Questo servizio offre la possibilità di selezionare file di effemeridi esatte conoscendo la data delle osservazioni. Basta inserire la data e fare clic su "Seleziona".

Lo scopo di effemeridi accurate è l'elaborazione più accurata delle osservazioni statiche. Il loro utilizzo nella lavorazione non garantisce un'elevata qualità, ma può aumentare il numero di soluzioni fisse se il lavoro è stato eseguito in condizioni difficili (visibilità limitata in una città con edifici densi, vicino ad alberi, ecc.).

I dati vengono calcolati e archiviati pubblicamente sui server FTP dell'International GNSS Service e del NASA Space Geodesy Data Archive.

Le migliori effemeridi finali vengono calcolate e pubblicate con un ritardo di 12-18 giorni. In tempo reale (o con un ritardo di diverse ore) il cosiddetto. prodotti ultrarapidi e rapidi. La loro precisione è peggiore di quella finale, ma allo stesso tempo significativamente migliore di quella di navigazione.

I file vengono archiviati in forma compressa e possono essere decompressi dalla maggior parte degli archiviatori, ad esempio 7zip

Utilità

Il convertitore di coordinate mondiali

Il sito si basa su principi volontari, pertanto, entrando, chiede donazioni a suo favore. Sarà utile principalmente se è necessario convertire le coordinate tra vari sistemi di coordinate internazionali e alcuni statali (i cui parametri sono aperti all'accesso pubblico, non relativi all'Ucraina), ad esempio ETRF89, WGS84, WGS84 Web Mercator e stato disponibile al pubblico quelli.

Geocalcolatore NDIGK

Lo stesso geocalcolatore del servizio civile ucraino su questioni di geodesia, cartografia e catasto.

TrimbleRTX

Un servizio di post-elaborazione di Trimble, il risultato viene prodotto sotto forma di ETRS e ITRF di varie implementazioni. Per ottenere una precisione accettabile è necessario un follow-up a lungo termine. Basato su osservazioni provenienti da stazioni internazionali e da alcune delle nostre. Gratuito, ma con registrazione

AusPOS

Il servizio di post-elaborazione Geoscience Australia del governo australiano produce il risultato sotto forma di ITRF2014. Per ottenere una precisione accettabile è necessario un follow-up a lungo termine. Si basa sulle osservazioni delle stazioni internazionali. Gratuito, non è richiesta la registrazione.

Pianificatori di rilievi GNSS

Gli strumenti per pianificare le misurazioni GNSS per un determinato periodo consentono di stimare in anticipo i satelliti visibili ad un determinato angolo di taglio e la loro posizione sopra l'orizzontale. Questi strumenti saranno utili quando si pianifica il tempo di ripresa ottimale in luoghi con scarsa visibilità del cielo (cave, città) e quando si utilizzano ricevitori a sistema singolo.

Cosa sono le effemeridi?

Nel famoso Dizionario delle definizioni Webster viene data la seguente definizione del termine effemeridi: Un'effemeride è una tabella di coordinate di un corpo celeste fornita in momenti diversi in un determinato periodo. Astronomi e geometri utilizzano le effemeridi per determinare le posizioni dei corpi celesti, che vengono successivamente utilizzate per calcolare le coordinate dei punti sulla superficie terrestre.

In generale, per noi, le effemeridi GPS possono essere paragonate ai satelliti GPS, e immaginate come una costellazione di stelle artificiali. Per calcolare la nostra posizione rispetto ai satelliti GPS, dobbiamo conoscere la loro posizione nello spazio, in altre parole le loro effemeridi. Esistono due tipi di effemeridi: trasmesse (a bordo) e accurate.

Effemeridi trasmesse (a bordo).

Le effemeridi trasmesse (a bordo), come suggerisce il nome, vengono trasmesse direttamente da Satelliti GPS. Le effemeridi trasmesse contengono informazioni sugli elementi dell'orbita kepleriana, che consentono al ricevitore GPS di calcolare le coordinate geocentriche globali di ciascun satellite, relative alla data geodetica originale WGS-84. Questi elementi kepleriani consistono in informazioni sulle coordinate dei satelliti per una certa epoca e sui cambiamenti nei parametri orbitali dal periodo di riferimento al momento dell'osservazione (è accettato il tasso di variazione dei parametri calcolato). Cinque stazioni di monitoraggio monitorano costantemente le posizioni previste delle orbite dei satelliti, generando un flusso di informazioni effemeridi. Successivamente, la stazione di controllo principale di Navstar trasmette quotidianamente le effemeridi trasmesse ai satelliti. La precisione calcolata delle effemeridi trasmesse è di ~260 cm e ~7 ns.

Effemeridi accurate (prodotti finali)

Le effemeridi accurate sono costituite dalle coordinate geocentriche dell'intera Terra di ciascun satellite come definite nell'Earth-wide Reporting System e includono le correzioni dell'orologio. Le effemeridi vengono calcolate per ciascun satellite a intervalli di 15 minuti. Le effemeridi accurate sono un prodotto di post-elaborazione. I dati vengono raccolti dalle stazioni di tracciamento situate in tutta la Terra. Questi dati vengono poi trasmessi all'International GPS Service (IGS), dove vengono calcolate le effemeridi esatte. Le effemeridi accurate diventano disponibili circa 2 settimane dopo il momento della raccolta dei dati e hanno una precisione inferiore a 5 cm e 0,1 ns.

