poin tersebut dibuang. Jadi, kami mendapatkan hasilnya: lintang dan bujur.

Tetapi jika kita memperhitungkan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik yang sangat besar, kesalahan dalam perhitungan per seperseribu detik dapat menyebabkan kesalahan yang cukup serius dalam menghitung jarak ke satelit, dan kemudian dalam membangun bola dan menentukan koordinat. Jadi, kita sampai pada satu nuansa penting - satelit keempat diperlukan untuk menentukan koordinat dengan benar.

Setelah membangun tiga bola, penerima mulai memanipulasi dengan penundaan waktu. Dengan setiap pergeseran waktu penerima baru, bola baru dibangun, titik persimpangannya "kabur" menjadi segitiga. Artinya, bola berhenti berpotongan, dan lokasi penerima GPS dapat, dengan kemungkinan tertentu, berada di salah satu titik di area segitiga. Kemudian pergeseran waktu berlanjut hingga ketiga bola kembali berpotongan di satu titik. Kami mendapatkan koordinat yang cukup akurat. Dan semakin banyak satelit yang "dilihat" oleh navigator, semakin akurat kami dapat mengoreksi waktu dengan peningkatan akurasi pemosisian berikutnya. Di hadapan satelit keempat, apa yang disebut navigasi 3D mulai berfungsi, dan kami dapat menentukan ketinggian di atas permukaan laut, kecepatan pergerakan di permukaan, dan kecepatan pergerakan vertikal.

Sedikit tentang akurasi. Ketika sistem dibuat, yang disebut mode S / A (Ketersediaan Selektif - akses terbatas) diperkenalkan secara khusus ke dalamnya. Mode ini dirancang untuk mencegah musuh potensial mendapatkan keuntungan taktis dalam penentuan posisi GPS. Prinsip operasi mode ini adalah ketidakcocokan jam satelit dan penerima secara artifisial. Oleh karena itu, meski dengan penerimaan sinyal yang baik dari beberapa satelit, keakuratannya tidak melebihi 100 meter. Namun, pada tahun 2000, mode ini dibatalkan, dan secara resmi sistem GPS mulai memungkinkan untuk menentukan koordinat dengan lebih akurat. Sebagai aturan, tunjukkan akurasi 20 ... 30 meter. Jika Anda menggunakan algoritme pasca-pemrosesan khusus, akurasinya dapat ditingkatkan hingga beberapa milimeter, tetapi sistem geodesi dapat melakukannya. Untuk bekerja dengan sistem seperti itu, Anda memerlukan sertifikat dan izin, dan biayanya melebihi biaya navigator rumah tangga puluhan kali lipat.

Ketepatan penentuan koordinat sangat dipengaruhi oleh kesalahan yang terjadi selama prosedur pengukuran. Sifat kesalahan ini berbeda.

  1. Pengaturan waktu yang tidak akurat. Memperkenalkan kesalahan urutan 1 meter.
  2. Kesalahan dalam perhitungan orbit satelit (penyempurnaan ephemeris). Mereka memperkenalkan kesalahan urutan 1 meter.
  3. Penundaan sinyal ionosfer. Perkenalkan kesalahan hingga 10 meter.
  4. Refleksi multipath dari gedung tinggi, objek lain. Memperkenalkan kesalahan hingga 2 meter.
  5. Susunan geometris satelit.
  6. Penundaan sinyal troposfer.

literatur

  1. Ceramah oleh Doctor of Technical Sciences Valery Viktorovich Konin. http://www.kvantn.com.ua/resource/All/lections/lect_cont.html /tautan hilang/
  2. Informasi dari situs http://www.datalogger.ru/gps/ /tautan hilang/
  3. Informasi dari situs http://www.ixbt.com/mobile/gps.html
  4. Informasi di forum situs http://www.gpsinfo.ru/ /tautan hilang/
  5. Informasi dari situs

Layanan ini memberikan kesempatan untuk memilih file ephemeris yang tepat dengan mengetahui tanggal pengamatan. Cukup masukkan tanggal dan klik "Pilih".

Tujuan dari ephemeris yang akurat adalah untuk memproses pengamatan statis dengan lebih akurat. Penggunaannya dalam pemrosesan tidak menjamin kualitas tinggi, tetapi dapat meningkatkan jumlah solusi tetap jika pekerjaan dilakukan dalam kondisi sulit (jarak pandang terbatas di kota dengan bangunan padat, dekat pepohonan, dll.).

