Ce service offre la possibilité de sélectionner des fichiers d'éphémérides exactes en connaissant la date des observations. Entrez simplement la date et cliquez sur "Sélectionner".

Le but des éphémérides précises est un traitement plus précis des observations statiques. Leur utilisation en transformation ne garantit pas une qualité élevée, mais peut augmenter le nombre de solutions fixes si les travaux ont été réalisés dans des conditions difficiles (visibilité limitée dans une ville avec des bâtiments denses, à proximité d'arbres, etc.).

Les données sont calculées et stockées publiquement sur les serveurs FTP du service international GNSS et des archives de données de géodésie spatiale de la NASA.

Les meilleures éphémérides finales sont calculées et publiées avec un délai de 12 à 18 jours. En temps réel (ou avec un retard de plusieurs heures) ce qu'on appelle. produits ultra-rapides et rapides. Leur précision est pire que celle des versions finales, mais en même temps nettement meilleure que celles de navigation.

Les fichiers sont stockés sous forme compressée et peuvent être décompressés par la plupart des archiveurs, par exemple 7zip

Utilitaires

Le convertisseur de coordonnées mondiales

Le site est basé sur des principes volontaires, c'est pourquoi, dès l'entrée, il demande des dons en sa faveur. Il sera principalement utile si vous avez besoin de convertir des coordonnées entre divers systèmes de coordonnées internationaux et certains systèmes d'État (dont les paramètres sont ouverts au public et ne concernent pas l'Ukraine), par exemple ETRF89, WGS84, WGS84 Web Mercator et l'état accessible au public. ceux.

Géocalculateur NDIGK

Le même géocalculateur de la fonction publique ukrainienne sur les questions de géodésie, de cartographie et de cadastre.

TrimbleRTX

Service de post-traitement de Trimble, le résultat est produit sous forme d'ETRS et ITRF de diverses implémentations. Un suivi à long terme est nécessaire pour une précision acceptable. Basé sur des observations de stations internationales et de certaines des nôtres. Gratuit, mais avec inscription

AusPOS

Le service de post-traitement Geoscience Australia du gouvernement australien produit le résultat sous la forme d'ITRF2014. Un suivi à long terme est nécessaire pour une précision acceptable. S'appuie sur les observations des stations internationales. Gratuit, aucune inscription requise.

Planificateurs de levés GNSS

Des outils de planification des mesures GNSS sur une certaine période permettent d'estimer à l'avance les satellites visibles à un angle de coupure donné et leur position au-dessus de l'horizontale. Ces outils seront utiles lors de la planification du temps de prise de vue optimal dans des endroits où la visibilité du ciel est mauvaise (carrières, villes) et lors de l'utilisation de récepteurs monosystème.

Que sont les éphémérides ?

Dans le célèbre dictionnaire des définitions de Webster, la définition suivante du terme éphéméride est donnée : Une éphéméride est un tableau de coordonnées d'un corps céleste donné à différents moments sur une certaine période. Les astronomes et les géomètres utilisent les éphémérides pour déterminer les positions des corps célestes, qui sont ensuite prises pour calculer les coordonnées des points à la surface de la Terre.

De manière générale, pour nous, les éphémérides GPS peuvent être comparées aux satellites GPS, et imaginées comme une constellation d’étoiles artificielles. Afin de calculer notre position par rapport aux satellites GPS, nous avons besoin de connaître leur position dans l’espace, c’est-à-dire leurs éphémérides. Il existe deux types d'éphémérides : transmises (à bord) et précises.

Éphémérides transmises (à bord)

Les éphémérides transmises (à bord), comme leur nom l'indique, sont transmises directement depuis Satellite GPS. Les éphémérides transmises contiennent des informations sur les éléments de l'orbite képlérienne, qui permettent au récepteur GPS de calculer les coordonnées géocentriques globales de chaque satellite, par rapport à la date géodésique originale WGS-84. Ces éléments képlériens consistent en des informations sur les coordonnées des satellites pour une certaine époque et les changements des paramètres orbitaux depuis la période de référence jusqu'au moment de l'observation (le taux calculé de changement des paramètres est accepté). Cinq stations de surveillance surveillent en permanence les positions prédites des orbites des satellites, générant un flux d'informations éphémérides. Ensuite, la station de contrôle principale Navstar transmet quotidiennement les éphémérides transmises aux satellites. La précision calculée des éphémérides transmises est d’environ 260 cm et d’environ 7 ns.

Éphémérides précises (produits finaux)

Les éphémérides précises comprennent les coordonnées géocentriques à l'échelle de la Terre de chaque satellite telles que définies dans le système de rapport à l'échelle de la Terre et incluent des corrections d'horloge. Les éphémérides sont calculées pour chaque satellite à intervalles de 15 minutes. Les éphémérides précises sont un produit de post-traitement. Les données sont collectées par des stations de suivi situées partout sur la Terre. Ces données sont ensuite transmises au Service GPS International (IGS), où les éphémérides exactes sont calculées. Les éphémérides précises deviennent disponibles environ 2 semaines après le moment de la collecte des données et ont une précision inférieure à 5 cm et 0,1 ns.

