Tato služba poskytuje možnost vybrat soubory přesných efemerid se znalostí data pozorování. Stačí zadat datum a kliknout na „Vybrat“.

Účelem přesných efemerid je přesnější zpracování statických pozorování. Jejich použití při zpracování nezaručuje vysokou kvalitu, ale může zvýšit počet pevných řešení, pokud byly práce prováděny ve ztížených podmínkách (omezená viditelnost ve městě s hustou zástavbou, v blízkosti stromů atd.).

Data jsou vypočítána a uložena veřejně na FTP serverech International GNSS Service a NASA Space Geodesy Data Archive.

Nejlepší konečná efemerida se vypočítá a zveřejní se zpožděním 12-18 dní. V reálném čase (nebo s několikahodinovým zpožděním) tzv. ultra rychlé a rychlé produkty. Jejich přesnost je horší než u finálních, ale zároveň výrazně lepší než u navigačních.

Soubory jsou uloženy v zabalené formě a může je rozbalit většina archivátorů, například 7zip

Utility

Světový převodník souřadnic

Stránka je založena na dobrovolnosti, proto při vstupu žádá o darování v její prospěch. Hodí se hlavně, pokud potřebujete převést souřadnice mezi různými mezinárodními souřadnicovými systémy a některými státními (jejichž parametry jsou veřejně přístupné, nikoli o Ukrajině), například ETRF89, WGS84, WGS84 Web Mercator a veřejně dostupný státní jedničky.

Geokalkulátor NDIGK

Stejný geokalkulátor ukrajinské státní služby v otázkách geodézie, kartografie a katastru.

TrimbleRTX

Služba pro post-processing od Trimble, výsledek je produkován ve formě ETRS a ITRF různých implementací. Pro přijatelnou přesnost je nutné dlouhodobé sledování. Na základě pozorování z mezinárodních stanic a některých našich vlastních. Zdarma, ale s registrací

AusPOS

Služba následného zpracování Geoscience Australia od australské vlády produkuje výsledek ve formě ITRF2014. Pro přijatelnou přesnost je nutné dlouhodobé sledování. Spoléhá na pozorování z mezinárodních stanic. Zdarma, není nutná registrace.

Plánovače průzkumů GNSS

Nástroje pro plánování GNSS měření na určité období umožňují předem odhadnout viditelné satelity pod daným mezním úhlem a jejich polohu nad horizontálou. Tyto nástroje se budou hodit při plánování optimálního času focení v místech se špatnou viditelností oblohy (lomy, města) a při použití jednosystémových přijímačů.

Co jsou efemeridy?

Ve slavném Webster's Dictionary of Definitions je uvedena následující definice termínu efemeris: Ephemeris je tabulka souřadnic nebeského tělesa daná v různých časech za určité období. Astronomové a zeměměřiči používají efemeridy k určení poloh nebeských těles, které se následně berou pro výpočet souřadnic bodů na zemském povrchu.

Obecně pro nás lze efemeridy GPS přirovnat k satelitům GPS a představit si je jako souhvězdí umělých hvězd. Abychom mohli vypočítat naši polohu vzhledem k satelitům GPS, potřebujeme znát jejich polohu ve vesmíru, jinými slovy jejich efemeridy. Existují dva typy efemerid: přenášené (na palubě) a přesné.

Vysílané (palubní) efemeridy

Vysílané (palubní) efemeridy, jak jejich název napovídá, jsou přenášeny přímo z GPS satelity. Vysílané efemeridy obsahují informace o prvcích keplerianské oběžné dráhy, které umožňují přijímači GPS vypočítat globální geocentrické souřadnice každého satelitu vzhledem k původnímu geodetickému datu WGS-84. Tyto keplerovské prvky se skládají z informací o souřadnicích satelitů pro určitou epochu a změnách orbitálních parametrů od sledovaného období do okamžiku pozorování (je akceptována vypočítaná rychlost změny parametrů). Pět monitorovacích stanic neustále monitoruje předem předpovězené polohy oběžných drah satelitů a generuje proud efemeridových informací. Dále hlavní řídicí stanice Navstar denně vysílá vysílané efemeridy na satelity. Vypočtená přesnost přenášených efemerid je ~260 cm a ~7 ns.

Přesné efemeridy (konečné produkty)

Přesné efemeridy se skládají z celozemských geocentrických souřadnic každého satelitu, jak jsou definovány v celozemském systému hlášení a zahrnují korekce hodin. Efemeridy se vypočítávají pro každý satelit v 15minutových intervalech. Přesná efemeris je produkt po zpracování. Data shromažďují sledovací stanice umístěné po celé Zemi. Tato data jsou poté přenášena do International GPS Service (IGS), kde jsou vypočítány přesné efemeridy. Přesné efemeridy jsou dostupné přibližně 2 týdny po sběru dat a mají přesnost menší než 5 cm a 0,1 ns.

