Ephemeris i almanah njihova svrha. GPS: osnovni pojmovi i pojmovi

Nosačke oscilacije satelita fazno su pomjerane kodnim signalima. Vratimo se razmatranju koda započetih u odjeljku 3.1.

Prema statističkim karakteristikama, šifre su slučajne, pa formiraju širokopojasni signal. Dužina koherencije takvog signala je mala, pa korelacijska obrada daje uski i jedini glavni maksimum korelacijske funkcije. Zauzvrat, ovo nam omogućava nedvosmisleno i s velikom preciznošću mjerenje vremenskog kašnjenja u kodnom načinu. Oprema za prijem i snimanje koja ne „poznaje“ zakone formiranja koda, satelitski signal doživljava kao buku, slučajnu. U stvari se kodovi formiraju prirodno, mada je oblik zakona složen. Iz tog razloga se poziva satelitski signal pseudo šuma šifre su pseudo-slučajni.

Postoje dve vrste mernih kodova. Jednostavno dostupan, lako uočljiv, šifrirani kôd - C / A-kod - Kod grube kupovine. Precision P-code - Precision code. Satelit ima pojedinačni C / A kod koji se ponavlja svake milisekunde. Prijemnik prepoznaje i snima satelitski signal na frekvenciji L1 lako, jer je ova frekvencija modulirana C / A kodom. Situacija je mnogo složenija sa hvatanjem satelitskog signala na frekvencijiL2, to jest na drugoj nosačkoj frekvenciji. Kôd C / A mu se ne isporučuje, tako da su snimanje signala i naknadna opažanja mogući samo u P kodu. To komplicira rad korisnika i ta je poteškoća namjerno postavljena u strukturi sistema.

Satelit u ovom vremenu svojstven je P-kodu, ponovljenom za nedelju dana. Istovremeno, sustav je svojstven cijelom P-kodu kao cjelini. Trajanje P-koda sustava je 266,4 dana. Drugim riječima, cijeli dugi P-kod sustava podijeljen je u tjedne intervale, intervale. Svaki segment u ovoj eri dodijeljen je određenom satelitu. U početku su samo ovlašteni korisnici, uglavnom američka vojska, imali pristup R-kodu. Sada oprema gotovo svih korisnika ima pristup R-kodu. Ovaj pristup je kompliciran činjenicom da je signal P-koda podvrgnut dodatnom kodiranju (šifriranju) takozvanim Y-kodom. Kako je navedeno u literaturi, to se radi kako bi se spriječila mogućnost poremećaja sistema vanjskom intervencijom. Ovaj se način rada naziva Anti-Spoofing (AS) - način suzbijanja neovlaštenog izlaganja. Svodi se na upotrebu Y koda. Zauzvrat, Y-kodiranje je razmjena tjednih segmenata P-koda između satelita u nizu koji je poznat samo osoblju koje upravlja sistemom. Ako je ovaj niz korisniku nepoznat, to jest, njegov prijemnik ne sadrži odgovarajući čip, tada ne postoji način da se signal u P-kodu uhvati na drugoj nosačkoj frekvenciji, a skupocjeni i visoko precizni dvofrekventni prijemnik može raditi samo kao jednofrekvencijski. Proizvođači opreme su, međutim, na ovaj ili onaj način prevladali ove poteškoće, na primjer, plaćanjem mogućnosti ugradnje odgovarajućih čipova u prijemnike. Stoga se čini da je potreba za Y-kodiranjem nestala.

Primjedbe u C / A kodu nazivaju se Standard Positioning Service (SPS), standardnom uslugom pozicioniranja. Navigacijske koordinate u ovom načinu su određene s greškom od 100-200 metara. Promatranja u P-kodu nazivaju se Precision Positioning Service (PPS), preciznom uslugom pozicioniranja. Navigacijske koordinate u ovom načinu određuju se s pogreškom reda od 10-20 metara.

