Táto služba poskytuje možnosť vybrať súbory presných efemerid s vedomím dátumu pozorovaní. Stačí zadať dátum a kliknúť na „Vybrať“.

Účelom presných efemerid je presnejšie spracovanie statických pozorovaní. Ich použitie pri spracovaní nezaručuje vysokú kvalitu, ale môže zvýšiť počet fixných riešení, ak sa práca vykonávala v ťažkých podmienkach (obmedzená viditeľnosť v meste s hustou zástavbou, v blízkosti stromov atď.).

Údaje sú vypočítané a verejne uložené na serveroch FTP Medzinárodnej služby GNSS a Archívu údajov vesmírnej geodézie NASA.

Najlepšia konečná efemerida sa vypočíta a zverejní s oneskorením 12-18 dní. V reálnom čase (alebo s niekoľkohodinovým oneskorením) tzv. ultrarýchle a rýchle produkty. Ich presnosť je horšia ako u finálnych, no zároveň výrazne lepšia ako u navigačných.

Súbory sú uložené v zbalenej forme a môže ich rozbaliť väčšina archivátorov, napríklad 7zip

Verejné služby

Svetový prevodník súradníc

Stránka je založená na princípoch dobrovoľnosti, preto pri vstupe žiada o dary v jej prospech. Hodí sa hlavne vtedy, ak potrebujete previesť súradnice medzi rôznymi medzinárodnými súradnicovými systémami a niektorými štátnymi (ktorých parametre sú verejne prístupné, nie o Ukrajine), napríklad ETRF89, WGS84, WGS84 Web Mercator a verejne dostupný štát tie.

Geokalkulátor NDIGK

Rovnaký geokalkulátor ukrajinskej štátnej služby v otázkach geodézie, kartografie a katastra.

TrimbleRTX

Služba pre post-processing od Trimble, výsledok je produkovaný vo forme ETRS a ITRF rôznych implementácií. Pre prijateľnú presnosť je potrebné dlhodobé sledovanie. Na základe pozorovaní medzinárodných staníc a niektorých našich vlastných. Zadarmo, ale s registráciou

AusPOS

Služba následného spracovania Geoscience Australia od austrálskej vlády produkuje výsledok vo forme ITRF2014. Pre prijateľnú presnosť je potrebné dlhodobé sledovanie. Opiera sa o pozorovania medzinárodných staníc. Zadarmo, nevyžaduje sa žiadna registrácia.

Plánovače prieskumov GNSS

Nástroje na plánovanie meraní GNSS na určité obdobie umožňujú vopred odhadnúť viditeľné satelity pod daným medzným uhlom a ich polohu nad horizontálou. Tieto nástroje budú užitočné pri plánovaní optimálneho času snímania na miestach so zlou viditeľnosťou na oblohu (lomy, mestá) a pri použití jednosystémových prijímačov.

Čo sú efemeridy?

V slávnom Websterovom slovníku definícií je uvedená nasledujúca definícia pojmu efemerid: Ephemeris je tabuľka súradníc nebeského telesa zadaných v rôznych časoch počas určitého obdobia. Astronómovia a geodeti používajú efemeridy na určenie polôh nebeských telies, ktoré sa následne použijú na výpočet súradníc bodov na zemskom povrchu.

Vo všeobecnosti možno pre nás efemeridy GPS prirovnať k satelitom GPS a predstaviť si ich ako konšteláciu umelých hviezd. Aby sme mohli vypočítať našu polohu vzhľadom na satelity GPS, potrebujeme poznať ich polohu vo vesmíre, inými slovami ich efemeridy. Existujú dva typy efemerid: prenášané (na palube) a presné.

Vysielané (palubné) efemeridy

Vysielané (palubné) efemeridy, ako ich názov napovedá, sa vysielajú priamo z GPS satelity. Vysielané efemeridy obsahujú informácie o prvkoch keplerianskej obežnej dráhy, ktoré umožňujú prijímaču GPS vypočítať globálne geocentrické súradnice každého satelitu vzhľadom na pôvodný geodetický dátum WGS-84. Tieto keplerove prvky pozostávajú z informácií o súradniciach satelitov pre určitú epochu a zmenách orbitálnych parametrov od sledovaného obdobia do okamihu pozorovania (akceptuje sa vypočítaná rýchlosť zmeny parametrov). Päť monitorovacích staníc neustále monitoruje vopred predpovedané polohy obežných dráh satelitov a generuje prúd efemeridových informácií. Ďalej hlavná riadiaca stanica Navstar denne vysiela vysielané efemeridy na satelity. Vypočítaná presnosť prenášaných efemeridov je ~260 cm a ~7 ns.

Presné efemeridy (konečné produkty)

Presné efemeridy pozostávajú z celozemských geocentrických súradníc každého satelitu, ako sú definované v celozemskom systéme hlásení a zahŕňajú korekcie hodín. Efemeridy sa vypočítavajú pre každý satelit v 15-minútových intervaloch. Presná efemeris je produkt po spracovaní. Údaje zhromažďujú sledovacie stanice rozmiestnené po celej Zemi. Tieto údaje sa potom prenesú do medzinárodnej služby GPS (IGS), kde sa vypočítajú presné efemeridy. Presné efemeridy sú dostupné približne 2 týždne po zbere údajov a majú presnosť menšiu ako 5 cm a 0,1 ns.

