Какова точность сегодняшней системы ГПС?

Сообщение №34784 от alexandr 29 июля 2004 г. 02:09
Тема: Какова точность сегодняшней системы ГПС?

По дороге с работы повстречал двух знакомых студентов возившихся на пустыре недалеко от геологического факультета с чем то напоминаюшим пару теодолитов. Как оказалось - приемников ГПС (GPS).

Согласно словам студентов эти "теодолиты" могут определять абсолютные координаты с точностью до нескольких миллиметров (!!!).

Антенна их ГПС приемника представляет собой плоскую тарелку размером сантиметров 30 установленную горизонтально на треноге. Задачей студентов было определение расстояний между реперными точками (представляюшими из себя замурованные в бетон на уровне земли латунные штыри толшиной с сантиметр) разнесенными на несколько километров друг от друга. Антенна на треноге устанавливается горизонтально (по встроенному уровню с пузырьком) и как можно точнее над реперным штырем (в середине антенны снизу имеется крючок к которому подвешивается отвес с коническим грузиком на конце который надо совместить как можно точнее с центром реперного штыря земле). Студенты как раз устанавливали антенну и калибровали приемник. Они утверждают что расстояние между реперными точками (находяшимися на двух разных тектонических плитах по обе стороны тектонического разлома в несколькиx километрax друг от друга) за год (с прошлого лета) увеличилось почти на 2 сантиметра (то есть одна плита отошла от другой на два сантиметра).

Неужели ГПС имеет такую высокую точность (в несколько миллиметров)?! Да еше и такую стабильность - чтобы за год уход координатных осей не превысил нескольких миллиметров? Как то слабо верится в это - столько много переменных факторов может влиять на таком уровне (даже погода - уменьшение давления воздуха на 1% вызывает увеличение скорости света в воздухе на ~1км/сек и соответственно стаскивает координату (при толшине атмосферы ~8 км) на 2-3 сантиметра. Правда в среднем стаскивает вверх - если усреднять по нескольким спутникам. Еше есть флуктуируюший показатель преломления ионосферы, флуктуируюшие траектории спутников (из за влияния Луны, Солнца и планет), есть тектонические приливы и отливы, и множество других факторов.

Также интересно - а что принимается за координатные оси ГПС? Вернее, какая точка на Земном шаре щитается "по определению" неподвижной (ведь все плиты движутся кто куда)? Наверное, Пентагон?

Студенты также говорят что те приемники с которыми они работают, дороги - весь комплекс (два приемника и два мини-компьютера к ним - размером с тестер каждый и с разьемом для сливания данных в PC) стоит около $50К (тогда как бытовые приемники ГПС стоят в пределах $100-$500.

Вполне возможно что эти приемники работают на разных диапазонах (скажем, более точный - для военных и геологов, a другой для широкой публики - охотников, яхтсменов и так далее - кому все равно такая точность ни к чему).



Отклики на это сообщение:

> Согласно словам студентов эти "теодолиты" могут определять абсолютные координаты с точностью до нескольких миллиметров (!!!).

Наврали они Вам!
Кстати, а про погрешности (а не про точности) они Вам ничего не сказали?
И Вы поняли, что такое «абсолютные координаты»? И относительные?
Точность чего определяют они?
Корпуса прибора? Какой точки корпуса? И тд и тп…
А что «траектории флюктуируют» это Вы метко заметили. Правда, не понятно, почему упомянули только «влияние Луны, Солнца и планет».
Короче, они Вам мОзги пудрили не про GPS.


Американцы применяли систему GPS в Ираке для навигации и спутникового наведения ракет. Во время этой кампании им удавалось определить положение объектов с точностью лишь до 2-3 метров. Это максимальная точность, которую удалось достичь в системе GPS. До миллиметров еще далеко.


> > Согласно словам студентов эти "теодолиты" могут определять абсолютные координаты с точностью до нескольких миллиметров (!!!).

> Наврали они Вам!
> Кстати, а про погрешности (а не про точности) они Вам ничего не сказали?
> И Вы поняли, что такое «абсолютные координаты»? И относительные?
> Точность чего определяют они?
> Корпуса прибора? Какой точки корпуса? И тд и тп…
> А что «траектории флюктуируют» это Вы метко заметили. Правда, не понятно, почему упомянули только «влияние Луны, Солнца и планет».
> Короче, они Вам мОзги пудрили не про GPS.

Нет, не пудрили.
В Геодезические работы с помощью GPS читаем:

"GPS приёмники геодезического класса измеряют фазу в пределах цикла несущей. Длины волн L1 и L2 известны, поэтому дальности до спутников можно определить, добавив фазовый домер к общему числу длин волн между спутником и антенной.

Определение полного числа циклов несущей (длин волн) между антенной и спутником называется разрешением неоднозначности - поиском целого значения числа длин волн. Для измерений в режиме с постобработкой (РР), который используется для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется во время обработки на компьютере. Для измерений в реальном времени, которые используются для определения местоположения с точностью на уровне сантиметра, это целое значение определяется в течение процесса называемого инициализацией.

Концепции геодезических GPS измерений

Для геодезических GPS измерений необходимо одновременное наблюдение одних и тех же четырёх (или более) спутников, по крайней мере, двумя GPS приёмниками. Хотя вы можете использовать и более двух приёмников, в этом руководстве мы ограничимся обсуждением использования лишь двух: базовый приёмник и приёмник - ровер.

Базовый приёмник в течение всего процесса измерений располагается на пункте геодезической основы с известными координатами. Ровер перемещается по определяемым точкам или участвует в процессе выноса точек в натуру. Результатом объединения данных, полученных этими двумя приёмниками, является пространственный вектор между базой и ровером. Этот вектор называется базовой линией.

Методы GPS измерений

Кинематические и дифференциальные методы подходят для измерений в реальном времени или с постобработкой. Быстрая статика подходит для измерений только с постобработкой.

Кинематика

В кинематике Stop&Go используются фазовые измерения от четырёх или более спутников, общих для ровера и базы. Для достижения точности на уровне сантиметра сначала нужно инициализировать измерения. Инициализация может быть достигнута различными способами:

При использовании одночастотных приёмников измерения инициализируют, устанавливая ровер на пункте с известными координатами, или на определяемой точке, или с помощью специальной штанги для инициализации. Штанга для инициализации задаёт жёсткую искусственную базовую линию.

При использовании для измерений в реальном времени двухчастотных приёмников, установите ровер над определяемой точкой или над пунктом с известными координатами. Если ровер имеет возможность On-The-Fly (OTF) (непрерывная) инициализации и в поле зрения антенны имеются, по крайней мере, пять общих спутников, инициализация произойдёт в процессе перемещения ровера. Если Вы используете двухчастотные приёмники для измерений с постобработкой, OTF инициализация предпринимается, независимо от того, установлена в приёмнике эта возможность или нет.

Если во время измерений число общих спутников станет меньше четырёх, измерения должны быть повторно инициализированы, после появления четырёх или более спутников."

Здесь описана "дифференциальная GPS - DGPS. С ее использованием погрешности местоопределения уменьшаются до метров и ниже."

А здесь можно увидеть "тарелку на треноге, такую, как видел alexandr:)



(1) На математике один участник форума сказал:
При ответе вы не имеете права ссылаться на чье-либо мнение, за все сказанное отвечаете вы.

Значит, Вы считаете, что координаты GPS-спутников определяются с погрешностью, меньшей одного миллиметра? Относительно чего этот мм?

(2) САМ sleo (вероятно, он же главный редактор журнала «Компьютера»), где-то кому-то сказал, что Наука - это, прежде всего, язык.

Мне же очень нравится язык александра.
У него движение спутников возмущается трением (т.е. силой негравитационного характера) со стороны Луны.
(Кстати, как Вы sleo думаете, как александр понимает, что Луна каждые 100 лет (вроде (или каждый год?)) удаляется от Земли на 4 см?).
У него точки могут не только гравитирующими, но и орбитирующими.
Он «ощущает» приливную волну, движущуюся по поверхности Земли, когда над ним пролетает МКС.
А теперь он вводит в наше употребление новый термин: «флюктуирование траекторий спутников».


>
> (1) На математике один участник форума сказал:
> При ответе вы не имеете права ссылаться на чье-либо мнение, за все сказанное отвечаете вы.