Data dihitung dan disimpan dalam domain publik di server FTP Layanan GNSS Internasional dan Arsip Data Geodesi Antariksa NASA.

Ephemerides akhir terbaik dihitung dan diterbitkan dengan penundaan 12-18 hari. Secara real time (atau dengan penundaan beberapa jam) yang disebut. produk ultra-cepat dan cepat. Keakuratannya lebih buruk daripada yang terakhir, tetapi pada saat yang sama, jauh lebih baik daripada yang navigasi.

File disimpan dalam bentuk terkompresi, dibongkar oleh sebagian besar pengarsip, misalnya 7zip


kegunaan

Konverter Koordinat Dunia

Situs ini dibangun atas dasar sukarela, oleh karena itu, di pintu masuk, ia meminta sumbangan untuk kepentingannya. Ini akan sangat berguna jika Anda perlu mengonversi koordinat antara sistem koordinat internasional yang berbeda, dan beberapa negara bagian (parameternya terbuka untuk akses publik, bukan tentang Ukraina), misalnya, ETRF89, WGS84, WGS84 Web Mercator dan tersedia untuk umum negara bagian.

Geokalkulator NDIGK

Geokalkulator yang sama dari layanan negara Ukraina tentang geodesi, kartografi, dan kadaster.

TrimbleRTX

Layanan post-processing dari Trimble, hasilnya diberikan dalam bentuk ETRS dan ITRF dari berbagai implementasi. Pengamatan jangka panjang diperlukan untuk akurasi yang dapat diterima. Itu bergantung pada pengamatan stasiun internasional dan beberapa stasiunnya sendiri. Gratis, tetapi dengan pendaftaran

AusPOS

Layanan post-processing Geoscience Australia dari pemerintah Australia, hasilnya berupa ITRF2014. Pengamatan jangka panjang diperlukan untuk akurasi yang dapat diterima. Berdasarkan pengamatan stasiun internasional. Gratis, tanpa registrasi.

Perencana Survei GNSS

Alat untuk merencanakan pengukuran GNSS untuk jangka waktu tertentu memungkinkan Anda mengevaluasi terlebih dahulu satelit yang terlihat pada sudut batas tertentu, posisinya di atas cakrawala. Alat ini akan berguna saat merencanakan waktu pengambilan gambar yang optimal di tempat dengan jarak pandang langit yang buruk (kuari, kota) dan saat menggunakan penerima sistem tunggal.

Satelit navigasi mengirimkan dua jenis data - almanak dan ephemeris.

Almanak - ini adalah kumpulan informasi tentang status sistem navigasi saat ini secara keseluruhan, termasuk ephemeris yang rusak, yang digunakan untuk mencari satelit yang terlihat dan memilih konstelasi optimal yang berisi informasi. Almanak berisi parameter orbit semua satelit. Setiap satelit mentransmisikan almanak untuk semua satelit. Data almanak tidak terlalu akurat dan berlaku selama beberapa bulan.

Data ephemeris berisi penyesuaian yang sangat tepat terhadap parameter orbit dan jam untuk setiap satelit, yang diperlukan untuk penentuan posisi yang akurat. Setiap satelit navigasi mentransmisikan data hanya dari efemerisnya sendiri.

Pesan navigasi adalah data paket yang dikirimkan oleh satelit yang berisi ephemeris dengan cap waktu dan almanak.

Sinyal yang ditransmisikan oleh satelit navigasi dapat dibagi secara kondisional menjadi dua komponen utama: sinyal navigasi (kode rentang acak semu) dan pesan navigasi (berisi sejumlah besar informasi tentang parameter satelit navigasi). Pada gilirannya, pesan navigasi berisi data ephemeris dan almanak (Gbr. 3.24). Kami segera menekankan bahwa kode rentang juga ditransmisikan sebagai bagian dari pesan navigasi, yang akan menjadi jelas dari presentasi berikut.

Informasi operatif

(Ephemeris)

Dalyumeric, kode acak semu

Informasi non-operasional

(Almanak)

Beras. 3.24.Struktur sinyal satelit navigasi

Dapat dikatakan bahwa sinyal satelit navigasi mengandung tiga komponen utama:

  • 1) kode pseudo-acak (mulai);
  • 2) almanak;
  • 3) data ephemeris.

Penerima navigasi menerima informasi tentang lokasi satelit dari data yang terdapat dalam almanak dan efemeris satelit. Mari kita jelaskan arti istilah "ephemeris" (Yunani kuno? (rshch? p1? - per hari, setiap hari). Dalam astronomi, ini adalah tabel koordinat langit Matahari, Bulan, planet, dan objek astronomi lainnya yang dihitung pada interval reguler, misalnya, pada tengah malam setiap hari.

