3 Системы координат и времени используемые в ГНСС

3. Системы координат и времени, используемые в ГНСС

Основное векторное уравнение космической геодезии: M Земля О R r r S О – центр масс Земли (геоцентр), М- наблюдатель, S – спутник R = {X, Y, Z} геоцентрический вектор положения пункта r = {x, y, z} – геоцентрический вектор положения спутника r = {xs, ys, zs} – топоцентрический вектор положения спутника (измеряется).

Реализация основного векторного уравнения космической геодезии в ГНСС ПКУ: Определение координат спутников r по ПКУ: наблюдениям r со станций слежения, координаты R которых известны. Подсистема потребителя: Определения потребителя координат пунктов R по наблюдениям r спутников с известными координатами r. Должно выполняться условие: R, r, r - в единой системе координат!!!

3. 1 Классификация систем координат в ГНСС 1. По положению начала координат: • Геоцентрическая, начало – в центре масс Земли; • Топоцентрическая, начало – на поверхности Земли; • Референцная - начало смещено относительно центра масс Земли.

3. 1 Классификация систем координат в ГНСС 2. По расположению основной координатной плоскости: • Экваториальная – плоскость XOY – плоскость экватора, ось Z – по оси вращения Земли; • Горизонтальная – плоскость XOY – математический горизонт, ось Z – по отвесной линии (в астрономический зенит) или по нормали к эллипсоиду (в геодезический зенит);

3. 1 Классификация систем координат в ГНСС 3. По виду: • Пространственные прямоугольные X, Y, Z; • Эллипсоидальные (геодезические), относительно какого-либо эллипсоида с параметрами а – большая полуось (экваториальный радиус), e – эксцентриситет (или a – сжатие). Широта B (LATITUDE, LAT), долгота L (LONGITUDE, LON), геодезическая высота H (HEIGHT): BLH или LLH • Плоские прямоугольные в какой-либо проекции, например: UTM – универсальная проекция Меркатора Принятая в России проекция Гаусса-Крюгера – вариант UTM

3. 2. Геоцентрические системы координат • Т. к. спутники Земли движутся по орбитам относительно центра масс Земли, то их положение определяется в геоцентрической системе координат. • Положения пунктов на поверхности Земли, определяемые по ГНСС-измерениям, также - в геоцентрических СК.

3. 2. 1 Геоцентрические СК России. Система координат ПЗ-90 (ПЗ-90. 02, ПЗ-90. 11) Государственная геоцентрическая система координат, использующаяся в целях геодезического обеспечения орбитальных полётов и решения навигационных задач (в частности, для обеспечения работы глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС). Определена Топографической службой Вооруженных сил Российской Федерации по наблюдениям спутника ГЕО-ИК. Позже уточнена по наблюдениям спутников ГЛОНАСС. Параметры ПЗ-90 включают: • - фундаментальные астрономическими и геодезические постоянные, • - характеристики координатной основы (параметры земного эллипсоида, координаты пунктов, закрепляющих систему, параметры связи с другими системами координат), • - планетарные модели нормальных и аномальных гравитационных полей Земли, локальные характеристики гравитационных полей (высоты геоида над общим земным эллипсоидом и аномалии силы тяжести). Начало системы расположено в центре масс Земли. Ось Z направлена в Условный земной полюс, ось Х – в пересечение меридиана Гринвича с экватором. Параметры эллипсоида ПЗ-90: • большая полуось равна 6 378 136 ± 1 м; • коэффициент сжатия эллипсоида составляет 1/298, 25784 ± 0, 001; • центр эллипсоида совмещён с началом геоцентрической системы координат.