Koje su astrološke tablice efemerisa? Zašto su potrebni? U astronomiji se efemerija naziva tabela nebeskog položaja mjeseca, sunca, planeta i drugih svemirskih objekata izračunata u istim vremenskim intervalima. Na primjer, u dvanaest sati svake večeri.

Zvjezdane efemerije odnose se na tablice koje pokazuju prividni položaj zvijezda podložnih utjecaju nulacije, procesije i aberacije. Naziva se i emerijom formula je formula kojom se za zatamnjeni sistem varijabilnih zvijezda izračunava trenutak dolaska trenutka sljedećeg minimalnog trenutka.

Primjena

Kako se koriste tablice efermerisa? Pomoću njih odredite koordinate posmatrača. Ovaj pojam odnosi se i na podatke o položaju sintetičkih satelita Zemlje koji se koriste za navigaciju, na primjer, u sustavu NAVSTAR (GPS), Galileo, Glonass.

Informacije o lokaciji satelita predstavljene su kao dio posebne komunikacije. U tim okolnostima, oni razgovaraju o prijenosu efemerisa.

Istorijska izdanja

Poznato je da je 1474. Regiomontan u Nürnbergu objavio svoje poznate tablice efemerisa. U tom su djelu bili efemeri 1475-1506., Koji su se izračunavali za svaki dan. Ova knjiga sadržavala je tablice planetarnih položaja, uvjete povezivanja svjetala i pomračenja.

Moderna izdanja

Danas su tablice efemerisa objavljene u najvažnijim astrološkim zbirkama: Astronomski godišnjak (izdala Ruska akademija nauka od 1921.), Nautički almanah, Američka efemerica, Berliner Astronomisches, Connaissance des Temps. Pored toga, postoje stranice s kojima možete izračunati efemeriju. Stvaraju ih i entuzijasti i profesionalci.

Dakle, poznato je da je na NASA-inoj web stranici Espeniak Fred objavio podatke o položajima planeta Sunčevog sistema, Mjeseca i Sunca za razdoblje 1995.-2006. A na veb stranici Instituta za proračun efemeri i nebeske mehanike nalazi se kalkulator za koordinate svemirskih objekata. Uz to, postoji biblioteka s kojom možete izvoditi astronomske proračune na radnom listu u Excelu pomoću švicarskih efemerija, JPL i Mosier.

Proračun

Tablice efermerisa u službi su svakog astrologa. Danas se kretanje predmeta oko Sunca proučavalo vrlo dobro. Različita astrološka udruženja stvorila su matematičke forme za računanje efemerisa, nadmećući se međusobno u tačnosti. Ti su uzorci opisani u posebnim astronomskim publikacijama.

Stara teorija

Verzija ILE-a je poboljšana teorija Brauna. Prvi put ga je E.W. Brown predložio 1919. godine u svom radu „Stol kretanja Meseca“, koji je 1954. godine poboljšao W. J. Eckert u svom delu „Poboljšani efemeri meseca“. Nakon toga, teorije su uvedene još nekoliko puta.

Ovaj je model F. Espeniak ranije koristio za izračunavanje pomračenja koje je pružila web lokacija NASA.

Novo rešenje

Verzija VSOP82 opisuje kretanje planeta oko sunca. Predložio ju je 1982. godine P. Bretanyon, a objavio je u astrološkom almanahu „Astrofizika i astronomija“ pod naslovom „Teorija kretanja svih planeta - rješenje VSOP82“.

Još jedna verzija

Verzija ELP 2000 opisuje samo efemerije mjeseca. Objavljeno je u astrološkoj zbirci "Astrofizika i astronomija" 1983. M. Chapron-Touzet i J. Chapron, kao i u članku "Ephemeris of the Moon ELP 2000". Ova teorija sadrži 7 684 periodičnih izraza za ekliptičku širinu mjeseca, 20.560 za ekliptičku dužinu i 9.618 za daljinu. Amplituda mlađih članova odgovara 2 cm za udaljenosti i 0,00001 sekundi luka. U pojednostavljenom obliku, model koristi F. Espeniak za izračunavanje pomračenja objavljenih na web lokaciji NASA.