Juga, ephemeris adalah koordinat satelit Bumi buatan yang digunakan untuk navigasi di sistem NAVSTAR (GPS), GLONASS, Galileo, dll.Ephemerides adalah informasi terbaru tentang orbit satelit khusus ini yang mentransmisikan sinyal, karena orbit sebenarnya dari satelit satelit mungkin berbeda dari yang dihitung. Ini adalah data akurat tentang posisi satelit saat ini yang memungkinkan penerima navigasi untuk menghitung lokasi satelit yang tepat dan, atas dasar ini, menghitung lokasinya sendiri. Data Ephemeris dari konstelasi navigasi GLONASS dipublikasikan di situs Badan Antariksa Rusia (Roskosmos). Komposisi ephemeris satelit GLONASS mencakup, khususnya, parameter orbit satelit berikut:

  • NS - nomor satelit;
  • tanggal - tanggal dasar (UTC+3 jam), HH.MM.YY;
  • ITU. - waktu transit simpul naik (jumlah detik dari 00 jam 00 menit 00 dari tanggal dasar), s;
  • T a6 - periode sirkulasi, s;
  • e - keanehan;
  • / - kemiringan orbit, °;
  • LO - bujur geografis simpul GLONASS naik, °;
  • co - argumen perigee, °;
  • 5/, - koreksi skala waktu onboard, s;
  • P,- nomor frekuensi surat;
  • PADA - tingkat perubahan periode kejam. Periode kejam adalah interval waktu antara dua bagian berturut-turut dari benda langit melalui simpul orbit yang sama (naik atau turun).

Konsep eksentrisitas elips orbital dijelaskan pada Gambar. 3.25:

  • A
  • semiaksis utama elips orbital - B _
  • eksentrisitas elips orbit: e =

Data Ephemeris merupakan bagian integral dari almanak. Setelah menerima dari almanak parameter perkiraan utama dari orbit semua satelit, navigator menerima efemerisnya sendiri dari masing-masing satelit. Data yang tepat ini diperbaiki

Beras. 3.25.

parameter orbit, mis. data almanak. Ephemeris adalah semacam "tambahan" pada almanak, yang mengubah parameter utama menjadi parameter tertentu. Data ephemeris berisi penyesuaian parameter orbit dan jam yang sangat tepat untuk setiap satelit, yang diperlukan untuk penentuan posisi yang akurat.

Berbeda dengan almanak, setiap satelit hanya mentransmisikan data efemerisnya sendiri, dan dengan bantuannya, penerima navigasi dapat menentukan lokasi satelit dengan akurasi tinggi.

Ephemeris, yang membawa data yang lebih akurat, menjadi usang dengan cepat. Data ini hanya berlaku selama 30 menit. Satelit mengirimkan ephemeris mereka setiap 30 detik. Pembaruan Ephemeris dilakukan oleh stasiun bumi. Jika receiver dimatikan selama lebih dari 30 menit, lalu dihidupkan, maka receiver mulai mencari satelit berdasarkan almanak yang diketahuinya. Menurutnya, dia memilih satelit untuk memulai pencarian.

Saat penerima navigasi memperbaiki satelit, proses pengumpulan data ephemeris sedang berlangsung. Ketika ephemeris dari setiap satelit diterima, data yang diterima dari satelit dianggap cocok untuk navigasi.

Jika daya penerima dimatikan dan kemudian dihidupkan lagi dalam waktu 30 menit, maka satelit akan "menangkap" dengan sangat cepat, karena tidak perlu mengumpulkan data ephemeris lagi. Ini awal yang panas.

Jika lebih dari 30 menit telah berlalu sejak penonaktifan, start hangat akan dilakukan dan penerima akan mulai mengumpulkan data ephemeris lagi.

Jika penerima telah dipindahkan (dalam keadaan mati) selama beberapa ratus kilometer atau jam internal menjadi tidak akurat, maka data almanak yang tersedia salah. Dalam hal ini, navigator perlu mengunduh almanak dan ephemeris baru. Ini akan menjadi awal yang "dingin".

Menyediakan satelit dengan ephemeris menghasilkan segmen dasar dari sistem, mis. di Bumi, parameter gerak satelit ditentukan dan nilai parameter ini diprediksi untuk periode waktu yang telah ditentukan. Pengukuran dan prediksi parameter gerak satelit dilakukan di pusat balistik sistem berdasarkan hasil pengukuran lintasan jarak ke satelit dan kecepatan radialnya. Parameter dan prakiraannya disertakan dalam pesan navigasi yang dikirimkan oleh satelit bersama dengan transmisi sinyal navigasi.