Les éphémérides exactes peuvent être téléchargées depuis le serveur de la NASA :
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product/

Éphémérides rapides (produits rapides)

Les éphémérides rapides sont calculées de la même manière que les éphémérides précises, mais le traitement utilise un ensemble de données plus petit. En règle générale, les orbites rapides sont « postées » aux services des agences internationales le lendemain. La précision des éphémérides rapides est de 5 cm et 0,2 ns.

Les éphémérides rapides peuvent être téléchargées depuis le serveur IGS :
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Éphémérides prédites ou ultrarapides (produits ultrarapides)

Les éphémérides ultrarapides sont transmises comme les éphémérides transmises, mais elles sont mises à jour deux fois par jour. On les appelle parfois éphémérides en temps réel. Cela peut s'expliquer par le fait qu'elles sont utilisées de la même manière que les éphémérides transmises, mais pour des applications en temps réel. La précision des éphémérides ultrarapides est d’environ 25 cm et d’environ 5 ns.

Les éphémérides ultrarapides peuvent être téléchargées depuis le serveur IGS :
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Avons-nous besoin d’éphémérides précises ?

Pour répondre à cette question, établissons une relation entre la précision des éphémérides et la précision de la solution vectorielle GPS. Supposons que nous parlons d'une ligne de base de 10 km de long. Nous traitons la ligne à l'aide des éphémérides transmises (précision 2,60 m). Dans ce cas, la précision attendue sera de (10 km /20 000 km) * 2,60 m = 1,3 mm. Si la longueur de la ligne de base est de 100 km, l'erreur passera à 13 mm. Ces chiffres permettent de conclure que sur des lignes de base courtes (jusqu'à 100 km) l'utilisation des éphémérides transmises est plus que suffisante.

En général, on peut dire qu'en raison du développement du système GPS, le besoin d'éphémérides précises a quelque peu diminué. Par exemple, il y a quelques années à peine, l'erreur dans les éphémérides transmises était de 20 m, alors que l'erreur de mesure sur 10 km aurait été de 1 cm.

Pourquoi utiliser des éphémérides précises ?

Tout d’abord, il faut garder à l’esprit que les valeurs d’erreur données précédemment sont valables pour les lignes ayant des solutions fixes. Or, sur des lignes de l'ordre de 50 km et plus, il est très difficile d'obtenir une solution fixe à l'aide des éphémérides transmises. L’utilisation d’éphémérides précises augmente considérablement les chances d’obtenir une solution fixe.

Deuxièmement, on sait depuis longtemps que la hauteur est déterminée avec moins de précision à l’aide du GPS que des coordonnées planifiées. Par conséquent, pour les travaux nécessitant une meilleure détermination de la hauteur, il est recommandé d’utiliser des éphémérides précises.

Troisièmement, nous devons nous rappeler que les éphémérides transmises ne sont que hypothèse sur l'endroit où devraient être les satellites. Parfois, des situations peuvent survenir lorsque les éphémérides transmises contiennent des erreurs qui ne peuvent qu'affecter la qualité de la solution de base. Un moyen de sortir de cette situation peut être l'utilisation d'éphémérides rapides, un jour après les observations.

Où puis-je trouver des éphémérides précises ?

Il existe de nombreuses sources où vous pouvez trouver gratuitement différents types d’éphémérides. A titre d’exemples, on peut citer le site Internet de l’International Geodynamic Survey (IGS) :
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

Quel est le format le plus courant pour des éphémérides précises ?

Les éphémérides précises sont disponibles dans deux formats standard : SP3(format ASCII) et E18(format binaire). La plupart des programmes professionnels de traitement des mesures GPS supportent directement l'un de ces deux formats (par exemple, ils supportent les deux types d'éphémérides précises, ndlr). Si nécessaire, vous pouvez utiliser un utilitaire pour traduire entre ces deux formats.

Et je voudrais apporter ma contribution à ce sujet. L’un des commentaires sur l’article mentionné ci-dessus aborde brièvement la conversation sur les théories des éphémérides, telles que DE et autres. Cependant, il existe de nombreuses théories de ce type et nous analyserons certaines des plus significatives à mon avis.

Ce que c'est?

Afin de calculer avec précision les positions des corps célestes, il est nécessaire de prendre en compte autant de facteurs perturbateurs que possible. Il n'existe pas de solution analytique pour un système de plus de deux (à l'exception des solutions particulières de Lagrange), donc les équations du mouvement des corps sont résolues numériquement, mais même en tenant compte de méthodes d'intégration numérique relativement nouvelles (telles que la méthode d'Everhart ), cette procédure est très coûteuse et s'il s'agit d'une solution suffisamment précise pour une petite période de temps, l'intégration sur des plages de temps globales est une tâche complexe et longue. Par conséquent, le problème a été résolu comme suit : trouver les positions des corps célestes par intégration et approximer ces positions avec une fonction, et en sortie obtenir les coefficients de cette fonction. C'est l'ensemble de ces coefficients que l'on appelle habituellement la théorie des éphémérides.