Přesné efemeridy lze stáhnout ze serveru NASA:
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product/

Rapid efemeris (produkty Rapid)

Rychlé efemeridy se vypočítávají stejným způsobem jako přesné efemeridy, ale zpracování využívá menší soubor dat. Rychlé oběžné dráhy jsou zpravidla druhý den „poslány“ do služeb mezinárodních agentur. Přesnost rychlých efemerid je 5 cm a 0,2 ns.

Rychlé efemeridy lze stáhnout ze serveru IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Predikované nebo ultrarychlé efemeridy (produkty Ultrarapid)

Ultrarychlé efemeridy se přenášejí jako přenášené efemeridy, ale aktualizují se dvakrát denně. Někdy se jim říká efemeridy v reálném čase. To lze vysvětlit tím, že se používají stejným způsobem jako přenášené efemeridy, ale pro aplikace v reálném čase. Přesnost ultrarychlých efemerid je ~25 cm a ~5 ns.

Ultrarychlé efemeridy lze stáhnout ze serveru IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Potřebujeme přesné efemeridy?

Abychom na tuto otázku odpověděli, ustavme vztah mezi přesností efemerid a přesností vektorového řešení GPS. Předpokládejme, že mluvíme o 10 km dlouhé základní linii. Linku zpracováváme pomocí přenášených efemerid (přesnost 2,60 m). V tomto případě bude očekávaná přesnost (10 km /20 000 km) * 2,60 m = 1,3 mm. Pokud je délka základní linie 100 km, chyba se zvýší na 13 mm. Tato čísla nám umožňují dojít k závěru, že na krátkých základních liniích (do 100 km) je použití přenášených efemerid více než dostatečné.

Obecně lze říci, že díky rozvoji systému GPS se potřeba přesných efemerid poněkud snížila. Například ještě před několika lety byla chyba v přenášených efemeridách 20 m, zatímco chyba měření na 10 km by byla 1 cm.

Proč používat přesné efemeridy?

Nejprve je nutné mít na paměti, že chybové hodnoty uvedené dříve platí pro řádky, které mají pevná řešení. Na tratích o délce řádově 50 km a více je však velmi obtížné získat pevné řešení pomocí přenášených efemerid. Použití přesných efemerid výrazně zvyšuje šance na získání pevného řešení.

Za druhé, dlouho je známo, že výška se pomocí GPS určuje méně přesně než plánové souřadnice. Proto se pro práce, které vyžadují lepší určení výšky, doporučuje používat přesné efemeridy.

Za třetí si musíme pamatovat, že přenášené efemeridy jsou pouze předpoklad o tom, kde by měly být satelity. Někdy mohou nastat situace, kdy přenášené efemeridy obsahují chyby, které nemohou ovlivnit kvalitu základního řešení. Východiskem z této situace může být použití rychlých efemerid, den po provedení pozorování.

Kde najdu přesné efemeridy?

Existuje mnoho zdrojů, kde můžete najít zdarma Různé typy efemeridy. Jako příklady můžeme uvést webové stránky Mezinárodního geodynamického průzkumu (IGS):
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

Jaký je nejběžnější formát pro přesné efemeridy?

Přesné efemeridy jsou k dispozici ve dvou standardních formátech: SP3(formát ASCII) a E18(binární formát). Většina profesionálních programů pro zpracování GPS měření přímo podporuje jeden z těchto dvou formátů (podporuje například oba typy přesných efemerid, pozn. překladatele). V případě potřeby můžete použít nástroj pro překlad mezi těmito dvěma formáty.

A rád bych k této záležitosti přispěl. Jeden z komentářů k výše zmíněnému článku se krátce dotýká rozhovoru o efemeridových teoriích, jako je DE a další. Existuje však mnoho takových teorií a my budeme analyzovat některé z nejvýznamnějších podle mého názoru.

co to je?

Aby bylo možné přesně vypočítat polohy nebeských těles, je nutné vzít v úvahu co nejvíce rušivých faktorů. Pro soustavu více než dvou neexistuje analytické řešení (s výjimkou Lagrangeových partikulárních řešení), proto se pohybové rovnice těles řeší numericky, ale i s přihlédnutím k relativně novým metodám numerické integrace (jako je Everhartova metoda ), je tento postup velmi nákladný a je-li dostatečně přesné řešení pro malé Zatímco průměrné PC zvládne časové období, integrace v globálních časových rozsazích je složitý a časově náročný úkol. Proto byl problém vyřešen následovně: najít polohy nebeských těles pomocí integrace a aproximovat tyto polohy nějakou funkcí a na výstupu získat koeficienty pro tuto funkci. Právě množina těchto koeficientů se obvykle nazývá teorie efemerid.