Di GPS, almanak yang dikombinasikan dengan bidang data lain ditransmisikan setiap 12,5 menit, di GLONASS - setiap 2,5 menit. Di meja. 3.3 sebagai perbandingan, diberikan dua parameter waktu almanak dan GPS ephemeris. Jelas bahwa periode pembaruan data dan ketentuan relevansinya untuk almanak dan ephemeris sangat berbeda.

Tabel 3.3

Periode pemutakhiran data orbit satelit navigasi

Setelah pernyataan Wakil Perdana Menteri Dmitry Rogozin bahwa Rusia akan menangguhkan pengoperasian 11 stasiun bumi mulai 1 Juni GPS di wilayah mereka dan, mungkin, mulai 1 September, pekerjaan stasiun ini dapat dihentikan sepenuhnya, hamster kantor sangat waspada. Bagaimana mereka akan menemukan jalan ke lemari es sekarang tanpa GPS? Dan apakah mereka dapat mulai bekerja jika navigator di dalam mobil tidak memberi tahu Anda ke mana harus berbelok?

Alih-alih memahami mengapa stasiun ini dibutuhkan, mereka mulai menyebarkan kepanikan di Internet. Lagi pula, GLONASS tidak tersedia di semua ponsel dan navigator.

Hari ini saya akan berbicara secara singkat tentang kegunaan BTS. GPS dan apakah dunia akan benar-benar runtuh tanpa mereka.

Pertama, mari kita cari tahu mengapa badai seperti itu dimulai. Pernyataan Wakil Perdana Menteri dan tindakan selanjutnya merupakan tanggapan simetris dari pemerintah Rusia terhadap penolakan AS untuk menempatkan stasiun koreksi sinyal untuk sistem navigasi GLONASS Rusia di wilayahnya. Dan sistem navigasi global apa pun, baik itu GLONASS Rusia, Amerika GPS, Eropa GALILEO, atau Cina KOMPAS dibuat terutama untuk penggunaan militer (secara kasar, untuk mengarahkan rudal dengan lebih akurat), dan berbagai aplikasi sipil hanyalah produk sampingan. Dan mengingat peristiwa baru-baru ini di arena politik, pernyataan pemerintah kita seperti itu cukup masuk akal.

Semua orang mungkin pernah melihat video di berita tentang senjata ultra-presisi. Berikut beberapa statistiknya: dalam Operasi Badai Gurun, hanya sekitar 10% peralatan militer yang digunakan oleh Amerika yang menggunakan sistem tersebut GPS untuk panduan yang tepat, dan sudah dalam konflik di Kosovo, GPS digunakan dalam 95% kasus untuk tujuan yang sama.

Jadi untuk apa stasiun bumi?

Penerima dipasang di stasiun bumi GPS untuk pelacakan pasif sinyal navigasi satelit yang termasuk dalam sistem. Setelah diterima dari satelit, informasi ditransmisikan, yang kemudian diproses ke stasiun kendali utama. Data ini digunakan untuk memperbarui ephemeris satelit.

Ephemeris adalah tabel yang berisi koordinat benda langit, diberikan dalam periode waktu yang berbeda untuk periode tertentu. Para astronom dan ahli geodesi menggunakan ephemeris untuk menentukan posisi benda langit, yang kemudian diambil untuk menghitung koordinat titik-titik di permukaan bumi.

Untuk kita GPS ephemeris dapat dibandingkan dengan GPS satelit, dan menyajikannya sebagai konstelasi bintang buatan. Untuk menghitung posisi kita relatif terhadap satelit GPS, kita perlu mengetahui lokasinya di luar angkasa, dengan kata lain, kita perlu mengetahui efemerisnya. Ada dua jenis ephemeris: ditransmisikan (onboard) dan akurat.