Presné efemeridy si môžete stiahnuť zo servera NASA:
ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product/

Rapid efemeris (výrobky Rapid)

Rýchle efemeridy sa vypočítavajú rovnakým spôsobom ako presné efemeridy, ale pri spracovaní sa používa menší súbor údajov. Rýchle obežné dráhy sú spravidla „zaslané“ do služieb medzinárodných agentúr nasledujúci deň. Presnosť rýchlych efemerid je 5 cm a 0,2 ns.

Rýchle efemeridy je možné stiahnuť zo servera IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Predpovedané alebo ultrarýchle efemeridy (produkty Ultrarapid)

Ultrarýchle efemeridy sa prenášajú ako prenášané efemeridy, ale aktualizujú sa dvakrát denne. Niekedy sa nazývajú efemeridy v reálnom čase. To možno vysvetliť skutočnosťou, že sa používajú rovnakým spôsobom ako prenášané efemeridy, ale na aplikácie v reálnom čase. Presnosť ultrarýchlych efemerid je ~25 cm a ~5 ns.

Ultrarýchle efemeridy je možné stiahnuť zo servera IGS:
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/dcnav/igscb_product_wwww.html

Potrebujeme presné efemeridy?

Aby sme na túto otázku odpovedali, stanovme vzťah medzi presnosťou efemerid a presnosťou riešenia vektora GPS. Predpokladajme, že hovoríme o základnej čiare dlhej 10 km. Linku spracovávame pomocou prenášaných efemerid (presnosť 2,60 m). V tomto prípade bude očakávaná presnosť (10 km /20 000 km) * 2,60 m = 1,3 mm. Ak je dĺžka základnej čiary 100 km, chyba sa zvýši na 13 mm. Tieto čísla nám umožňujú dospieť k záveru, že na krátkych základných líniách (do 100 km) je použitie prenášaných efemeridov viac než dostatočné.

Vo všeobecnosti môžeme povedať, že vďaka rozvoju systému GPS sa potreba presných efemerid trochu znížila. Napríklad len pred niekoľkými rokmi bola chyba v prenášaných efemeridách 20 m, zatiaľ čo chyba merania na 10 km by bola 1 cm.

Prečo používať presné efemeridy?

Po prvé, je potrebné mať na pamäti, že chybové hodnoty uvedené vyššie sú platné pre riadky, ktoré majú pevné riešenia. Na tratiach s dĺžkou rádovo 50 km a viac je však veľmi ťažké získať fixné riešenie pomocou prenášaných efemerid. Použitie presných efemerid výrazne zvyšuje šance na získanie pevného riešenia.

Po druhé, už dlho je známe, že výška sa pomocou GPS určuje menej presne ako súradnice plánov. Preto sa pri prácach vyžadujúcich lepšie určenie výšky odporúča použiť presné efemeridy.

Po tretie, musíme si uvedomiť, že prenášané efemeridy sú len predpoklad o tom, kde by mali byť satelity. Niekedy môžu nastať situácie, keď prenášané efemeridy obsahujú chyby, ktoré nemôžu ovplyvniť kvalitu základného riešenia. Východiskom z tejto situácie môže byť použitie rýchlych efemerid deň po vykonaní pozorovaní.

Kde nájdem presné efemeridy?

Existuje veľa zdrojov, kde môžete nájsť rôzne typy efemerid zadarmo. Ako príklad môžeme uviesť webovú stránku Medzinárodného geodynamického prieskumu (IGS):
http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html

Aký je najbežnejší formát pre presné efemeridy?

Presné efemeridy sú dostupné v dvoch štandardných formátoch: SP3(formát ASCII) a E18(binárny formát). Väčšina profesionálnych programov na spracovanie GPS meraní priamo podporuje jeden z týchto dvoch formátov (napríklad podporuje oba typy presných efemerid, pozn. prekladateľa). V prípade potreby môžete použiť nástroj na preklad medzi týmito dvoma formátmi.

A rád by som prispel k tejto záležitosti. Jeden z komentárov k vyššie uvedenému článku sa stručne dotýka rozhovoru o teóriách efemerid, ako je DE a iné. Existuje však veľa takýchto teórií a my rozoberieme niektoré z najvýznamnejších podľa môjho názoru.

Čo to je?

Aby bolo možné presne vypočítať polohy nebeských telies, je potrebné vziať do úvahy čo najviac rušivých faktorov. Pre sústavu viac ako dvoch neexistuje analytické riešenie (s výnimkou konkrétnych Lagrangeových riešení), takže pohybové rovnice telies sa riešia numericky, ale aj s prihliadnutím na relatívne nové metódy numerickej integrácie (ako je Everhartova metóda ), tento postup je veľmi nákladný a ak je dostatočne presné riešenie pre malý Kým priemerný počítač zvládne časové obdobie, integrácia v globálnych časových rozsahoch je zložitá a časovo náročná úloha. Preto bola úloha vyriešená nasledovne: nájdite polohy nebeských telies pomocou integrácie a aproximujte tieto polohy nejakou funkciou a na výstupe získajte koeficienty pre túto funkciu. Práve množina týchto koeficientov sa zvyčajne nazýva teória efemerid.