DE

Toto jsou pravděpodobně nejoblíbenější teorie pohybu nebeských těles. Vznik této teorie je spojen s rozvojem vesmírných technologií a nutností přesně vypočítat polohy planet pro mise kosmických lodí. Dnes existuje obrovský seznam verzí této teorie. Nejoblíbenější z nich je DE405. O této teorii si můžete přečíst zde: http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_export
Kurzy jsou rozděleny do časových bloků, tzn. pro konkrétní éru - samostatné koeficienty.
Vzorec pro tyto koeficienty je Čebyševův polynom. Mimochodem, právě Čebyševův polynom je jedním z nejvhodnějších pro vytvoření teorie efemerid. Princip práce s takovými polynomy je popsán v knize O. Montebrooka – „Astronomy on osobní počítač"(Rutracker.org)

Kde to získat?

To vše je na ftp stránkách NASA. V textovém formátu ASCII: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/
Tady asi stojí za to něco komentovat. Když přejdeme například do této složky, uvidíme soubor, který vypadá asi takto: ascp1600.403, je snadné pochopit, že se jedná o koeficienty pro éru 1600 a verzi teorie DE403.
Takové soubory mají tři sloupce - každý z nich odpovídá souřadnici v prostoru.
Při pohledu na velikost těchto souborů je však zřejmé, že jejich použití v práci není pohodlné. Proto existují jejich binární verze: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/

Jak se přihlásit?

Nyní máme binární soubor, který potřebujeme, ale otázka zní: co s tím? Naštěstí na ftp existují příklady implementace programu v různé jazyky: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/

VSOP 87

Tato teorie samozřejmě není tak populární jako předchozí, nicméně právě tuto mohu začátečníkům doporučit. Tato teorie má hlavní nevýhodu – popisuje polohy pouze planet a Slunce. Typ vzorce v této teorii je trigonometrická řada.

Kde to získat?

Je to stejně snadné jako loupání hrušek, stačí přejít na web a v nastavení vybrat požadovaný jazyk a formát dat.
Právě ve snadném získání spočívá hlavní výhoda této efemeridy.
Když už máme kód připravený, myslím, že s tím už mnozí z nás mohou něco udělat. Ale pokud s tím stále potřebujete trochu pomoci, můžete jít sem

EPM

O této teorii efemerid je jen velmi málo zmínek. Byl vytvořen v Ústavu aplikované astronomie Ruské akademie věd. Existují 3 verze této teorie, respektive EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.

Kde to získat?

Zdroje jsou umístěny na ftp IPA RAS: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/. Název složky odpovídá verzi teorie. Každá teorie má odpovídající binární a textový soubor, jak je implementováno v DE. A tady taky textové soubory váží poměrně hodně, takže se vyplatí používat binární soubory

Jak se přihlásit?

Právě tato teorie se zdá být jednou z nejobtížněji realizovatelných. Přesto se o nás jeho vývojáři postarali a poskytli několik příkladů v různých jazycích: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/.
Samotná teorie je postavena na Čebyševových polynomech, jsou také docela dobře popsané.

Poznámky k přesnosti

Stojí za zmínku, že ne všechny teorie jsou nejpřesnější. Nejméně přesný ze všech výše uvedených je VSOP87. DE a EPM jsou poměrně přesné, stojí za zmínku, že druhý zohledňuje relativistické efekty. Téměř pro všechny aplikované problémy, které jsem dosud řešil, byl však použit VSOP 87, faktem je, že jeho přesnost sice pokulhává, nicméně při srovnání s elementárními pozorováními to není patrné (může dojít k odchylkám o desetiny, setiny obloukové vteřiny).

Konečně

Řeknu něco navíc o teorii EPM. O této teorii jsem se dozvěděl z osobního rozhovoru, je známá spíše v úzkých kruzích a málokdo ji používá, zřejmě to nějak souvisí s nezájmem ústavu šířit tuto teorii v širokých kruzích, jiné vysvětlení mě nenapadá, protože je to docela konkurenční ve vztahu k jiným teoriím.

Navigační satelity přenášejí dva typy dat – almanach a efemeridy.

Almanach - jedná se o soubor informací o aktuálním stavu navigačního systému jako celku, včetně ztracených efemerid, sloužících k vyhledávání viditelných satelitů a výběru optimální konstelace obsahující informace. Almanach obsahuje orbitální parametry všech satelitů. Každý satelit vysílá almanach pro všechny satelity. Údaje z almanachu nejsou příliš přesné a platí několik měsíců.