Efemeris yang ditransmisikan

Efemeris yang ditransmisikan berasal dari GPS satelit. Mereka berisi informasi tentang elemen orbit Keplerian, yang memungkinkan penerima GPS menghitung koordinat geosentris global dari setiap satelit, relatif terhadap tanggal geodetik WGS-84 asli (ini adalah sistem koordinat tiga dimensi untuk penentuan posisi di Bumi. Dalam sistem ini koordinat relatif terhadap pusat massa bumi. Tanggal referensi adalah tanggal ketika pusat massa ditentukan). Elemen Keplerian terdiri dari informasi tentang koordinat satelit untuk zaman tertentu dan perubahan parameter orbit dari periode pelaporan hingga saat pengamatan (laju perubahan parameter yang dihitung diambil). Stasiun bumi secara konstan melacak posisi orbit satelit yang diprediksi, membentuk aliran informasi ephemeris. Selanjutnya, stasiun kontrol utama mentransmisikan ephemeris yang dipancarkan ke satelit. Akurasi yang dihitung dari ephemeris yang ditransmisikan adalah sekitar 2,5 m dan sekitar 7 ns.

Ephemeris yang tepat

Ephemeris yang tepat terdiri dari koordinat geosentris global dari setiap satelit, sebagaimana didefinisikan dalam Kerangka Referensi Terestrial Global, dan mencakup koreksi jam. Ephemerides dihitung untuk setiap satelit pada interval tertentu. Ephemeris yang tepat adalah produk pasca pemrosesan. Data dikumpulkan oleh stasiun bumi dan kemudian dikirimkan ke Layanan Internasional GPS, di mana ephemerides yang tepat dihitung, yang sudah memiliki akurasi sekitar 5 cm dan 0,1 ns.

Mematikan stasiun bumi GPS hanya dapat memengaruhi akurasi pemosisian dan kecil kemungkinan akurasi tersebut diperlukan untuk tugas kita sehari-hari. Orang awam yang sederhana, menurut saya, tidak akan merasakan potensi penurunan akurasi ini saat menggunakan smartphone sebagai navigator.

Terlepas dari kenyataan bahwa stasiun pangkalan dimatikan tidak akan mengarah pada fakta bahwa perangkat menggunakan sistem GPS mereka akan berhenti menentukan koordinat, tetapi hanya berpotensi menguranginya, langkah selanjutnya secara teoritis adalah keputusan pemerintah AS untuk menghentikan transmisi sinyal GPS di wilayah Federasi Rusia (hanya terbang di atas Rusia, satelit Amerika tidak akan menyiarkan sinyal). Tentu saja itu mungkin. Tapi sejauh ini belum terjadi, dan sepertinya tidak akan terjadi besok atau dalam seminggu. Dan dalam enam bulan, smartphone yang tergeletak di saku Anda tidak lagi modis dan Anda harus memilihnya gadget baru... Saat itulah Anda perlu melihat perangkat yang memiliki GLONASS dan menurut saya dalam waktu dekat pilihan mereka hanya akan meningkatkan.

Keakuratan yang diberikan GLONASS saat ini sedikit lebih rendah daripada akurasi GLONASS GPS, tetapi celah ini menyusut dengan setiap satelit Rusia baru diluncurkan sebagai bagian dari program domestik. Selain itu, sedikit lebih banyak waktu dihabiskan untuk apa yang disebut "mulai dingin" - sinyal dari satelit pertama yang ditemukan di perangkat GLONASS dicari sedikit lebih lama dari sudut pandang pengguna, dan, pada kenyataannya, tidak demikian menakutkan.

Bagaimana Anda menilai posting ini?

Dan saya ingin berkontribusi untuk tujuan ini. Dalam salah satu komentar artikel di atas, sedikit disinggung pembicaraan tentang teori ephemeris seperti DE dan lainnya. Namun, ada banyak teori seperti itu dan kami akan menganalisis beberapa yang paling signifikan menurut saya.

Apa itu?
Untuk menghitung posisi benda langit secara akurat, perlu memperhitungkan sebanyak mungkin faktor yang mengganggu. Tidak ada solusi analitik untuk sistem lebih dari dua (pengecualian adalah solusi Lagrange tertentu), sehingga persamaan gerak benda diselesaikan secara numerik, tetapi bahkan memperhitungkan metode integrasi numerik yang relatif baru (seperti metode Everhart) , prosedur ini sangat mahal, dan jika solusi yang cukup akurat untuk jangka waktu kecil dapat dilakukan oleh PC rata-rata, maka integrasi pada rentang waktu global adalah tugas yang kompleks dan memakan waktu. oleh karena itu, masalah diselesaikan sebagai berikut: temukan posisi benda langit menggunakan integrasi dan perkirakan posisi ini dengan beberapa fungsi, dan pada keluarannya dapatkan koefisien untuk fungsi ini. Himpunan koefisien inilah yang biasa disebut teori ephemeris.