> Значит, Вы считаете, что координаты GPS-спутников определяются с погрешностью, меньшей одного миллиметра? Относительно чего этот мм?

Не, насчет координат GPS-спутников я так не считаю. Не обязательно погрешность координат GPS-спутников должна быть менее одного миллиметра, чтобы обеспечить требуемую геодезическую точность на поверхности Земли. В измерительных делах применяют массу приемов по снижению погрешностей, избавлению от шумов и т.п.

> (2) САМ sleo (вероятно, он же главный редактор журнала «Компьютера»), где-то кому-то сказал, что Наука - это, прежде всего, язык.

> Мне же очень нравится язык александра.
> У него движение спутников возмущается трением (т.е. силой негравитационного характера) со стороны Луны.

Нет, от Луны, конечно, действует сила гравитационного характера. Но сила трения тоже может быть "включена" в задачу, ибо приливы создают неоднородность распределения масс, а эта неоднородность:
а)движется по поверхности тела (диссипация!);
б)создает дополнительное грав. поле.

> (Кстати, как Вы sleo думаете, как александр понимает, что Луна каждые 100 лет (вроде (или каждый год?)) удаляется от Земли на 4 см?).

По-моему, на 4 см в год. Сейчас этот эффект связывают с приливным эффектом. Можно рассмотреть это подробно, но сейчас ограничен временем.

> У него точки могут не только гравитирующими, но и орбитирующими.
> Он «ощущает» приливную волну, движущуюся по поверхности Земли, когда над ним пролетает МКС.
> А теперь он вводит в наше употребление новый термин: «флюктуирование траекторий спутников».


> Наврали они Вам!

Нет, не наврали. Сегодня разговаривал с иxним деканом - он подтвердил что действительно рабочая точность приемников - порядка 5-10 мм. Используется два идентичныx приемника одновременно разнесенные на несколько метров, которые синxронно записываюс сигнал на портативные компьютеры, а потом оба сигнала скачиваются в PC где и происxодит иx сложение и интерференция - в результате чего и достигается точность гораздо меньше чем длина волны (=25 cм).

> Кстати, а про погрешности (а не про точности) они Вам ничего не сказали?

Нет, ничего. Сказали только что иx задачей является монитор (наблюдение за) относительного движение двуx плит по двум парам реперныx точек (по обе стороны от разлома между плитами - расстояние около 5 километров друг от друга) в течение года (а не измерение абсолютныx координат.)

> И Вы поняли, что такое «абсолютные координаты»? И относительные?

GPS использует геостационарную систему отсчета (так называемую WGS-84) с центром в центре масс Земли и осями направленными вдоль средней оси врашения Земли (за период наблюдения с 1900 по 1905 год) и в направлении международного меридиана, который наxодится около Гринвичского меридиана и который не связан (в отличие от Гринвича) жестко ни с какой точкой на Земле, а определяется так чтобы в среднем все тектонические плиты относительно него не двигались (то есть чтобы в среднем вся земная кора относительно него не врашалась). От этиx двуx направлений отсчитываются абсолютные сферические координаты ГПС (долгота и широта).

Высота определяется как разница между расстоянием до центра масс Земли и поверxностью стандартного земного еллипсоида с полуосями 6378137.00 м и 6356750.50 м. Точность определяется в основном точностью с которой определяется относительное положение тектоническиx плит - и в насояшее время составляет порядка сантиметра (поетому об абсолютныx координатаx WGS-84 имеет смысл говорить с такой же точностью).

Все измеренные ГПС координаты в конечном счете пересчитываются в WGS-84 координаты.

Тем не менее относительны координаты двуx достаточно близкиx точек на поверxности Земли можно в принципе измерить с гораздо большей точностью. Наиболее точны оптические интерференционные методы точость которыx может составлять тысячные доли длины волны (то есть десятки пикометров) для километровыx расстояний в вакууме (и зависит в основном от стабильности длины волны используемого лазера). Но иx точность на открытом воздуxе сильно ограничена движениями потоков воздуxа и турбулентностями.

> Точность чего определяют они?
> Корпуса прибора? Какой точки корпуса? И тд и тп…

Как я уже сказал - центра антенны.

> Короче, они Вам мОзги пудрили не про ГПС.

Если лично вы ничего не смыслите в геодезическиx GPS измеренияx - то не надо огулом xаять высказывания другиx которые непосредственно работают c GPS. Я думаю эти студенты получше вас разбираются - в том что они измеряют, и что потом обрабатывают на компьютере.

Я вот тоже сомневался что такая (суб-сантиметровая) точность измерений координат (пусть относительныx а не абсолютныx) доступна GPS приборам. А сегодня, например, узнал (от теx же студентов) что в южной Kалифорнии уже лет 5 работает сеть автономныx ГПС приемников (поxожиx на те что они используют) следяшая за медленными тектоническими перемешениями коры. Можете сами почитать про эту сеть на нете: http://www.scign.org/

Достигнутая там к настояшему времени точность измерения скоростей движения разныx участков почвы разнесенныx десятками километров оценивается даже не в несколько миллиметров, а на порядок выше - в 0.5 миллиметрa в год (!).



> Наврали они Вам!

Нет, не наврали. Сегодня разговаривал с иxним деканом - он подтвердил что действительно рабочая точность приемников - порядка 5-10 мм. Используется два идентичныx приемника одновременно разнесенные на несколько метров, которые синxронно записываюс сигнал на портативные компьютеры, а потом оба сигнала скачиваются в PC где и происxодит иx сложение и интерференция - в результате чего и достигается точность гораздо меньше чем длина волны (=25 cм).

> Кстати, а про погрешности (а не про точности) они Вам ничего не сказали?

Нет, ничего. Сказали только что иx задачей является монитор (наблюдение за) относительного движение двуx плит по двум парам реперныx точек (по обе стороны от разлома между плитами - расстояние около 5 километров друг от друга) в течение года (а не измерение абсолютныx координат.)

> И Вы поняли, что такое «абсолютные координаты»? И относительные?

GPS использует геостационарную систему отсчета (так называемую WGS-84) с центром в центре масс Земли и осями направленными вдоль средней оси врашения Земли (за период наблюдения с 1900 по 1905 год) и в направлении международного меридиана, который наxодится около Гринвичского меридиана и который не связан (в отличие от Гринвича) жестко ни с какой точкой на Земле, а определяется так чтобы в среднем все тектонические плиты относительно него не двигались (то есть чтобы в среднем вся земная кора относительно него не врашалась). От этиx двуx направлений отсчитываются абсолютные сферические координаты ГПС (долгота и широта).

Высота определяется как разница между расстоянием до центра масс Земли и поверxностью стандартного земного еллипсоида с полуосями 6378137.00 м и 6356750.50 м. Точность определяется в основном точностью с которой определяется относительное положение тектоническиx плит - и в насояшее время составляет порядка сантиметра (поетому об абсолютныx координатаx WGS-84 имеет смысл говорить с такой же точностью).

Все измеренные ГПС координаты в конечном счете пересчитываются в WGS-84 координаты.

Тем не менее относительны координаты двуx достаточно близкиx точек на поверxности Земли можно в принципе измерить с гораздо большей точностью. Наиболее точны оптические интерференционные методы точость которыx может составлять тысячные доли длины волны (то есть десятки пикометров) для километровыx расстояний в вакууме (и зависит в основном от стабильности длины волны используемого лазера). Но иx точность на открытом воздуxе сильно ограничена движениями потоков воздуxа и турбулентностями.

> Точность чего определяют они?
> Корпуса прибора? Какой точки корпуса? И тд и тп…

Как я уже сказал - центра антенны.

> Короче, они Вам мОзги пудрили не про ГПС.

Если лично вы ничего не смыслите в геодезическиx GPS измеренияx - то не надо огулом xаять высказывания другиx которые непосредственно работают c GPS. Я думаю эти студенты получше вас разбираются - в том что они измеряют, и что потом обрабатывают на компьютере.