DE

Toto sú pravdepodobne najobľúbenejšie teórie pohybu nebeských telies. Vznik tejto teórie je spojený s rozvojom vesmírnych technológií a potrebou presne vypočítať polohy planét pre misie kozmických lodí. Dnes existuje obrovský zoznam verzií tejto teórie. Najpopulárnejší z nich je DE405. O tejto teórii si môžete prečítať tu: http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_export
Kurzy sú rozdelené do časových blokov, t.j. pre konkrétnu éru - samostatné koeficienty.
Vzorec pre tieto koeficienty je Čebyševov polynóm. Mimochodom, práve Čebyševov polynóm je jedným z najvhodnejších na vytvorenie teórie efemerid. Princíp práce s takýmito polynómami je opísaný v knihe O. Montebrooka – „Astronomy on osobný počítač"(Rutracker.org)

Kde ho získať?

To všetko je na ftp stránke NASA. V textovom formáte ASCII: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/
Tu asi stojí za to niečo komentovať. Keď prejdeme napríklad do tohto priečinka, uvidíme súbor, ktorý vyzerá asi takto: ascp1600.403, je ľahké pochopiť, že ide o koeficienty pre éru 1600 a verziu teórie DE403.
Takéto súbory majú tri stĺpce - každý z nich zodpovedá súradniciam v priestore.
Pri pohľade na veľkosť týchto súborov je však zrejmé, že ich používanie v práci nie je pohodlné. Preto existujú ich binárne verzie: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/

Ako použiť?

Teraz máme binárny súbor, ktorý potrebujeme, ale otázka znie: čo s tým? Našťastie existujú príklady implementácie programu na ftp rôzne jazyky: ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/

VSOP 87

Táto teória, samozrejme, nie je taká populárna ako predchádzajúca, no práve túto môžem začiatočníkom odporučiť. Táto teória má hlavnú nevýhodu - opisuje polohy iba planét a Slnka. Typom vzorca v tejto teórii je trigonometrický rad.

Kde ho získať?

Je to také jednoduché ako lúskanie hrušiek, stačí prejsť na webovú stránku a v nastaveniach vybrať požadovaný jazyk a formát údajov.
Práve v jednoduchosti získania je hlavná výhoda tejto efemeridy.
Keďže máme kód pripravený, myslím si, že mnohí z nás s ním už môžu niečo urobiť. Ale ak s tým stále potrebujete trochu pomôcť, môžete ísť sem

EPM

O tejto efemeridovej teórii sa spomína len veľmi málo. Bol vytvorený v Ústave aplikovanej astronómie Ruskej akadémie vied. Existujú 3 verzie tejto teórie, respektíve EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.

Kde ho získať?

Zdroje sú umiestnené na ftp IPA RAS: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/. Názov priečinka zodpovedá verzii teórie. Každá teória má zodpovedajúci binárny a textový súbor, ako je implementované v DE. A tu tiež textové súbory váži pomerne veľa, preto sa oplatí použiť binárne súbory

Ako použiť?

Práve táto teória sa zdá byť jednou z najťažšie realizovateľných. Napriek tomu sa o nás jeho vývojári postarali a poskytli niekoľko príkladov v rôznych jazykoch: ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/.
Samotná teória je postavená na Čebyševových polynómoch, sú tiež celkom dobre popísané.

Poznámky k presnosti

Stojí za zmienku, že nie všetky teórie sú najpresnejšie. Najmenej presný zo všetkých vyššie uvedených je VSOP87. DE a EPM sú celkom presné, stojí za zmienku, že EPM berie do úvahy relativistické efekty. Avšak pre takmer všetky aplikované problémy, ktoré som doteraz riešil, bol použitý VSOP 87, faktom je, že jeho presnosť síce pokulháva, no napriek tomu to v porovnaní s elementárnymi pozorovaniami nie je badateľné (môžu byť odchýlky o desatiny, stotiny oblúkové sekundy).

Konečne

Poviem niečo navyše o teórii EPM. O tejto teórii som sa dozvedel z osobného rozhovoru, je známa skôr v úzkych kruhoch a máloktorý používateľ ju používa, zrejme to nejako súvisí s nezáujmom ústavu rozširovať túto teóriu v širokých kruhoch, iné vysvetlenie ma nenapadá, pretože je celkom konkurencieschopný vo vzťahu k iným teóriám.

Navigačné satelity prenášajú dva typy údajov – almanach a efemeridy.

Almanach - ide o súbor informácií o aktuálnom stave navigačného systému ako celku, vrátane stratených efemerid, používaných na vyhľadávanie viditeľných satelitov a výber optimálnej konštelácie obsahujúcej informácie. Almanach obsahuje orbitálne parametre všetkých satelitov. Každý satelit vysiela almanach pre všetky satelity. Údaje z almanachu nie sú veľmi presné a platia niekoľko mesiacov.

