Un satellite GPS est une plate-forme qui transporte un ensemble d'équipements qui fournissent de l'énergie au satellite, la possibilité d'ajuster l'orbite et le fonctionnement. L'électricité est fournie par des panneaux solaires et des batteries. L'orbite est ajustée à l'aide de moteurs de faible puissance.
Terme performance désigne la capacité d'exécuter les fonctions assignées au satellite. Le satellite dispose d'une antenne et d'un récepteur pour recevoir les signaux des stations de transmission d'informations. Le satellite dispose d'un ordinateur embarqué pour stocker les informations, les diffuser et coordonner le fonctionnement du satellite dans son ensemble. Le rythme de fonctionnement de tous les équipements est fixé par quatre étalons de fréquence et de temps au césium et (ou) à l'hydrogène. La fréquence d'oscillation des étalons est de 10,23 MHz. C'est à partir de ces oscillations que tous les autres signaux satellites - porteurs et modulants (codage) - sont obtenus en multipliant la fréquence, en la divisant ou en convertissant une oscillation harmonique en un signal de code. Le satellite dispose d'un émetteur et d'une antenne pour transmettre un signal à l'utilisateur du système. Le satellite abrite également des équipements de stabilisation et d'orientation et d'autres équipements.Il existe trois classes connues de satellites : Block I, Block II et Block IIR. Les satellites Block I, pesant chacun 845 kilogrammes, ont été lancés de 1978 à 1985 depuis une base aérienne en Californie. La fusée Atlas F a été utilisée. La durée de vie du satellite inclus dans la conception était de 4,5 ans. Certains satellites ont fonctionné presque trois fois plus longtemps. L'angle d'inclinaison du plan orbital par rapport au plan équatorial pour les satellites de cette classe était de 63 degrés. Les satellites lancés plus tard ont 55 degrés. Les satellites de cette classe étaient, en un sens, des essais, bien qu'ils remplissaient pleinement les fonctions qui leur étaient assignées. La prochaine série de satellites Block II était destinée à créer une constellation opérationnelle.
Le premier satellite Block II, coûtant environ 50 millions de dollars et pesant plus d'une tonne et demie, a été lancé le 4 février 1989 par le Centre spatial Kennedy depuis la base aérienne Kennedy. Cap Canaverall. Floride, États-Unis. Ils ont utilisé un lanceur Delta II. La durée de vie nominale d'un satellite de cette classe était de 6 ans, même si certains satellites pouvaient fonctionner pendant 10 ans, car la fourniture de matériaux consommables, principalement de carburant, était suffisante pour cette période. La différence entre le bloc I et le bloc II est liée à la sécurité nationale américaine. Le signal satellite du bloc I était entièrement disponible pour l'utilisateur civil, tandis que certains signaux du bloc II limitaient cette disponibilité.
Les satellites de classe Block IIR, qui ont presque complètement remplacé ceux actuellement lancés, ont une durée de vie nominale de 10 ans. La lettre « R » signifie modification ou remplacement. Il y a des masers à hydrogène à bord pour remplacer les étalons de fréquence au rubidium et au césium installés sur les classes de satellites précédentes. Chaque satellite pèse plus de deux tonnes et coûte environ 25 millions de dollars. Ces satellites sont lancés à l'aide de la navette. Le mode de fonctionnement est tel que l'utilisateur civil a encore moins accès au signal satellite. Plus de détails sur le mode de restriction d'accès sont décrits dans les sections 3.1 et 3.3.3.1. Structure du signal satellite
La base du fonctionnement du système est la mesure précise du temps et des intervalles de temps. Terme exact signifie que tous les moyens disponibles sont utilisés pour obtenir la plus haute précision. La station principale de commandement et de contrôle, ainsi que chaque satellite, sont équipés des étalons de fréquence et de temps pour le césium et l'hydrogène les plus précis actuellement disponibles. La fréquence d'oscillation de l'étalon est de 10,23 MHz. Toutes les oscillations et signaux satellites sont obtenus à partir de cette fréquence par transformation cohérente : multiplication et division de la fréquence de l'oscillateur de référence - l'étalon de fréquence et de temps. Deux oscillations de la fréquence porteuse sont obtenues en multipliant la fréquence de l'oscillateur de référence par un facteur approprié. L'oscillation L1 = 1575,42 MHz est obtenue en multipliant par 154. L'oscillation L2 = 1227,60 MHz est obtenue en multipliant par 120. Des mesures à deux fréquences porteuses sont utilisées pour mettre en œuvre la méthode dispersive de prise en compte de l'influence de l'ionosphère et pour faciliter la procédure pour lever l'ambiguïté des mesures de phase.
Les oscillations de la porteuse sont modulées par des signaux de code : code C/A et code P. Dans ce cas, les deux oscillations de la porteuse sont modulées par le code P ; Seules les oscillations de la première fréquence porteuse sont modulées par le code C/A. La fréquence d'horloge du code P est égale à la fréquence d'oscillation de l'oscillateur de référence. La fréquence d'horloge du code C/A est obtenue en divisant par dix la fréquence d'oscillation de l'oscillateur de référence. Les codes sont décrits à la section 3.3. De plus, les ondes porteuses sont modulées par le message satellite de navigation.
3.2. Message de navigation, éphémérides
Message de navigation aussi appelé message satellite ou message satellite de navigation. Dans la terminologie anglaise, il s'agit de massage de navigation. Il existe même le message d'information sur le nom, même si, par définition, tout message ne peut que contenir des informations. Ci-dessous, par souci de concision, nous utiliserons le terme message.
Le message contient 1 500 bits d'information et est transmis en 30 secondes. Mais toutes les informations ne sont pas transmises dans ce court laps de temps. Par exemple, un almanach est transmis via plusieurs messages ; à propos de l'almanach, voir ci-dessous. Le message contient cinq blocs (frames, subframes, en anglais - subframes). Chaque bloc est diffusé pendant 6 secondes et contient 10 mots. Chaque mot contient 30 bits.