Геодезическая система координат 2011 года • Постановлением правительства РФ от 28 декабря 2012 г. № 1463 установлены следующие единые государственные системы координат: • геодезическая система координат 2011 года (ГСК-2011) - для использования при осуществлении геодезических и картографических работ; • общеземная геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90. 11) - для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полётов и решения навигационных задач. • СК-95 и СК-42 применимы до 01. 2017 • В ГСК-2011 использованы характеристики эллипсоида • большая полуось 6378136, 5 м • коэффициент сжатия 1/298, 2564151

3. 2. 2 Система координат WGS-84 • WGS-84 (World Geodetic System - 84), для обеспечения работы глобальной навигационной спутниковой системы GPS • Разработана Военно-картографическим агентством Министерства обороны США. • Начало системы WGS-84 находится в центре масс Земли, ось Z направлена к Условному земному полюсу (УЗП), ось X находится на пересечении плоскости гринвичского меридиана и плоскости экватора. • Характеристики эллипсоида WGS-84 • большая полуось 6378137 м • коэффициент сжатия 1/298, 257223563

3. 2. 3 Система координат ITRF • ITRFyy: International Terrestrial Reference Frame – Международная земная отсчетная основа, yy - две последние цифры года образования системы. Вывод ITRF: объединение координат более чем 200 станций МСВЗ и их скоростей движения, полученных из наблюдений такими средствами космической геодезии, как РСДБ, лазерная локация Луны и искусственных спутников Земли, GPS (c 1991 г. ), доплеровская спутниковая система DORIS (с 1994 г. ) и микроволновая спутниковая система PRARE [IERS 1996]. • Системы ITRS удовлетворяют следующим требованиям: • - начало систем находится в центре масс всей Земли, включая океаны и атмосферу, • - единицей длины является метр (SI), определенный в локальной земной системе в смысле релятивистской теории гравитации, • - ориентировка осей задается по данным МБВ на эпоху 1984. 0, • - временная эволюция ориентировки осей такова, что она не имеет остаточной вращательной скорости в плоскости горизонта по отношению к земной коре. Поле скорости координатных систем ITRF не имеет вращения относительно геофизической модели движения тектонических плит.

3. 3. Референцные системы координат • Референцные – начало смещено относительно геоцентра. • Смещение обусловлено погрешностями реализации СК наземными геодезическими измерениями. • Практически в каждом государстве – своя референцная СК

3. 3. 1 Государственные системы координат России • СК-42, СК-95: Референц-эллипсоид Красовского, a = 6378245 м, a = 1/298. 3 • СК-63, местные, региональные СК.

? • Государственные системы координат России: • Система координат для GPS -…, ГЛОНАСС - … • Признаки классификации СК: • Что значит «общеземная» и «референцная» система координат? • В какой системе координат учитывается движение литосферных плит?

3. 4 Системы времени в ГНСС 1) Атомное время, TAI В основе – ЭМ колебания атомов и молекул, возникающие при переходе из одного энергетического состояния в другое. Наилучшая точность воспроизведения: 10 -13 -10 -14 сек Набольшая стабильность: уход «часов» на 1 сек- за несколько миллионов лет. Атомные стандарты частоты – на борту спутников ГНСС.

2) UTC – Universal Coordinate Time, Всемирное координированное время. Комбинация Атомного времени TAI и Всемирного времени UT 1 (среднего солнечного на меридиане Гринвича). UTC = TAI ± b, Где b = 0 s, если |UTC-UT 1|< 0, 9 s, b = 1 s, если |UTC-UT 1|≥ 0, 9 s

3) Local Time, локальное время, (декретное время Дn) – гражданское время на данной территории: Local Time = Дn = UTC + n, n – смещение шкалы времени относительно Всемирного времени. Новосибирск: n = 7 часов.

4) Системное время ГНСС: Время ГЛОНАСС: T GLONASS = UTC, системное время на спутниках корректируется при вводе поправок в UTC Время GPS: TGPS = UTC (1984. 0), В настоящее время разница UTC- TGPS = 16 сек

? • Для чего при использовании ГНСС важно точное время? • Какое время – в основе системного времени ГНСС? • Что такое UTC? Как оно образуется? • По какому времени идут часы на спутниках GPS и ГЛОНАСС?