Data efemeridy obsahují velmi přesné úpravy orbitálních parametrů a hodin pro každý satelit, což je nutné pro přesné určení souřadnic. Každý navigační satelit vysílá data pouze ze svých vlastních efemerid.

Navigační zprávy- Jedná se o paketová data přenášená satelitem obsahující efemeridu s časovými značkami a almanach.

Signál vysílaný navigačními družicemi lze rozdělit na dvě hlavní složky: navigační signál (pseudonáhodný kód dálkoměru) a navigační zprávu (obsahující velké množství informací o parametrech navigačních družic). Navigační zpráva zase obsahuje efemeridová data a almanach (obr. 3.24). Ihned zdůrazněme, že kód dálkoměru se přenáší i jako součást navigační zprávy, což bude zřejmé z další prezentace.

Operativní informace

(Ephemerides)

Dlouhý, pseudonáhodný kód

Neoperativní informace

(Almanach)

Rýže. 3.24.Struktura navigačního satelitního signálu

Můžeme říci, že signál z navigačních satelitů obsahuje tři hlavní složky:

• 1) pseudonáhodný (dálkoměrný) kód;
• 2) almanach;
• 3) data efemerid.

Navigační přijímače získávají informace o poloze satelitů přesně z údajů obsažených v almanaších a satelitních efemeridách. Vysvětlíme si význam termínu „efemeris“ (starořecky ?(ргш?р1? - za den, denně). V astronomii se jedná o tabulku nebeských souřadnic Slunce, Měsíce, planet a dalších astronomických objektů, vypočítaných v pravidelných intervalech, například každý den o půlnoci.

Ephemeris také odkazuje na souřadnice umělých družic Země používaných pro navigaci v systémech NAVSTAR (GPS), GLONASS, Galileo atd. Ephemeris je aktualizovaná informace o oběžné dráze konkrétní družice vysílající signál, protože skutečná dráha družice může být. se liší od vypočteného. Právě přesný údaj o aktuální poloze družic umožňuje navigačnímu přijímači vypočítat přesnou polohu družice a na základě toho vypočítat vlastní polohu. Údaje o efemeridách z navigační konstelace GLONASS jsou zveřejněny na stránkách Ruské vesmírné agentury (Roscosmos). Složení efemerid družice GLONASS zahrnuje zejména následující orbitální parametry družice:

• NS - číslo satelitu;
• datum - základní datum (UTC+3 h), HH.MM.RR;
• ŽE. -čas průchodu vzestupného uzlu (počet sekund od 00 h 00 min 00 od základního data), s;
• T a6 - doba oběhu, s;
• e - excentricita;
• / - sklon oběžné dráhy, °;
• BO - zeměpisná délka vzestupného uzlu GLONASS, °;
• co - argument perigea, °;
• 5/, - korekce na palubní časové měřítko, s;
• P,- číslo frekvence písmen;
• NA - rychlost změny drakonického období. Drakonické období - časový interval mezi dvěma po sobě jdoucími průchody nebeského tělesa stejným (vzestupným nebo sestupným) orbitálním uzlem.

Koncept excentricity orbitální elipsy je znázorněn na Obr. 3,25:

• A
• hlavní poloosa orbitální elipsy - b _
• excentricita orbitální elipsy: E =

Ephemeris data jsou nedílnou součástí almanachu. Po obdržení základních přibližných parametrů drah všech satelitů z almanachu navigátor obdrží od každého satelitu vlastní efemeridy. Na základě těchto přesných údajů

Rýže. 3.25.

orbitální parametry, tzn. data almanachu. Ephemeris je jakousi „nadstavbou“ nad almanachem, která mění základní parametry na parametry specifické. Efemeridová data obsahují velmi přesné úpravy orbitálních parametrů a hodin pro každý satelit, což je nutné pro přesné určení souřadnic.

Na rozdíl od almanachu každý satelit vysílá data pouze ze svých efemerid a s jejich pomocí dokáže navigační přijímač s vysokou přesností určit polohu satelitů.

Ephemeris, které nesou přesnější data, zastarávají poměrně rychle. Tyto údaje jsou platné pouze 30 minut. Satelity vysílají své efemeridy každých 30 sekund. Aktualizace efemerid provádějí pozemní stanice. Pokud byl přijímač vypnutý déle než 30 minut a poté zapnutý, začne vyhledávat satelity na základě almanachu, který je mu znám. Pomocí něj vybere satelity k zahájení vyhledávání.

Když navigační přijímač detekuje satelit, začne proces shromažďování pomíjivých dat. Když jsou přijímány efemeridy každého satelitu, data přijatá ze satelitu jsou považována za vhodná pro navigaci.