Le effemeridi esatte possono essere scaricate dal server della NASA:
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product/

Effemeridi Rapid (prodotti Rapid)

Le effemeridi veloci vengono calcolate allo stesso modo delle effemeridi accurate, ma l'elaborazione utilizza un set di dati più piccolo. Le orbite veloci, di regola, vengono “inviate” ai servizi delle agenzie internazionali il giorno successivo. La precisione delle effemeridi veloci è di 5 cm e 0,2 ns.

Le effemeridi veloci possono essere scaricate dal server IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Effemeridi previste o ultrarapide (prodotti Ultrarapidi)

Le effemeridi ultraveloci vengono trasmesse come le effemeridi trasmesse, ma vengono aggiornate due volte al giorno. A volte vengono chiamate effemeridi in tempo reale. Ciò può essere spiegato dal fatto che vengono utilizzati allo stesso modo delle effemeridi trasmesse, ma per applicazioni in tempo reale. La precisione delle effemeridi ultraveloci è di ~25 cm e ~5 ns.

Le effemeridi ultraveloci possono essere scaricate dal server IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Abbiamo bisogno di effemeridi accurate?

Per rispondere a questa domanda, stabiliamo una relazione tra l'accuratezza delle effemeridi e l'accuratezza della soluzione vettoriale GPS. Supponiamo di parlare di una linea di base lunga 10 km. Elaboriamo la linea utilizzando le effemeridi trasmesse (precisione 2,60 m). In questo caso, la precisione prevista sarà (10 km/20000 km) * 2,60 m = 1,3 mm. Se la lunghezza della linea di base è 100 km, l'errore aumenterà a 13 mm. Questi dati ci permettono di concludere che su linee di base corte (fino a 100 km) l'uso delle effemeridi trasmesse è più che sufficiente.

In generale, possiamo dire che, a causa dello sviluppo del sistema GPS, la necessità di effemeridi precise è leggermente diminuita. Ad esempio, solo pochi anni fa l'errore nelle effemeridi trasmesse era di 20 m, mentre l'errore di misurazione su una base di 10 km sarebbe stato di 1 cm.

Perché utilizzare effemeridi accurate?

Innanzitutto è necessario tenere presente che i valori di errore indicati in precedenza sono validi per le linee che hanno soluzioni fisse. Tuttavia, su linee dell'ordine di 50 km e oltre, è molto difficile ottenere una soluzione fissa utilizzando le effemeridi trasmesse. L'utilizzo di effemeridi accurate aumenta notevolmente le possibilità di ottenere una soluzione fissa.

In secondo luogo, è noto da tempo che l'altezza viene determinata in modo meno accurato utilizzando il GPS rispetto alle coordinate del piano. Pertanto, per lavori che richiedono una migliore determinazione dell'altezza, si consiglia di utilizzare effemeridi accurate.

In terzo luogo, dobbiamo ricordare che le effemeridi trasmesse sono solo assunzione su dove dovrebbero essere i satelliti. A volte possono verificarsi situazioni in cui le effemeridi trasmesse contengono errori che non possono che influenzare la qualità della soluzione di base. Una via d'uscita da questa situazione può essere l'uso di effemeridi veloci, un giorno dopo l'osservazione.

Dove posso trovare effemeridi accurate?

Ci sono molte fonti dove puoi trovarlo gratuitamente Vari tipi effemeridi. A titolo di esempio possiamo citare il sito web dell'International Geodynamic Survey (IGS):
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

Qual è il formato più comune per le effemeridi accurate?

Le effemeridi accurate sono disponibili in due formati standard: SP3(formato ASCII) e E18(formato binario). La maggior parte dei programmi professionali di elaborazione delle misurazioni GPS supportano direttamente uno di questi due formati (ad esempio, supporta entrambi i tipi di effemeridi precise, nota del traduttore). Se necessario, puoi utilizzare un'utilità per tradurre tra questi due formati.

E vorrei dare il mio contributo a questa vicenda. Uno dei commenti all'articolo sopra menzionato tocca brevemente la conversazione sulle teorie delle effemeridi, come DE e altre. Tuttavia, esistono molte di queste teorie e analizzeremo alcune delle più significative secondo me.

Cos'è?

Per calcolare con precisione le posizioni dei corpi celesti, è necessario tenere conto del maggior numero possibile di fattori di disturbo. Non esiste una soluzione analitica per un sistema di più di due (ad eccezione delle soluzioni particolari di Lagrange), quindi le equazioni del moto dei corpi vengono risolte numericamente, ma anche tenendo conto di metodi relativamente nuovi di integrazione numerica (come il metodo Everhart ), questa procedura è molto costosa e rappresenta una soluzione sufficientemente accurata per un piccolo PC. Mentre il PC medio è in grado di gestire il periodo di tempo, l'integrazione su intervalli di tempo globali è un compito complesso e dispendioso in termini di tempo. Pertanto, il problema è stato risolto come segue: trovare le posizioni dei corpi celesti utilizzando l'integrazione e approssimare queste posizioni con qualche funzione, e in uscita ottenere i coefficienti per questa funzione. È l'insieme di questi coefficienti che viene solitamente chiamato teoria delle effemeridi.

