CC BY
76
ОЦЕНИВАНИЕ УХОДА БОРТОВЫХ ЧАСОВ ПО ДАННЫМ ТРАЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
Александр Сергеевич Толстяков
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доцент кафедры метрологии, стандартизации и сертификации, Сибирский научно -исследовательский институт метрологии, 630004, г. Новосибирск, ул. Димитрова, 4, начальник отдела № 8, доктор технических наук, e-mail: tolstikov@mail.ksn.ru
Екатерина Андреевна Ханыкова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент кафедры метрологии, стандартизации и сертификации, e-mail: hanikovak@mail.ru
Надежда Вячеславовна Закорючкина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент кафедры метрологии, стандартизации и сертификации, e-mail: znv560@ngs.ru
В статье рассмотрена проблема оценивания ухода бортовых часов навигационных спутников ГЛОНАСС по результатам траекторных измерений, выполняемых в сети беззапросных измерительных станций.
Ключевые слова: бортовые часы, траекторные измерения, влияющие факторы, навигационные спутники.
EVALUATION DEPARTURE ON-BOARD CLOCK FOR TRAJECTORY MEASUREMENTS
Alexander S. Tolsticov
The Siberian state geodetic academy, 630108, Novosibirsk, Street Plahotnogo, 10, the senior lecturer of chair of metrology, standardization and certification, Siberian Research Institute of Metrology, 4 Dimitrova, Novosibirsk, 630004, e-mail: tolstikov@mail.ksn.ru
Ekaterina A. Hanikova
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, student, department of metrology, standardization and certification, e-mail: hanikovak@mail.ru
Nadia V. Zakoruchkina
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, student, department of metrology, standardization and certification, e-mail: znv560@ngs.ru
The article describes the problem evaluation departure on-board clock navigation satellites GLONASS for trajectory measurements.
Key words: on-board clock, trajectory measurements, influencing factors, navigation satellites.
Точность и надежность координатно-временных определений, выполняемых на основе ГЛОНАСС/технологий, определяется достоверностью
навигационной информации, транслируемой с бортов навигационных спутников. Одной из важных задач мониторинга состояния спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, решаемых в рамках выполнения Федеральной целевой программы "ГЛОНАСС", является контроль правильности частотно-временных поправок (ЧВП), определяющих положения шкал времени бортовых часов каждого спутника относительно системной шкалы времени.
Бортовые часы, основной элемент бортового синхронизирующего устройства спутника, строятся на основе высокостабильных цезиевых стандартов частоты. В силу большого числа причин шкала времени этих часов имеют тенденцию к уходу относительно системной шкалы времени. Эти уходы должны компенсироваться частотно-временными поправками (ЧВП), транслируемыми в составе эфемеридно-временной информации потребителю.
Ранее, до 2009 года, уходы бортовых часов оценивались по результатам одновременных запросных и беззапросных траекторных измерений. К настоящему времени, в связи с происходящей модернизацией ГЛОНАСС, всё эфемеридно-временное обеспечение системы переводится на беззапросные технологии траекторных измерений, результаты которых становятся основным источником информации о состоянии навигационной системы.