DE

Ce sont probablement les théories les plus populaires sur le mouvement des corps célestes. L'émergence de cette théorie est associée au développement de la technologie spatiale et à la nécessité de calculer avec précision les positions des planètes pour les missions des engins spatiaux. Il existe aujourd'hui une énorme liste de versions de cette théorie. Le plus populaire d'entre eux est le DE405. Vous pouvez lire cette théorie ici : http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_export
Les cotes sont divisées en tranches horaires, c'est-à-dire pour une époque particulière - des coefficients séparés.
La formule de ces coefficients est le polynôme de Chebyshev. À propos, c'est le polynôme de Chebyshev qui est l'un des plus appropriés pour créer une théorie des éphémérides. Le principe de travailler avec de tels polynômes est décrit dans le livre d'O. Montebrook - « Astronomy on ordinateur personnel"(Rutracker.org)

Où l'obtenir ?

Tout cela se trouve sur le site FTP de la NASA. Au format texte ASCII : ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/
Cela vaut probablement la peine de commenter quelque chose ici. En allant par exemple dans ce dossier, nous verrons un fichier qui ressemble à ceci : ascp1600.403, il est facile de comprendre qu'il s'agit de coefficients pour l'ère 1600, et d'une version de la théorie DE403.
De tels fichiers comportent trois colonnes - chacune d'elles correspond à une coordonnée dans l'espace.
Cependant, en regardant la taille de ces fichiers, il devient clair que leur utilisation au travail n'est pas pratique. Il en existe donc des versions binaires : ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/

Comment s'inscrire?

Nous avons maintenant le binaire dont nous avons besoin, mais la question est : qu’en faire ? Heureusement, il existe des exemples d'implémentations de programmes sur FTP différentes langues: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/

VSOP 87

Bien entendu, cette théorie n’est pas aussi populaire que la précédente, mais c’est celle que je peux recommander aux débutants. Cette théorie présente un inconvénient majeur : elle décrit uniquement les positions des planètes et du Soleil. Le type de formule dans cette théorie est une série trigonométrique.

Où l'obtenir ?

C'est aussi simple que de décortiquer des poires, il suffit d'aller sur le site Web et de sélectionner la langue et le format de données souhaités dans les paramètres.
C’est dans la facilité d’obtention que réside le principal avantage de ces éphémérides.
Une fois le code prêt, je pense que beaucoup d’entre nous peuvent déjà en faire quelque chose. Mais si vous avez encore besoin d'un peu d'aide, vous pouvez aller ici

GPE

On parle très peu de cette théorie des éphémérides. Il a été créé à l'Institut d'astronomie appliquée de l'Académie des sciences de Russie. Il existe 3 versions de cette théorie, respectivement EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.

Où l'obtenir ?

Les sources se trouvent sur le ftp IPA RAS : ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/. Le nom du dossier correspond à la version de la théorie. Chaque théorie a un binaire correspondant et un fichier texte, tels qu'implémentés dans DE. Et ici aussi fichiers texte pèsent beaucoup, donc ça vaut la peine d'utiliser des binaires

Comment s'inscrire?

C’est cette théorie qui semble être l’une des plus difficiles à mettre en œuvre. Néanmoins, ses développeurs ont pris soin de nous et ont fourni plusieurs exemples dans différentes langues : ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/.
La théorie elle-même est construite sur les polynômes de Chebyshev, ils sont également assez bien décrits.

Notes sur l'exactitude

Il convient de noter que toutes les théories ne sont pas les plus précises. Le moins précis de tous ceux répertoriés ci-dessus est VSOP87. DE et EPM sont assez précis, il est à noter que ce dernier prend en compte les effets relativistes. Cependant, pour presque tous les problèmes appliqués que j'ai résolus jusqu'à présent, VSOP 87 a été utilisé, le fait est que bien que sa précision soit faible, cela n'est néanmoins pas perceptible par rapport aux observations élémentaires (il peut y avoir des écarts de dixièmes, centièmes secondes d'arc).

Enfin

Je dirai un peu plus sur la théorie EPM. J'ai appris cette théorie lors d'une conversation personnelle, elle est connue dans des cercles assez restreints et peu d'utilisateurs l'utilisent, apparemment cela est en quelque sorte lié au désintérêt de l'institut à diffuser cette théorie dans de larges cercles, aucune autre explication ne me vient à l'esprit, car elle est tout à fait compétitive par rapport aux autres théories.

Les satellites de navigation transmettent deux types de données : l'almanach et les éphémérides.

Almanach - Il s'agit d'un ensemble d'informations sur l'état actuel du système de navigation dans son ensemble, y compris les éphémérides perdues, utilisées pour rechercher des satellites visibles et sélectionner la constellation optimale contenant des informations. L'almanach contient les paramètres orbitaux de tous les satellites. Chaque satellite transmet un almanach pour tous les satellites. Les données de l'almanach ne sont pas très précises et sont valables plusieurs mois.