Údaje efemeridy obsahujú veľmi presné úpravy orbitálnych parametrov a hodín pre každý satelit, čo je potrebné na presné určenie súradníc. Každý navigačný satelit prenáša údaje iba zo svojich vlastných efemerid.

Navigačné správy- Ide o paketové dáta prenášané satelitom, ktoré obsahujú efemeridy s časovými značkami a almanach.

Signál vysielaný navigačnými satelitmi možno rozdeliť do dvoch hlavných zložiek: navigačný signál (pseudonáhodný kód diaľkomeru) a navigačná správa (obsahujúca veľké množstvo informácií o parametroch navigačných satelitov). Navigačná správa zase obsahuje efemeridové údaje a almanach (obr. 3.24). Hneď zdôrazníme, že kód diaľkomeru sa prenáša aj ako súčasť navigačnej správy, čo bude zrejmé z ďalšej prezentácie.

Operatívne informácie

(Ephemerides)

Dlhý, pseudonáhodný kód

Neoperatívne informácie

(almanach)

Ryža. 3.24.Štruktúra navigačného satelitného signálu

Dá sa povedať, že signál z navigačných satelitov obsahuje tri hlavné zložky:

• 1) pseudonáhodný (diaľkomer) kód;
• 2) almanach;
• 3) efemeridové údaje.

Navigačné prijímače získavajú informácie o polohe satelitov presne z údajov obsiahnutých v almanachoch a satelitných efemeridách. Vysvetlíme si význam pojmu „efemeris“ (starogrécky ?(ргш?р1? - za deň, denne). V astronómii ide o tabuľku nebeských súradníc Slnka, Mesiaca, planét a iných astronomických objektov, vypočítaných v pravidelných intervaloch, napríklad každý deň o polnoci.

Ephemeris označuje aj súradnice umelých družíc Zeme používaných na navigáciu v systémoch NAVSTAR (GPS), GLONASS, Galileo atď. líšiť od vypočítaného. Práve presné údaje o aktuálnej polohe satelitov umožňujú navigačnému prijímaču vypočítať presnú polohu satelitu a na základe toho vypočítať svoju vlastnú polohu. Údaje o efemeridách z navigačnej konštelácie GLONASS sú zverejnené na webovej stránke Ruskej vesmírnej agentúry (Roskosmos). Zloženie efemerid satelitov GLONASS zahŕňa najmä tieto orbitálne parametre satelitov:

• NS - číslo satelitu;
• dátum - základný dátum (UTC+3 h), HH.MM.RR;
• TO. -čas prechodu vzostupného uzla (počet sekúnd od 00 h 00 min 00 od základného dátumu), s;
• T a6 - doba obehu, s;
• e - výstrednosť;
• / - sklon obežnej dráhy, °;
• BO - zemepisná dĺžka vzostupného uzla GLONASS, °;
• co - argument perigee, °;
• 5/, - korekcia palubnej časovej stupnice, s;
• P,- číslo frekvencie písmen;
• AT - rýchlosť zmeny drakonického obdobia. Drakonické obdobie - časový interval medzi dvoma po sebe nasledujúcimi prechodmi nebeského telesa cez rovnaký (vzostupný alebo zostupný) orbitálny uzol.

Koncept excentricity orbitálnej elipsy je znázornený na obr. 3,25:

• A
• hlavná poloos orbitálnej elipsy - b _
• excentricita orbitálnej elipsy: e =

Údaje o efemeridách sú neoddeliteľnou súčasťou almanachu. Po prijatí základných približných parametrov obežných dráh všetkých satelitov z almanachu dostane navigátor z každého satelitu svoje vlastné efemeridy. Na základe týchto presných údajov

Ryža. 3.25.

orbitálne parametre, t.j. almanachové údaje. Ephemeris je akousi „nadstavbou“ nad almanachom, ktorá mení základné parametre na konkrétne parametre. Údaje o efemeridách obsahujú veľmi presné úpravy orbitálnych parametrov a hodín pre každý satelit, čo je potrebné na presné určenie súradníc.

Na rozdiel od almanachu, každý satelit prenáša dáta len zo svojich efemerid a s ich pomocou dokáže navigačný prijímač s vysokou presnosťou určiť polohu satelitov.

Efemeridy, ktoré nesú presnejšie údaje, pomerne rýchlo zastarajú. Tieto údaje sú platné len 30 minút. Satelity vysielajú svoje efemeridy každých 30 sekúnd. Aktualizácie efemerid vykonávajú pozemné stanice. Ak bol prijímač vypnutý na viac ako 30 minút a potom zapnutý, začne vyhľadávať satelity na základe almanachu, ktorý je mu známy. Pomocou neho vyberie satelity na spustenie vyhľadávania.

Keď navigačný prijímač deteguje satelit, začne proces zhromažďovania dočasných údajov. Keď sa prijme efemerida každého satelitu, údaje prijaté zo satelitu sa považujú za vhodné na navigáciu.

