matveychev_oleg (matveychev_oleg) wrote,
matveychev_oleg
matveychev_oleg

Category:

ГНСС1. Зачем нужны наземные станции

Нередко всплывают темы, связанные с глобальными навигационными спутниковыми системами. Обсуждения показывают, что для многих камрадов ГНСС являются некой «вещью в себе»: на небе летают спутники, а карманный навигатор каким-то образом показывает свое положение на карте. Где-то сбоку находятся наземные станции (которые нередко смешиваются с базами сотовой ввязи), помогающие повысить точность. Как-то так:

Мало того, что назначение наземной станции на рисунке непонятно, так еще и не все стрелки изображены правильно.

Отдельная тема – наша отечественная система навигации, ГЛОНАСС. Критики на него – по делу и не очень – рушится немало. Вот так, к примеру, представляют себе работу с ГЛОНАСС иные одаренные геодезисты:

Что уж говорить о рядовых наших гражданах, слышащих о ГЛОНАСС только при падении очередного «Протона». Возникают остроумные шуточки про тихоокеанскую спутниковую группировку и все такое прочее.

В этой статье я не ставлю перед собой задачу охватить весь спектр вопросов по ГНСС. Все есть в сети. Если нужно чиста на пальцах – можно почитать эту статью, поподробнее о ГЛОНАСС – здесь. Если хочется почитать книгу – пожалуйста. В конце концов, никто не отменял пока поисковые системы.

А я перейду к специальным вопросам.

Рассмотрим публикации на АШ по теме (перечень неполный):

Рогозин поручил разобраться с работой американской GPS в РФСША сознались, что на территории России имеют станции для наведения ракет на объекты РФСистему ГЛОНАСС протестируют на пригодность к войне

ЦРУ и Пентагон против строительства станций ГЛОНАСС в США   

Россия решила не отставать от запада в плане слежки за населением. Даешь ГЛОНАСС в каждый автомобиль после 2015  

Снова к вопросу о ГЛОНАСС и ПРОТОНах.

В системе ГЛОНАСС заменили сломавшийся спутник

Ракета-носитель "Протон-М" со спутниками ГЛОНАСС взорвалась после пуска с Байконуре

Дмитрий Рогозин стал ответственным за ГЛОНАСС

Россия в 2013 году планирует запустить четыре спутника ГЛОНАСС

ГЛОНАСС развернута полностью

Оборудование для поддержки ГЛОНАСС будет размещено на территории США

Кому колет глаз наш ГЛОНАСС?

СМИ: Путин утвердил рекордные инвестиции в космические программы

Путин: Россия хотела бы разместить ГЛОНАСС в Англии

Путин про Глонасс на заседании Президиума Правительства

Начну с последних событий.

Да, речь о них, о наземных станциях. Зачем они нужны? Зачем амеры разместили на нашей территории 19 станций, а мы хотим в качестве ответной любезности воткнуть им 8 наших? Можно ли их использовать для наведения ракет или шпионажа?

Обратимся к обобщенной структуре любой ГНСС (самая первая картинка в статье).

Система состоит из космического сегмента (спутники), наземного (система контроля и управления) и потребительского. Последний оставим в стороне, подробнее рассмотрим первые два.

Спутниковый сигнал включает в себя, в частности, дальномерный код, сигналы точного времени и эфемериды. С первым все понятно; точное время необходимо для расчета расстояния до спутника; эфемериды содержат информацию о местоположении спутника (координаты или элементы орбиты). Расчет местоположения приемника, таким образом, сводится к решению пространственной линейной засечки:

В этой схеме все понятно и самодостаточно, кроме эфемерид. Каким образом определяется положение спутников?

Для этого в том числе и нужны наземные станции. Не зря наземный сегмент называют контрольно-измерительным. С его помощью осуществляется не только управление и обмен данными со спутниками, но и непрерывное определение их местоположения. Полученная информация обрабатывается, делается прогнозный расчет эфемерид на некоторое время вперед, расчетные эфемериды передаются на спутники.

Вернемся к орбитам спутников. Зачем, казалось бы, постоянно определять их местоположение? Запустил спутник на эллиптическую (в частном случае – круговую) орбиту, определил ее элементы (как – еще дедушка Кеплер нам разъяснил), а дальше все расчеты по модели!