Publikacije SSSR-a

A šta je sa domaćom astrologijom? Na temelju verzije DE200 / LE200 objavio je Ephemeride mjeseca, sunca i astrološki godišnjak SSSR-a (od 1986.).

JPL laboratorijski model

Verzija DE403 / LE403 opisuje kretanje planeta oko sunca i fokusira se na koordinate Mjeseca. Razvili su ga zaposlenici laboratorija JPL Standish, Williams, Newhall i Faulkner. Objavljeno je u članku "Lunar i planetarni efemeris JPL DE403 / LE403" (1995) u posebnom izdanju laboratorija. Danas postoje nove tablice efemerisa koje je razvio JPL.

Pogodni stolovi

Položaj planeta astrolozi izračunavaju još mnogo godina, a rezultati izračuna pretočeni su u tablice. Sadrže podatke o vidljivim položajima planeta, a koji se izračunavaju pomoću računara, vođeni zakonima mehanike prostora. Položaji nebeskih objekata u tablicama su naznačeni određenim korakom, što označava dužinu vremena između dva povezana trenutka za koja se vrši proračun. Prikladno je primijeniti sljedeće tablice u koracima od jednog dana:

• Michelson-ova američka tablica efemerisa za 21. stoljeće od 2001. do 2050. i za 20. stoljeće od 1900. do 2000. godine.
• Rosicrucian Ephemeris (1900-2000).
• rafaelove tablice (planetarne pozicije za svaku godinu).

Poznato je da je u Michelsonovom efemeriju položaj nebeskih objekata dan u Greenwichu u ponoć svaki dan, a podaci se iznose mjesečno. Na svakoj stranici nalaze se vrijednosti zemljopisne dužine u trajanju od dva mjeseca u obliku para blokova (Longitude).

1973. ovi programi su spojeni u jedan, a američke zračne snage su imenovane za vođenje razvoja sistema. To je bio početak povijesti NAVSTAR (Navigacijski satelitski vremenski raspon i raspon), Globalnog sustava za pozicioniranje. Od 1983., nakon što su civili dobili pristup njegovim informacijama, a 1991. godine ukinuta su ograničenja na prodaju GPS opreme u zemljama bivšeg SSSR-a, rasprostranjena općenito kratica GPS.

Prvobitno je bilo planirano da sustav služi za precizno navođenje borbenih projektila, a navigacijske funkcije sistema premještene su u pozadinu.

Prvi satelit sistema lansiran je 1978. godine, a većina satelita sistema lansirana je u orbitu sredinom 80-ih. 1994. godine u orbitu je pušten satelit koji je omogućio dovršenje konstrukcije sistema od 24 satelita.

Orbita satelita je približno 10 godina. Sateliti koji su proveli svoje vrijeme sustavno se uklanjaju iz sustava i odlažu ih.

U Rusiji postoji sličan satelitski navigacijski sistem GLONASS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM), čiji je princip uvelike sličan GPS-u, čija je preciznost, međutim, mnogo manje tačna.

Satelitski radio-navigacijski sistemi su svemirski svemirski sistem. Omogućuju vam da odredite trenutnu lokaciju objekata koji se kreću i njihovu brzinu, kao i da izvršite preciznu vremensku koordinaciju.

Sistem uključuje:

• aES konstelacija (svemirski segment);
• mreža zemaljskih stanica za praćenje i kontrolu (kontrolni segment);
• GPS prijemnici (oprema za potrošače).