DE

Queste sono probabilmente le teorie più popolari sul movimento dei corpi celesti. L'emergere di questa teoria è associata allo sviluppo della tecnologia spaziale e alla necessità di calcolare con precisione le posizioni dei pianeti per le missioni dei veicoli spaziali. Oggi c'è un enorme elenco di versioni di questa teoria. Il più popolare è DE405. Puoi leggere questa teoria qui: http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_export
Le quote sono suddivise in fasce orarie, ovvero per un'epoca particolare - coefficienti separati.
La formula per questi coefficienti è il polinomio di Chebyshev. A proposito, è il polinomio di Chebyshev uno dei più adatti per creare una teoria delle effemeridi. Il principio di lavorare con tali polinomi è descritto nel libro di O. Montebrook - “Astronomy on personal computer"(Rutracker.org)

Dove trovarlo?

Tutto questo è sul sito ftp della NASA. In formato testo ASCII:ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/
Probabilmente vale la pena commentare qualcosa qui. Andando, ad esempio, in questa cartella, vedremo un file che assomiglia a questo: ascp1600.403, è facile capire che si tratta di coefficienti dell'era del 1600 e di una versione della teoria DE403.
Tali file hanno tre colonne, ciascuna delle quali corrisponde ad una coordinata nello spazio.
Tuttavia, guardando la dimensione di questi file, diventa chiaro che utilizzarli nel lavoro non è conveniente. Pertanto, ne esistono versioni binarie: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/

Come applicare?

Ora abbiamo il binario di cui abbiamo bisogno, ma la domanda è: cosa farne? Fortunatamente su ftp ci sono esempi di implementazione del programma in lingue differenti: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/

VSOP87

Questa teoria, ovviamente, non è così popolare come la precedente, tuttavia è quella che posso consigliare ai principianti. C'è uno svantaggio principale di questa teoria: descrive solo la posizione dei pianeti e del Sole. Il tipo di formula in questa teoria è una serie trigonometrica.

Dove trovarlo?

È facile come sgusciare le pere, basta andare sul sito e selezionare la lingua e il formato dati desiderati nelle impostazioni.
È nella facilità di ottenimento che risiede il vantaggio principale di queste effemeridi.
Avendo il codice pronto, penso che molti di noi possano già farci qualcosa. Ma se hai ancora bisogno di un piccolo aiuto, puoi andare qui

EPM

Si parla molto poco di questa teoria delle effemeridi. È stato creato presso l'Istituto di astronomia applicata dell'Accademia delle scienze russa. Esistono 3 versioni di questa teoria, rispettivamente EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.

Dove trovarlo?

Le fonti si trovano sull'ftp IPA RAS: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/. Il nome della cartella corrisponde alla versione della teoria. Ogni teoria ha un file binario e un file di testo corrispondenti, come implementato in DE. E anche qui file di testo pesano parecchio, quindi vale la pena usare i binari

Come applicare?

È questa teoria che sembra essere una delle più difficili da implementare. Tuttavia, i suoi sviluppatori si sono presi cura di noi e hanno fornito diversi esempi in diverse lingue: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/.
La teoria stessa si basa sui polinomi di Chebyshev, anch'essi sono abbastanza ben descritti.

Note sulla precisione

Vale la pena notare che non tutte le teorie sono le più accurate. Il meno accurato tra tutti quelli sopra elencati è VSOP87. DE ed EPM sono abbastanza accurati, vale la pena notare che quest'ultimo tiene conto degli effetti relativistici. Tuttavia, per quasi tutti i problemi applicativi che ho risolto finora, è stato utilizzato VSOP 87, il fatto è che sebbene la sua precisione sia scarsa, ciò non è evidente se confrontato con le osservazioni elementari (potrebbero esserci deviazioni di decimi, centesimi secondi d'arco).

Finalmente

Dirò qualcosa in più sulla teoria EPM. Ho appreso di questa teoria da una conversazione personale, è conosciuta in ambienti piuttosto ristretti e pochi utenti la usano, a quanto pare questo è in qualche modo collegato al disinteresse dell'istituto nel diffondere questa teoria in ambienti ampi, non mi viene in mente nessun'altra spiegazione, perché è abbastanza competitivo rispetto ad altre teorie.

I satelliti di navigazione trasmettono due tipi di dati: almanacco ed effemeridi.

Almanacco - si tratta di un insieme di informazioni sullo stato attuale del sistema di navigazione nel suo complesso, comprese le effemeridi perdute, utilizzate per ricercare i satelliti visibili e selezionare la costellazione ottimale contenente le informazioni. L'almanacco contiene i parametri orbitali di tutti i satelliti. Ogni satellite trasmette un almanacco per tutti i satelliti. I dati dell'almanacco non sono molto accurati e sono validi per diversi mesi.