Données éphémérides contiennent des ajustements très précis des paramètres orbitaux et des horloges de chaque satellite, nécessaires pour déterminer avec précision les coordonnées. Chaque satellite de navigation transmet des données uniquement à partir de ses propres éphémérides.

Messages de navigation- Il s'agit de paquets de données transmis par le satellite contenant une éphéméride avec horodatage et un almanach.

Le signal transmis par les satellites de navigation peut être divisé en deux composants principaux : un signal de navigation (code télémétrique pseudo-aléatoire) et un message de navigation (contenant une grande quantité d'informations sur les paramètres des satellites de navigation). À son tour, le message de navigation contient des données éphémérides et un almanach (Fig. 3.24). Soulignons tout de suite que le code télémétrique est également transmis dans le cadre du message de navigation, ce qui ressortira clairement de la présentation ultérieure.

Informations opérationnelles

(Éphémérides)

Code pseudo-aléatoire de forme longue

Informations non opérationnelles

(Almanach)

Riz. 3.24.Structure du signal des satellites de navigation

On peut dire que le signal des satellites de navigation contient trois composantes principales :

• 1) code pseudo-aléatoire (télémètre) ;
• 2) almanach ;
• 3) données éphémérides.

Les récepteurs de navigation obtiennent des informations sur la localisation des satellites précisément à partir des données contenues dans les almanachs et les éphémérides des satellites. Expliquons la signification du terme « éphémérides » (grec ancien ?(ргш?р1? - par jour, quotidiennement). En astronomie, il s'agit d'un tableau des coordonnées célestes du Soleil, de la Lune, des planètes et d'autres objets astronomiques, calculé à intervalles réguliers, par exemple tous les jours à minuit.

Les éphémérides font également référence aux coordonnées des satellites artificiels de la Terre utilisés pour la navigation dans les systèmes NAVSTAR (GPS), GLONASS, Galileo, etc.. Les éphémérides sont des informations mises à jour sur l'orbite d'un satellite donné transmettant un signal, puisque l'orbite réelle du satellite peut diffère de celui calculé. Ce sont les données exactes sur la position actuelle des satellites qui permettent au récepteur de navigation de calculer la position exacte du satellite et, sur cette base, de calculer sa propre position. Les données d'éphémérides de la constellation de navigation GLONASS sont publiées sur le site Internet de l'Agence spatiale russe (Roscosmos). La composition des éphémérides du satellite GLONASS comprend notamment les paramètres orbitaux du satellite suivants :

• N.-É. - numéro de satellite ;
• date - date de base (UTC+3 h), HH.MM.YY ;
• QUE. - heure de passage du nœud ascendant (nombre de secondes à partir de 00 h 00 min 00 à partir de la date de base), s ;
• T a6 - période de circulation, s ;
• e - excentricité;
• / - inclinaison de l'orbite, ° ;
• BO - longitude géographique du nœud ascendant GLONASS, ° ;
• co - argument du périgée, ° ;
• 5/, - correction de l'échelle de temps de bord, s ;
• P,- numéro de fréquence des lettres ;
• À - taux de changement de la période draconienne. Période draconienne - l'intervalle de temps entre deux passages successifs d'un corps céleste à travers le même nœud orbital (ascendant ou descendant).

Le concept d'excentricité d'une ellipse orbitale est illustré sur la Fig. 3.25 :

• UN
• le demi-axe principal de l'ellipse orbitale - b _
• excentricité de l'ellipse orbitale : e =

Les données éphémérides font partie intégrante de l'almanach. Ayant reçu de l'almanach les paramètres approximatifs de base des orbites de tous les satellites, le navigateur reçoit de chaque satellite ses propres éphémérides. Sur la base de ces données exactes, le

Riz. 3.25.

paramètres orbitaux, c'est-à-dire données d'almanach. Les éphémérides sont une sorte de « superstructure » sur l'almanach, qui transforme les paramètres de base en paramètres spécifiques. Les données éphémérides contiennent des ajustements très précis des paramètres orbitaux et des horloges de chaque satellite, nécessaires à une détermination précise des coordonnées.

Contrairement à un almanach, chaque satellite transmet des données uniquement à partir de ses propres éphémérides et, avec leur aide, le récepteur de navigation peut déterminer l'emplacement des satellites avec une grande précision.

Les éphémérides, qui contiennent des données plus précises, deviennent assez rapidement obsolètes. Ces données ne sont valables que 30 minutes. Les satellites transmettent leurs éphémérides toutes les 30 s. Les mises à jour des éphémérides sont effectuées par les stations au sol. Si le récepteur a été éteint pendant plus de 30 minutes puis rallumé, il commence alors à rechercher des satellites sur la base de l'almanach qu'il connaît. Grâce à lui, il sélectionne des satellites pour lancer une recherche.