Ak prijímač vypnete a znova zapnete do 30 minút, satelity „zachytí“ veľmi rýchlo, pretože nebude potrebné znova zbierať efemérne údaje. Toto je „horúci“ štart.

Ak od vypnutia uplynulo viac ako 30 minút, vykoná sa „teplý“ štart a prijímač opäť začne zbierať efemérne údaje.

Ak bol prijímač prevezený (vypnutý) niekoľko stoviek kilometrov alebo vnútorné hodiny začnú ukazovať nepresný čas, údaje v existujúcom almanachu sú nesprávne. V tomto prípade musí navigátor stiahnuť nový almanach a efemeridy. Toto už bude „studený“ štart.

Poskytovanie satelitov efemeridami je realizované pozemným segmentom systému, t.j. na Zemi sa určujú pohybové parametre satelitov a hodnoty týchto parametrov sa predpovedajú na vopred určené časové obdobie. Meranie a predikcia pohybových parametrov satelitu sa uskutočňuje v balistickom strede systému na základe výsledkov meraní trajektórie vzdialenosti k satelitu a jeho radiálnej rýchlosti. Parametre a ich predpoveď sú zahrnuté v navigačnej správe vysielanej satelitom spolu s prenosom navigačného signálu.

V GPS sa almanach v kombinácii s inými dátovými poľami prenáša každých 12,5 minúty, v GLONASS - každé 2,5 minúty. V tabuľke 3.3 sú pre porovnanie uvedené dva časové parametre almanachu a GPS efemerid. Je zrejmé, že obdobie aktualizácie údajov a načasovanie ich relevantnosti pre almanach a efemeridy sú výrazne odlišné.

Tabuľka 3.3

Obdobia na aktualizáciu údajov o obežnej dráhe navigačného satelitu

Satelit GPS je platforma, ktorá nesie súpravu zariadení, ktoré poskytujú energiu pre satelit, možnosť nastavenia obežnej dráhy a prevádzku. Napájanie zabezpečujú solárne panely a batérie. Obežná dráha sa nastavuje pomocou motorov s nízkym výkonom.

Termín výkon znamená schopnosť vykonávať funkcie priradené satelitu. Satelit má anténu a prijímač na príjem signálov z informačných staníc. Satelit má palubný počítač na ukladanie informácií, na ich vysielanie a na koordináciu prevádzky satelitu ako celku. Rytmus prevádzky všetkých zariadení je daný štyrmi céziovými a (alebo) vodíkovými frekvenčnými a časovými normami. Frekvencia oscilácií štandardov je 10,23 MHz. Práve z týchto kmitov sa získavajú všetky ostatné satelitné signály – nosné aj modulačné (kódovanie) – násobením frekvencie, jej delením alebo premenou harmonickej oscilácie na kódový signál. Satelit má vysielač a anténu na prenos signálu k užívateľovi systému. V satelite sú umiestnené aj stabilizačné a orientačné zariadenia a ďalšie vybavenie.

Existujú tri známe triedy satelitov: blok I, blok II a blok IIR. Satelity Block I, každý s hmotnosťou 845 kilogramov, boli vypustené v rokoch 1978 až 1985 z leteckej základne v Kalifornii. Použitá bola raketa Atlas F. Životnosť družice zahrnutej v návrhu bola 4,5 roka. Niektoré satelity fungovali takmer trikrát dlhšie. Uhol sklonu obežnej roviny k rovníkovej rovine pre satelity tejto triedy bol 63 stupňov. Satelity vypustené neskôr majú 55 stupňov. Satelity tejto triedy boli v istom zmysle skúšobné, hoci plne plnili funkcie, ktoré im boli pridelené. Ďalšia séria satelitov bloku II bola určená na vytvorenie operačnej konštelácie.

Prvý satelit Block II, ktorý stál približne 50 miliónov dolárov a vážil viac ako jeden a pol tony, vypustilo 4. februára 1989 Kennedyho vesmírne stredisko z Kennedyho leteckej základne. Cape Canaverall. Florida, USA. Použili nosnú raketu Delta II. Projektovaná životnosť družice tejto triedy bola 6 rokov, aj keď niektoré družice mohli fungovať aj 10 rokov, keďže zásoba spotrebného materiálu, hlavne paliva, bola na túto dobu dostatočná. Rozdiel medzi blokom I a blokom II súvisí s národnou bezpečnosťou USA. Satelitný signál bloku I bol plne dostupný pre civilného používateľa, zatiaľ čo niektoré signály bloku II túto dostupnosť obmedzovali.

Blokové satelity triedy IIR, ktoré takmer úplne nahradili tie v súčasnosti vypúšťané, majú konštrukčnú životnosť 10 rokov. Písmeno „R“ znamená úpravu alebo nahradenie. Na palube sú vodíkové masery, ktoré nahradia frekvenčné štandardy rubídia a cézia inštalované na predchádzajúcich triedach satelitov. Každý satelit váži viac ako dve tony a stojí približne 25 miliónov dolárov. Tieto satelity sú vypustené pomocou raketoplánu. Prevádzkový režim je taký, že civilný používateľ má ešte menší prístup k satelitnému signálu. Ďalšie podrobnosti o režime obmedzenia prístupu sú popísané v častiach 3.1 a 3.3.