Svemirski segment (orbitalna konstelacija) GPS sistema trenutno sadrži 24 satelita. Svaki satelit ima serijski broj (PRN), ukupno su rezervirana 32 broja. Od 27. prosinca 2005. u orbiti je bilo 29 radnih satelita, od kojih je 5 već ispunilo svoje rokove ili su se pripremali za uvođenje u sustav kako bi zamijenili potrošeni. Period revolucije jednog satelita je 11 sati 56,9 minuta. Težina svakog satelita je oko 835 kg, linearna veličina veća od 5 m (sa raspoređenim solarnim pločama). Atomski sat ugrađen je na svaki satelit, pružajući tačnost 10 9 (0.000000001) s, uređaj za kodiranje računara i predajnik snage 50 W. Sateliti su smješteni na 6 orbitalnih ravnina. Visina orbite je približno jednaka 20 200 km, kut nagiba orbite je 55 stupnjeva (Sl. 1).

Oprema za odašiljanje emituje sinusne signale na dvije frekvencije: L1 \u003d 1575,42 MHz i L2 \u003d 1227,60 MHz. Prije toga, signali se moduliraju pseudo-slučajnim digitalnim nizovima (ovaj postupak se naziva fazni pomak ključa). Nadalje, frekvencija L1 modulira se s dvije vrste kodova: C / A-kod (kod besplatnog pristupa) i P-kodom (autorizirani pristupni kod), a frekvencija L2 - samo P-kodom. Osim toga, obje nosačke frekvencije dodatno su kodirane navigacijskom porukom koja sadrži podatke o orbiti satelita, informacije o atmosferskim parametrima i vremenske korekcije sistema. L1 frekvencija namijenjena je širokom rasponu civilnih potrošača, a pristup signalima frekvencije L2 uglavnom dobivaju američke vojne i savezne službe. Točnost određivanja autonomne udaljenosti pomoću P-koda je oko veličine veće nego kod C / A-koda.

Parametri grupiranja podataka svemirske letjelice nije nasumično odabran. U bilo kojem trenutku na bilo kojoj točki svijeta možete primati signale sa najmanje 3 satelita, što je nužan uvjet za određivanje koordinata. Za tačniju lokaciju potreban je signal s četvrtog satelita.

Prizemni segment sustava predstavljen je nadglednim i mjernim stanicama za nadgledanje satelita. Smješteni su na Kwajaleinu, ostrvu Ascension, Havaji, Diego Garcia i Colorado Springsu. Sistem također ima tri zemaljske antene (Ascension Island, Diego Garcia i Kwajalein). Upravljanje se provodi u središnjoj stanici koja se nalazi u zračnoj bazi u Shriveru, u državi Colorado (Schriever Air Force Base, Colorado).

Uređaji za prijem - GPS-navigatori - djeluju u kombinaciji sa satelitima. GPS navigator prima sljedeće informacije od satelita: „pseudo-slučajni kod“ (PRN - pseudo-slučajni kod), „efemeri“ (efimeris) i „almanah“ (almanah). Prisutnost ovih podataka u GPS navigatorima određuje vrstu pokretanja, ili drugim riječima, inicijalizaciju (start znači postupak prijema podataka s najmanje 3 satelita, što je dovoljno za 2D navigaciju). Svaki satelit odašilje samo svoj efemeris, dok almanah prenosi svaki satelit o svim satelitima odjednom. Prijemnik se može pokrenuti u različitim režimima. "Hladan početak" se događa kada su informacije o almanahu i efemeriji vrlo zastarele. Podaci se mogu izgubiti ako se GPS prijemnik premješta na duže udaljenosti ili je izgubljen sat prijemnika. U pravilu, „hladni početak“ traje od nekoliko do 45 minuta. „Topli početak“ - almanah je sačuvan, ali efemerija je već izgubljena i sat na prijemniku još „zna“ tačno vreme. Takav početak traje manje vremena, od 30 sekundi do 10-15 minuta, ovisno o uvjetima prijema. U tom slučaju GPS prijemnik mora primati samo podatke o efektima. I na kraju, najbrži start je „vruć“. To traje od nekoliko sekundi do 5 minuta. „Vrući početak“ može se izvršiti kada navigator ima i almane i efemeriju.

Dakle, većim dijelom vrijeme između uključivanja i početka izrade koordinata ovisi o tome koliko dugo je uređaj bio isključen, kao i o osjetljivosti uređaja; model prijemnika u manjoj mjeri utječe na brzinu snimanja satelita.