Pokud je napájení přijímače vypnuto a poté znovu zapnuto do 30 minut, satelity „chytí“ velmi rychle, protože nebude potřeba znovu shromažďovat pomíjivá data. Toto je "horký" start.

Pokud od vypnutí uplynulo více než 30 minut, provede se „teplý“ start a přijímač znovu začne shromažďovat data efemerid.

Pokud byl přijímač převezen (vypnut) několik set kilometrů nebo vnitřní hodiny začínají ukazovat nepřesný čas, pak jsou údaje ve stávajícím kalendáři nesprávné. V tomto případě si navigátor musí stáhnout nový almanach a efemeridy. To už bude „studený“ start.

Poskytování satelitů efemeridami je prováděno pozemním segmentem systému, tzn. na Zemi se určují pohybové parametry satelitů a hodnoty těchto parametrů se předpovídají na předem stanovenou dobu. Měření a predikce pohybových parametrů družice se provádí v balistickém středu systému na základě výsledků měření trajektorie vzdálenosti k družici a její radiální rychlosti. Parametry a jejich předpověď jsou zahrnuty do navigační zprávy vysílané satelitem spolu s přenosem navigačního signálu.

V GPS je almanach v kombinaci s dalšími datovými poli přenášen každých 12,5 minuty, v GLONASS - každých 2,5 minuty. V tabulce 3.3 ukazuje pro srovnání dva časové parametry almanachu a GPS efemeridy. Je zřejmé, že období aktualizace dat a načasování jejich relevance pro almanach a efemeridy se výrazně liší.

Tabulka 3.3

Období pro aktualizaci dat o oběžné dráze navigační družice

Satelit GPS je platforma, která nese sadu zařízení, které poskytuje energii satelitu, schopnost upravit oběžnou dráhu a provoz. Energii zajišťují solární panely a baterie. Orbita se upravuje pomocí motorů s nízkým výkonem.

Období výkon znamená schopnost vykonávat funkce přiřazené satelitu. Satelit má anténu a přijímač pro příjem signálů z informačních stanic. Družice má palubní počítač pro ukládání informací, pro jejich vysílání a pro koordinaci provozu družice jako celku. Rytmus provozu všech zařízení je dán čtyřmi cesiovými a (nebo) vodíkovými frekvenčními a časovými normami. Kmitočet oscilací standardů je 10,23 MHz. Právě z těchto kmitů se získávají všechny ostatní satelitní signály – nosné i modulační (kódování) – násobením frekvence, jejím dělením nebo přeměnou harmonického kmitání na kódový signál. Satelit má vysílač a anténu pro přenos signálu k uživateli systému. V satelitu je umístěno i stabilizační a orientační zařízení a další vybavení.

Existují tři známé třídy satelitů: blok I, blok II a blok IIR. Satelity Block I, každý o hmotnosti 845 kilogramů, byly vypuštěny v letech 1978 až 1985 z letecké základny v Kalifornii. Byla použita raketa Atlas F. Životnost družice zahrnuté v návrhu byla 4,5 roku. Některé satelity fungovaly téměř třikrát déle. Úhel sklonu orbitální roviny k rovníkové rovině pro satelity této třídy byl 63 stupňů. Satelity vypuštěné později mají 55 stupňů. Satelity této třídy byly v jistém smyslu zkušebními, i když plně plnily funkce, které jim byly přiděleny. Další série družic Block II byla určena k vytvoření operační konstelace.

První satelit Block II, který stál přibližně 50 milionů dolarů a váží více než jeden a půl tuny, byl vypuštěn 4. února 1989 Kennedyho vesmírným střediskem z Kennedyho letecké základny. Cape Canaverall. Florida, USA. Použili nosnou raketu Delta II. Projektovaná životnost družice této třídy byla 6 let, i když některé družice mohly fungovat i 10 let, protože zásoba spotřebního materiálu, především paliva, byla na tuto dobu dostačující. Rozdíl mezi blokem I a blokem II souvisí s národní bezpečností USA. Satelitní signál bloku I byl plně dostupný pro civilního uživatele, zatímco některé signály bloku II tuto dostupnost omezovaly.

Blokové družice třídy IIR, které téměř úplně nahradily ty, které jsou v současnosti vypouštěny, mají konstrukční životnost 10 let. Písmeno „R“ znamená úpravu nebo nahrazení. Na palubě jsou vodíkové masery, které nahrazují frekvenční standardy rubidia a cesia instalované na předchozích třídách satelitů. Každý satelit váží více než dvě tuny a stojí asi 25 milionů dolarů. Tyto satelity jsou vypouštěny pomocí raketoplánu. Provozní režim je takový, že civilní uživatel má ještě menší přístup k satelitnímu signálu. Další podrobnosti o režimu omezení přístupu jsou popsány v částech 3.1 a 3.3.

