CC BY
35
УДК 520.8
О ПРИМЕНЕНИИ ПРОГРАММНОГО ИМИТАТОРА MODBIS24
Александр Сергеевич Толстяков
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: tolstikov@mail.ksn.ru
Артем Андреевич Карауш
Сибирский научно-исследовательский институт метрологии, 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, научный сотрудник государственной службы времени и частоты, тел. (383)210-14-94, e-mail: karaush.a@mail.ru
Екатерина Андреевна Ханыкова
Сибирский научно-исследовательский институт метрологии, 630004, Россия, г. Новосибирск, пр. Димитрова, 4, научный сотрудник государственной службы времени и частоты, тел. (383)210-14-94, e-mail: hanikovak@mail.ru
В статье обсуждаются проблемы формирования эфемеридно-временного обеспечения отечественной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС на основе беззапросных технологий траекторных измерений. Программный имитатор измерительной информации ModBis24, разработанный в ФГУП «СНИИМ», является инструментом для исследования метрологических характеристик эфемеридно-временного обеспечения ГЛОНАСС. Также в работе обсуждается применение программного имитатора ModBis24 в учебном процессе для студентов, обучающихся по специальности «Стандартизация и метрология», «Космическая геодезия и навигация».
Ключевые слова: ГЛОНАСС, беззапросные измерительные станции, координатно-временные определения, частотно-временные поправки, эфемеридно-временное обеспечение, траекторные измерения.
ABOUT APPLICATION OF SOFTWARE IMITATOR MODBIS24
Alecsandr S. Tolstikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., Professor of the Department Metrology and Optical Production Technology, tel. (383)210-11-85, e-mail: tolstikov@mail.ksn.ru
Artem A. Karaush
Siberian Research Institute of Metrology, 630004, Russia, Novosibirsk, 4 Dimitrova Prospect, Researcher at Time and Frequency Servise, tel. (383)210-14-94, e-mail: karaush.a@mail.ru
Ekaterina A. Khanykova
Siberian Research Institute of Metrology, 630004, Russia, Novosibirsk, 4 Dimitrova Prospect, Researcher at Time and Frequency Servise, tel. (383)210-14-94, e-mail: hanikovak@mail.ru
The article discusses the problems of the formation of ephemeris-time provision for the domestic satellite navigation system GLONASS on the basis of zero-point technologies of trajectory measurements. The software simulator of the measuring information ModBis24, developed in FSUE «SNIIM», is a tool for investigating the metrological characteristics of the ephemeris-time
provision of GLONASS. ModBis24 in the educational process for students studying in the specialty «Standardization and metrology», «Space Geodesy and Navigation».
Key words: GLONASS, measuring stations, coordinate and time definition, time-frequency correction, ephemeris-time provision, trajectory measurements.
С 2002 г. модернизация отечественной спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, в рамках федеральной целевой программы «ГЛОНАСС» на 2002-2011 гг., проводилась по следующим направлениям.
Для формирования эфемеридно-временной информации системы стали использовать результаты беззапросных кодовых и фазовых псевдодалъномерных измерений.
Происходит смена старого поколения навигационных спутников ГЛОНАСС на спутники нового поколения ГЛОНАСС-М, ГЛОНАСС-К, ГЛОНАСС-К2, отличающихся принципиально новой компановкой основных узлов аппарата.
Начинается освоение межспутниковых измерительных радиолиний, которые поддерживаются бортовой аппаратурой межспутниковых измерений (БАМИ).
В ФГУП «СНИИМ» для отработки новых технологий беззапросных тра-екторных измерений и для подготовки к летным испытаниям нового поколения навигационных спутников был разработан программный имитатор измерительной информации, поступающей от орбитальных группировок навигационных спутников ГЛОНАСС и GPS [1].
Разработанный программный имитатор ModBis24 обеспечивает решение следующих задач.
1. Расчет орбитального движения навигационных спутников в условиях имитации действующих на спутник возмущений гравитационной природы и радиационного давления солнечного излучения.
2. Задание сети беззапросных измерительных станций в системах координат ПЗ 90.11 и WGS-84.
3. Расчет геометрических дальностей от навигационных спутников до беззапросных измерительных станций.
4. Расчет факторов различной природы, влияющих на точность траектор-ных измерений, включающих уходы бортовых и наземных часов, участвующих в измерениях, задержки навигационного сигнала в ионосферном и тропосферном слоях, факторы гравитационной и релятивистской природы, шумы измерений и другие факторы.