Я вот тоже сомневался что такая (суб-сантиметровая) точность измерений координат (пусть относительныx а не абсолютныx) доступна GPS приборам. А сегодня, например, узнал (от теx же студентов) что в южной Kалифорнии уже лет 5 работает сеть автономныx ГПС приемников (поxожиx на те что они используют) следяшая за медленными тектоническими перемешениями коры. Можете сами почитать про эту сеть на нете: http://www.scign.org/

Достигнутая там к настояшему времени точность измерения скоростей движения разныx участков почвы разнесенныx десятками километров оценивается даже не в несколько миллиметров, а на порядок выше - в 0.5 миллиметрa в год (!).



> > Наврали они Вам!

> Нет, не наврали.

Да, наврали!

Сегодня разговаривал с иxним деканом - он подтвердил что действительно рабочая точность приемников - порядка 5-10 мм.

Ну вот, видите! Ихний-то декан уже подбирается к сантиметру. Но и он лукавит, говорит про какую-то точность ПРИЕМНИКОВ.

Используется два идентичныx приемника одновременно разнесенные на несколько метров, которые синxронно записываюс сигнал на портативные компьютеры, а потом оба сигнала скачиваются в PC где и происxодит иx сложение и интерференция - в результате чего и достигается точность гораздо меньше чем длина волны (=25 cм).

А здесь уже речь идет не о приемниках, а некоторой системе, для которой приемники являются элементами системы.
И программное обеспечение уже специальное, - «сигнал записывается…».
Что - такое этот сигнал, не расшифровано.
А вспомните, какой заголовок Вы дали теме - «Точность системы ГПС».
Но это же уже не ГПС, в том виде, как её понимают «нормальные пользователи».

Согласно словам студентов эти "теодолиты" могут определять абсолютные координаты с точностью до нескольких миллиметров (!!!).

Где у Вас про абсолютные координаты ихний декан говорил?????

ЗЫ. Я понимаю, как в РС сигналы складывают, но как их там интерфирируют?


Невозможно удержаться от комментария :)

> А вспомните, какой заголовок Вы дали теме - «Точность системы ГПС».
> Но это же уже не ГПС, в том виде, как её понимают «нормальные пользователи».

Как следует из текста, нормальный пользователь -- это вы. А вы, насколько тоже следует из текста в GPS не понимаете почти ничего. Вероятно только по-наслышке, как и я, что есть такая железка к наладоннику и ноутбуку за 100-300 долларов, которая показывает твое положение на карте.


> Невозможно удержаться от комментария :)

> А вы, насколько тоже следует из текста в GPS не понимаете почти ничего.

Обоснуйте, как это следует из текста.
Вам ведь это как-то удалось понять! Из текста!


> > Невозможно удержаться от комментария :)

> > А вы, насколько тоже следует из текста в GPS не понимаете почти ничего.

> Обоснуйте, как это следует из текста.
> Вам ведь это как-то удалось понять! Из текста!

А разве это не очевидно?

Вам приводят: факты, технические характеристики приборов, точность калифорнийской сети GPS станций (0.5 мм/год); а вы тупо бормочете: "наврали".

Если кто здесь наврал - так это только вы (просто по причине вашей неосведомленности о GPS).

У вас это часто бывает - xаять огулом не разобравшись что к чему.


> Вам приводят: факты, технические характеристики приборов, точность калифорнийской сети GPS станций (0.5 мм/год); а вы тупо бормочете: "наврали".

Так Вы определитесь в своем понимании, что такое GPS.
Координаты любого пользователя сотовым телефоном тоже можно определять с определенной погрешностью.
Но это же не GPS!
Причем здесь калифорнийская сеть станций?
GPS - сугубо автономная система определения координат мобильных объектов.
А Вы ведете речь про какую-то иную систему, использующую сигналы спутников Навстар (GPS).
В Вашем исходном сообщении не было речи ни про какую кАлифорнийскую сеть.
С каждым новым сообщением вы используете всё новые и новые понятия.
Почитайте исходное свое сообщение про абсолютные координаты.
Про них Вам хотелось бы уже забыть????????
Действительно, какое-то бормотание бессодержательное начинается.


> > Вам приводят: факты, технические характеристики приборов, точность калифорнийской сети GPS станций (0.5 мм/год); а вы тупо бормочете: "наврали".

> Так Вы определитесь в своем понимании, что такое GPS.
> Координаты любого пользователя сотовым телефоном тоже можно определять с определенной погрешностью.
> Но это же не GPS!
> Причем здесь калифорнийская сеть станций?
> GPS - сугубо автономная система определения координат мобильных объектов.
> А Вы ведете речь про какую-то иную систему, использующую сигналы спутников Навстар (GPS).
> В Вашем исходном сообщении не было речи ни про какую кАлифорнийскую сеть.
> С каждым новым сообщением вы используете всё новые и новые понятия.
> Почитайте исходное свое сообщение про абсолютные координаты.
> Про них Вам хотелось бы уже забыть????????
> Действительно, какое-то бормотание бессодержательное начинается.

Насколлько я слышал, как обычный пользователь компутера, GPS и в африке та же самая GPS, что и в калифорнии. А GPS-системы на земле сравнивают сигналы от спутников и по ним вычисляют свои координаты относительно положений спутников. Разумеестся,что точность таких "абсолютных" координат не может достигать милиметров. Но вполне допускаю, что что она может быть около метра. Если GPS приемники умные и могут общаться между собой если находятся в прямой видимости,
то вполне допускаю, что точность их относительных кординат можно повысить на пару порядков. Это мои чисто интуитивные соображения. Мне когда-то рассказывазывали, как эта штука работает, но я уже забыл.
А насчет терминологии, я много общался на всякие темы и знаю, что все люди немного по-разному понимают одни и те же слова. Флюктуация орбиты спутника -- мне вполне понятно, что имелось ввиду. И если вы чего-то не поняли, то это ваши проблемы.
Фейнман как-то на лекции воскликнул после очередного вопроса: Вы слушайте, что я имею ввиду, а не то, что я говорю! Каждый имеет право так сказать.


> Почитайте исходное свое сообщение про абсолютные координаты.
> Про них Вам хотелось бы уже забыть????????
> Действительно, какое-то бормотание бессодержательное начинается.

Сказали же вам - несколько миллиметров. А вы все талдычите: наврали.

Нечего хаять не зная броду.

Вот, почитайте сами: абсолютные горизонтальные координаты (долгота и широта) стационарных геодезических приемников аккуратны с точностью до 3 мм, а абсолютная вертикальная координата (высота над стандартным земным еллипсоидом WGS-84) - с точностью до 6 мм:

http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html


> Насколлько я слышал, как обычный пользователь компутера, GPS и в африке та же самая GPS, что и в калифорнии.

«Вот ыммно, вот ымменно», как говорит один герой ТВ.

GPS у всех одна и та же, а калифорнийской сети, ни в Африке, ни в Антарктиде НЕТ!
Но в рекламе то ничего не сказано, как зависит погрешность навигации с помощью описанных (не в смысле, что на них писали) в рекламе приемников за 50 $КБ.

Кстати, пока мы с вами здесь торговались «врали - не врали» треноги уже подорожали и цена их стала (см. ссылку САМОГО sleo) 338 129 рублей 83 копейки за штуку.

Как вы представляете оплатить 3 копейки.. А очень просто - покупайте сразу десять штук и у вас проблем с оплатой не будет.

САМ sleo говорил, что у рекламы свои законы, а у треног - свои.

> А GPS -системы на земле сравнивают сигналы от спутников и по ним вычисляют свои координаты относительно положений спутников.

Нет не сравнивают.
Но что «вычисляют свои координаты относительно положений спутников» Вы правы и поэтому не могут погрешности определения координат на одном приемнике быть меньше погрешностей определения координат НКА в описанной Александром (то же замечание, как было и выше) абсолютной системе координат.

Конечно, если на помощь призвать всю калифорнийскую сеть, то погрешность может быть понижена, но это будет уже не GPS. Вы, вероятно, заметили, что в ЖПС-е первое слово ГЛОБАЛЬНАЯ. Но может быть Вы подразумеваете KPS (К- калифорнийская)?

> Разумеестся,что точность таких "абсолютных" координат не может достигать милиметров. Но вполне допускаю, что она может быть около метра.

Разумеется.