Funkcioniranje opreme za potrošače može se razumjeti iz generalizirane šeme (Sl. 2).

Glavna poruka koja se prenosi sa svakog GPS navigacijskog satelita formirana je kao okvir. Tok navigacijskih podataka prenosi se brzinom od 50 bita / s. Trajanje informacijskog simbola "0" ili "1" je 20 ms. Okvir se sastoji od pet podokvira, s tim da je četvrti i peti podokvir podeljen na 25 stranica. Podokviri prvi do treći, kao i svaka stranica četvrtog i petog podokvara, sadrže 300 znakova koji su riječju podijeljeni u 10 riječi s 30 znakova.

Tablica 1 prikazuje informacije koje se prenose s navigacijskog satelita.

Tabela 1.

Tabela 2.

GPS nulte vrijeme postavljeno je u ponoć od 5. do 6. januara 1980. Sedmica je najveća vremenska jedinica u GPS sistemu. Sedmica je definirana kao 604.800 s.

Ephemeris su rafinirani parametri kretanja satelita. Na osnovu podataka almanaha, GPS prijemnik "skenira" nebo i, primajući podatke sa satelita, pročišćava svoje efemerije.

Sl. 3.

Da biste shvatili kako GPS navigator određuje koordinate, morate imati predstavu o koordinatnom sustavu u kojem se sateliti kreću i odrediti koordinate krajnjih korisnika.

Posmatrač na Zemlji može zamisliti nebesku sferu projiciranu na ravninu tako da se središte podudara sa položajem promatrača.

Upravo je u ovoj projekciji približan raspored satelita prikazan korisniku pomoću GPS navigatora (Sl. 3).

Kao što se može vidjeti na slici (snimka zaslona s ekrana GPS-navigatora), vidljivo je devet satelita (slika je snimljena kad je uključen modus simulacije, odnosno, kada navigator ne hvata satelitske signale, ali simulira moguće situacije). U stvarnosti, sateliti na projekciji sfere pokazuju ne više od osam, a signali se primaju od najviše četiri do šest. Ispunjena traka iznad satelitskog broja označava stabilan prijem signala, a visina stupca omogućava vam da procijenite kvalitetu prijema. U trenutku kada GPS-navigator počne primati informacije od satelita, iznad njegovog broja pojavljuje se nepopunjeni pravokutnik. Oslikava se kada su parametri orbitela satelita precizirani i početak dobijanja podataka, na osnovu kojih se direktno izračunavaju korisničke koordinate.

Podaci iz satelitskih sistema i parametara satelitskih orbita izračunavaju se u odnosu na središte mase Zemlje. U kućnim GPS navigatorima koristi se jedinstveni koordinatni sustav, najpopularniji u sistemima civilnog zrakoplovstva, WGS-84.

Globalni koordinatni sistem WGS - 84 definiran je na sljedeći način.

Poreklo 0 nalazi se u središtu mase Zemlje;

• os 0X - sjecište ravnine početnog meridijana WGS - 84 i ravnine ekvatora;
• os 0Z - usmjerena na sjeverni pol Zemlje;
• os 0U - dopunjava sistem pravim koordinatnim sistemom.

Izvorni meridijan WGS-84 jednak je meridijanu koji je definisao Međunarodni biro za vreme (BIN).

U prisustvu signala sa jednog satelita (br. 1), poznate brzine širenja elektromagnetskog signala u svemiru (300 000 km / s) i vremena koje je bilo potrebno da signal dođe do GPS prijemnika sa satelita, postalo je moguće izračunati geometrijsku lokaciju lokacije prijemnika signala (to biće sfera s polumjerom jednakom udaljenosti od satelita do prijemnika, u čijem je središtu satelit).