Dati effemeridi contengono aggiustamenti molto precisi ai parametri orbitali e agli orologi per ciascun satellite, necessari per determinare con precisione le coordinate. Ogni satellite di navigazione trasmette dati solo dalle proprie effemeridi.

Messaggi di navigazione- Si tratta di dati a pacchetto trasmessi dal satellite contenenti un'effemeride con timestamp e un almanacco.

Il segnale trasmesso dai satelliti di navigazione può essere suddiviso in due componenti principali: un segnale di navigazione (codice del telemetro pseudo-casuale) e un messaggio di navigazione (contenente una grande quantità di informazioni sui parametri dei satelliti di navigazione). A sua volta, il messaggio di navigazione contiene dati sulle effemeridi e un almanacco (Fig. 3.24). Sottolineiamo subito che il codice del telemetro viene trasmesso anche come parte del messaggio di navigazione, come risulterà chiaro dalla successiva presentazione.

Informazioni operative

(Effemeridi)

Codice pseudo-casuale di lunga durata

Informazioni non operative

(Almanacco)

Riso. 3.24.Struttura del segnale satellitare di navigazione

Possiamo dire che il segnale proveniente dai satelliti di navigazione contiene tre componenti principali:

• 1) codice pseudo-casuale (telemetro);
• 2) almanacco;
• 3) dati sulle effemeridi.

I ricevitori di navigazione ottengono informazioni sulla posizione dei satelliti proprio dai dati contenuti negli almanacchi e nelle effemeridi satellitari. Spieghiamo il significato del termine “effemeridi” (greco antico ?(ргш?р1? - al giorno, ogni giorno). In astronomia, questa è una tabella di coordinate celesti del Sole, della Luna, dei pianeti e di altri oggetti astronomici, calcolate a intervalli regolari, ad esempio a mezzanotte tutti i giorni.

Le effemeridi si riferiscono anche alle coordinate dei satelliti artificiali della Terra utilizzati per la navigazione nei sistemi NAVSTAR (GPS), GLONASS, Galileo, ecc. Le effemeridi sono informazioni aggiornate sull'orbita di un particolare satellite che trasmette un segnale, poiché l'orbita reale del satellite può differire da quello calcolato. Sono i dati esatti sulla posizione attuale dei satelliti che consentono al ricevitore di navigazione di calcolare l'esatta posizione del satellite e, su questa base, calcolare la propria posizione. I dati sulle effemeridi della costellazione di navigazione GLONASS sono pubblicati sul sito web dell'Agenzia spaziale russa (Roscosmos). La composizione delle effemeridi satellitari GLONASS comprende, in particolare, i seguenti parametri orbitali satellitari:

• NS - numero del satellite;
• data - data di base (UTC+3 h), HH.MM.AA;
• QUELLO. - tempo di passaggio del nodo ascendente (numero di secondi dalle 00 h 00 min 00 dalla data base), s;
• T a6 - periodo di circolazione, s;
• e- eccentricità;
• / - inclinazione dell'orbita, °;
• BO- longitudine geografica del nodo ascendente GLONASS, °;
• co - argomento del perigeo, °;
• 5/, - correzione della scala temporale di bordo, s;
• P,- numero di frequenza delle lettere;
• A - tasso di cambiamento del periodo draconiano. Periodo draconiano - l'intervallo di tempo tra due passaggi successivi di un corpo celeste attraverso lo stesso nodo orbitale (ascendente o discendente).

Il concetto di eccentricità di un'ellisse orbitale è illustrato in Fig. 3:25:

• UN
• il semiasse principale dell'ellisse orbitale - B _
• eccentricità dell'ellisse orbitale: e =

I dati sulle effemeridi sono parte integrante dell'almanacco. Dopo aver ricevuto dall'almanacco i parametri approssimativi di base delle orbite di tutti i satelliti, il navigatore riceve da ciascun satellite le proprie effemeridi. Sulla base di questi dati esatti, il

Riso. 3.25.

parametri orbitali, cioè dati dell'almanacco. Le effemeridi sono una sorta di “sovrastruttura” sull’almanacco, che trasforma i parametri di base in parametri specifici. I dati delle effemeridi contengono regolazioni molto precise dei parametri orbitali e degli orologi per ciascun satellite, necessari per una determinazione accurata delle coordinate.

A differenza dell'almanacco, ogni satellite trasmette i dati solo dalle proprie effemeridi e, con il loro aiuto, il ricevitore di navigazione può determinare la posizione dei satelliti con elevata precisione.

Le effemeridi, che contengono dati più accurati, diventano obsolete abbastanza rapidamente. Questi dati sono validi solo per 30 minuti. I satelliti trasmettono le loro effemeridi ogni 30 s. Gli aggiornamenti delle effemeridi vengono effettuati dalle stazioni di terra. Se il ricevitore è stato spento per più di 30 minuti e poi riacceso, inizia a cercare i satelliti in base all'almanacco a lui noto. Usandolo, seleziona i satelliti per avviare una ricerca.

Quando il ricevitore di navigazione rileva il satellite, inizia il processo di raccolta dei dati effimeri. Quando vengono ricevute le effemeridi di ciascun satellite, i dati ricevuti dal satellite sono considerati idonei per la navigazione.