Chaque bloc commence par un mot de télémétrie (TLM). Il contient un format de synchronisation et un message de diagnostic - un message ou une partie d'un message sur l'état du satellite et du système dans son ensemble. Vient ensuite le mot-clé – le mot de transfert (COMMENT). Ce terme peut être traduit par un mot passé de main en main. Essentiellement, COMMENT est un horodatage.
Le premier bloc contient les paramètres de l'horloge satellite et les coefficients du modèle ionosphérique. Les paramètres d'horloge sont la correction et la progression de l'horloge satellite par rapport au GPST. Les informations sur les paramètres du modèle ionosphérique ne sont utilisées que lorsque vous travaillez avec des récepteurs monofréquence. S'il existe un récepteur bi-fréquence, la méthode dispersive est utilisée.
Les deuxième et troisième blocs contiennent les éphémérides du satellite diffusant ce message. Ces éphémérides sont appelées éphémérides de diffusion. Ils sont obtenus à partir d’observations satellitaires de cinq stations de suivi.
L'observation des satellites par les stations de suivi, le traitement initial des résultats, leur transfert vers la station principale de commandement et de contrôle, le traitement des résultats là-bas, leur transfert vers la station de dépôt d'informations et la pose elle-même prennent du temps. Par conséquent, les éphémérides diffusées stockées dans la mémoire des ordinateurs de bord et diffusées au moment de leur diffusion sont déjà obsolètes. Par conséquent, les éphémérides diffusées sont le résultat d’une prédiction et d’une extrapolation. Pour la même raison, les éphémérides sont stockées dans la mémoire des ordinateurs de bord des satellites aussi souvent que possible - environ toutes les heures.
Le quatrième bloc est réservé à la transmission des informations de service. Les séquestres civils n'ont pas la possibilité d'enregistrer ces informations.
La cinquième image contient almanach satellites et informations sur l’état du système. L'almanach est constitué d'éphémérides approximatives des satellites du système et de données sur la santé de chaque satellite. Chaque Le satellite diffuse des informations sur la constellation de satellites toutes les 12,5 minutes. Obtenir un almanach avant le début des observations et utiliser ces données au stade planification vous devez placer le récepteur dans n'importe quel endroit ouvert, le laisser allumé pendant 15 à 20 minutes, l'éteindre et transférer les données sur l'ordinateur du bureau. Au cours du processus d'observation, un nouvel almanach est obtenu sans aucun temps supplémentaire.
Une éphéméride de satellite est un ensemble complet de données sur l'orbite du satellite et la position du satellite en orbite. L'utilisateur du GPS s'intéresse aux coordonnées géocentriques du satellite dans le système WGS84 au moment où le signal quitte ce satellite. L'équipement utilisateur calcule les coordonnées du satellite à l'aide des données contenues dans le fichier d'éphémérides. Les informations sur les éphémérides sont classées comme référence moment (de référence, initial)
à, ce moment est indiqué dans le fichier des éphémérides. Le message contient également AODE (Age of Data) - « l'âge » des données éphémérides, c'est-à-dire l'intervalle de temps qui s'est écoulé depuis que les données ont été stockées dans la mémoire de l'ordinateur de bord. Rappelons que les paramètres des éphémérides sont osculateurs et se réfèrent à l'instant de référence.Ce qui suit est un résumé des informations contenues dans les éphémérides diffusées.| est la racine carrée du demi-grand axe de l'ellipse orbitale. C'est la racine carrée du demi-grand axe qui entre dans la formule de calcul des coordonnées orbitales d'un satellite à partir de ses éphémérides ; de plus, les informations sur la racine carrée du demi-axe nécessitent moins d'espace dans le message que les informations sur l'axe. | |
| e | - excentricité orbitale |
| W | - ascension droite du nœud ascendant de l'orbite du satellite |
| W` | - taux de variation de l'ascension droite du nœud ascendant de l'orbite du satellite |
| je | - angle d'inclinaison du plan orbital par rapport au plan équatorial |
| je` | - vitesse de changement d'angle d'inclinaison |
| M o | - anomalie moyenne à l'instant de référence |
| Dn | - écart de la valeur de mouvement moyenne par rapport à celle précalculée |
| C uc et C us | - amplitudes des termes cosinus et sinusoïdaux dans la formule de correction de l'argument latitude |
| C rc et C rs | - amplitudes des termes cosinus et sinusoïdal dans la formule de correction du rayon orbital |
| C ic et C est | - les amplitudes des termes cosinus et sinusoïdaux dans la formule de correction de l'angle d'inclinaison orbitale. Les formules de perturbations des éléments osculateurs ne prennent en compte que l'influence de la compression terrestre sur le mouvement du satellite. |
3.3. Calcul des coordonnées orbitales à partir des éphémérides
Voyons comment les éphémérides satellites sont utilisées pour calculer ses coordonnées rectangulaires Xo et Yo dans le système de coordonnées équatoriales au moment des observations. Les formules (1) sont l'étape finale de la résolution du problème.
X o = r cos u, Y o = r sin u. (1) Cela montre que le problème se réduit à déterminer le rayon orbital au moment de l'observation. r argument satellite et latitude toi. Moment d'observation t obtenu à partir de l’enregistrement du moment d’arrivée chez le récepteur de l’horodatage. La valeur de l'un des constantes géodésiques fondamentales m - le produit de la constante gravitationnelle et de la masse de la Terre. DANS WGS84 m =3,986008 · 10 14 m/sec 2. La procédure de calcul des coordonnées orbitales est divisée en quatre étapes. Dans un premier temps, la véritable anomalie est calculée V. La procédure de calcul est la suivante. Calculer l'intervalle de temps D t, passé de l'époque d'origine de référenceà jusqu'au moment tobservations :Dt=t-t o.