3.1. Struktura satelitního signálu

Základem fungování systému je přesné měření času a časových intervalů. Období přesný znamená, že jsou použity všechny dostupné prostředky k dosažení nejvyšší přesnosti. Hlavní velitelská a řídicí stanice, stejně jako každý satelit, jsou vybaveny nejpřesnějšími cesiovými a vodíkovými frekvenčními a časovými standardy, které jsou v současné době k dispozici. Frekvence kmitání standardu je 10,23 MHz. Všechny satelitní oscilace a signály jsou získávány z této frekvence koherentní transformací: násobením a dělením frekvence referenčního oscilátoru - standardu pro frekvenci a čas. Dvě oscilace nosné frekvence se získají vynásobením frekvence referenčního oscilátoru příslušným faktorem. Oscilace L1 = 1575,42 MHz se získá vynásobením 154. Oscilace L2 = 1227,60 MHz se získá vynásobením 120. Měření na dvou nosných frekvencích se používá k implementaci disperzní metody zohlednění vlivu ionosféry a k usnadnění postup při řešení nejednoznačnosti fázových měření.

Oscilace nosné jsou modulovány kódovými signály: C/A kód a P kód. V tomto případě jsou obě oscilace nosné modulovány P-kódem; C/A kódem jsou modulovány pouze oscilace první nosné frekvence. Hodinová frekvence P-kódu je rovna oscilační frekvenci referenčního oscilátoru. Hodinový kmitočet kódu C/A se získá vydělením kmitočtu kmitání referenčního oscilátoru deseti. Kódy jsou popsány v části 3.3. Kromě toho jsou nosné vlny modulovány zprávou navigačního satelitu.

3.2. Navigační zpráva, efemeris

Navigační zpráva také zvaný satelitní zprávu nebo navigační satelitní zprávu. V anglické terminologii se jedná o navigační masáž. Existuje dokonce i jméno Oznámení, ačkoli z definice žádná zpráva nemůže obsahovat informace. Níže pro stručnost budeme tento termín používat zpráva.

Zpráva obsahuje 1500 bitů informací a je odeslána za 30 sekund. Ale ne všechny informace jsou předány v tomto krátkém časovém období. Například almanach je přenášen přes několik zpráv o almanachu, viz níže. Zpráva obsahuje pět bloků (rámce, dílčí rámce, anglicky subframes). Každý blok je vysílán po dobu 6 sekund a obsahuje 10 slov. Každé slovo obsahuje 30 bitů.

Každý blok začíná telemetrickým slovem (TLM). Obsahuje synchronizační formát a diagnostickou zprávu - zprávu nebo část zprávy o stavu družice a systému jako celku. Následuje další klíčové slovo- předávací slovo (JAK). Tento termín lze přeložit jako slovo předávané z ruky do ruky. V podstatě JAK je časové razítko.

První blok obsahuje parametry satelitních hodin a koeficienty ionosférického modelu. Parametry hodin jsou korekce a průběh satelitních hodin vzhledem k GPST. Informace o parametrech ionosférického modelu se využívá pouze při práci s jednofrekvenčními přijímači. Pokud existuje dvoufrekvenční přijímač, použije se disperzní metoda.

Druhý a třetí blok obsahují efemeridy satelitu vysílajícího tuto zprávu. Tyto efemeridy se nazývají vysílací efemeridy. Jsou získávány ze satelitních pozorování z pěti sledovacích stanic.

Pozorování družic sledovacími stanicemi, prvotní zpracování výsledků, jejich předání na hlavní velitelské a řídicí stanoviště, zpracování výsledků tam, jejich přenos do informačního stanoviště a samotné pokládání zabere čas. V důsledku toho jsou vysílací efemeridy uložené v paměti palubních počítačů a vysílané v době jejich vysílání již zastaralé. Proto je vysílaná efemerida výsledkem predikce a extrapolace. Ze stejného důvodu se efemeridy ukládají do paměti palubních počítačů družic co nejčastěji – přibližně každou hodinu.

Čtvrtý blok je vyhrazen pro přenos servisních informací. Civilní přijímače nemají možnost tyto informace zaregistrovat.

Pátý snímek obsahuje almanach satelity a informace o stavu systému. Almanach je přibližné efemeridy systémových satelitů a údaje o zdraví každého satelitu. Každý Satelit vysílá informace o konstelaci satelitů každých 12,5 minuty. Získat almanach před začátkem pozorování a použít tato data ve fázi plánování musíte přijímač umístit na libovolné otevřené místo, nechat jej tam zapnutý po dobu 15-20 minut, vypnout jej a přenést data do kancelářského počítače. Během procesu pozorování je získáván nový almanach, aniž by byl vynaložen další čas.