И если им дать достаточное время на обработку. И если…. Вот в Москве построили Триумф Палас, - самое высокое здание в Европе. Если на его шпиле установить приемник ЖПС, то можно, вероятно, с помощью его измерять только направление ветра (по деформации здания)

> Если GPS приемники умные и могут общаться между собой если находятся в прямой видимости, то вполне допускаю, что точность их относительных кординат можно повысить на пару порядков.

Не думаю, что на пару. Но для относительных могут быть высокие достижения

> Флюктуация орбиты спутника -- мне вполне понятно, что имелось ввиду. И если вы чего-то не поняли, то это ваши проблемы.

Я не поняла.
А если Вы поняли, то поделитесь гипотезой.
Вот, Навстар (ЖПС) Штаты построили на базе изотрассовых орбит, а ГЛОНАСС не использует повторение трасс. Как Вы думаете с точки зрения «флюктуации орбит», какая орбитальная архитектура лучше?

> Фейнман как-то на лекции воскликнул после очередного вопроса: Вы слушайте, что я имею ввиду, а не то, что я говорю! Каждый имеет право так сказать.

Я не присутствовала на лекциях Феймана.
Но думаю, что в данном случае Ваш учитель неправ.
Лучше высказываться ясно и однозначно.
Это признак квалификации.


> Американцы применяли систему GPS в Ираке для навигации и спутникового наведения ракет. Во время этой кампании им удавалось определить положение объектов с точностью лишь до 2-3 метров. Это максимальная точность, которую удалось достичь в системе GPS. До миллиметров еще далеко.

Вот вам координаты (долгота, широта и высота) наземных ГПС приемников разбросанных по всему земному шару и следяших за перемешениями земной коры (а также их скорости движения за год). Обратите внимание на последние три колонки (точность в измерении координат) - ошибка практически везде находится в суб-миллимитровом диапазоне:

http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/all/table2.txt


> > Насколлько я слышал, как обычный пользователь компутера, GPS и в африке та же самая GPS, что и в калифорнии.

> «Вот ыммно, вот ымменно», как говорит один герой ТВ.
Извините, не знаком.

> GPS у всех одна и та же, а калифорнийской сети, ни в Африке, ни в Антарктиде НЕТ!
> Но в рекламе то ничего не сказано, как зависит погрешность навигации с помощью описанных (не в смысле, что на них писали) в рекламе приемников за 50 $КБ.

> Кстати, пока мы с вами здесь торговались «врали - не врали» треноги уже подорожали и цена их стала (см. ссылку САМОГО sleo) 338 129 рублей 83 копейки за штуку.

> Как вы представляете оплатить 3 копейки.. А очень просто - покупайте сразу десять штук и у вас проблем с оплатой не будет.
а в банковских расчетах учитывается все до копейки.

> САМ sleo говорил, что у рекламы свои законы, а у треног - свои.
Ну уж если сам говорил...

> > А GPS -системы на земле сравнивают сигналы от спутников и по ним вычисляют свои координаты относительно положений спутников.

> Нет не сравнивают.
> Но что «вычисляют свои координаты относительно положений спутников» Вы правы и поэтому не могут погрешности определения координат на одном приемнике быть меньше погрешностей определения координат НКА в описанной Александром (то же замечание, как было и выше) абсолютной системе координат.
Как это не сравнивают? Зачем же им 4 спутника надо?

> Конечно, если на помощь призвать всю калифорнийскую сеть, то погрешность может быть понижена, но это будет уже не GPS. Вы, вероятно, заметили, что в ЖПС-е первое слово ГЛОБАЛЬНАЯ. Но может быть Вы подразумеваете KPS (К- калифорнийская)?

> > Разумеестся,что точность таких "абсолютных" координат не может достигать милиметров. Но вполне допускаю, что она может быть около метра.

> Разумеется.

> И если им дать достаточное время на обработку. И если…. Вот в Москве построили Триумф Палас, - самое высокое здание в Европе. Если на его шпиле установить приемник ЖПС, то можно, вероятно, с помощью его измерять только направление ветра (по деформации здания)

> > Если GPS приемники умные и могут общаться между собой если находятся в прямой видимости, то вполне допускаю, что точность их относительных кординат можно повысить на пару порядков.

> Не думаю, что на пару. Но для относительных могут быть высокие достижения

Вот видите, вы уже вполне согласны :)

> > Флюктуация орбиты спутника -- мне вполне понятно, что имелось ввиду. И если вы чего-то не поняли, то это ваши проблемы.

> Я не поняла.
> А если Вы поняли, то поделитесь гипотезой.
> Вот, Навстар (ЖПС) Штаты построили на базе изотрассовых орбит, а ГЛОНАСС не использует повторение трасс. Как Вы думаете с точки зрения «флюктуации орбит», какая орбитальная архитектура лучше?

Не имею мыслей на этот счет.
Англо-русский словарь:
флуктуация: колебание, неустойчивость, отклонение.
His mood fluctuates with the weather.
Это вполне обычное слово, а не только технический термин.
Вполне понятно, что имелось ввиду. Отклонение от идеальной орбиты, расчитенной без учета луны, какого-нить трения и прочих возмущающих факторов.

> > Фейнман как-то на лекции воскликнул после очередного вопроса: Вы слушайте, что я имею ввиду, а не то, что я говорю! Каждый имеет право так сказать.

> Я не присутствовала на лекциях Феймана.
> Но думаю, что в данном случае Ваш учитель неправ.
> Лучше высказываться ясно и однозначно.
> Это признак квалификации.

Да, пожалуй, Фейнман -- мой учитель. Заочный. Его лекции сильно повлияли на мое мировоззрение. Уж прав или не прав он был, я не знаю. Просто он так сказал :)

Квалификация людей не нуждается в признаках. Разве что при приеме на работу. Однако, мне приходилось принимать на работу, да и экзамены тоже. Никогда не пользовался подобным признаком. Чтобы студент или аспирант дал четкое продуманное определение или формулировку -- такого почти небывало. Разве что девочки в школе хорошо заучивают формулировки из учебника (да толку мало обычно). Мой основной признак такой. Соискатель должен уметь поддерживать беседу, т.е. демонстрировать, что он понимает мои вопросы, что-то на них отвечает вполне разумное. На экзамене еще нужно, чтобы студент умел решать задачи. Правильный ответ обычно демонстрирует, что он хорошо понимает точные формулировки задач. Обычно я пытаюсь выяснить пределы знаний, т.е. границу между тем, что человек что-то знает хотябы по-наслышке, и тем о чем он совсем никакого понятия не имеет.
Однако, полагаю, признак отсутствия квалификации -- категоричные высказвания.


> > Кстати, а про погрешности (а не про точности) они Вам ничего не сказали?

> Нет, ничего. Сказали только что иx задачей является монитор (наблюдение за) относительного движение двуx плит по двум парам реперныx точек (по обе стороны от разлома между плитами - расстояние около 5 километров друг от друга) в течение года (а не измерение абсолютныx координат.)

Действительно, миллиметровая точность достигается при относительных (не абсолютных!) измерениях.
Уточню по поводу Trimble Total Station 5700. Нашел более ясное пояснение принципа работы:
Что такое eRTK?
Как следует из статьи, речь не идет об абсолютной привязке.
Но все равно результаты впечатляющие. Получить на сотне километров точность в 1 см - труднопредставимо...

Что касается координат GPS-станций, то они вполне могут быть определены независимыми измерениями (астрономическими и т.п.), или путем долговременной (порядка месяцев) обработки GPS-данных.


Уже не впервой приходите на помощь в трудную минуту!
А то Кукуруза меня совсем затюкал.
Говорит, что «категоричные высказывания - признак отсутствия квалификации».

А я то думала наоборот. Высказываясь однозначно, человек рискует своей репутацией, если его опровергнут.

Основной оппонент потихонечку уползает от исходной посылки:
По дороге с работы повстречал двух знакомых студентов возившихся на пустыре недалеко от геологического факультета с чем то напоминающем пару теодолитов. Как оказалось - приемников ГПС (GPS).
Согласно словам студентов эти "теодолиты" могут определять абсолютные координаты с точностью до нескольких миллиметров (!!!).

Забавное совпадение.
Вчера поздно вечером по Российскому телевидению шел штатовский фильм: «Скала». Одним из мотивов в фильме - занижение официальным Вашингтоном заявленных погрешностей GPS.