Se il ricevitore viene spento e riacceso entro 30 minuti, “catturarà” i satelliti molto rapidamente, poiché non sarà necessario raccogliere nuovamente dati effimeri. Questo è un inizio "caldo".

Se sono trascorsi più di 30 minuti dallo spegnimento, verrà eseguito un avvio “a caldo” e il ricevitore inizierà nuovamente a raccogliere i dati sulle effemeridi.

Se il ricevitore è stato trasportato (spento) per diverse centinaia di chilometri o l'orologio interno inizia a mostrare un'ora imprecisa, i dati nell'almanacco esistente non sono corretti. In questo caso, il navigatore deve scaricare un nuovo almanacco ed effemeridi. Questo sarà già un inizio “a freddo”.

La fornitura di effemeridi ai satelliti viene effettuata dal segmento terrestre del sistema, ad es. sulla Terra si determinano i parametri di movimento dei satelliti e si prevedono i valori di questi parametri per un periodo di tempo predeterminato. La misurazione e la previsione dei parametri di movimento del satellite vengono effettuate nel centro balistico del sistema sulla base dei risultati delle misurazioni della traiettoria della distanza dal satellite e della sua velocità radiale. I parametri e le loro previsioni vengono inclusi nel messaggio di navigazione trasmesso dal satellite insieme alla trasmissione del segnale di navigazione.

Nel GPS, l'almanacco, in combinazione con altri campi dati, viene trasmesso ogni 12,5 minuti, nel GLONASS - ogni 2,5 minuti. Nella tabella 3.3 mostra due parametri temporali dell'almanacco e delle effemeridi GPS per il confronto. Ovviamente, il periodo di aggiornamento dei dati e i tempi della loro rilevanza per l'almanacco e le effemeridi sono significativamente diversi.

Tabella 3.3

Periodi di aggiornamento dei dati sull'orbita dei satelliti di navigazione

Un satellite GPS è una piattaforma che trasporta una serie di apparecchiature che forniscono energia al satellite, la capacità di regolare l'orbita e il funzionamento. L'energia è fornita da pannelli solari e batterie. L'orbita viene regolata utilizzando motori a bassa potenza.

Termine prestazione indica la capacità di svolgere le funzioni assegnate al satellite. Il satellite è dotato di un'antenna e di un ricevitore per ricevere segnali dalle stazioni di distribuzione delle informazioni. Il satellite dispone di un computer di bordo per memorizzare informazioni, trasmetterle e coordinare il funzionamento del satellite nel suo insieme. Il ritmo di funzionamento di tutte le apparecchiature è stabilito da quattro standard di frequenza e tempo di cesio e (o) idrogeno. La frequenza di oscillazione degli standard è 10,23 MHz. È da queste oscillazioni che tutti gli altri segnali satellitari - portante e modulante (codifica) - si ottengono moltiplicando la frequenza, dividendola o convertendo un'oscillazione armonica in un segnale di codice. Il satellite è dotato di un trasmettitore e di un'antenna per trasmettere un segnale all'utente del sistema. Il satellite ospita anche apparecchiature di stabilizzazione e orientamento e altre apparecchiature.

Esistono tre classi conosciute di satelliti: Blocco I, Blocco II e Blocco IIR. I satelliti del Blocco I, del peso di 845 chilogrammi ciascuno, furono lanciati dal 1978 al 1985 da una base aeronautica in California. È stato utilizzato il razzo Atlas F. L'aspettativa di vita del satellite incluso nel progetto era di 4,5 anni. Alcuni satelliti hanno funzionato quasi tre volte più a lungo. L'angolo di inclinazione del piano orbitale rispetto al piano equatoriale per i satelliti di questa classe era di 63 gradi. I satelliti lanciati successivamente hanno 55 gradi. I satelliti di questa classe erano, in un certo senso, di prova, sebbene svolgessero pienamente le funzioni loro assegnate. La successiva serie di satelliti del Blocco II aveva lo scopo di creare una costellazione operativa.

Il primo satellite Block II, costato circa 50 milioni di dollari e pesava più di una tonnellata e mezza, fu lanciato il 4 febbraio 1989 dal Kennedy Space Center dalla Kennedy Air Force Base. Capo Canaverall. Florida, Stati Uniti. Hanno usato un veicolo di lancio Delta II. La durata di vita prevista di un satellite di questa classe era di 6 anni, anche se alcuni satelliti potevano funzionare per 10 anni, poiché per questo periodo la fornitura di materiali di consumo, principalmente carburante, era sufficiente. La differenza tra Blocco I e Blocco II è legata alla sicurezza nazionale degli Stati Uniti. Il segnale satellitare del Blocco I era completamente disponibile per l'utente civile, mentre alcuni segnali del Blocco II limitavano questa disponibilità.

I satelliti della classe Block IIR, che hanno sostituito quasi completamente quelli attualmente lanciati, hanno una durata di vita prevista di 10 anni. La lettera “R” sta per modifica o sostituzione. A bordo sono presenti maser all'idrogeno per sostituire gli standard di frequenza al rubidio e al cesio installati sulle precedenti classi di satelliti. Ogni satellite pesa più di due tonnellate e costa circa 25 milioni di dollari. Questi satelliti vengono lanciati utilizzando lo Shuttle. La modalità operativa è tale che l'utente civile ha ancora meno accesso al segnale satellitare. Maggiori dettagli sulla modalità di restrizione dell'accesso sono descritti nelle sezioni 3.1 e 3.3.