Lorsque le récepteur de navigation détecte le satellite, le processus de collecte de données éphémères commence. Lorsque les éphémérides de chaque satellite sont reçues, les données reçues du satellite sont considérées comme adaptées à la navigation.

Si l'alimentation du récepteur est coupée puis rallumée dans les 30 minutes, il « captera » les satellites très rapidement, puisqu'il ne sera plus nécessaire de collecter à nouveau des données éphémères. C'est un début "à chaud".

Si plus de 30 minutes se sont écoulées depuis l'arrêt, un démarrage « à chaud » sera effectué et le récepteur recommencera à collecter des données d'éphémérides.

Si le récepteur a été transporté (éteint) sur plusieurs centaines de kilomètres ou si l'horloge interne commence à afficher une heure inexacte, alors les données de l'almanach existant sont incorrectes. Dans ce cas, le navigateur doit télécharger un nouvel almanach et des éphémérides. Ce sera déjà un début « à froid ».

La fourniture d'éphémérides aux satellites est assurée par le segment sol du système, c'est-à-dire sur Terre, les paramètres de mouvement des satellites sont déterminés et les valeurs de ces paramètres sont prédites pour une période de temps prédéterminée. La mesure et la prédiction des paramètres de mouvement du satellite sont effectuées au centre balistique du système sur la base des résultats des mesures de trajectoire de la distance au satellite et de sa vitesse radiale. Les paramètres et leurs prévisions sont inclus dans le message de navigation transmis par le satellite avec la transmission du signal de navigation.

Dans le GPS, l'almanach, en combinaison avec d'autres champs de données, est transmis toutes les 12,5 minutes, dans le GLONASS - toutes les 2,5 minutes. Dans le tableau 3.3 montre deux paramètres temporels de l'almanach et des éphémérides GPS à des fins de comparaison. Évidemment, la période de mise à jour des données et le moment de leur pertinence pour l'almanach et les éphémérides sont sensiblement différents.

Tableau 3.3

Périodes de mise à jour des données orbitales des satellites de navigation

Un satellite GPS est une plate-forme qui transporte un ensemble d'équipements qui fournissent de l'énergie au satellite, la possibilité d'ajuster l'orbite et le fonctionnement. L'électricité est fournie par des panneaux solaires et des batteries. L'orbite est ajustée à l'aide de moteurs de faible puissance.

Terme performance désigne la capacité d'exécuter les fonctions assignées au satellite. Le satellite dispose d'une antenne et d'un récepteur pour recevoir les signaux des stations de transmission d'informations. Le satellite dispose d'un ordinateur embarqué pour stocker les informations, les diffuser et coordonner le fonctionnement du satellite dans son ensemble. Le rythme de fonctionnement de tous les équipements est fixé par quatre étalons de fréquence et de temps au césium et (ou) à l'hydrogène. La fréquence d'oscillation des étalons est de 10,23 MHz. C'est à partir de ces oscillations que tous les autres signaux satellites - porteurs et modulants (codage) - sont obtenus en multipliant la fréquence, en la divisant ou en convertissant une oscillation harmonique en un signal de code. Le satellite dispose d'un émetteur et d'une antenne pour transmettre un signal à l'utilisateur du système. Le satellite abrite également des équipements de stabilisation et d'orientation et d'autres équipements.

Il existe trois classes connues de satellites : Block I, Block II et Block IIR. Les satellites Block I, pesant chacun 845 kilogrammes, ont été lancés de 1978 à 1985 depuis une base aérienne en Californie. La fusée Atlas F a été utilisée. La durée de vie du satellite inclus dans la conception était de 4,5 ans. Certains satellites ont fonctionné presque trois fois plus longtemps. L'angle d'inclinaison du plan orbital par rapport au plan équatorial pour les satellites de cette classe était de 63 degrés. Les satellites lancés plus tard ont 55 degrés. Les satellites de cette classe étaient, en un sens, des essais, bien qu'ils remplissaient pleinement les fonctions qui leur étaient assignées. La prochaine série de satellites Block II était destinée à créer une constellation opérationnelle.

Le premier satellite Block II, coûtant environ 50 millions de dollars et pesant plus d'une tonne et demie, a été lancé le 4 février 1989 par le Centre spatial Kennedy depuis la base aérienne Kennedy. Cap Canaverall. Floride, États-Unis. Ils ont utilisé un lanceur Delta II. La durée de vie nominale d'un satellite de cette classe était de 6 ans, même si certains satellites pouvaient fonctionner pendant 10 ans, car la fourniture de matériaux consommables, principalement de carburant, était suffisante pour cette période. La différence entre le bloc I et le bloc II est liée à la sécurité nationale américaine. Le signal satellite du bloc I était entièrement disponible pour l'utilisateur civil, tandis que certains signaux du bloc II limitaient cette disponibilité.