Calculer la valeur approximative du mouvement moyen non = ( m/a- 3 )- 1/2. Calculer la valeur raffinée du mouvement moyen n=n o + Dn.Calculer l'anomalie moyenne M = M o + n Dt.Utiliser l'équation de Kepler M = EsinE,calculer l'anomalie excentrique E.Et finalement à ce stade la véritable anomalie est calculée V,utiliser des formules: cosV=(cosE-e)/(1-ecosE) Et péchéV=(1-e - 2 péchéE) - (1/2)/(1-écosE).Dans un deuxième temps, la valeur de l'argument latitude est calculée U. La procédure de calcul est la suivante. Calculer la valeur approximative de l'argument de latitude Uo =V+ w.Calculez la correction de la valeur approximative de l’argument de latitude pour l’effet de la compression de la Terre sur l’orbite du satellite à l’aide de la formule: D U=C uc cos2U o + C us sin2U o. Rappelons que les coefficients AVEC contenues dans les éphémérides. La signification des indices de ces coefficients est la suivante. L'indice U signifie que l'on calcule l'argument de la latitude U. Les indices C et S signifient qu'ils représentent respectivement les termes cosinus et sinus. De plus, ce système d'indexation a été conservé. Enfin, à ce stade, la valeur affinée de l'argument latitude est calculée U=Uo + D U.A la troisième étape, le rayon est calculéà propos Rbits satellites. La procédure de calcul est la suivante. Calculez la valeur approximative du rayon orbital à l'aide de la formule: r o =a(1-ecosE). Calculer la correction du rayon orbital pour la compression de la Terre: D r=C rc cos2U o + C rs sin2U o. La signification des indices est la même qu'à l'étape précédente. Et enfin, à ce stade, la valeur affinée du rayon orbital est calculée : r=r o + Dr.Les coordonnées satellite obtenues à partir des éphémérides diffusées peuvent contenir une erreur d'environ 100 mètres. Les raisons d’une si faible précision sont les suivantes. Premièrement, les éphémérides diffusées sont intrinsèquement le résultat de la prédiction de l’orbite, c’est-à-dire qu’elles sont des éphémérides extrapolées. Deuxièmement, lors de leur calcul, ils ne prennent en compte qu’un seul facteur, bien que le plus important, qui perturbe l’orbite du satellite : l’influence de la compression terrestre. Le fait de ne pas prendre en compte d’autres facteurs entraîne une diminution de la précision lors de toute extrapolation longue. Et troisièmement, pour un utilisateur non autorisé, les éphémérides sont délibérément rendues rugueuses.3.4. Codes
Les oscillations de la porteuse du satellite sont manipulées en phase par des signaux de code. Revenons à la considération des codes commencée dans la section 3.1.
Selon les caractéristiques statistiques, les codes sont aléatoires et forment donc un signal à large bande. La longueur de cohérence d'un tel signal est petite, par conséquent, lors du traitement de corrélation, un maximum principal étroit et unique de la fonction de corrélation est obtenu. Cela permet à son tour de mesurer le retard en mode code sans ambiguïté et avec une grande précision. L'équipement de réception et d'enregistrement, qui ne « connaît » pas les lois de formation du code, percevra le signal satellite comme du bruit, aléatoire. En fait, les codes se forment naturellement, même si le type de droit est complexe. Pour cette raison, le signal satellite est appelé pseudo-bruit, et les codes sont pseudo-aléatoire.
Il existe deux types de codes de mesure. Code de diffusion facilement accessible et facilement détectable - Code C/A - Code d'acquisition grossier. Code P précis - Code de précision. Le satellite possède un code C/A individuel qui est répété toutes les millisecondes. Le récepteur identifie et acquiert le signal satellite sur la fréquence L1 facile, puisque cette fréquence est modulée par le code C/A. La situation est beaucoup plus compliquée avec la capture d'un signal satellite à une fréquence L2, c'est-à-dire à la deuxième fréquence porteuse. Le code C/A ne lui est pas appliqué, donc la capture du signal et les observations ultérieures ne sont possibles que dans le code P. Cela rend le travail de l'utilisateur plus difficile, et cette difficulté est intentionnellement intégrée à la conception du système.
Le satellite de cette époque est caractérisé par un code P, qui se répète toutes les deux semaines. Dans le même temps, l’ensemble du code P est inhérent au système. La durée du code P du système est de 266,4 jours. En d'autres termes, l'ensemble du code P long du système est divisé en segments hebdomadaires, intervalles. Chaque segment d'une époque donnée est attribué à un satellite spécifique. Initialement, seuls les utilisateurs autorisés, principalement l'armée américaine, avaient accès au code P. Désormais, l'équipement de presque tous les utilisateurs a accès au code P. Cet accès est compliqué par le fait que le signal P-code est soumis à un codage supplémentaire (cryptage) avec ce que l'on appelle le code Y. Comme indiqué dans la littérature, cela a été fait afin d'éviter toute possibilité de perturbation du système par une intervention extérieure. Ce mode de fonctionnement est appelé Anti-Spoofing (AS) - un mode de lutte contre les influences non autorisées. Cela revient à utiliser le code Y. À son tour, le codage Y est l'échange hebdomadaire de sections de code P entre satellites dans une séquence connue uniquement du personnel gérant le système. Si cette séquence est inconnue de l'utilisateur, c'est-à-dire que son récepteur ne contient pas la puce correspondante, alors il n'y a aucun moyen de capturer le signal P-code à la deuxième fréquence porteuse et un récepteur double fréquence coûteux et de haute précision peut ne fonctionnent qu’en monofréquence. Les fabricants d'équipements ont cependant surmonté ces difficultés d'une manière ou d'une autre, par exemple en payant pour pouvoir installer les puces appropriées dans les récepteurs. Il semble donc que le codage Y ne soit plus nécessaire.