То, что фильм пользуется успехом, отражает тот факт, что в сегодняшних газетах фотография Николаса Кейджа (сыгравшего блестяще главную роль в этом фильме. В фильме играет и Шон Коннери) с некоторыми подробностями личной жизни Николаса. Ему 40 лет, женился третий раз на 20-ти летней американке корейского происхождения, бывшей официантке одного из баров Лос-Анжелеса. Интересно, что второй женой у него была дочь короля рок-н-рола Лизе Мари Пресли.


> Конечно, если на помощь призвать всю калифорнийскую сеть, то погрешность может быть понижена, но это будет уже не GPS. Вы, вероятно, заметили, что в ЖПС-е первое слово ГЛОБАЛЬНАЯ. Но может быть Вы подразумеваете KPS (К- калифорнийская)?

Вот вам координаты (долгота, широта и высота) наземных ГПС приемников разбросанных по всему земному шару - сеть, частью которой является упомянутая выше калифорнийская сеть. По координатам нетрудно выяснить что некоторые приемники установлены в России (в том числе под Москвой). Так что опять вы промаxнулись - сеть очень даже ГЛОБАЛЬНАЯ:

http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/all/table2.txt

Обратите внимание на последние три колонки (точность в измерении координат) - ошибка практически везде находится в суб-миллимитровом диапазоне.

> Вот, Навстар (ЖПС) Штаты построили на базе изотрассовых орбит, а ГЛОНАСС не использует повторение трасс. Как Вы думаете с точки зрения «флюктуации орбит», какая орбитальная архитектура лучше?

По моему, слово "флуктуации" пишется через букву у, а не через букву ю (xотя я уже лет 10 как в России не был - может уже и по другому пишется).

А с точки зрения флуктуаций орбит - очевидно что лучше высокие орбиты чем низкие (поменьше будут неоднородности гравитационного поля Земли из за всяких там континентов, горных массивов да океанов).

http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/all/table2.txt


> По моему, слово "флуктуации" пишется через букву у, а не через букву ю (xотя я уже лет 10 как в России не был - может уже и по другому пишется).

Можно писать и так и так. Это в словаре зафиксировано.
То, что по русски мало говорите, это заметно. Но понять можно вполне :)


> Уже не впервой приходите на помощь в трудную минуту!
> А то Кукуруза меня совсем затюкал.
> Говорит, что «категоричные высказывания - признак отсутствия квалификации».
> А я то думала наоборот. Высказываясь однозначно, человек рискует своей репутацией, если его опровергнут.

Благодарить, собственно, и не нужно. Я помогал не столько вам, сколько самому себе:). Дело в том, что вопрос о точности GPS, в частности, при геодезических исследованиях, имеет немалое прикладное значение. Я вначале подумал, что речь идет действительно о возможности определять абсолютные координаты с точностью до нескольких миллиметров. Найденная литература не давала прямого ответа на этот вопрос. Чтобы уточнить, я "вбросил" эту тему на другой форум. Из обсуждения я понял, что потропился, и речь все-таки идет об относительных измерениях.

> Забавное совпадение.
> Вчера поздно вечером по Российскому телевидению шел штатовский фильм: «Скала». Одним из мотивов в фильме - занижение официальным Вашингтоном заявленных погрешностей GPS.

Фильм не видел. Но вы заинтриговали, постараюсь посмотреть.


> > Конечно, если на помощь призвать всю калифорнийскую сеть, то погрешность может быть понижена, но это будет уже не GPS. Вы, вероятно, заметили, что в ЖПС-е первое слово ГЛОБАЛЬНАЯ. Но может быть Вы подразумеваете KPS (К- калифорнийская)?

> Вот вам координаты (долгота, широта и высота) наземных ГПС приемников разбросанных по всему земному шару - сеть, частью которой является упомянутая выше калифорнийская сеть. По координатам нетрудно выяснить что некоторые приемники установлены в России (в том числе под Москвой). Так что опять вы промаxнулись - сеть очень даже ГЛОБАЛЬНАЯ:

> http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/all/table2.txt

> Обратите внимание на последние три колонки (точность в измерении координат) - ошибка практически везде находится в суб-миллимитровом диапазоне.
>

Под Киевом расположен один из пунктов наблюдения за GPS-спутниками. Посмотрите данные IGS Station: glsv

Обратите внимание на графики "North Residuals", "East Residuals", "Height Residuals". Там указаны отклонения положения станции (в миллиметрах!) за этот год. Но что это за отклонения? Это: Position residuals (cumulative minus weekly)
for the past year. Другими словами, берется разница между значениями, одно из которых является "очень усредненным". Вы называете это значение абсолютными координатами, не меняющимися со временем?


GPS — большой и серьезный

Автор: Павел Юзефович
Опубликовано в журнале "Компьютерра" №45 от 30 ноября 2004 года.
http://offline.computerra.ru/2004/569/36864/

О GPS «Терра» писала много, даже очень. Боюсь, у читателя сложилось убеждение, что исключительное назначение этой штуки с кнопками — чтоб мимо Киева не проехать в темноте. Тем более странно, что всегда движущаяся «на фронтире» передовых технологий «КТ» почему-то упорно обходила вниманием то, какие точности стали достижимы благодаря этой спутниковой системе и как распорядиться этими точностями. А пока…

Вышла долгожданная пятая версия пакета BERNESE GPS Software, разработки Астрономического института Бернского университета (AIUB). Но прежде чем рассказать о ней подробнее, давайте выясним, что собой представляют и для чего вообще существуют профессиональные программы обработки GPS. Совершенно не случайно выход новой версии оказался приурочен к празднованию в Берне десятилетнего юбилея одного из самых успешных глобальных научных проектов современности (Эти громкие эпитеты принадлежат Герхарду Бойтлеру (Gerhard Beutler) из AIUB, профессору небесной механики, одному из «отцов-основателей» IGS. С материалами юбилейной сессии можно ознакомиться здесь: www.igsws2004.unibe.ch), успевшего оформиться в виде международной некоммерческой службы под скромной аббревиатурой IGS, что расшифровывается как International GPS Service for Geodynamics (www.igscb.jpl.nasa.gov). Чем она занимается? Главным образом, орбитами спутников GPS/GLONASS, а скоро, наверное, и Galileo. Что в ней примечательного? Хотя бы то, что точность, с которой выдается положение спутников в окончательных (IGS-final) эфемеридах — эта точность оценивается на уровне менее 5 сантиметров. Представьте себе спутник GPS размером порядка 5 метров (рис. 3), летящий на высоте 20,2 тыс. км над землей со скоростью 3 км/с — много ли вы назовете объектов вокруг нас, определенных во времени и пространстве с такой относительной погрешностью?

Сколько стоят черные ящики

Итак, мысленно вернемся на двенадцать лет назад и окинем взором, как стремительно осваивается человечеством новоявленное детище американской военной технологии, ставшее неожиданно достоянием каждого, у кого хватает средств купить эту пока очень недешевую игрушку, показывающую координаты. Рабочее созвездие в 17 из планируемых 24 спутников развернуто, загрубление SA (Selective Aviability) открытого C/A-кода уже включено, шифрование закрытого P-кода в более сложный Y-код — AS (Anti-Spoofing) еще предстоит. Попутно совершается революция в геодезии, — оказывается, для пары приемников их взаимное положение может определяться с поразительной точностью. Правда, эти приемники должны иметь в себе очень хороший генератор частоты и уметь записывать фазовые отсчеты одной, а лучше обеих несущих. Такие приборы, сразу занявшие нишу hi-end в GPS-технологиях, стали называть геодезическими, по прямому назначению. Выглядят они, разумеется, солиднее своих «прогулочных» собратьев, а их стоимость и теперь, спустя десятилетие, начинается от шести тысяч долларов, а тогда начиналась от двадцати. Вслед за пионерами в этой области Macrometer и Texas Instuments мировые лидеры электроники как от навигации, так и от геодезии устремились на новый рынок, не обходя и российские просторы, только что открывшиеся благодаря снятым ограничениям COCOM. Тогда мы услышали названия брэндов Trimble, Ashtech, Leica, позже к ним присоединятся другие, например, Javad и Торсоn. Встречный барьер из наших таможенников, чиновников связьнадзора и бдительных особистов в полном объеме будет тоже возведен позже.