Les satellites de classe Block IIR, qui ont presque complètement remplacé ceux actuellement lancés, ont une durée de vie nominale de 10 ans. La lettre « R » signifie modification ou remplacement. Il y a des masers à hydrogène à bord pour remplacer les étalons de fréquence au rubidium et au césium installés sur les classes de satellites précédentes. Chaque satellite pèse plus de deux tonnes et coûte environ 25 millions de dollars. Ces satellites sont lancés à l'aide de la navette. Le mode de fonctionnement est tel que l'utilisateur civil a encore moins accès au signal satellite. Plus de détails sur le mode de restriction d'accès sont décrits dans les sections 3.1 et 3.3.

3.1. Structure du signal satellite

La base du fonctionnement du système est la mesure précise du temps et des intervalles de temps. Terme exact signifie que tous les moyens disponibles sont utilisés pour obtenir la plus haute précision. La station principale de commandement et de contrôle, ainsi que chaque satellite, sont équipés des étalons de fréquence et de temps pour le césium et l'hydrogène les plus précis actuellement disponibles. La fréquence d'oscillation de l'étalon est de 10,23 MHz. Toutes les oscillations et signaux satellites sont obtenus à partir de cette fréquence par transformation cohérente : multiplication et division de la fréquence de l'oscillateur de référence - l'étalon de fréquence et de temps. Deux oscillations de la fréquence porteuse sont obtenues en multipliant la fréquence de l'oscillateur de référence par un facteur approprié. L'oscillation L1 = 1575,42 MHz est obtenue en multipliant par 154. L'oscillation L2 = 1227,60 MHz est obtenue en multipliant par 120. Des mesures à deux fréquences porteuses sont utilisées pour mettre en œuvre la méthode dispersive de prise en compte de l'influence de l'ionosphère et pour faciliter la procédure pour lever l'ambiguïté des mesures de phase.

Les oscillations de la porteuse sont modulées par des signaux de code : code C/A et code P. Dans ce cas, les deux oscillations de la porteuse sont modulées par le code P ; Seules les oscillations de la première fréquence porteuse sont modulées par le code C/A. La fréquence d'horloge du code P est égale à la fréquence d'oscillation de l'oscillateur de référence. La fréquence d'horloge du code C/A est obtenue en divisant par dix la fréquence d'oscillation de l'oscillateur de référence. Les codes sont décrits à la section 3.3. De plus, les ondes porteuses sont modulées par le message satellite de navigation.

3.2. Message de navigation, éphémérides

Message de navigation aussi appelé message satellite ou message satellite de navigation. Dans la terminologie anglaise, il s'agit de massage de navigation. Il y a même un nom Annonce, même si, par définition, tout message ne peut contenir d'informations. Ci-dessous, par souci de concision, nous utiliserons le terme message.

Le message contient 1 500 bits d'information et est transmis en 30 secondes. Mais toutes les informations ne sont pas transmises dans ce court laps de temps. Par exemple, un almanach est transmis via plusieurs messages ; à propos de l'almanach, voir ci-dessous. Le message contient cinq blocs (frames, subframes, en anglais - subframes). Chaque bloc est diffusé pendant 6 secondes et contient 10 mots. Chaque mot contient 30 bits.

Chaque bloc commence par un mot de télémétrie (TLM). Il contient un format de synchronisation et un message de diagnostic - un message ou une partie d'un message sur l'état du satellite et du système dans son ensemble. Vient ensuite mot-clé- mot de remise (COMMENT). Ce terme peut être traduit par un mot passé de main en main. Essentiellement, COMMENT est un horodatage.

Le premier bloc contient les paramètres de l'horloge satellite et les coefficients du modèle ionosphérique. Les paramètres d'horloge sont la correction et la progression de l'horloge satellite par rapport au GPST. Les informations sur les paramètres du modèle ionosphérique ne sont utilisées que lorsque vous travaillez avec des récepteurs monofréquence. S'il existe un récepteur bi-fréquence, la méthode dispersive est utilisée.

Les deuxième et troisième blocs contiennent les éphémérides du satellite diffusant ce message. Ces éphémérides sont appelées éphémérides de diffusion. Ils sont obtenus à partir d’observations satellitaires de cinq stations de suivi.

L'observation des satellites par les stations de suivi, le traitement initial des résultats, leur transfert vers la station principale de commandement et de contrôle, le traitement des résultats là-bas, leur transfert vers la station de dépôt d'informations et la pose elle-même prennent du temps. Par conséquent, les éphémérides diffusées stockées dans la mémoire des ordinateurs de bord et diffusées au moment de leur diffusion sont déjà obsolètes. Par conséquent, les éphémérides diffusées sont le résultat d’une prédiction et d’une extrapolation. Pour la même raison, les éphémérides sont stockées dans la mémoire des ordinateurs de bord des satellites aussi souvent que possible - environ toutes les heures.

Le quatrième bloc est réservé à la transmission des informations de service. Les séquestres civils n'ont pas la possibilité d'enregistrer ces informations.