3.1. Struttura del segnale satellitare

La base del funzionamento del sistema è la misurazione accurata del tempo e degli intervalli di tempo. Termine esatto significa che tutti i mezzi disponibili vengono utilizzati per ottenere la massima precisione. La principale stazione di comando e controllo, così come ogni satellite, sono dotati degli standard temporali e di frequenza del cesio e dell'idrogeno più accurati attualmente disponibili. La frequenza di oscillazione dello standard è 10,23 MHz. Tutte le oscillazioni e i segnali dei satelliti sono ottenuti da questa frequenza mediante trasformazione coerente: moltiplicando e dividendo la frequenza dell'oscillatore di riferimento, lo standard per frequenza e tempo. Due oscillazioni della frequenza portante si ottengono moltiplicando la frequenza dell'oscillatore di riferimento per un fattore opportuno. L'oscillazione L1 = 1575,42 MHz si ottiene moltiplicando per 154. L'oscillazione L2 = 1227,60 MHz si ottiene moltiplicando per 120. Le misurazioni a due frequenze portanti vengono utilizzate per implementare il metodo dispersivo che tiene conto dell'influenza della ionosfera e per facilitare la procedura per risolvere l'ambiguità delle misurazioni di fase.

Le oscillazioni della portante sono modulate da segnali di codice: codice C/A e codice P. In questo caso, entrambe le oscillazioni della portante sono modulate dal codice P; Solo le oscillazioni della prima frequenza portante sono modulate dal codice C/A. La frequenza di clock del codice P è uguale alla frequenza di oscillazione dell'oscillatore di riferimento. La frequenza di clock del codice C/A si ottiene dividendo per dieci la frequenza di oscillazione dell'oscillatore di riferimento. I codici sono descritti nella sezione 3.3. Inoltre, le onde portanti sono modulate dal messaggio di navigazione satellitare.

3.2. Messaggio di navigazione, effemeridi

Messaggio di navigazione chiamato anche messaggio satellitare O messaggio di navigazione satellitare. Nella terminologia inglese, questo è il massaggio di navigazione. C'è anche un nome Annuncio, sebbene, per definizione, qualsiasi messaggio non possa contenere informazioni. Di seguito, per brevità, utilizzeremo il termine Messaggio.

Il messaggio contiene 1500 bit di informazioni e viene trasmesso in 30 secondi. Ma non tutte le informazioni vengono trasmesse in questo breve periodo di tempo. Ad esempio, un almanacco viene trasmesso su più messaggi; sull'almanacco, vedere di seguito. Il messaggio contiene cinque blocchi (frame, subframe, in inglese - subframe). Ogni blocco viene trasmesso per 6 secondi e contiene 10 parole. Ogni parola contiene 30 bit.

Ogni blocco inizia con una parola di telemetria (TLM). Contiene un formato di sincronizzazione e un messaggio diagnostico: un messaggio o parte di un messaggio sullo stato del satellite e del sistema nel suo insieme. Poi arriva parola chiave- parola di consegna (COME). Questo termine può essere tradotto come una parola passata di mano in mano. In sostanza, COME è un timestamp.

Il primo blocco contiene i parametri dell'orologio satellitare e i coefficienti del modello ionosferico. I parametri dell'orologio rappresentano la correzione e l'avanzamento dell'orologio satellitare rispetto al GPST. Le informazioni sui parametri del modello ionosferico vengono utilizzate solo quando si lavora con ricevitori a frequenza singola. Se è presente un ricevitore a doppia frequenza, viene utilizzato il metodo dispersivo.

Il secondo e il terzo blocco contengono le effemeridi del satellite che trasmette questo messaggio. Queste effemeridi sono chiamate effemeridi broadcast. Sono ottenuti da osservazioni satellitari da cinque stazioni di rilevamento.

L'osservazione dei satelliti da parte delle stazioni di localizzazione, l'elaborazione iniziale dei risultati, il trasferimento alla stazione di comando e controllo principale, l'elaborazione dei risultati lì, il trasferimento alla stazione di raccolta delle informazioni e la posa stessa richiedono tempo. Di conseguenza, le effemeridi trasmesse, archiviate nella memoria dei computer di bordo e trasmesse al momento della loro trasmissione, sono già obsolete. Pertanto, le effemeridi trasmesse sono il risultato di previsione ed estrapolazione. Per lo stesso motivo, le effemeridi vengono archiviate nella memoria dei computer di bordo dei satelliti il ​​più spesso possibile, circa ogni ora.

Il quarto blocco è riservato alla trasmissione delle informazioni di servizio. I ricevitori civili non hanno la possibilità di registrare queste informazioni.