Довольно скоро стало понятно, что реализация дифференциального метода определения координат (так стали называть этот способ вычисления взаимного положения станций с точностью 1–3 см) зависит не только (и даже не столько) от самого приемника, его аппаратной начинки и firmware, но и от софта постобработки (Не будем здесь касаться вычислений в реальном времени с использованием радиоканала, поскольку суть алгоритмов одна и та же), который будет формировать разности кодовых и фазовых отсчетов и решать на их основе довольно сложную математическую задачу нахождения комбинации целочисленных уложений волн между спутниками и приемниками — задачу «разрешения неоднозначности». Именно разрешение неоднозначности на измеренной двумя приемниками базовой линии определяет сегодня успех или неуспех проделанной геодезистами работы. Разумеется, у каждой фирмы в комплекте к приборам имелась подобная программа, и скоро появилась возможность сравнивать результаты.

Правда, перед этим пришлось разрешить одно техническое затруднение: поскольку каждый производитель поддерживал свой собственный формат хранения данных, необходимо было установить взаимопонимание между разными приемниками и софтом обработки. Для этого был введен универсальный текстовой формат RINEX (Receiver-INdependent EXchange). Его создателем стал Вернер Гертнер (Werner Gurtner) из того же AIUB. Ныне это стандартный формат обмена измерительных данных, навигационных сообщений и показаний метеосенсоров. Он читается всеми программами обработки GPS/GLONASS, а навыками чтения и редактирования RINEX-файлов владеет каждый грамотный геодезист.

О системах координат

Давайте спросим, в какой системе выдает координаты GPS-приемник.

— В WGS-84! – ответят грамотные пользователи.

— А почему?

— Потому что в этой системе заданы орбиты спутников, по которым он определяет свое положение!

Все правильно. Только, поскольку мы уже знаем точность навигационных орбит, полученные нами непосредственно координаты WGS-84 не могут быть точнее тех же двух-трех метров. Это и есть точность реализации системы WGS-84. IGS ввела свою систему геоцентрических координат на основе рекомендаций Международной службы вращения Земли (www.iers.org). Она называется ITRF и задается координатами некоторого набора пунктов (около 50), из числа наиболее стабильных и долговременных станций IGS, расположенных к тому же вдали от границ тектонических плит. Эфемериды спутников тоже выдаются в ITRF. Эту систему можно считать преемницей WGS-84 для достигнутого ныне уровня точностей. Обе системы имеют начало в центре масс Земли и задаются на равных эллипсоидах. Система ITRF претерпела несколько реализаций (последняя - ITRF2000), различающихся на сантиметровом уровне. Помимо координат, в ITRF заданы годовые скорости смещений, которые тоже со временем уточняются. По ним можно легко пересчитать координаты на нужную эпоху.

WGS-84 сейчас стала де-факто международной системой навигации. Все аэропорты мира, согласно требованиям ICAO, определяют свои аэронавигационные ориентиры в WGS-84. Россия не является исключением. С 1999 г. издаются распоряжения о ее использовании в системе нашей гражданской авиации (Последние распоряжения Минтранса № НА-165-р от 20.05.02 г. «О выполнении работ по геодезической съемке аэронавигационных ориентиров гражданских аэродромов и воздушных трасс России» и № НА-21-р от 04.02.03 г. «О введении в действие рекомендаций по подготовке … к полетам в системе точной зональной навигации …», см. www.szrcai.ru),  но до сих пор нет ясности в главном — станет ли эта информация открытой (иначе она теряет смысл), а это зависит от совсем других ведомств, к открытости не склонных. Для сравнения: координаты концов взлетно-посадочной полосы аэродрома с разрешением 0,01” (0,3 м) сегодня выдают Казахстан, Молдова и страны бывшей Прибалтики; 0,1” (3 м) — Украина и страны Закавказья; и только Россия, Белоруссия и вся Средняя Азия открывают эти важнейшие для навигации данные с точностью 0,1’ (180 м).

У нас есть и своя общеземная система координат, альтернатива WGS-84, которая используется в ГЛОНАСС. Она называется ПЗ-90, разработана нашими военными, и кроме них, по большому счету, никому не интересна, хотя и возведена в ранг государственной.

Наша государственная система координат - «Система координат 1942 г.», или СК-42, (как и пришедшая ей недавно на смену СК-95) отличается тем, что, во-первых, основана на эллипсоиде Красовского, несколько большем по размерам, чем эллипсоид WGS-84, и во-вторых, «наш» эллипсоид сдвинут (примерно на 150 м) и слегка развернут относительно общеземного. Всё потому, что наша геодезическая сеть покрыла шестую часть суши еще до появления всяких спутников. Эти отличия приводят к погрешности GPS на наших картах порядка 0,2 км. После учета параметров перехода (они имеются в любом Garmin’e) эти погрешности устраняются для навигационной точности. Но, увы, не для геодезической: точных единых параметров связи координат не существует, и виной тому локальные рассогласования внутри государственной сети. Геодезистам приходится для каждого отдельного района самим искать параметры трансформирования в местную систему.

Как и следовало ожидать, обнаружился некоторый разнобой в результатах (до 2-3 см на линиях от 10 км) на одних и тех же сырых измерительных данных, навигационной и прочей информации. Дело во-первых, в разных (и закрытых!) алгоритмах, во-вторых, конечно же, в несовершенстве учета влияния источников искажения сигнала (в основном это ионосферная и тропосферная рефракция), дающем о себе знать на расстояниях, начиная примерно с 20 км. Включая в свой достаточно наукоемкий софт соответствующие модели большей или меньшей сложности и адекватности, создатели коммерческих продуктов осознавали, что построение совершенной модели прохождения радиосигнала через атмосферу является задачей, не решаемой их одиночными усилиями. Здесь последнее слово оставалось за научным сообществом, которое, конечно, не могло удовлетвориться использованием GPS как набором «черных ящиков». Впрочем, со своими сугубо прикладными задачами эти программы и тогда справлялись хорошо, а сейчас еще лучше. Но на миллиметровые точности на расстояниях в сотни и тысячи километров претендуют другие программы, речь о которых еще впереди.

И все же на первом месте стояла другая проблема. Одним из существенных пробелов в то время была низкая точность бортовых эфемерид и показаний часов спутников. Последние намеренно искажались вплоть до мая 2000 года. Что касается орбит, то вспомним, как работает сегмент контроля и управления GPS. Пять станций слежения, расположенных вдоль экватора, обеспечивают траекторными измерениями вычислительный центр, в котором рассчитывают, а затем экстраполируют на сутки вперед орбитальные дуги. После чего эфемериды транслируются на спутники, чтобы через них дойти до пользователя в навигационных сообщениях. Точность предсказания орбиты тогда, как и сейчас, оценивалась в 3-10 метров. Считалось, что служба управления намеренно загрубляет бортовые эфемериды, как и поправки часов, чтобы предоставлять более точные значения военным. Однако сейчас, после снятия SA, представляется вероятным, что при такой конфигурации сегмента контроля она не способна получать орбиты точнее. Отметим, что на определение небольших приращений координат названная ошибка положения спутника практически не повлияет: погрешность базовой линии составляет около 1 мм на 10 км, однако все разработчики софта постобработки поспешили добавить у себя поддержку точных эфемерид.

Сеть станций IGS и скорости их перемещений вместе с тектоническими плитами, полученные по данным IGS.

Система GPS сразу после появления стала предметом особого интереса научного сообщества, что безусловно повлияло на ее статус. Несколько центров, занимающихся космической геодезией и геофизикой и входящих в Международную ассоциацию геодезии (IAG), увидели в GPS идеальный инструмент обкатки алгоритмов расчета движения спутников и перспективное средство изучения характеристик вращения Земли, интересующие как геофизиков, так и национальные службы времени, и главное — мониторинга деформаций земной коры.