3.1. Štruktúra satelitného signálu

Základom fungovania systému je presné meranie času a časových intervalov. Termín presné znamená, že sa používajú všetky dostupné prostriedky na dosiahnutie najvyššej presnosti. Hlavná veliteľská a riadiaca stanica, ako aj každý satelit, sú vybavené najpresnejšími v súčasnosti dostupnými céziovými a vodíkovými frekvenčnými a časovými štandardmi. Frekvencia oscilácie štandardu je 10,23 MHz. Všetky satelitné oscilácie a signály sa získavajú z tejto frekvencie koherentnou transformáciou: násobením a delením frekvencie referenčného oscilátora - frekvenčného a časového štandardu. Dve oscilácie nosnej frekvencie sa získajú vynásobením frekvencie referenčného oscilátora príslušným faktorom. Osciláciu L1 = 1575,42 MHz získame vynásobením číslom 154. Osciláciu L2 = 1227,60 MHz získame vynásobením číslom 120. Merania na dvoch nosných frekvenciách sa používajú na implementáciu disperznej metódy zohľadňovania vplyvu ionosféry a na uľahčenie postup riešenia nejednoznačnosti fázových meraní.

Oscilácie nosnej vlny sú modulované kódovými signálmi: C/A kód a P kód. V tomto prípade sú obe oscilácie nosnej vlny modulované P-kódom; C/A kódom sú modulované iba oscilácie prvej nosnej frekvencie. Hodinová frekvencia kódu P sa rovná frekvencii oscilácií referenčného oscilátora. Hodinovú frekvenciu kódu C/A získame vydelením frekvencie oscilácie referenčného oscilátora desiatimi. Kódy sú popísané v časti 3.3. Okrem toho sú nosné vlny modulované správou navigačného satelitu.

3.2. Navigačná správa, efemeridy

Navigačná správa tiež nazývaný satelitná správa alebo navigačná satelitná správa. V anglickej terminológii ide o navigačnú masáž. Existuje dokonca aj meno Oznámenie, hoci podľa definície žiadna správa nemôže obsahovať informácie. Nižšie, pre stručnosť, budeme tento výraz používať správu.

Správa obsahuje 1500 bitov informácií a odošle sa za 30 sekúnd. Ale nie všetky informácie sa prenesú v tomto krátkom časovom období. Napríklad almanach sa prenáša cez niekoľko správ; o almanachu pozri nižšie. Správa obsahuje päť blokov (rámce, podrámce, v angličtine - podrámce). Každý blok sa vysiela 6 sekúnd a obsahuje 10 slov. Každé slovo obsahuje 30 bitov.

Každý blok začína telemetrickým slovom (TLM). Obsahuje synchronizačný formát a diagnostickú správu - správu alebo časť správy o stave družice a systému ako celku. Nasleduje ďalší kľúčové slovo- odovzdacie slovo (AKO). Tento výraz možno preložiť ako slovo odovzdávané z ruky do ruky. V podstate AKO je časová pečiatka.

Prvý blok obsahuje parametre satelitných hodín a koeficienty ionosférického modelu. Parametre hodín sú korekcia a priebeh satelitných hodín vzhľadom na GPST. Informácie o parametroch ionosférického modelu sa používajú iba pri práci s jednofrekvenčnými prijímačmi. Ak existuje dvojfrekvenčný prijímač, použije sa disperzná metóda.

Druhý a tretí blok obsahuje efemeridy satelitu vysielajúceho túto správu. Tieto efemeridy sa nazývajú vysielané efemeridy. Získavajú sa zo satelitných pozorovaní z piatich sledovacích staníc.

Pozorovanie družíc sledovacími stanicami, prvotné spracovanie výsledkov, ich prenesenie na hlavnú veliteľskú a riadiacu stanicu, spracovanie výsledkov tam, ich prenesenie na stanovište kladenia informácií a samotné položenie si vyžaduje čas. V dôsledku toho sú vysielacie efemeridy uložené v pamäti palubných počítačov a vysielané v čase ich vysielania už neaktuálne. Preto je vysielaná efemerida výsledkom predikcie a extrapolácie. Z rovnakého dôvodu sa efemeridy ukladajú do pamäte palubných počítačov satelitov čo najčastejšie – približne každú hodinu.

Štvrtý blok je vyhradený na prenos servisných informácií. Civilné prijímače nemajú možnosť registrovať tieto informácie.

Piaty rám obsahuje almanach satelity a informácie o stave systému. Almanach predstavuje približné efemeridy systémových satelitov a údaje o zdraví každého satelitu. Každý Satelit vysiela informácie o konštelácii satelitov každých 12,5 minúty. Získať almanach pred začiatkom pozorovaní a použiť tieto údaje v štádiu plánovanie treba prijímač umiestniť na akékoľvek otvorené miesto, nechať ho tam zapnutý 15-20 minút, vypnúť a preniesť dáta do kancelárskeho počítača. Počas procesu pozorovania sa získa nový almanach bez akéhokoľvek dodatočného času.