Ako je GPS-navigator počeo primati signale s drugog satelita, tada je slično kao u prvom slučaju oko satelita br. 2 izgrađena sfera. Budući da bi GPS-prijemnik trebao biti istovremeno na obje sfere, sada gradimo sjecište dviju sfera. Svaka tačka rezultirajućeg kruga može biti lokacija prijemnika u prostoru.

Konačno, kad prijemnik uzme signal sa satelita br. 3, stvara se druga sfera, kada se presijeca u krug, daje nam dvije točke. Jedna od ovih tačaka u pravilu ima prilično nevaljanu lokaciju, a u procesu računanja algoritmom se odbacuje. Tako dobivamo rezultat: geografsku širinu i dužinu.

Ali uzimajući u obzir ogromnu brzinu širenja elektromagnetskog vala, greška u proračunima na hiljadama sekunde može dovesti do prilično ozbiljnih pogrešaka u izračunavanju udaljenosti do satelita, a zatim u konstrukciji sfera i određivanju koordinata. Stoga smo došli do jedne važne nijanse - za ispravno određivanje koordinata potreban je četvrti satelit.

Nakon izgradnje tri sfere, prijemnik počinje manipulirati s vremenskim kašnjenjem. Svakim novim vremenskim pomakom prijemnika grade se nove sfere, njihova točka sjecišta „širi se“ u trokut. To jest, sfere se prestaju presijecati, a lokacija GPS prijemnika može se s određenom vjerojatnošću nalaziti u bilo kojoj točki u trokutastoj regiji. Tada se vremenski pomaci nastavljaju dok se sve tri sfere ponovno ne presijecaju u jednoj točki. Dobijamo prilično točne koordinate. I što više satelita navigator „vidi“, tačnije možemo prilagoditi vrijeme rezultirajući porastom tačnosti pozicioniranja. U prisustvu četvrtog satelita, takozvana 3D navigacija počinje raditi, a mi smo u mogućnosti odrediti visinu nadmorske visine, brzinu kretanja na površini i brzinu vertikalnog kretanja.

Malo o tačnosti. Prilikom stvaranja sustava posebno je u njega uveden takozvani S / A mod (Selektivna dostupnost - ograničen pristup). Ovaj je način dizajniran tako da spreči potencijalnog protivnika da stekne taktičku prednost u GPS pozicioniranju. Princip rada ovog načina je umjetno neusklađivanje sata satelita i prijemnika. Stoga, čak i uz dobar prijem signala s nekoliko satelita, tačnost nije prelazila 100 metara. Međutim, 2000. godine ovaj režim je otkazan, i to službeno gPS sistem počeo davati mogućnost da tačnije odredi koordinate. U pravilu navedite tačnost od 20 ... 30 metara. Ako koristite posebne algoritme naknadne obrade, tačnost se može povećati i do nekoliko milimetara, ali geodetski sustavi to mogu učiniti. Za rad s takvim sustavima potreban vam je certifikat i dozvola, a njihov trošak više puta prelazi troškove kućnih navigatora.

Pogreške koje nastaju tijekom postupka mjerenja imaju značajan utjecaj na točnost određivanja koordinata. Priroda tih grešaka je različita.

1. Netačno određivanje vremena. Uvodi grešku reda 1 metra.
2. Pogreške u izračunavanju orbita satelita (pročišćavanje efemeri). Uvode grešku reda 1 metra.
3. Inosferni signal kasni. Uvode grešku do 10 metara.
4. Višeslojni odraz od visokih zgrada, drugih predmeta. Uvodi grešku do 2 metra.
5. Geometrijski raspored satelita.
6. Kašnjenja troposferskog signala.

Literatura

1. Predavanja doktora tehničkih nauka Valerija Viktoroviča Konina. http://www.kvantn.com.ua/resourse/All/lections/lect_cont.html / link izgubljen /
2. Informacije sa stranice http://www.datalogger.ru/gps/ / link izgubljen /
3. Informacije sa stranice http://www.ixbt.com/mobile/gps.html
4. Informacije na stranici foruma http://www.gpsinfo.ru/ / link izgubljen /
5. Informacije sa stranice