DE

Ini mungkin teori gerak benda langit yang paling populer. Munculnya teori ini terkait dengan perkembangan teknologi luar angkasa dan kebutuhan untuk menghitung posisi planet secara akurat untuk misi AMS. Sampai saat ini, ada banyak sekali versi teori ini. Yang paling populer adalah DE405. Anda dapat membaca tentang teori ini di sini: http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_export
Koefisien dibagi menjadi blok waktu, yaitu untuk zaman terpisah - koefisien terpisah.
Rumus untuk koefisien ini adalah polinomial Chebyshev. Omong-omong, polinomial Chebyshev-lah yang merupakan salah satu yang paling cocok untuk membuat teori ephemeris. Prinsip bekerja dengan polinomial semacam itu dijelaskan dalam buku O. Montebruk - "Astronomi di komputer pribadi" (Rutracker.org)
Dimana untuk mendapatkan?
Semua ini ada di situs ftp NASA. Dalam format teks ASCII: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/
Di sini, mungkin, ada baiknya mengomentari sesuatu. Masuk, misalnya, ke folder ini, kita akan melihat file kira-kira dalam bentuk berikut: ascp1600.403, mudah dipahami bahwa ini adalah koefisien untuk zaman 1600, dan versi teorinya adalah DE403.
Dalam file seperti itu ada tiga kolom - masing-masing sesuai dengan koordinat dalam ruang.
Namun, melihat ukuran file-file ini, menjadi jelas bahwa tidak nyaman menggunakannya dalam pekerjaan Anda. Oleh karena itu, ada versi binernya: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/
Bagaimana menerapkan?
Jadi kami mendapatkan biner yang kami butuhkan, tetapi pertanyaannya adalah: apa yang harus dilakukan dengannya? Untungnya, ftp memiliki contoh implementasi program dalam berbagai bahasa: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/

VSOP 87

Teori ini tentu saja tidak sepopuler teori sebelumnya, namun saya bisa merekomendasikannya untuk pemula. Ada kelemahan utama dari teori ini - teori ini hanya menggambarkan posisi planet dan Matahari. Jenis rumus dalam teori ini adalah deret trigonometri.
Dimana untuk mendapatkan?
Semudah mengupas buah pir, buka saja situsnya dan pilih bahasa dan format data yang diinginkan di pengaturan.
Dalam kesederhanaan memperoleh itulah keunggulan utama ephemeris ini terletak.
Setelah kodenya siap, saya pikir banyak dari kita sudah bisa melakukan sesuatu dengannya. Tapi, jika Anda masih membutuhkan sedikit petunjuk, Anda bisa merujuknya di sini.

EPM

Teori ephemeris ini sangat sedikit disebutkan. Itu dibuat di Institut Astronomi Terapan Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia. Ada 3 versi teori ini, masing-masing EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.
Dimana untuk mendapatkan?
Sumber tersedia di IAA RAS ftp: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/ . Nama folder sesuai dengan versi teorinya. Setiap teori memiliki file biner dan teks yang sesuai, seperti yang diterapkan di DE. Dan di sini juga file teks cukup berat, jadi sebaiknya gunakan binari
Bagaimana menerapkan?
Teori inilah yang tampaknya menjadi salah satu yang paling sulit untuk diterapkan. Namun demikian, pengembangnya merawat kami dan memberikan beberapa contoh dalam berbagai bahasa: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/ .
Teori itu sendiri dibangun di atas polinomial Chebyshev, mereka juga dijelaskan dengan cukup baik.

Catatan tentang Presisi

Perlu dicatat bahwa tidak semua teori adalah yang paling akurat. Yang paling tidak akurat dari semua hal di atas adalah VSOP87. DE dan EPM cukup akurat, perlu dicatat bahwa yang terakhir memperhitungkan efek relativistik. Namun, untuk hampir semua masalah terapan yang telah saya selesaikan sejauh ini, VSOP 87 telah digunakan, faktanya meskipun akurasinya timpang, tidak terlihat jika dibandingkan dengan pengamatan dasar (mungkin ada penyimpangan sepersepuluh, seperseratus detik busur ).

Akhirnya

Saya akan mengatakan sedikit tambahan tentang teori EPM. Saya belajar tentang teori ini dari percakapan pribadi, diketahui di kalangan yang agak sempit, dan hanya sedikit pengguna yang menggunakannya, tampaknya ini terkait dengan ketidaktertarikan Institut untuk menyebarkan teori ini ke kalangan luas, saya tidak dapat memikirkan penjelasan lain. , karena cukup mampu bersaing dalam kaitannya dengan teori lain.