La cinquième image contient almanach satellites et informations sur l’état du système. L'almanach est constitué d'éphémérides approximatives des satellites du système et de données sur la santé de chaque satellite. Chaque Le satellite diffuse des informations sur la constellation de satellites toutes les 12,5 minutes. Obtenir un almanach avant le début des observations et utiliser ces données au stade planification vous devez placer le récepteur dans n'importe quel endroit ouvert, le laisser allumé pendant 15 à 20 minutes, l'éteindre et transférer les données sur l'ordinateur du bureau. Au cours du processus d'observation, un nouvel almanach est obtenu sans aucun temps supplémentaire.

Une éphéméride de satellite est un ensemble complet de données sur l'orbite du satellite et la position du satellite en orbite. L'utilisateur du GPS s'intéresse aux coordonnées géocentriques du satellite dans le système WGS84 au moment où le signal quitte ce satellite. L'équipement utilisateur calcule les coordonnées du satellite à l'aide des données contenues dans le fichier d'éphémérides. Les informations sur les éphémérides sont classées comme référence moment (de référence, initial)

à, ce moment est indiqué dans le fichier des éphémérides. Le message contient également AODE (Age of Data) - « l'âge » des données éphémérides, c'est-à-dire l'intervalle de temps qui s'est écoulé depuis que les données ont été stockées dans la mémoire de l'ordinateur de bord. Rappelons que les paramètres des éphémérides sont osculateurs et se réfèrent à l'instant de référence.Ce qui suit est un résumé des informations contenues dans les éphémérides diffusées.

	est la racine carrée du demi-grand axe de l'ellipse orbitale. C'est la racine carrée du demi-grand axe qui entre dans la formule de calcul des coordonnées orbitales d'un satellite à partir de ses éphémérides ; de plus, les informations sur la racine carrée du demi-axe nécessitent moins d'espace dans le message que les informations sur l'axe.
e	- excentricité orbitale
W	- ascension droite du nœud ascendant de l'orbite du satellite
W`	- taux de variation de l'ascension droite du nœud ascendant de l'orbite du satellite
je	- angle d'inclinaison du plan orbital par rapport au plan équatorial
je`	- vitesse de changement d'angle d'inclinaison
M o	- anomalie moyenne à l'instant de référence
Dn	- écart de la valeur de mouvement moyenne par rapport à celle précalculée
C uc et C us	- amplitudes des termes cosinus et sinusoïdaux dans la formule de correction de l'argument latitude
C rc et C rs	- amplitudes des termes cosinus et sinusoïdal dans la formule de correction du rayon orbital
C ic et C est	- les amplitudes des termes cosinus et sinusoïdaux dans la formule de correction de l'angle d'inclinaison orbitale. Les formules de perturbations des éléments osculateurs ne prennent en compte que l'influence de la compression terrestre sur le mouvement du satellite.

3.3. Calcul des coordonnées orbitales à partir des éphémérides

Voyons comment les éphémérides satellites sont utilisées pour calculer ses coordonnées rectangulaires Xo et Yo dans le système de coordonnées équatoriales au moment des observations. Les formules (1) sont l'étape finale de la résolution du problème.

X o = r cos u, Y o = r sin u. (1) Cela montre que le problème se réduit à déterminer le rayon orbital au moment de l'observation. r argument satellite et latitude toi. Moment d'observation t obtenu à partir de l’enregistrement du moment d’arrivée chez le récepteur de l’horodatage. Comme Informations d'arrière-plan utilisez également la valeur de l'un des constantes géodésiques fondamentales m - le produit de la constante gravitationnelle et de la masse de la Terre. DANS WGS84 m =3,986008 · 10 14 m/sec 2. La procédure de calcul des coordonnées orbitales est divisée en quatre étapes. Dans un premier temps, la véritable anomalie est calculée V. La procédure de calcul est la suivante. Calculer l'intervalle de temps D t, passé de l'époque d'origine de référenceà jusqu'au moment tobservations :

Dt=t-t o.

