II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010
Вычисление положения навигационных спутников для целей дистанционного мониторинга атмосферы
КомментарииПолная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Спутники глобальной навигационной системы ГЛОНАСС передают навигационные сообщения содержащие координаты движения спутника в системе ПЗ-90.02. Данные обновляются каждые 15 минут. Задачей данной работы является расчет положения спутника с требуемой точностью в моменты времени, для которых нет навигационной информации.
На практике потребители получают данные навигационного сообщения в формате RINEX-файла. А именно: эфемериды спутника переводятся из системы координат ПЗ-90.02 в систему координат WGS-84; время МДВ в GPS-время; а данные обновляются раз в 30 минут. Последний момент существенно ухудшает точность расчета положения спутников на текущий момент времени. Для преобразования координат из WGS-84 в ПЗ-90.02 используются линейные формулы преобразования.
Для расчета положения спутника ГЛОНАСС применяется метод рекомендованный "Интерфейсным контрольным документом» (далее - ИКД). Описания метода данное в ИКД содержит ряд ошибок и неточностей которые были исправленны путем использования ряда других литературных источников и проведения эксперементальных расчетов.
Расчет размножения эфемерид навигационного спутника ГЛОНАСС производится в инерциальной геоцентрической системе координат. Взаимное расположение осей X и Y у инерциальной системы и системы ПЗ-90.02 характеризуется поворотом вокруг оси Z, связанным с вращением земли вокруг своей оси . Угол поворота S называется истинным звездным временем.
Формулы перевода координат и скоростей из гринвичской геоцентрической системы ПЗ-90.02 в имеют линейный вид. Коэфициенты формул являются функциями скорости вращения земли и истинного звездного времени.
Пересчет эфемерид проводится методом численного интегрирования дифференциальных уравнений движения спутника, в которых учитываются ускорения, определяемые константой гравитационного поля Земли μ , второй зональной гармоникой с индексом С20, и ускорения от лунно-солнечных гравитационных возмущений. Уравнения движения интегрируются в прямоугольной инерциальной геоцентрической системе координат , связанной с текущими экватором и точкой весеннего равноденствия, методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Лунно-солнечные ускорения являются функцией времени, и расчитываются по астрономическим формулам один раз на весь интервал размножения.
Для расчета положения спутников в заданные промежутки времени был создан java-класс. Методы класса содержат функции пересчета координат спутника на заданный момент времени, функции перевода систем координат, а также функции для работы с текстовыми файлами, RINEX-файлами и базами данных типа MySQL. Разработанные програмные средства позволяют вычислять положения спутников системы ГЛОНАСС с точностью 0.5-2 метра, что соответсвует точности алгоритма вычисления, заявленной в ИКД.
Полученная точность расчета положения спутников является удовлетворительной для целей вычисления физических величин состояния атмосферы (влажности, профиля ветра и т. д.) на основе данных измерений задержек распространения навигационного сигнала.
Способами улучшения точности данного алгоритма могут быть: а) использование исходных координат спутников в системе ПЗ-90.02; б) использование точно вычесленного истинного звездного времени; в) применение более точных методов интегрирования; г) уточнение астрономических формул из научной литературы.