Satelitní efemerida je kompletní soubor dat o dráze družice a poloze družice na oběžné dráze. Uživatel GPS se zajímá o geocentrické souřadnice satelitu v systému WGS84 v okamžiku, kdy signál opouští tento satelit. Uživatelské zařízení vypočítává satelitní souřadnice pomocí dat obsažených v souboru efemerid. Ephemerid informace jsou klasifikovány jako odkaz(referenční, počáteční) moment

to o, tento okamžik je uveden v souboru efemerid. Zpráva také obsahuje AODE (Age of Data) - „stáří“ efemeridových dat, tedy časový interval, který uplynul od uložení dat do paměti palubního počítače. Připomeňme, že parametry efemerid jsou oskulační a vztahují se k referenčnímu momentu.Následuje shrnutí informací obsažených ve vysílaných efemeridách.

	je druhá odmocnina hlavní poloosy orbitální elipsy. Je to druhá odmocnina hlavní poloosy, která je zahrnuta ve vzorci pro výpočet orbitálních souřadnic satelitu z jeho efemerid; navíc informace o druhé odmocnině poloosy vyžaduje méně místa ve zprávě než informace o ose.
E	- orbitální excentricita
W	- rektascenze vzestupného uzlu oběžné dráhy satelitu
W'	- rychlost změny rektascenze vzestupného uzlu oběžné dráhy satelitu
i	- úhel sklonu roviny oběžné dráhy k rovině rovníku
já'	- rychlost změny úhlu sklonu
M o	- průměrná anomálie v referenčním okamžiku
Dn	- odchylka průměrné hodnoty pohybu od předem vypočítané
C uc a C us	- amplitudy kosinusových a sinusových členů ve vzorci pro opravu argumentu zeměpisné šířky
C rc a C rs	- amplitudy kosinusových a sinusových členů ve vzorci pro korekci na poloměr orbity
Cic a C je	- amplitudy kosinusových a sinusových členů ve vzorci pro korekci na úhel sklonu dráhy. Vzorce pro poruchy oskulačních prvků berou v úvahu pouze vliv komprese Země na pohyb družice

3.3. Výpočet orbitálních souřadnic z efemerid

Uvažujme, jak se satelitní efemerida používá k výpočtu jejích pravoúhlých souřadnic X o a Y o v rovníkovém souřadnicovém systému v době pozorování. Vzorce (1) jsou konečnou fází řešení problému.

X o = r cos u, Y o = r sin u. (1) To ukazuje, že problém se redukuje na určení orbitálního poloměru v době pozorování r argument satelitu a zeměpisné šířky u Okamžik pozorování t získané ze záznamu okamžiku příchodu k příjemci časového razítka. Tak jako informace o pozadí použijte také hodnotu jednoho z základní geodetické konstanty m - součin gravitační konstanty a hmotnosti Země. V WGS84 m = 3,986008. 10 14 m/s 2. Postup výpočtu orbitálních souřadnic je rozdělen do čtyř fází. V první fázi se vypočítá skutečná anomálie PROTI. Postup výpočtu je následující. Vypočítejte časový interval D t, minulosti z referenční referenční epochy t o až do okamžiku t pozorování:

Dt=t-t o.

Vypočítejte přibližnou hodnotu průměrného pohybu n o = ( m/a- 3 )- 1/2. Vypočítejte upřesněnou hodnotu průměrného pohybu n=n o + Dn.Vypočítejte průměrnou anomálii M = M o + n Dt.Použití Keplerovy rovnice M=EsinE,vypočítat excentrickou anomálii E.A nakonec v této fázi je vypočítána skutečná anomálie PROTI,pomocí vzorců: cosV=(cosE-e)/(1-ecosE) A sinV=(1-e - 2 sinE) - (1/2)/(1-ecosE).Ve druhé fázi se vypočítá hodnota argumentu zeměpisné šířky U. Postup výpočtu je následující. Vypočítejte přibližnou hodnotu argumentu zeměpisné šířky U o = V+ w.Vypočítejte opravu na přibližnou hodnotu argumentu zeměpisné šířky pro účinek komprese Země na oběžnou dráhu satelitu pomocí vzorce: D U=C uc cos2U o + C us sin2U o. Připomeňme, že koeficienty S obsažené v efemeridách. Význam indexů pro tyto koeficienty je následující. Index U znamená, že se počítá argument zeměpisné šířky U. Indexy C a S znamenají, že představují kosinus a sinus. Dále byl tento systém indexování zachován. Nakonec se v této fázi vypočítá upřesněná hodnota argumentu zeměpisné šířky U=U o + D U.Ve třetí fázi se vypočítá poloměr r o satelitní rbits. Postup výpočtu je následující. Vypočítejte přibližnou hodnotu orbitálního poloměru pomocí vzorce: r o =a(1-ecosE). Vypočítejte korekci na poloměr oběžné dráhy pro stlačení Země: D r=C rc cos2U o + C rs sin2U o. Význam indexů je stejný jako v předchozí fázi. A nakonec se v této fázi vypočítá zpřesněná hodnota orbitálního poloměru: r=r o + D r.Satelitní souřadnice získané z vysílaných efemerid mohou obsahovat chybu asi 100 metrů. Důvody tak nízké přesnosti jsou následující. Za prvé, vysílané efemeridy jsou neodmyslitelně výsledkem předpovědi oběžné dráhy, to znamená, že se jedná o extrapolované efemeridy. Za druhé, při jejich výpočtu berou v úvahu pouze jeden, i když nejvýznamnější faktor, který narušuje oběžnou dráhu satelitu - vliv komprese Země. Nezohlednění dalších faktorů vede ke snížení přesnosti při jakékoli zdlouhavé extrapolaci. A za třetí, pro neoprávněného uživatele je efemerida záměrně zdrsněna.