Satelitná efemerida je kompletný súbor údajov o obežnej dráhe družice a polohe družice na obežnej dráhe. Používateľa GPS zaujímajú geocentrické súradnice satelitu v systéme WGS84 v momente, keď signál opúšťa tento satelit. Používateľské zariadenie vypočítava súradnice satelitov pomocou údajov obsiahnutých v súbore efemerid. Ephemeridové informácie sú klasifikované ako odkaz(referenčný, počiatočný) moment

to o, tento moment je uvedený v efemeridovom súbore. Správa obsahuje aj AODE (Age of Data) – „vek“ efemeridových údajov, teda časový interval, ktorý uplynul od uloženia údajov do pamäte palubného počítača. Pripomeňme, že parametre efemerid sú oskulačné a vzťahujú sa na referenčný moment.Nasleduje súhrn informácií obsiahnutých vo vysielaných efemeridách.

	je druhá odmocnina hlavnej poloosi orbitálnej elipsy. Je to druhá odmocnina hlavnej poloosi, ktorá je zahrnutá vo vzorci na výpočet orbitálnych súradníc satelitu z jeho efemeridov; okrem toho informácia o druhej odmocnine poloosi vyžaduje v správe menej miesta ako informácia o osi.
e	- orbitálna excentricita
W	- rektascenzia vzostupného uzla obežnej dráhy satelitu
W'	- rýchlosť zmeny rektascenzie vzostupného uzla obežnej dráhy satelitu
i	- uhol sklonu obežnej roviny k rovníkovej rovine
ja'	- rýchlosť zmeny uhla sklonu
M o	- priemerná anomália v referenčnom momente
Dn	- odchýlka priemernej hodnoty pohybu od vopred vypočítanej hodnoty
C uc a C us	- amplitúdy kosínusových a sínusových členov vo vzorci na opravu argumentu zemepisnej šírky
C rc a C rs	- amplitúdy kosínusových a sínusových členov vo vzorci na korekciu orbitálneho polomeru
Cic a C je	- amplitúdy kosínusových a sínusových členov vo vzorci na korekciu na uhol sklonu orbity. Vzorce pre poruchy oskulačných prvkov berú do úvahy iba vplyv stlačenia Zeme na pohyb satelitu

3.3. Výpočet orbitálnych súradníc z efemerid

Pozrime sa, ako sa satelitné efemeridy používajú na výpočet jeho pravouhlých súradníc Xo a Yo v rovníkovej súradnicovej sústave v čase pozorovaní. Vzorce (1) sú konečnou fázou riešenia problému.

X o = r cos u, Y o = r sin u. (1) To ukazuje, že problém sa obmedzuje na určenie orbitálneho polomeru v čase pozorovania r argument satelitu a zemepisnej šírky u. Moment pozorovania t získané zo zaznamenania okamihu príchodu k príjemcovi časovej pečiatky. Ako informácie o pozadí použiť aj hodnotu jedného z základné geodetické konštanty m - súčin gravitačnej konštanty a hmotnosti Zeme. IN WGS84 m = 3,986008. 10 14 m/s 2. Postup výpočtu orbitálnych súradníc je rozdelený do štyroch etáp. V prvej fáze sa vypočíta skutočná anomália V. Postup výpočtu je nasledovný. Vypočítajte časový interval D t, minulosti z referenčnej pôvodnej epochy t o do momentu t pozorovania:

Dt=t-to.

Vypočítajte približnú hodnotu priemerného pohybu n o = ( m/a- 3 )- 1/2. Vypočítajte spresnenú hodnotu priemerného pohybu n = n o + Dn.Vypočítajte priemernú anomáliu M = M o + n Dt.Pomocou Keplerovej rovnice M=EsinE,vypočítať excentrickú anomáliu E.A nakoniec v tejto fáze sa vypočíta skutočná anomália V,pomocou vzorcov: cosV=(cosE-e)/(1-ecosE) A sinV=(1-e - 2 sinE) - (1/2)/(1-ecosE).V druhej fáze sa vypočíta hodnota argumentu zemepisnej šírky U. Postup výpočtu je nasledovný. Vypočítajte približnú hodnotu argumentu zemepisnej šírky U o = V+ w.Vypočítajte korekciu na približnú hodnotu argumentu zemepisnej šírky pre vplyv stlačenia Zeme na obežnú dráhu satelitu pomocou vzorca: D U=C uc cos2U o + C us sin2U o. Pripomeňme, že koeficienty S obsiahnuté v efemeridách. Význam indexov pre tieto koeficienty je nasledujúci. Index U znamená, že sa počíta argument zemepisnej šírky U. Indexy C a S znamenajú, že predstavujú kosínusový a sínusový člen. Ďalej bol tento systém indexovania zachovaný. Nakoniec sa v tejto fáze vypočíta spresnená hodnota argumentu zemepisnej šírky U = U o + D U.V tretej fáze sa vypočíta polomer r o satelitné rbits. Postup výpočtu je nasledovný. Vypočítajte približnú hodnotu orbitálneho polomeru pomocou vzorca: ro =a(1-ecosE). Vypočítajte korekciu na obežný polomer pre stlačenie Zeme: D r=C rc cos2U o + C rs sin2U o. Význam dolných indexov je rovnaký ako v predchádzajúcej fáze. A nakoniec, v tejto fáze sa vypočíta spresnená hodnota orbitálneho polomeru: r=r o + DR.Súradnice satelitov získané z vysielacích efemerid môžu obsahovať chybu približne 100 metrov. Dôvody tak nízkej presnosti sú nasledovné. Po prvé, vysielané efemeridy sú vo svojej podstate výsledkom predpovede obežnej dráhy, to znamená, že ide o extrapolované efemeridy. Po druhé, pri ich výpočte berú do úvahy iba jeden, aj keď najvýznamnejší faktor, ktorý narúša obežnú dráhu satelitu - vplyv kompresie Zeme. Nezohľadnenie iných faktorov vedie k zníženiu presnosti pri akejkoľvek zdĺhavej extrapolácii. A do tretice, pre neoprávneného používateľa sú efemeridy zámerne zdrsnené.