Les observations en code C/A sont appelées Standard Positioning Service (SPS). Les coordonnées de navigation dans ce mode sont déterminées avec une erreur de 100 à 200 mètres. Les observations dans le code P sont appelées Precise Positioning Service (PPS) - un service permettant de déterminer l'emplacement exact. Les coordonnées de navigation dans ce mode sont déterminées avec une erreur de l'ordre de 10 à 20 mètres.
La précision de localisation du système de navigation est limitée en raison de l'influence de divers facteurs. Ils peuvent être divisés en deux groupes. Erreurs dans les calculs de localisation des satellites et influence de l'atmosphère (troposphère et ionosphère) sur la vitesse du signal radio.
Comme déjà mentionné, les satellites de navigation jouent le rôle de balises radio, transmettant des signaux de l'heure exacte et de leurs coordonnées. Il convient de noter que les satellites ne savent rien de leur emplacement. Leurs coordonnées sont déterminées par le secteur de contrôle et, par conséquent, les caractéristiques orbitales - les éphémérides - sont calculées. Ces éphémérides (un ensemble de coefficients numériques) sont téléchargées sur un satellite, qui les transmet avec le reste des informations de navigation. Un récepteur GPS reçoit un signal d'un satellite et calcule ses coordonnées à l'aide de l'ensemble résultant de coefficients orbitaux. Ces coefficients (éphémérides) sont mis à jour par la station leader plusieurs fois par jour selon les besoins. Néanmoins, les coordonnées calculées sont inexactes. L'emplacement du satellite est déterminé avec une erreur. Pourquoi?
Si la Terre avait la forme d’une sphère avec une densité uniforme en profondeur et qu’il n’y avait aucune autre influence sur le satellite, alors elle se déplacerait strictement le long de la même ellipse conformément à la première loi de Kepler. Mais la forme de la Terre diffère de celle d'une sphère, de plus, le Soleil et la Lune, ainsi que des facteurs non gravitationnels, agissent sur le satellite. Par conséquent, les paramètres de l’ellipse changent constamment. Cela conduit à des erreurs de calcul. Voici un tableau des différents impacts sur le satellite par ordre décroissant (A.L. Genike, G.G. Pobedinsky « Global satellite Systems… », 2004) :
Tableau 1. L'influence de diverses perturbations sur le mouvement d'un satellite de navigation
Le premier sur la liste est le champ central de la Terre. Grâce à lui, le satellite se déplace le long d'une ellipse avec une accélération de 0,565 m/s 2 . Il s'agit de l'accélération de la chute libre à une altitude de 20,2 mille km. La gravité est toujours une attraction, donc le champ gravitationnel n'a pas de première correction (dipôle). La deuxième harmonique zonale arrive immédiatement. Il introduit une perturbation 10 mille fois moindre : 5,3×10 – 5 m/s 2 . De ce fait, en 1 heure le satellite peut s'écarter de 300 mètres de la trajectoire calculée. Et en 3 heures - déjà 2 km, puisque l'erreur augmente de manière non linéaire.
L'influence gravitationnelle de la Lune est d'un ordre de grandeur moindre, celle du Soleil – même 2 fois moindre. Parmi les influences non gravitationnelles, le rayonnement solaire (vent solaire) vient en premier. Les anomalies gravitationnelles sont causées par la répartition inégale de la masse à l’intérieur de la Terre (voir photo ci-dessus). Elles dévient le satellite de 6 cm en une heure. Les marées lunaires et solaires contribuent également à la redistribution des masses à la surface de la Terre. Malgré leur relative petitesse, ils peuvent en deux jours dévier le satellite de 2 mètres de l'orbite calculée.
Le secteur de la gestion se concentre sur ces données, mais ne les utilise pas dans ses calculs. Toutes les éphémérides sont calculées uniquement sur la base d'observations. Lors du calcul du mouvement orbital, il est généralement admis que le satellite se déplace strictement le long d'une ellipse, comme s'il n'y avait pas de perturbations. Cette orbite est dite osculatrice. Après une courte période, les paramètres orbitaux changent et le satellite se déplace le long d'une ellipse différente. Et ainsi de suite. Ainsi, tout l'effet des perturbations se réduit uniquement à un changement continu des paramètres de l'ellipse osculatrice.
Grâce à de nombreuses observations du mouvement des satellites, la station leader sélectionne un modèle mathématique capable de calculer ce mouvement avec le moins d'erreurs. Les coefficients numériques (éphémérides) du modèle sont régulièrement mis à jour et téléchargés sur les satellites trois fois par jour. De plus, les éphémérides sont mises à jour toutes les heures.
Il est important de noter que le système de navigation évolue constamment. Les coordonnées des stations de référence sont en cours de clarification. En utilisant des stations de référence avec des coordonnées plus précises, il est possible de déterminer plus précisément les éphémérides du satellite, etc.
Cependant, les erreurs modernes dans la détermination des éphémérides des satellites conduisent à des erreurs dans le calcul de leurs coordonnées au niveau de 10 à 20 mètres. À première vue, cela semble beaucoup. Cela est vrai si vous déterminez les coordonnées de localisation de manière absolue (directe). Mais le système de navigation utilise une méthode différentielle (relative) pour déterminer la localisation (voir ici). Grâce à cette méthode, il est possible d'augmenter la précision de la détermination des coordonnées cent fois ou plus.
Cette précision est déjà suffisante même pour la plupart des travaux géodésiques. Mais, par exemple, pour étudier le mouvement de la croûte terrestre, une précision encore plus élevée est nécessaire. Dans ces cas, ce ne sont pas les éphémérides transmises sur le canal radio satellite qui sont utilisées, mais leurs valeurs considérablement affinées obtenues à la suite d'observations ultérieures. Les observations à long terme des orbites des satellites permettent de clarifier les valeurs des éphémérides dans le passé. Ces valeurs mises à jour sont accumulées dans une banque spéciale opérant aux États-Unis sous l'égide du National Geodetic Service (NGS).
Et je voudrais apporter ma contribution à ce sujet. L’un des commentaires sur l’article mentionné ci-dessus aborde brièvement la conversation sur les théories des éphémérides, telles que DE et autres. Cependant, il existe de nombreuses théories de ce type et nous analyserons certaines des plus significatives à mon avis.