Судите сами. Высокие орбиты, а значит отсутствие неинерциальных сил атмосферного торможения (остается солнечный ветер), нечувствительность к высоким гармоникам потенциала земного тяготения — уравнения движения имеют более простую форму. Возможность одновременных наблюдений нескольких спутников на длительных интервалах с любой дискретностью записи, всепогодность, недорогая и мобильная приемная аппаратура — можно сочетать геометрический и динамический (орбитальный) методы. Все это вместе трудно было вообразить ранее. Два других «кита» нынешней космической геодезии — лазерная локация ИСЗ (SLR) и интерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI) не могли сравниться с GPS прежде всего в насыщенности и непрерывности изучаемой информации. Наконец, как раз тогда только что появилась возможность оперативно передавать данные в удаленный центр обработки — молодость GPS совпала с детством Интернета. Оставалось только реализовать эти преимущества.

Вообще говоря, задача была не новой, а для космической геодезии уже типичной: по наблюдениям уточнить траекторию движения спутников (орбитальный метод), скрупулезно подбирая модели всех действующих сил и тщательно отлаживая процесс численного интегрирования — и одновременно с этим уточнять координаты наземных пунктов наблюдения (геометрическим методом). Чем больше таких пунктов и чем более они распределены по земному шару, тем заметнее выигрыш за счет геометрических условий и большей представительности данных. Чувствительность метода дала возможность получить доступ к величинам более высокого порядка: параметрам ориентации мгновенной земной оси, задающим связь двух геоцентрических систем координат: вращающейся общеземной и инерциальной. Наконец оказалось, попутно (уже после уточнения орбит и координат), можно получить и массу побочной информации: уточнить поправки часов каждого из спутников, построить картину распределения свободных заряженных частиц в ионосфере и многое другое.

Новой была идея создать независимую и некоммерческую сервисную службу, занимающуюся этим на постоянной основе. В эту основу лег и свободный доступ ко всей измерительной информации, равно как и к результатам деятельности всех составляющих ее звеньев. И, в отличие от предыдущих подобных проектов, потребителями этого сервиса становятся не только астрономы и геофизики, но и все те же геодезисты, у которых снимается большая головная боль — где взять единую систему координат.

Спутник NAVSTAR GPS Block II.

Первая тестовая кампания была запущена в 1992 г. после создания рабочей группы под эгидой IAG (Международной Ассоциации геодезии) и подготовки несколькими центрами в Европе и Америке программ для уточнения орбит. Так появились GAMIT/GLOBK (Массачусетский технологический институт, MIT), GIPSY (Лаборатория реактивного движения, JPL) и BERNESE (Европейский центр определения орбит, CODE). Первые станции располагались на обсерваториях вблизи пунктов SLR и VLBI, достаточно хорошо определенных к тому времени в общеземной системе координат. Сеть состояла из примерно 20 станций c Р-кодовыми приемниками. Впоследствии число станций стало стремительно расти и на сегодняшний день приближается к четыремстам (рис. 2). С 1 января 1994 г. IGS перешла из стадии пилотного проекта в рабочий режим (что и стало поводом торжеств, упомянутых в начале).

Тектонические движения данных

Опишем вкратце «устройство» IGS. Самыми нижними звеньями являются станции наблюдений (рис. 1). Их перечень можно посмотреть на igscb.jpl.nasa.gov/network/list.html. Они работают непрерывно и передают RINEX-файлы в центры накопления данных ежесуточно, а в последнее время центры обработки запрашивают ежечасные данные для оперативного предсказания орбит (Ultra Rapid products). В принципе, войти в этот список может любая организация (форма заявки дана на сайте), располагающая приемниками нужного типа и удовлетворяющая ряду непростых требований, в основном касающихся стабильности работы и надежности канала передачи данных. Многие приемники администрируются полностью через Интернет. Станции, состоящие при метрологических институтах, имеют возможность подключить к приемнику внешний генератор частоты, рубидиевый или водородный — такая опция здесь весьма ценится. На каждую станцию ведется специальный лог-файл (ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/station/log), содержащий описание пункта и фиксирующий все события, вроде смены антенны, апгрейда программного обеспечения приемника и прочее. На территории России сейчас работают 13 станций IGS.

Измерения поступают через центры оперативного сбора данных (Operational Data Centers) в региональные (Regional Data Centers) и затем в глобальные (Global Data Centers) центры хранения данных. Здесь предусмотрено дублирование на случай штатной или нештатной остановки сервера какого-либо из центров. Отсюда предоставляется доступ центрам обработки, а также общий публичный доступ. Краткое, но исчерпывающее описание дано здесь: www.igscb.jpl.nasa.gov/components/data.html.

О центрах обработки (Analysis Centers) нужно сказать особо. Здесь происходит самое главное — собственно весь цикл вычислений, направленных на извлечение неизвестных параметров из массивов фазовых и кодовых отсчетов, а также вся деятельность по отладке и развитию этого процесса. Здесь тоже действуют жесткие временные требования на выдачу результатов. Сегодня таких центров десять, по обе стороны Атлантики. Независимость используемых алгоритмов декларируется как обязательное условие. Открытость кода — как необязательное, но желательное (примеры GAMIT и BERNESE). Можно также сказать, что имеет место негласное соперничество американской и европейской научных школ, и паритет в целом соблюдается. Каждый центр «ведет» свой кусок глобальной сети, и далеко не все станции могут быть обработаны в нескольких центрах сразу. Более того, существует согласованный список пунктов (IGS Core), которые в обязательном порядке обрабатываются минимум тремя центрами, причем один должен находиться на другом континенте. Список с адресами в таблице.

Глобальные центры хранения данных

Crystal Dynamics Data Information System, NASA GSFC, USA CDDISA www.cddisa.gsfc.nasa.gov
Institut Geographique National, France IGN ftp://igs.ensg.ign.fr/pub/igs
Scripps Institution of Oceanography, USA SIO www.sopac.ucsd.edu

Центры обработки

Center for Orbit Determination in Europe,
AIUB, Switzerland
CODE www.cx.unibe.ch/aiub/igs.html
European Space Operations Center, ESA, Germany ESA www.nng.esoc.esa.int/gps/gps.html
GeoForschungsZentrum, Germany GFZ www.gfz-potsdam.de/pb1/igs/index_IGS.html
Jet Propulsion Laboratory, USA JPL www.milhouse.jpl.nasa.gov/eng/jpl_hp2.html
National Oceanic and Atmospheric Administration / NGS, USA NOAA www.ngs.noaa.gov/GPS/GPS.html
Natural Resources Canada, Canada NRCan www.geod.nrcan.gc.ca/products/html-public/GSDinfo/English/prod_and_serv_info.html
Scripps Institution of Oceanography, USA SIO www.lox.ucsd.edu
U.S. Naval Observatory, USA USNO www.tycho.usno.navy.mil/gps.html
Massachusetts Institute of Technology, USA MIT www-gpsg.mit.edu/~tah
Geodetic Observatory Pecny, Czech Republic GOPE www.pecny.asu.cas.cz/gop

На ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/center для каждого центра обработки дана краткая справка по используемым программам и платформе, стратегии вычислений, моделям, публикуемым данным, а для центров хранения данных — дерево каталогов ftp-сервера. Некоторые центры, например, SIO, предоставляют удобный WEB-интерфейс с сервисом по высшему разряду: поиском данных по запросу, интерактивными картами и даже онлайновой обработкой ваших данных программой GAMIT: достаточно указать ссылку на место, где лежит ваш RINEX-файл (Только не вздумайте поддаваться на такие провокации. RINEX-файл позволяет получить координаты точнее 30 метров, а значит является сведениями, содержащими гостайну).

Отдельная роль отводится координатору центров обработки. Его задача, получив однотипные решения из центров обработки (как то: орбиты, координаты станций, поправки часов, параметры вращения Земли), вывести средние весовые значения и опубликовать их как официальные продукты IGS. Они размещаются на сервере Центрального бюро IGS и дублируются в глобальных центрах хранения данных.

Возмущения в ионосфере, вызванные Солнцем.

Наконец, руководящие функции возложены на Центральное Бюро. Помимо прочего, оно занимается согласованием и утверждением форматов обмена данными. Описание форматов лежит на ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/general.