3.4. Kódy

Nosné oscilácie satelitu sú fázovo ovládané kódovými signálmi. Vráťme sa k úvahám o kódoch začatých v časti 3.1.

Podľa štatistických charakteristík sú kódy náhodné, preto tvoria širokopásmový signál. Koherenčná dĺžka takéhoto signálu je malá, preto sa počas korelačného spracovania získa úzke a jediné hlavné maximum korelačnej funkcie. To zase umožňuje merať časové oneskorenie v kódovom režime jednoznačne a s vysokou presnosťou. Prijímacie a záznamové zariadenie, ktoré „nepozná“ zákony tvorby kódu, bude vnímať satelitný signál ako šum, náhodný. V skutočnosti sa kódexy tvoria prirodzene, hoci typ zákona je zložitý. Z tohto dôvodu je satelitný signál tzv pseudohluk, a kódy sú pseudonáhodný.

Existujú dva typy meracích kódov. Ľahko dostupný, ľahko objaviteľný, vysielací kód - C/A-kód - Hrubý akvizičný kód. Presný P-kód - Presný kód. Satelit má individuálny C/A kód, ktorý sa opakuje každú milisekundu. Prijímač identifikuje a získava satelitný signál na frekvencii L1 jednoduché, pretože táto frekvencia je modulovaná kódom C/A. Pri zachytávaní satelitného signálu na frekvencii je situácia oveľa komplikovanejšia L2, teda na druhej nosnej frekvencii. Nie je naň aplikovaný C/A kód, takže zachytávanie signálu a následné pozorovania sú možné len v P kóde. To sťažuje prácu používateľa a táto ťažkosť je zámerne zabudovaná do návrhu systému.

Satelit v tejto dobe je charakterizovaný P-kódom, ktorý sa opakuje každý druhý týždeň. Súčasne je celý P-kód ako celok súčasťou systému. Trvanie P-kódu systému je 266,4 dní. Inými slovami, celý dlhý P-kód systému je rozdelený na týždenné segmenty, intervaly. Každý segment v danej epoche je priradený konkrétnemu satelitu. Spočiatku mali prístup k P-kódu iba autorizovaní používatelia, najmä armáda USA. Teraz má vybavenie takmer všetkých používateľov prístup k P-kódu. Tento prístup je komplikovaný tým, že signál P-kódu podlieha dodatočnému kódovaniu (šifrovaniu) takzvaným Y-kódom. Ako sa uvádza v literatúre, bolo to urobené preto, aby sa predišlo možnosti narušenia systému vonkajším zásahom. Tento režim prevádzky sa nazýva Anti-Spoofing (AS) – režim boja proti neoprávnenému vplyvu. Ide o použitie Y-kódu. Na druhej strane, Y-kódovanie je výmena týždenných úsekov P-kódu medzi satelitmi v sekvencii, ktorú pozná len personál spravujúci systém. Ak je táto sekvencia používateľovi neznáma, to znamená, že jeho prijímač neobsahuje zodpovedajúci čip, potom neexistuje spôsob, ako zachytiť signál P-kódu na druhej nosnej frekvencii a drahý a vysoko presný dvojfrekvenčný prijímač môže fungujú len ako jednofrekvenčné. Výrobcovia zariadení však tieto ťažkosti tak či onak prekonali, napríklad tým, že zaplatili za možnosť inštalovať do prijímačov príslušné čipy. Preto sa zdá, že Y-kódovanie už nie je potrebné.

Pozorovania v kóde C/A sa nazývajú štandardná služba určovania polohy (SPS). Navigačné súradnice v tomto režime sú určené s chybou 100-200 metrov. Pozorovania v P-kóde sa nazývajú Precise Positioning Service (PPS) – služba určenia presné umiestnenie. Navigačné súradnice v tomto režime sú určené s chybou rádovo 10-20 metrov.