Ce que c'est?
Afin de calculer avec précision les positions des corps célestes, il est nécessaire de prendre en compte autant de facteurs perturbateurs que possible. Il n'existe pas de solution analytique pour un système de plus de deux (à l'exception des solutions particulières de Lagrange), donc les équations du mouvement des corps sont résolues numériquement, mais même en tenant compte de méthodes d'intégration numérique relativement nouvelles (telles que la méthode d'Everhart ), cette procédure est très coûteuse et s'il s'agit d'une solution suffisamment précise pour une petite période de temps, l'intégration sur des plages de temps globales est une tâche complexe et longue. Par conséquent, le problème a été résolu comme suit : trouver les positions des corps célestes par intégration et approximer ces positions avec une fonction, et en sortie obtenir les coefficients de cette fonction. C'est l'ensemble de ces coefficients que l'on appelle habituellement la théorie des éphémérides.DE
Ce sont probablement les théories les plus populaires sur le mouvement des corps célestes. L'émergence de cette théorie est associée au développement de la technologie spatiale et à la nécessité de calculer avec précision les positions des planètes pour les missions des engins spatiaux. Il existe aujourd'hui une énorme liste de versions de cette théorie. Le plus populaire d'entre eux est le DE405. Vous pouvez lire cette théorie ici : http://ssd.jpl.nasa.gov/?planet_eph_exportLes cotes sont divisées en tranches horaires, c'est-à-dire pour une époque particulière - des coefficients séparés.
La formule de ces coefficients est le polynôme de Chebyshev. À propos, c'est le polynôme de Chebyshev qui est l'un des plus appropriés pour créer une théorie des éphémérides. Le principe de travailler avec de tels polynômes est décrit dans le livre d'O. Montebrouck - "L'astronomie sur un ordinateur personnel" (Rutracker.org)
Où l'obtenir ?
Tout cela se trouve sur le site FTP de la NASA. Au format texte ASCII : ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ascii/Cela vaut probablement la peine de commenter quelque chose ici. En allant par exemple dans ce dossier, nous verrons un fichier qui ressemble à ceci : ascp1600.403, il est facile de comprendre qu'il s'agit de coefficients pour l'ère 1600, et d'une version de la théorie DE403.
De tels fichiers comportent trois colonnes - chacune d'elles correspond à une coordonnée dans l'espace.
Cependant, en regardant la taille de ces fichiers, il devient clair que leur utilisation au travail n'est pas pratique. Il en existe donc des versions binaires : ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/bsp/
Comment s'inscrire?
Nous avons maintenant le binaire dont nous avons besoin, mais la question est : qu’en faire ? Heureusement, FTP propose des exemples de mise en œuvre de programmes dans différentes langues : ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/VSOP 87
Bien entendu, cette théorie n’est pas aussi populaire que la précédente, mais c’est celle que je peux recommander aux débutants. Cette théorie présente un inconvénient majeur : elle décrit uniquement les positions des planètes et du Soleil. Le type de formule dans cette théorie est une série trigonométrique.Où l'obtenir ?
C'est aussi simple que de décortiquer des poires, il suffit d'aller sur le site Web et de sélectionner la langue et le format de données souhaités dans les paramètres.C’est dans la facilité d’obtention que réside le principal avantage de ces éphémérides.
Une fois le code prêt, je pense que beaucoup d’entre nous peuvent déjà en faire quelque chose. Mais si vous avez encore besoin d'un peu d'aide, vous pouvez aller ici
GPE
On parle très peu de cette théorie des éphémérides. Il a été créé à l'Institut d'astronomie appliquée de l'Académie des sciences de Russie. Il existe 3 versions de cette théorie, respectivement EPM 2004, EPM 2008, EPM 2011.Où l'obtenir ?
Les sources se trouvent sur le ftp IPA RAS : ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/Data/. Le nom du dossier correspond à la version de la théorie. Chaque théorie a un binaire correspondant et un fichier texte, tels qu'implémentés dans DE. Ici aussi, les fichiers texte pèsent beaucoup, il vaut donc la peine d'utiliser des binairesComment s'inscrire?
C’est cette théorie qui semble être l’une des plus difficiles à mettre en œuvre. Néanmoins, ses développeurs ont pris soin de nous et ont fourni plusieurs exemples dans différentes langues : ftp://quasar.ipa.nw.ru/incoming/EPM/.La théorie elle-même est construite sur les polynômes de Chebyshev, ils sont également assez bien décrits.
Notes sur l'exactitude
Il convient de noter que toutes les théories ne sont pas les plus précises. Le moins précis de tous ceux répertoriés ci-dessus est VSOP87. DE et EPM sont assez précis, il est à noter que ce dernier prend en compte les effets relativistes. Cependant, pour presque tous les problèmes appliqués que j'ai résolus jusqu'à présent, VSOP 87 a été utilisé, le fait est que bien que sa précision soit faible, cela n'est néanmoins pas perceptible par rapport aux observations élémentaires (il peut y avoir des écarts de dixièmes, centièmes secondes d'arc).Enfin
Je dirai un peu plus sur la théorie EPM. J'ai appris cette théorie lors d'une conversation personnelle, elle est connue dans des cercles assez restreints et peu d'utilisateurs l'utilisent, apparemment cela est en quelque sorte lié au désintérêt de l'institut à diffuser cette théorie dans de larges cercles, aucune autre explication ne me vient à l'esprit, car elle est tout à fait compétitive par rapport aux autres théories.Que sont les tableaux d'éphémérides astrologiques ? Pourquoi sont-ils nécessaires ? En astronomie, une éphéméride est un tableau des emplacements célestes de la Lune, du Soleil, des planètes et d'autres objets spatiaux, calculés après des périodes de temps égales. Par exemple, à midi tous les jours.