5. Имитацию кодовых и фазовых псевдодальномерных измерений в соответствии с уравнениями [2, 3]
9
D = р ( us ,uR ) + ATS c + ATRc + £ pt,
i=1
9
ф = р (us ,uR ) + ATS c + ATRc + NX + £ q^.
i=l
Здесь р (и8, ик) - геометрическая дальность, рассчитываемая из текущих значений координат навигационного спутника ы8= [х8,у8,18 ] и положения беззапросной измерительной станции ык = [хк,ук,гк]; с - скорость распространения навигационного сигнала; ЛТ8 и АТК - уходы часов навигационного спутника и часов станции относительно момента шкалы времени Центрального синхронизатора системы [4, 5]; N - неоднозначность фазовых измерений;
9 9
X - длина волны несущей; ^Рг,^- сумма факторов, влияющих на точность траекторных измерений (в их число включают задержку навигационного сигнала в тропосферном и ионосферном слоях атмосферы, смещения фазовых центров антенн излучающей и приемной аппаратуры, приливные эффекты, погрешности случайной природы и др.).
Для работы с имитатором ModBis24 разработан удобный пользовательский интерфейс (рисунок), позволяющий отображать текущее состояние орбитальной группировки навигационных спутников, задавать параметры движения навигационных спутников, параметры вращения Земли, параметры модели гравитационного поля Земли и другие условия проведения имитационного эксперимента.
ашл _ ^ _ _ ___I о_а а
► » ох а , а а, ^ —
Пмамвдъ йствнжяь Оввиы Пода» Уэстдоь* Осмсшв 1Л"<«1
Рис. Построение движения навигационных спутников ГЛОНАСС с помощью программного имитатора ModBis24
Результаты имитационного эксперимента формируются в базы данных, содержащих информацию о геометрических дальностях от навигационных спутников до пунктов размещения наблюдений (Bis), значениях перечисленный
выше факторов, влияющих на точность псевдодальномерных кодовых и фазовых измерений, а также параметры движения навигационных спутников Xs>ys>zS''VxS>VyS>VzS заданной орбитальной группировки.
Имеется возможность последующей трансляции результатов имитационных экспериментов из базы данных в Excel для представления этих результатов в виде графиков и диаграмм и подготовки исходных данных для решения широкого круга задач координатно-временных определений на основе применения спутниковых навигационных технологий.
Перечисленные возможности программного имитатора ModBis24 делает его удобным средством для решения широкого круга исследовательских задач орбитальных методов космической геодезии [6].
В число таких задач входят:
- определение параметров движения навигационных спутников;
- исследование влияния факторов различной природы на точность результатов координатно-временных определений в условиях применения различных конфигураций в орбитальной группировки.
В режиме имитационного моделирования задач спутниковой навигационной системы возможно:
- решение задачи оценивания текущих значений бортовых шкал времени по данным траекторных измерений;
- решение задач координатно-временных определений в дифференциальном режиме;
- решение задач синхронизации пространственно-разнесенных часов на данным траекторных измерений.
Также программный имитатор ModBis24 используется в учебном процессе для дисциплин «Общая теория измерений», «Планирование и организация эксперимента» по специальности «Стандартизация и сертификация». Программный имитатор измерительной информации ModBis24 позволяет отрабатывать методики проведения траекторных измерений, обосновывать выбор математических моделей влияющих факторов, а также определять метрологические характеристики алгоритмов и методик оценивания параметров движения и текущих навигационных параметров навигационных спутников.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Владимиров В. М., Гречкосеев А. К., Толстиков А. С. Имитатор измерительной информации для отработки эфемеридно-временного обеспечения космической навигационной системы ГЛОНАСС // Измерительная техника. - 2004. - № 8. - С. 12-14.
2. Толстиков А. С., Ханыкова Е. А., Карауш А. А. Оценивание эфемеридно-временных параметров орбитальной группировки ГЛОНАСС // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Меж-дунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2014» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 2. - С. 8-13.
3. О метрологических характеристиках частотно-временной основы ГЛОНАСС / Е. А. Ханыкова, А. С. Толстиков, А. С. Томилов, А. А. Карауш // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «СибОптика-2016» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 1. - С. 211-215.
4. О влиянии нестабильности часов на точность координатно-временных определений спутниковых навигационных технологиях / А. С. Толстиков, А. С. Томилов, А. Р. Безродных, Э. О. Непомнящая // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). -Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 2. - С. 36-40.
5. Толстиков А. С., Ханыкова Е. А., Закорючкина Н. В. Оценивание уходов бортовых часов по данным траекторных измерений // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника, нанотехнологии» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 2. - С. 229-232.
6. Урмаев М. С. Орбитальные методы космической геодезии. - М. : Недра, 1981. - 256 с.
© А. С. Толстиков, А. А. Карауш, Е. А. Ханыкова, 2017