Il quinto fotogramma contiene almanacco satelliti e informazioni sullo stato del sistema. L'almanacco contiene effemeridi approssimative dei satelliti del sistema e dati sulla salute di ciascun satellite. Ogni Il satellite trasmette informazioni sulla costellazione di satelliti ogni 12,5 minuti. Ottenere un almanacco prima dell'inizio delle osservazioni e utilizzare questi dati in fase pianificazioneè necessario posizionare il ricevitore in un luogo aperto, tenerlo acceso per 15-20 minuti, spegnerlo e trasferire i dati sul computer dell'ufficio. Durante il processo di osservazione, si ottiene un nuovo almanacco senza ulteriore tempo speso.

Un'effemeride satellitare è un insieme completo di dati sull'orbita del satellite e sulla posizione del satellite in orbita. L'utente GPS è interessato alle coordinate geocentriche del satellite nel sistema WGS84 nel momento in cui il segnale lascia questo satellite. L'apparecchiatura utente calcola le coordinate satellitari utilizzando i dati contenuti nel file delle effemeridi. Le informazioni sulle effemeridi sono classificate come riferimento momento (di riferimento, iniziale).

A, questo momento è indicato nel file delle effemeridi. Il messaggio contiene anche AODE (Age of Data): l '"età" dei dati delle effemeridi, ovvero l'intervallo di tempo trascorso da quando i dati sono stati archiviati nella memoria del computer di bordo. Ricordiamo che i parametri delle effemeridi sono osculanti e si riferiscono al momento di riferimento.Di seguito è riportato un riepilogo delle informazioni contenute nelle effemeridi trasmesse.

	è la radice quadrata del semiasse maggiore dell'ellisse orbitale. È la radice quadrata del semiasse maggiore che è inclusa nella formula per calcolare le coordinate orbitali di un satellite dalle sue effemeridi; inoltre, l'informazione sulla radice quadrata del semiasse occupa meno spazio nel messaggio rispetto all'informazione sull'asse.
e	- eccentricità orbitale
W	- ascensione retta del nodo ascendente dell'orbita del satellite
W`	- velocità di variazione dell'ascensione retta del nodo ascendente dell'orbita del satellite
io	- angolo di inclinazione del piano orbitale rispetto al piano equatoriale
io`	- velocità di variazione dell'angolo di inclinazione
M o	- anomalia media nel momento di riferimento
Dn	- scostamento del valore medio del movimento da quello precalcolato
Cuc e Cus	- ampiezze dei termini coseno e sinusoidale nella formula di correzione per l'argomento latitudine
Crc e Crs	- ampiezze dei termini coseno e sinusoidale nella formula per la correzione del raggio orbitale
C ic e C è	- ampiezze dei termini coseno e sinusoidale nella formula per la correzione dell'angolo di inclinazione orbitale. Le formule per perturbare gli elementi osculatori tengono conto solo dell'influenza della compressione terrestre sul movimento del satellite

3.3. Calcolo delle coordinate orbitali dalle effemeridi

Consideriamo come vengono utilizzate le effemeridi satellitari per calcolare le sue coordinate rettangolari Xo e Yo nel sistema di coordinate equatoriali al momento delle osservazioni. Le formule (1) sono la fase finale della risoluzione del problema.

X o = r cos u, Y o = r sin u. (1) Ciò dimostra che il problema si riduce alla determinazione del raggio orbitale al momento dell'osservazione R Argomento relativo al satellite e alla latitudine tu. Momento di osservazione T ottenuto dalla registrazione del momento di arrivo al destinatario della marca temporale. COME informazioni di base utilizzare anche il valore di uno di costanti geodetiche fondamentali m - il prodotto della costante gravitazionale e della massa della Terra. IN WGS84 m =3,986008· 10 14 m/sec 2. La procedura per il calcolo delle coordinate orbitali è divisa in quattro fasi. Nella prima fase viene calcolata la vera anomalia V. La procedura di calcolo è la seguente. Calcola l'intervallo di tempo D T, passato dall'epoca di riferimento A fino al momento t osservazioni:

D t=t-t o.

Calcolare il valore approssimativo del movimento medio no = ( m/a- 3 )- 1/2. Calcolare il valore raffinato del movimento medio n=no+ Dn.Calcolare l'anomalia media M=Mo+n Dt.Utilizzando l'equazione di Keplero M=EsinaE,calcolare l'anomalia eccentrica E.E finalmente in questa fase si calcola la vera anomalia V,utilizzando formule: cosV=(cosE-e)/(1-ecosE) E sinV=(1-e - 2 seno) - (1/2)/(1-ecosE).Nella seconda fase viene calcolato il valore dell'argomento latitudine U. La procedura di calcolo è la seguente. Calcolare il valore approssimativo dell'argomento latitudine Uo =V+ w.Calcolare la correzione al valore approssimativo dell'argomento della latitudine per l'effetto della compressione della Terra sull'orbita del satellite utilizzando la formula: D U=C uc cos2U o + C us sin2U o. Ricordiamo che i coefficienti CON contenuto nelle effemeridi. Il significato degli indici per questi coefficienti è il seguente. L'indice U significa che è l'argomento della latitudine U che viene calcolato. Gli indici C e S indicano che rappresentano rispettivamente i termini coseno e seno. Inoltre, questo sistema di indicizzazione è stato mantenuto. Infine, in questa fase, viene calcolato il valore raffinato dell'argomento latitudine U=Uo+ D U.Nella terza fase, viene calcolato il raggio o circa rbit satellitari. La procedura di calcolo è la seguente. Calcola il valore approssimativo del raggio orbitale utilizzando la formula: r o =a(1-ecosE). Calcolare la correzione al raggio orbitale per la compressione della Terra: D r=C rc cos2U o + C rs sin2U o. Il significato dei pedici è lo stesso della fase precedente. E infine, in questa fase, viene calcolato il valore raffinato del raggio orbitale: r=r o + Il dottor r.Le coordinate satellitari ottenute dalle effemeridi trasmesse possono contenere un errore di circa 100 metri. Le ragioni di una precisione così bassa sono le seguenti. Innanzitutto, le effemeridi trasmesse sono intrinsecamente il risultato della previsione dell’orbita, ovvero sono effemeridi estrapolate. In secondo luogo, nel calcolarli, tengono conto solo di un fattore, anche se il più significativo, che disturba l'orbita del satellite: l'influenza della compressione della Terra. La mancata considerazione di altri fattori porta a una diminuzione della precisione durante qualsiasi estrapolazione prolungata. E in terzo luogo, per un utente non autorizzato, le effemeridi vengono deliberatamente irruvidite.