Это было бы справедливо, если бы Земля имела такую форму:

На самом деле форма Земли в первом приближении такая:

Эллипсоид вращения. Если на орбиту вокруг такого тела запустить спутник, он будет двигаться не по эллипсу, а по геодезической линии – пространственной кривой, являющейся кратчайшим расстоянием на эллипсоиде между двумя произвольными точками. Наглядно ее можно представить, натянув на поверхности эллипсоида резиновую нить. В элементарных функциях такую кривую описать нельзя, приходится прибегать к дифференциальным уравнениям.

Но, как известно, в действительности все не так, как на самом деле:

Не пугайтесь, тут искажения сильно преувеличены. Вот карта высот квазигеоида над общим эллипсоидом на территорию России, единицы измерения - метры:

Но факт остается фактом: фигуре Земли (геоид) нельзя дать строгое описание и вывести красивую формулу. Можно лишь создавать численные модели, которые неизбежно будут иметь определенные погрешности.

А если вспомнить, что на орбиту спутника оказывают влияние гравитационные поля Солнца, Луны, планет и других небесных тел, cопротивление атмосферы, давление прямой и отраженной солнечной радиации, лунно-солнечные приливы, релятивистские эффекты… В общем, задача прогнозирования орбиты на сколько-нибудь продолжительный период времени пока неразрешима. Поэтому – только непрерывные наблюдения и корректировки модели. В настоящее время эфемериды «заливаются» на спутник на каждом витке орбиты (примерно дважды в сутки); погрешность таких эфемерид (их называют бортовыми, у буржуев – broadcast) составляет порядка первых метров. На глаз оценить погрешность эфемерид ГЛОНАСС и NAVSTAR можно на этой и этой страницах.

Википедия нам вещает (обойдемся без ссылки), что погрешность определений ГЛОНАСС несколько хуже, чем NAVSTAR. Это действительно так. Как повысить точность?

Один из резервов для повышения точности ГЛОНАСС – успользование более точных бортовых часов. В этом направлении работа идет – на новых спутниках ГЛОНАСС-К1, К2 будут устанавливаться другие часы.

Второй резерв – повышение точности эфемерид. Вот тут-то и становится необходимым расширение сети наземных станций.

Для уточнения прогноза орбит необходимо наблюдать движение спутников по возможности непрерывно. У NAVSTAR с этим нет никаких проблем:

Сеть IGS. Что это за организация? Википедия вещает:

International GNSS Service (IGS, в прошлом International GPS Service) — добровольное объединение более чем 200 агентств, занимающихся сбором GPS и ГЛОНАСС данных с постоянно работающих базовых станций, расположенных по всему миру.

Организация кагбе международная. А вот адрес их офсайта: http://igscb.jpl.nasa.gov/. В общем, нетрудно понять, в чьих интересах эта структура работает.

На нашей территории находится некоторое количество станций этой организации (то ли 14, то ли 19 – я пока не определился; какие-то прекратили работу, какие-то хоть и считаются за две, но находятся в 20 м друг от друга).

Вот так выглядит станция в Обнинске:

На снимке приемная антенна. На другом конце кабеля находится сервер обработки и передачи данных. Данные общедоступны.

А вот, для сравнения, карта размещения измерительных станций нашей сети СДКМ:

Вот станция в г. Бразилиа:


Видно различие в охвате территории между нашей сетью и сетью вероятных друзей. Нам нужно расширять сеть. По этому-то поводу и идет сейчас возня в США с нашими станциями, заявления Рогозина и прочее.

Пока все. Если читатели захотят, а модераторы не будут возражать, продолжу.

Если камрад Muller, как геодезист, укажет на неточности в тексте, буду благодарен. Также охотно приму замечания от камрада Пепелаца.

Да и Удав насчет ГНСС писал комменты в основном по делу. Выскажется – приму к сведению. источник

Subscribe
promo matveychev_oleg february 3, 18:05 63
Buy for 100 tokens
Эта книга — антидот, книга-противоядие. Противоядие от всяческих бархатных революций и майданов, книга «анти-Джин Шарп», книга «Анти-Навальный». Мы поставили эксперимент. Когда книга была написана, но еще не издана, мы дали ее почитать молодому поклоннику…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 5 comments