Les éphémérides stellaires sont des tableaux qui indiquent les positions apparentes des étoiles, soumises à l'influence de la nutation, de la procession et de l'aberration. Une éphéméride est également une formule utilisée pour calculer le moment d'arrivée du prochain moment minimum pour les systèmes d'étoiles variables obscurcis.
Application
Comment les tables d’éphémérides sont-elles utilisées ? Ils servent à déterminer les coordonnées de l'observateur. Ce terme fait également référence aux données de position des satellites terrestres synthétiques utilisés pour la navigation, par exemple dans les systèmes NAVSTAR (GPS), Galileo et Glonass.
Les informations sur l'emplacement des satellites sont présentées dans le cadre de messages spéciaux. Dans ces circonstances, on parle de transmission par éphémérides.
Éditions historiques
On sait qu'en 1474 Regiomontanus publia ses célèbres tables d'éphémérides à Nuremberg. Cet ouvrage contenait des éphémérides pour les années 1475-1506, calculées pour chaque jour. Ce livre contenait des tableaux de positions planétaires, des conditions de conjonctions de luminaires et d'éclipses.
Éditions modernes
Aujourd'hui, des tableaux d'éphémérides sont publiés dans les collections astrologiques les plus importantes : « Annuaire astronomique » (publié par l'Académie des sciences de Russie depuis 1921), Nautical Almanac, American Ephemeris, Berliner Astronomisches, Connaissance des Temps. De plus, il existe des sites Web qui peuvent vous aider à calculer les éphémérides. Ils sont créés à la fois par des passionnés et des professionnels.
Ainsi, on sait que sur le site de la NASA Fred Espeñac a publié des données sur les positions des planètes du système solaire, de la Lune et du Soleil pour 1995-2006. Et sur le site de l'Institut de calcul des éphémérides et de la mécanique céleste, il existe un calculateur des coordonnées des objets spatiaux. De plus, il existe une bibliothèque avec laquelle vous pouvez faire des calculs astronomiques sur une feuille Excel en utilisant les éphémérides de Suisse, JPL et Moschières.
Calcul
Les tables d'éphémérides sont en service chez chaque astrologue. Aujourd'hui, le mouvement des objets autour du Soleil est très bien étudié. Différentes associations astrologiques ont créé des formes mathématiques pour calculer les éphémérides, rivalisant en précision. Ces échantillons sont décrits dans des publications astronomiques spéciales.
Ancienne théorie
La version ILE constitue une amélioration par rapport à la théorie de Brown. Il a été proposé pour la première fois par E. W. Brown en 1919 dans son ouvrage Tables of the Motion of the Moon, qui a été amélioré par W. J. Eckert en 1954 dans son ouvrage Improvementd Lunar Ephemeris. Par la suite, des modifications ont été apportées à la théorie à plusieurs reprises.
Ce modèle était auparavant utilisé par F. Espignac pour calculer les éclipses fournies par le site de la NASA.
Nouvelle solution
La version VSOP82 décrit le mouvement des planètes autour du Soleil. Elle a été proposée en 1982 par P. Bretagnon et publiée dans l'almanach astrologique « Astrophysique et Astronomie » sous le titre « Théorie du mouvement de toutes les planètes - solution VSOP82 ».
Une autre version
La version ELP 2000 décrit uniquement les éphémérides de la Lune. Elle a été publiée dans la collection astrologique « Astrophysique et Astronomie » en 1983 par M. Chapron-Touzet et J. Chapron, ainsi que dans l'article « Éphémérides de la Lune ELP 2000 ». Cette théorie contient 7 684 termes périodiques pour la latitude écliptique de la Lune, 20 560 pour la longitude écliptique et 9 618 pour la distance. L'amplitude des termes mineurs correspond à 2 cm pour les distances et 0,00001 seconde d'arc. Sous une forme simplifiée, le modèle est utilisé par F. Espignac pour calculer les éclipses publiées sur le site de la NASA.
Publications de l'URSS
Que pouvez-vous dire de l'astrologie nationale ? Sur la base de la version DE200/LE200, il a publié les éphémérides de la Lune, du Soleil et des planètes dans l'Annuaire Astrologique de l'URSS (depuis 1986).
Modèle de laboratoire JPL
La version DE403/LE403 décrit le mouvement des planètes autour du Soleil et se concentre sur les coordonnées de la Lune. Il a été développé par Standish, Williams, Newhall et Faulkner, employés du laboratoire JPL. Il a été publié dans l'article « Lunar and Planetary Ephemerides JPL DE403/LE403 » (1995) dans une publication spéciale du laboratoire spécifié. Il existe aujourd'hui de nouvelles tables d'éphémérides développées par le JPL.
Des tables pratiques
Les positions des planètes ont été calculées par les astronomes plusieurs années à l'avance et les résultats des calculs ont été traduits en tableaux. Ils contiennent des données sur les positions apparentes des planètes, calculées à l'aide d'un ordinateur guidé par les lois de la mécanique cosmique. Les positions des objets célestes dans les tableaux sont indiquées avec un pas spécifique, indiquant la durée entre les deux instants liés pour lesquels le calcul est effectué. Il est pratique d'utiliser les tableaux suivants par incréments d'un jour :
- Table d'éphémérides américaine de Michelson pour le 21e siècle de 2001 à 2050 et pour le 20e siècle de 1900 à 2000.
- Éphémérides rosicruciennes (1900-2000).
- Tableaux de Raphaël (positions des planètes pour chaque année).
On sait que dans les éphémérides de Michelson, la position des objets célestes est donnée chaque jour à minuit à Greenwich et les données sont présentées mensuellement. Chaque page contient les valeurs de longitude des planètes pour deux mois sous la forme d'une paire de blocs (Longitude).