Calculer la valeur approximative du mouvement moyen non = ( m/a- 3 )- 1/2. Calculer la valeur raffinée du mouvement moyen n=n o + Dn.Calculer l'anomalie moyenne M = M o + n Dt.Utiliser l'équation de Kepler M = EsinE,calculer l'anomalie excentrique E.Et finalement à ce stade la véritable anomalie est calculée V,utiliser des formules: cosV=(cosE-e)/(1-ecosE) Et péchéV=(1-e - 2 péchéE) - (1/2)/(1-écosE).Dans un deuxième temps, la valeur de l'argument latitude est calculée U. La procédure de calcul est la suivante. Calculer la valeur approximative de l'argument de latitude Uo =V+ w.Calculez la correction de la valeur approximative de l’argument de latitude pour l’effet de la compression de la Terre sur l’orbite du satellite à l’aide de la formule: D U=C uc cos2U o + C us sin2U o. Rappelons que les coefficients AVEC contenues dans les éphémérides. La signification des indices de ces coefficients est la suivante. L'indice U signifie que l'on calcule l'argument de la latitude U. Les indices C et S signifient qu'ils représentent respectivement les termes cosinus et sinus. De plus, ce système d'indexation a été conservé. Enfin, à ce stade, la valeur affinée de l'argument latitude est calculée U=Uo + D U.A la troisième étape, le rayon est calculéà propos Rbits satellites. La procédure de calcul est la suivante. Calculez la valeur approximative du rayon orbital à l'aide de la formule: r o =a(1-ecosE). Calculer la correction du rayon orbital pour la compression de la Terre: D r=C rc cos2U o + C rs sin2U o. La signification des indices est la même qu'à l'étape précédente. Et enfin, à ce stade, la valeur affinée du rayon orbital est calculée : r=r o + Dr.Les coordonnées satellite obtenues à partir des éphémérides diffusées peuvent contenir une erreur d'environ 100 mètres. Les raisons d’une si faible précision sont les suivantes. Premièrement, les éphémérides diffusées sont intrinsèquement le résultat de la prédiction de l’orbite, c’est-à-dire qu’elles sont des éphémérides extrapolées. Deuxièmement, lors de leur calcul, ils ne prennent en compte qu’un seul facteur, bien que le plus important, qui perturbe l’orbite du satellite : l’influence de la compression terrestre. Le fait de ne pas prendre en compte d’autres facteurs entraîne une diminution de la précision lors de toute extrapolation prolongée. Et troisièmement, pour un utilisateur non autorisé, les éphémérides sont délibérément rendues rugueuses.

3.4. Codes

Les oscillations de la porteuse du satellite sont manipulées en phase par des signaux de code. Revenons à la considération des codes commencée dans la section 3.1.

Selon les caractéristiques statistiques, les codes sont aléatoires et forment donc un signal à large bande. La longueur de cohérence d'un tel signal est petite, par conséquent, lors du traitement de corrélation, un maximum principal étroit et unique de la fonction de corrélation est obtenu. Cela permet à son tour de mesurer le retard en mode code sans ambiguïté et avec une grande précision. L'équipement de réception et d'enregistrement, qui ne « connaît » pas les lois de formation du code, percevra le signal satellite comme du bruit, aléatoire. En fait, les codes se forment naturellement, même si le type de droit est complexe. Pour cette raison, le signal satellite est appelé pseudo-bruit, et les codes sont pseudo-aléatoire.

Il existe deux types de codes de mesure. Code de diffusion facilement accessible et facilement détectable - Code C/A - Code d'acquisition grossier. Code P précis - Code de précision. Le satellite possède un code C/A individuel qui est répété toutes les millisecondes. Le récepteur identifie et acquiert le signal satellite sur la fréquence L1 facile, puisque cette fréquence est modulée par le code C/A. La situation est beaucoup plus compliquée avec la capture d'un signal satellite à une fréquence L2, c'est-à-dire à la deuxième fréquence porteuse. Le code C/A ne lui est pas appliqué, donc la capture du signal et les observations ultérieures ne sont possibles que dans le code P. Cela rend le travail de l'utilisateur plus difficile, et cette difficulté est intentionnellement intégrée à la conception du système.

Le satellite de cette époque est caractérisé par un code P, qui se répète toutes les deux semaines. Dans le même temps, l’ensemble du code P est inhérent au système. La durée du code P du système est de 266,4 jours. En d'autres termes, l'ensemble du code P long du système est divisé en segments hebdomadaires, intervalles. Chaque segment d'une époque donnée est attribué à un satellite spécifique. Initialement, seuls les utilisateurs autorisés, principalement l'armée américaine, avaient accès au code P. Désormais, l'équipement de presque tous les utilisateurs a accès au code P. Cet accès est compliqué par le fait que le signal P-code est soumis à un codage supplémentaire (cryptage) avec ce que l'on appelle le code Y. Comme indiqué dans la littérature, cela a été fait afin d'éviter toute possibilité de perturbation du système par une intervention extérieure. Ce mode de fonctionnement est appelé Anti-Spoofing (AS) - un mode de lutte contre les influences non autorisées. Cela revient à utiliser le code Y. À son tour, le codage Y est l'échange hebdomadaire de sections de code P entre satellites dans une séquence connue uniquement du personnel gérant le système. Si cette séquence est inconnue de l'utilisateur, c'est-à-dire que son récepteur ne contient pas la puce correspondante, alors il n'y a aucun moyen de capturer le signal P-code à la deuxième fréquence porteuse et un récepteur double fréquence coûteux et de haute précision peut ne fonctionnent qu’en monofréquence. Les fabricants d'équipements ont cependant surmonté ces difficultés d'une manière ou d'une autre, par exemple en payant pour pouvoir installer les puces appropriées dans les récepteurs. Il semble donc que le codage Y ne soit plus nécessaire.

Les observations en code C/A sont appelées Standard Positioning Service (SPS). Les coordonnées de navigation dans ce mode sont déterminées avec une erreur de 100 à 200 mètres. Les observations dans le code P sont appelées Precise Positioning Service (PPS) - service de détermination Localisation exacte. Les coordonnées de navigation dans ce mode sont déterminées avec une erreur de l'ordre de 10 à 20 mètres.