Эти технологии являются более информативными и производительными, по сравнению с запросными. Однако имеются сложности их применения, связанные с большим числом факторов, влияющих на точность результатов измерений. Действительно, измеренная псевдодальность ), это интервал времени необходимый для прохождения навигационного сигнала от спутника до приемной аппаратуры и выраженный в единицах длины, связана с геометрической дальностью р[и с (?), иП (1)] уравнением измерений
10
Щ) = р[ис (1 XиП(1)] + С ■АТС (1) + С ■АТП(1) + XРг(*) . (1)
1=1
Здесь иС (0 = ( Хс (0, Ус (0, гс (0 ), иП (0 = ( ХП (0, Уп (0> гп (0 ) - векторы
координат спутников в гринвичской системе координат на момент прихода навигационного сигнала на приемную антенну,
АТс (1) - уход бортовых часов и АТП ^) уход часов приемной аппаратуры относительно шкалы центрального синхронизатора системы; с - скорость распространения радиосигнала в вакууме;
Р ) - факторы, влияющие на точность траекторных измерений; р:^) и р2 (1) - задержки навигационного сигнала в ионосферном и тропосферном слоях выраженные в единицах длины;
р3 ^) и р4 (1) - смещение фазового центра передающей антенны
относительно центра масс навигационного спутника и смещение фазового центра приемной антенны относительно ее геометрического центра; р5 ^) - погрешности от релятивистских эффектов;
Рб (1) = N ■Я- фактор, связанный с неоднозначностью фазовых измерений;
X - длина волны несущей навигационного сигнала; р7 (t ) - погрешности задания эфемерид навигационного спутника; р8(t) - погрешности приведения измеренных дальностей к моменту прихода навигационного сигнала на приемную антенну;
р9 (t) - погрешности от многолучевости распространения навигационного сигнала и от разрывов в данных кодовых измерений;
р10(t) - погрешности случайной природы, включающие шумы измерений, неучтенные задержки в измерительных каналах и нескомпенсированные межлитерные задержки.
Проблемы в оценивании уходов бортовых часов ЛТС(t) на основе уравнения (1) заключаются в сложности разделения этих уходов от ЛТЯ(t) -уходов часов приемной аппаратуры.
Такое разделение возможно за счет создания специальных условий проведения измерений D(t), при которых ЛТП(t) априорно известно. Выполнение этих условий обеспечивается при траекторных измерениях, использующих в качестве опорной шкалы - шкалу времени UTC(Nm) вторичного эталона единиц времени, частоты и шкалы времени ВЭТ 1-19 пункта метрологического контроля ГСВЧ ФГУП «СНИИМ». Эта шкала согласована со шкалой Госэталона UTC (SU) и системной шкалой ГЛОНАСС(Т1МЕ) с высокой точностью.
Задача оценивания ЛТС(t) при условии малости ЛТП(t) сводится к расчету компенсирующих поправок ¡[uC (t),uП(t)] и применению этих поправок к уравнению измерений (1). Для расчета поправок ¡[uC (t), uП (t)] может
использоваться методика, описанная в [1], предполагающая расчет текущих навигационных параметров и геометрической дальности по бортовым эфемеридам спутников.
Поскольку бортовые эфемериды приводятся на момент излучения навигационного сигнала с передающей антенны спутника, возникает необходимость пересчета положений спутника и самой геометрической дальности ¡[uC (t),uП(t)] к моменту прихода навигационного сигнала на
антенну приемной аппаратуры.
Для повышения точности оценивания ЛТС(t) на основе уравнения (1) должны быть учтены задержки навигационного сигнала в ионосферном и тропосферном слоях, привлечены алгоритмы предварительной обработки результатов измерений с целью уменьшения уровня шумов измерений и исключения проявлений многолучевости прихода навигационного согнала, использование результатов предварительной калибровки приемной аппаратуры по межлитерным и междиапазонным задержкам.
Дополнительное повышение точности оценивания ЛТС (t) может быть достигнуто за счет использования точных эфемерид, доступных через 10-12 суток после проведения измерений.
В работе показана возможность решения задачи оценивания уходов бортовых шкал времени навигационных спутников ГЛОНАСС ЛТС (t) и задачи
контроля правильности транслируемых частотно-временных поправок на базе программно-аппаратного комплекса пункта метрологического контроля ГСВЧ ФГУП «СНИИМ».
Необходимым условием для решения указанных задач является применение в качестве опорной шкалы времени UTC(Nm) эталона ВЭТ 1-19, согласованной с высокой точностью с системной шкалой ГЛОНАСС(Т1МЕ).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Defraigne, P., Bruyninx C. Time Transfer for TAI using a geodetic receiver, An Example with the Ashtech ZXII-T // GPS Solutions. - 2001. - № 5(2). - pp. 43-50.
© А.С. Толстиков, Е.А. Ханыкова, Н.В. Закорючкина, 2012