3.4. Kódy

Nosné oscilace satelitu jsou fázově řízeny kódovými signály. Vraťme se k úvahám o kódech započatých v části 3.1.

Podle statistických charakteristik jsou kódy náhodné, tvoří tedy širokopásmový signál. Koherenční délka takového signálu je malá, proto se během korelačního zpracování získá úzké a jediné hlavní maximum korelační funkce. To zase umožňuje měřit časové zpoždění v kódovém režimu jednoznačně a s vysokou přesností. Přijímací a záznamové zařízení, které „nezná“ zákony tvorby kódu, bude vnímat satelitní signál jako šum, náhodný. Ve skutečnosti se kodexy tvoří přirozeně, ačkoli typ zákona je složitý. Z tohoto důvodu se nazývá satelitní signál pseudohluk, a kódy jsou pseudonáhodné.

Existují dva typy měřicích kódů. Snadno přístupný, snadno zjistitelný, vysílaný kód - C/A-kód - Hrubý akviziční kód. Přesný P-kód - Přesný kód. Satelit má individuální kód C/A, který se opakuje každou milisekundu. Přijímač identifikuje a přijímá satelitní signál na frekvenci L1 snadné, protože tato frekvence je modulována kódem C/A. U zachycení satelitního signálu na frekvenci je situace mnohem složitější L2, tedy na druhém nosném kmitočtu. Není na něj aplikován C/A kód, takže zachycení signálu a následná pozorování jsou možná pouze v P kódu. To ztěžuje práci uživatele a tato obtíž je záměrně zabudována do návrhu systému.

Satelit v této době je charakterizován P-kódem, který se opakuje každý druhý týden. Současně je celý P-kód jako celek součástí systému. Doba trvání P-kódu systému je 266,4 dne. Jinými slovy, celý dlouhý P-kód systému je rozdělen do týdenních segmentů, intervalů. Každý segment v dané epoše je přiřazen ke konkrétnímu satelitu. Zpočátku měli přístup k P-kódu pouze oprávnění uživatelé, především americká armáda. Nyní má zařízení téměř všech uživatelů přístup k P-kódu. Tento přístup je komplikován tím, že signál P-kódu je podroben dodatečnému kódování (šifrování) tzv. Y-kódem. Jak se uvádí v literatuře, bylo tak učiněno proto, aby se předešlo možnosti narušení systému vnějším zásahem. Tento režim činnosti se nazývá Anti-Spoofing (AS) – režim bránění neoprávněnému vlivu. Jde o použití Y-kódu. Na druhé straně, Y-kódování je výměna týdenních úseků P-kódu mezi satelity v sekvenci známé pouze personálu spravujícímu systém. Pokud je tato sekvence uživateli neznámá, to znamená, že jeho přijímač neobsahuje odpovídající čip, pak neexistuje způsob, jak zachytit signál P-kódu na druhé nosné frekvenci a drahý a vysoce přesný dvoufrekvenční přijímač může fungují pouze jako jednofrekvenční. Výrobci zařízení však tyto potíže tak či onak překonali, například tím, že zaplatili za možnost instalovat do přijímačů příslušné čipy. Proto se zdá, že Y-kódování již není nutné.

Pozorování v kódu C/A se nazývají standardní polohovací služba (SPS). Navigační souřadnice v tomto režimu jsou určeny s chybou 100-200 metrů. Pozorování v P-kódu se nazývá Precise Positioning Service (PPS) – služba určení přesná poloha. Navigační souřadnice v tomto režimu jsou určeny s chybou cca 10-20 metrů.