GOST R 56410-2015
NORME NATIONALE DE LA FÉDÉRATION DE RUSSIE
Système mondial de navigation par satellite
MÉTHODES ET TECHNOLOGIES POUR RÉALISER DES TRAVAUX GÉODÉSIQUES
Exigences générales pour les centres d'éphémérides précis
Système mondial de navigation par satellite. Méthodes et technologies des travaux géodésiques. Exigences générales pour les centres d'éphémérides précis
OK 07.040
Date d'introduction 01/01/2016
Préface
1 DÉVELOPPÉ par la Société par actions « Centre scientifique et technique pour les technologies de navigation modernes « Internavigation » (JSC « STC « Internavigation »), l'Institution budgétaire de l'État fédéral d'enseignement professionnel supérieur « Université d'État de géodésie et de cartographie de Moscou » (MIIGAiK) et l'Institution budgétaire de l'État fédéral "Centre fédéral scientifique et technique pour la géodésie, la cartographie et l'infrastructure des données spatiales"
2 INTRODUIT par le Comité Technique de Normalisation TC 363 « Radio Navigation »
3 APPROUVÉ ET ENTRÉ EN VIGUEUR par Arrêté de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie du 28 mai 2015 N 456-st
4 INTRODUIT POUR LA PREMIÈRE FOIS
Les règles d'application de cette norme sont établies dans GOST R 1.0-2012 (article 8). Les informations sur les modifications apportées à cette norme sont publiées dans l'index d'information annuel (au 1er janvier de l'année en cours) « Normes nationales » et dans le texte officiel des modifications et amendements. - dans l'index d'information mensuel "Normes nationales". En cas de révision (remplacement) ou d'annulation de cette norme, l'avis correspondant sera publié dans le prochain numéro de l'index mensuel d'information « Normes nationales ». Les informations, avis et textes pertinents sont également affichés dans le système d'information du public. - sur le site officiel de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie sur Internet (www.gost.ru)
1 domaine d'utilisation
1 domaine d'utilisation
Cette norme s'applique aux méthodes et technologies permettant d'effectuer des travaux géodésiques à l'aide de systèmes mondiaux de navigation par satellite et établit des exigences générales pour les centres d'éphémérides précis.
2 Références normatives
Cette norme utilise des références normatives aux normes suivantes :
GOST 22268-76 Géodésie. Termes et définitions
GOST R 52928-2010 Système mondial de navigation par satellite. Termes et définitions
GOST R 53864-2010 Système mondial de navigation par satellite. Réseaux de satellites géodésiques. Termes et définitions
Remarque - Lors de l'utilisation de cette norme, il est conseillé de vérifier la validité des normes de référence dans le système d'information public - sur le site officiel de l'Agence fédérale de réglementation technique et de métrologie sur Internet ou à l'aide de l'index d'information annuel « Normes nationales » , publié à compter du 1er janvier de l'année en cours, et sur les numéros de l'index d'information mensuel « Normes nationales » pour l'année en cours. Si une norme de référence non datée est remplacée, il est recommandé d'utiliser la version actuelle de cette norme, en tenant compte de toute modification apportée à cette version. Si une norme de référence datée est remplacée, il est recommandé d'utiliser la version de cette norme avec l'année d'approbation (adoption) indiquée ci-dessus. Si, après l'approbation de la présente norme, une modification est apportée à la norme référencée à laquelle une référence datée est faite qui affecte la disposition mentionnée, il est recommandé que cette disposition soit appliquée sans tenir compte de cette modification. Si la norme de référence est annulée sans remplacement, il est alors recommandé d'appliquer la disposition dans laquelle une référence à celle-ci est donnée dans la partie qui n'affecte pas cette référence.
3 Termes, symboles et abréviations
3.1 Cette norme utilise des termes selon GOST 22268, GOST R 53864, GOST R 52928.
3.2 Les symboles et abréviations suivants sont utilisés dans cette norme :
VGS - réseau géodésique de haute précision de la Fédération de Russie ;
GLONASS - système mondial de navigation par satellite de la Fédération de Russie ;
GNSS - système mondial de navigation par satellite ;
SGS-1 - réseau géodésique par satellite de classe 1 ;
SKP - erreur quadratique moyenne ;
FAGS est le réseau astronomique et géodésique fondamental de la Fédération de Russie ;
CTE - centre d'éphémérides précises ;
Éphémérides finales - éphémérides finales calculées dans IGS ;
GPS - système mondial de navigation par satellite des États-Unis d'Amérique ;
IERS - Service international des systèmes de rotation et de référence de la Terre ;
IGS - service GNSS international ;
PPP - détermination de localisation de haute précision ;
Éphémérides rapides - éphémérides urgentes calculées dans IGS ;
RINEX est un format d'échange de fichiers de données de récepteurs de navigation par satellite, indépendant du type de récepteur ;
SP3 - format d'informations orbitales standard ;
Éphémérides ultra-rapides - éphémérides ultra-urgentes calculées en IGS.
4 Dispositions générales
4.1 Les éphémérides précises des satellites GNSS contiennent des informations sur l'emplacement du satellite en orbite, obtenues après des mesures de trajectoire et décrivant son mouvement réel.
4.2 Les éphémérides précises des satellites GNSS devraient fournir :
- la construction de réseaux géodésiques satellitaires d'État (FAGS, VGS, SGS-1), ainsi que la consolidation, la diffusion et la clarification des systèmes de coordonnées adoptés ;
- détermination de la position spatiale des objets dans les systèmes de coordonnées d'état avec une grande précision (plusieurs millimètres de SKP) lors de la résolution de problèmes géodésiques sur de longues distances (jusqu'à plusieurs milliers de kilomètres) ;
- utilisation efficace de systèmes différentiels basés sur des déterminations de coordonnées relatives (différence) à des fins de navigation précise, lorsque l'erreur tolérée des déterminations de navigation en temps réel ne doit pas dépasser 1 m ou des valeurs encore inférieures ;
- mise en œuvre de méthodes modernes de détermination de coordonnées à partir d'observations de satellites GNSS utilisant la technologie RRR, permettant une localisation en temps réel avec SCP de 0,1 à 0,2 m.