О высотах

Высота над уровнем моря, при кажущейся очевидности, является довольно тонким и неоднозначным понятием, поскольку является по сути расстоянием между уровенными поверхностями неоднородного поля силы тяжести g (суммы гравитационного поля и центробежного потенциала). Уровенная поверхность, принятая за начало отсчета, называется геоидом. Геоидом называют также невозмущенную поверхность морей и океанов. А вот под материками отследить ее оказалось чрезвычайно сложно. Выдающийся российский ученый М.С. Молоденский в 60-е годы доказал, что корректно эту задачу решить нельзя, и разработал строгий (но достаточно сложный) метод вычисления высот по наземным измерениям — нивелировке и гравиметрии (без реконструкции геоида), введя систему так называемых нормальных высот, отсчитываемых от эллипсоида Красовского. Эта система и принята у нас в качестве государственной (Балтийская система 1977 года).

На западе пошли другим путем — стали аппроксимировать геоид глобальными и локальными моделями по спутниковым и гравиметрическим данным. «Их» высоты отсчитываются от некоторой принятой модели геоида и называются ортометрическими.

Наконец, высоты, понимаемые как геометрические расстояния до математической поверхности некоторого (произвольного) эллипсоида (а с помощью GPS получаются именно такие высоты), называются эллипсоидальными или геодезическими.

Старую (одну из лучших в мире) школу геодезии сменяет поколение, быстро освоившее новейшую аппаратуру и не слишком желающее разбираться в теории. В результате мы повсеместно наблюдаем чудовищную неразбериху в терминах.

Отдел готовой продукции

Все продукты IGS представлены в виде текстовых файлов, упакованных Unix-компрессией.

Орбиты спутников даны в виде значений геоцентрических координат с интервалом в 15 минут. Система координат — ITRF (см. врезку). Эфемериды бывают трех видов:

  • Final — суточные файлы, доступны через 12 дней. Это окончательные значения, точность 3 см (www.igscb.jpl.nasa.gov/igscb/resource/pubs/2001-02annrpt.pdf).
  • Rapid — такие же суточные файлы, задержка их получения примерно 17 часов; с недавнего времени официально заявленная точность — того же порядка, что и Final, то есть лучше 5 см.
  • Ultra-rapid — доступны в реальном времени. Эти файлы выпускаются четыре раза в сутки и содержат серии значений по 48 часов. Первая половина (первые 24 часа) основана на только что поступивших измерениях (задержка — 3 часа), а вторая целиком содержит предсказанные значения.

    Точность соответственно варьируется от 0,05 до 0,1 м.

    Вычисляются и орбиты спутников ГЛОНАСС (гораздо менее востребованные на сегодняшний день). Их точность 30 см.

    Поправки часов спутников GPS (отдельно для каждого спутника — относительно единой шкалы системного времени) уже содержатся в файлах орбит. Те же значения, но с интервалом уже в 5 минут, а также поправки часов примерно сотни наземных станций с этим же интервалом даются на каждые сутки в Final и Rapid вариантах с точностью 0,05 и 0,1 нс. Эти данные весьма интересуют тех, кто занимается синхронизацией временных шкал — например, метрологов.

    Текущие значения координат станций наблюдения

    Вообще твердые координаты станций IGS даются в каталоге, и пользователю нужно лишь привести их к нужной эпохе. Если же есть потребность «вживую» отслеживать их изменение во времени и самостоятельно оценивать реальную погрешность их получения — вся необходимая информация на недельный интервал, включая весовые матрицы, находится в специальном текстовом SINEX-файле.

    Параметры вращения Земли

    Сложное движение земной оси в пространстве может быть разделено на составляющие:

  • прецессия и нутация от Луны и Солнца, подробно описанные еще астрономами позапрошлых веков и имеющие главным образом равномерный вековой и долгопериодический характер (рис. 5).
  • колебания, известные как движения полюсов, менее изученные и связанные с перемещениями масс (например, сезонными). Мгновенная ось вращения «гуляет» в теле Земли, описывая круговые траектории внутри полярной области размером в 15 метров. Вследствие этого изменяются мгновенные широты и долготы пунктов наблюдения, что и позволяет вести мониторинг координат мгновенного полюса (обновления через 6 часов для Ultra-Rapid, и ежесуточно для Rapid и Final).
  • рис.5

    У параметров вращения Земли есть очень важная функция: они задают углы поворота координатных осей для перехода из ITRF в инерциальную систему и обратно. Их необходимо знать, поскольку в инерциальной системе интегрируется движение спутников. Для геометрических методов достаточно одной ITRF.

    Атмосферные параметры

    Это уже в чистом виде «побочный продукт» технологии.

    Вариации полной тропосферной поправки для станций наблюдения вычисляются с двухчасовым разрешением и точностью 4 мм для Final и 6 мм для Ultra-Rapid. Даже для метеорологов они вряд ли могут быть полезными (а для высокоточной высотной привязки к этим станциям — могут).

    Гораздо эффектнее смотрятся глобальные ионосферные карты — «снимки» следов солнечной активности в верхней атмосфере Земли. В анимированном виде ими можно полюбоваться на www.aiub.unibe.ch/ionosphere/gim.gif. На рис. 4 — результаты измерений в октябре 2003 г., когда была зафиксирована рекордная солнечная активность.

    В численном виде глобальные ионосферные карты IGS представляют собой коэффициенты разложения плотности заряженных частиц по сферическим функциям на интервалах в 2 часа. Доступны пока только в Final-варианте, но скоро появятся и оперативные Ultra-Rapid продукты.

    Что дальше

    Вернее, не дальше, а глубже, поскольку из сугубо практической области геодезии мы переместились в сферы фундаментальных наук о Земле.

    IGS — лишь один из десятка сервисов IAG (www.iag-aig.org). Аналогичным образом работают службы лазерной локации, вращения Земли, изучения приливов и уровня моря, гравитационного поля и геоида, измерения времени и радиоинтерферометрии. Сегодня они прообраз единой инфраструктуры геодезического мониторинга нашей планеты. Сюда же относятся ряд проектов со спутниками, таких как CHAMP и GRACE (см. новости «KT» #422). После недавней реорганизации IAG планы стали еще амбициозней. На очереди новый проект — IGGOS (Integrated Global Geodetic Observing System), где стоит задача отслеживания в реальном времени глобальных перемещений масс в системе «твердая Земля — океаны — атмосфера». Заявленный уровень для относительной погрешности выдаваемых значений — 1 ppb (то есть 10–9), и нет никаких сомнений, что он будет достигнут.

    Что умеет BERNESE

    Начнем с самого невероятного. Программа стоит 12000 франков (1500 — для университетов), — и при этом распространяется с открытыми исходными кодами! Пользователь может вносить в них изменения и самостоятельно исправлять обнаруженные ошибки или подключать обновления (а также дописывать модули сообразно своим нуждам). Разумеется, требуется фортрановский компилятор. Думается, это тот редкий случай, когда легкость копирования кода компенсируется сложностью эксплуатации.

    Существуют версии для UNIX, включая Linux, а также для Windows. Имеется строгий меню-интерфейс, впрочем, и он нужен не всем — вычислениями могут полностью управлять скрипты на языке Perl.

    Вот малая часть того, что умеет пакет (часть, наиболее привлекательная для геодезистов):

  • Обрабатывать линии длиной более 2000 км с точностью единиц миллиметров.
  • Выявлять смещения пунктов из длительных серий наблюдений (например, мониторинг землетрясений).
  • Получать высотную составляющую с недостижимой ранее для GPS точностью. Это достигается тщательным учетом вариаций фазовых центров антенн и тропосферной поправки.
  • Определять абсолютные координаты единичной станции с точностью единиц сантиметров неразностным методом, то есть вообще без базовых линий.

    С полным перечнем можно ознакомиться здесь: www.aiub.unibe.ch/bernese.


  • .... и сразу в первом абзаце «затормозилась» на фразе:
    «……точность, с которой выдается положение спутников в окончательных (IGS-final) эфемеридах — эта точность оценивается на уровне менее 5 сантиметров.»

    Вероятнее аккуратнее было бы написать «предельная погрешность не более 5 сантиметров»
    НО! Ведь автор описывает одну из самых «высокоточных» проблем, И такая вольность в тексте: «..точность менее», - смущает.
    Или я не права?


    По крайней мере в Ростовской области пожарных мало. Там создали Депортамент противопожарной службы, сняли с 90 % личного состава погоны, причем многих заставили... Сейчас там работают пенсионеры, не опытная молодеж и т.д. Аттестованные части есть их 7 или 9. Можно теперь узнать их численность


    Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

    Реклама:
    Rambler's Top100