3.4. Codici

Le oscillazioni della portante del satellite sono manipolate in fase da segnali di codice. Ritorniamo alla considerazione dei codici iniziata nella sezione 3.1.

Secondo le caratteristiche statistiche, i codici sono casuali, quindi formano un segnale a banda larga. La lunghezza di coerenza di tale segnale è piccola, pertanto, durante l'elaborazione della correlazione, si ottiene un massimo principale stretto e unico della funzione di correlazione. A sua volta, ciò consente di misurare il ritardo temporale in modalità codice in modo inequivocabile e con elevata precisione. L'apparecchiatura di ricezione e registrazione, che non “conosce” le leggi della formazione del codice, percepirà il segnale satellitare come rumore, casuale. In effetti, i codici si formano in modo naturale, sebbene il tipo di legge sia complesso. Per questo motivo viene chiamato il segnale satellitare pseudo-rumore, e i codici sono pseudo-casuale.

Esistono due tipi di codici di misurazione. Codice di trasmissione facilmente accessibile e facilmente rilevabile - Codice C/A - Codice di acquisizione grossolana. Codice P di precisione: codice di precisione. Il satellite ha un codice C/A individuale che viene ripetuto ogni millisecondo. Il ricevitore identifica ed acquisisce il segnale satellitare sulla frequenza L1 facile, poiché questa frequenza è modulata dal codice C/A. La situazione è molto più complicata con l'acquisizione di un segnale satellitare su una frequenza L2, cioè alla seconda frequenza portante. Il codice C/A non gli viene applicato, quindi la cattura del segnale e le successive osservazioni sono possibili solo nel codice P. Ciò rende il lavoro dell'utente più difficile e questa difficoltà è intenzionalmente incorporata nella progettazione del sistema.

Il satellite in quest'era è caratterizzato da un codice P, che si ripete ogni due settimane. Allo stesso tempo, l'intero codice P nel suo insieme è inerente al sistema. La durata del codice P del sistema è di 266,4 giorni. In altre parole, l'intero lungo codice P del sistema è suddiviso in segmenti settimanali, intervalli. Ogni segmento in una data epoca è assegnato a un satellite specifico. Inizialmente solo gli utenti autorizzati, soprattutto le forze armate statunitensi, avevano accesso al codice P. Ora l'attrezzatura di quasi tutti gli utenti ha accesso al codice P. Questo accesso è complicato dal fatto che il segnale del codice P viene ulteriormente codificato (crittografia) con il cosiddetto codice Y. Come affermato in letteratura, ciò è stato fatto per prevenire la possibilità di interruzione del sistema attraverso un intervento esterno. Questa modalità operativa è chiamata Anti-Spoofing (AS), una modalità per contrastare l'influenza non autorizzata. Si tratta di utilizzare il codice Y. A sua volta, la codifica Y è lo scambio di sezioni settimanali di codice P tra satelliti in una sequenza nota solo al personale che gestisce il sistema. Se questa sequenza è sconosciuta all'utente, cioè il suo ricevitore non contiene il chip corrispondente, allora non c'è modo di catturare il segnale del codice P alla seconda frequenza portante e un ricevitore a doppia frequenza costoso e ad alta precisione può funzionare solo a frequenza singola. I produttori di apparecchiature, tuttavia, sono riusciti a superare queste difficoltà in un modo o nell'altro, ad esempio pagando per la possibilità di installare i chip appropriati nei ricevitori. Sembra quindi che la codifica Y non sia più necessaria.

Le osservazioni nel codice C/A sono chiamate Servizio di Posizionamento Standard (SPS). Le coordinate di navigazione in questa modalità sono determinate con un errore di 100-200 metri. Le osservazioni nel codice P sono chiamate Precise Positioning Service (PPS) - servizio di determinazione posizione esatta. Le coordinate di navigazione in questa modalità sono determinate con un errore di circa 10-20 metri.