4.3 La fourniture au consommateur d'éphémérides précises est assurée par les centres d'éphémérides précises.
Un diagramme approximatif d'un CTE typique est présenté à la figure 1.
Figure 1 - Schéma du centre des éphémérides précises
5 Conditions de nomination
5.1 Le Centre pour les éphémérides précises est conçu pour calculer et fournir au consommateur des éphémérides précises des satellites GLONASS GNSS, y compris des éphémérides rapidement mises à jour (ultra-urgentes), mises à jour (urgentes) et précises (finales), ainsi que l'accumulation et la fourniture de mesures satellitaires des points FAGS au format RINEX.
Lors de la détermination des éphémérides, des mesures de phase sont utilisées, effectuées par un équipement satellitaire géodésique à double fréquence aux points d'observation GNSS permanents (points FAGS).
5.2 Principales tâches du CTE :
- réception rapide des informations de mesure via les canaux de communication électroniques des points FAGS et des points d'observation internationaux GLONASS/GPS (y compris les points IGS) ;
- traitement et décodage des informations de mesure afin de contrôler la qualité des mesures entrantes, d'identifier les erreurs grossières et de convertir les fichiers de mesure dans un format commun nécessaire au calcul ultérieur des paramètres déterminés ;
- accumulation des résultats d'observation sous forme originale ou principalement traitée (conservation d'archives de données) ;
- analyse et traitement mathématique des fichiers de mesures quotidiennes de toutes les stations du réseau afin de calculer les paramètres orbitaux des satellites GNSS et les paramètres de rotation de la Terre avec une résolution de plusieurs heures à deux jours ;
- clarification des éphémérides aéroportées ;
- traitement conjoint des données reçues et calcul des éphémérides précises des satellites GLONASS ;
- l'enregistrement et la transmission de données avec des éphémérides précises aux consommateurs via des canaux de communication ;
- calcul des coordonnées et des vitesses de déplacement des points FAGS et IGS avec une résolution de (1-3) mois ;
- interaction d'informations avec les centres d'analyse internationaux faisant partie de l'IGS, de l'IERS, etc. pour l'échange de données à des fins de contrôle et d'éventuelle coopération pour déterminer les éphémérides GLONASS précises ;
- mener des activités scientifiques et analytiques, y compris le développement et la coordination de formats de présentation et de méthodes de traitement des informations satellitaires.
6 Exigences matérielles et logicielles
6.1 Le matériel du CTE comprend :
- un serveur aux performances suffisamment élevées, une grande quantité de RAM et de mémoire disque et des moyens d'accès aux réseaux externes via Internet ;
- des postes de travail automatisés de traitement de données basés sur des ordinateurs personnels, réunis par un réseau informatique local ;
- des moyens d'archivage et de stockage à long terme des données ;
- des moyens d'afficher les données de sortie et de préparer d'éventuelles newsletters pour les consommateurs ;
- des équipements de redondance qui assurent le fonctionnement ininterrompu de la centrale de chauffage.
6.2 Le logiciel et les mathématiques du CTE comprennent les composants suivants :
- des programmes de gestion de réseaux locaux qui garantissent un fonctionnement coordonné de toutes les installations DTE ;
- un ensemble de programmes de contrôle des équipements d'échange de données via des canaux externes ;
- programmes de maintenance de bases de données ;
- des programmes de traitement des résultats d'observation et de calcul des éphémérides satellites ;
- des logiciels de traitement mathématique des résultats d'observation et de calcul des paramètres de rotation de la Terre ;
- des programmes de préparation des données de sortie pour les consommateurs ;
- les programmes qui assurent le fonctionnement du site Internet du CTE.
7 Exigences de sortie
7.1 Les données de sortie du DTE comprennent les éphémérides des types de satellites GNSS suivants :
- rapidement mis à jour (analogue des éphémérides Ultra-Rapid) ;
- mis à jour (analogue des éphémérides rapides);
- précis (analogue des éphémérides finales).
7.2 Les éphémérides émises par le TsTE sont calculées sur la base de mesures effectuées aux points d'observation GNSS opérationnels en permanence du réseau mondial et aux points FAGS. La répartition des points d'observation sur le globe doit, si possible, être uniforme. Les points d'observation permanents (points FAGS) doivent avoir des coordonnées exactes dans le système de coordonnées géocentriques ; la valeur de l'erreur quadratique moyenne dans les positions relatives des points est d'environ (0,01-0,03) m.
7.3 Le délai de délivrance est :
- pour les éphémérides mises à jour rapidement (extrêmement urgentes) - de 3 à 9 heures ;
- pour les éphémérides mises à jour (urgentes) - de 17 à 41 heures ;
- pour les éphémérides exactes (finales) - de 12 à 18 jours.
7.4 Des éphémérides précises devraient permettre de déterminer les coordonnées des satellites GNSS avec une précision de l'ordre de (0,05-0,10) m.
7.5 Les résultats des calculs d'éphémérides sont présentés sous forme de fichiers au format SP3, acceptés dans les centres de données satellitaires internationaux et nationaux.
7.6 Les fichiers de mesure des points FAGS sont stockés dans une base de données et fournis au consommateur dans l'une des versions du format RINEX.
7.7 Les éphémérides calculées sont publiées sur le site Internet de TsTE, et sont également fournies au consommateur via l'adresse Internet ou sur demande.
Bibliographie
Format standard d'informations orbitales étendues SP3-c (version 3) |
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RINEX : Format d'échange de données indépendant du matériel (version 2.11) |
|
RINEX : Format d'échange de données indépendant du matériel (version 3.02) |
CDU 629.783 : 006.354 | |
Mots clés : système mondial de navigation par satellite, centre d'éphémérides précises, exigences générales, point permanent, réseau géodésique par satellite |
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Texte du document électronique
préparé par Kodeks JSC et vérifié par rapport à :
publication officielle
M. : Standartinform, 2015