Будова глобальних навігаційних систем.

ПІДСИСТЕМА КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ

ПКА складається з певного числа («сузір'я») навігаційних супутників.

Основна функція ПКА - формування і випромінювання радіосигналів, необхідних

для визначення місця розташування користувачів. Для цього на кожному

супутнику встановлено наступне обладнання: апаратура для прийому та

передачі радіосигналів, бортовий комп'ютер, бортовий високоточний атомний

еталон частоти і часу, сонячні батареї живлення, двигуни коректування орбіт.

Бортові еталони часу і частоти забезпечують практично синхронне

випромінювання навігаційних сигналів усіма супутниками, що є обов'язковою

умовою для реалізації беззапитних вимірювань в приймальниках користувачів.

Вибір складу та конфігурації орбітального угрупування навігаційних

супутників забезпечує задану робочу зону (одночасне спостереження в будь-

якій точці Землі), можливість реалізації різних методів вимірювань,

безперервність і точність координатних визначень.

ПКА GPS складається з 24-х супутників (з них 3 резервних), розташованих

по чотири в шести орбітальних площинах, розгорнутих через 60°. Нахил площин

до екватора дорівнює 55°. Орбіти практично кругові. Середня висота супутників

20145 км, період обертання приблизно 11 год 57 хв, швидкість переміщення

вздовж орбіти близько 3,9 км/с. Середній термін служби супутників - 10 років.

Для передачі навігаційних сигналів (далекомірних кодів, міток часу,

даних про координати супутника, ідентифікаційних ознак та ін) на кожному

супутник є генератор основних коливань з опорною частотою 1,023 МГц (C/A-

код) і 10,23 МГц (P-,Y-код).

ПКА ГЛОНАСС складається з 24-х супутників (з них 3 резервних),

розташованих по вісім супутників в трьох орбітальних площинах, розгорнутих

через 120°. Нахил площин орбіт до екватора дорівнює 64,8°. Середня висота

супутників 19100 км, період обертання приблизно 11 год 16 хв. Оснащення

супутників таке ж, як і в GPS. Крім того, супутники ГЛОНАСС додатково обладнані

відбивачами, а наземні станції спостереження - лазерними далекомірами.

У ГЛОНАСС використовується основна частота 0,511 МГц.

ПІДСИСТЕМА НАЗЕМНОГО КОНТРОЛЮТА УПРАВЛІННЯ

ПНКУ складається з станцій спостереження за супутниками, служби

точного часу, головної станції (Колорадо-Спрінгс, США) з обчислювальним

центром і декількох станцій завантаження інформації на супутники, що працюють

в автоматичному режимі. Основним завданням ПНКУ є моніторинг цілісності

СРНС: спостереження і контроль за траєкторіями супутників, збір необхідної

інформації для визначення та прогнозування координат супутників (ефемерід),

контроль за роботою апаратури супутників, управління режимами її роботи і

параметрами супутникових сигналів, формування часу системи та його синхро-

нізація щодо Всесвітнього часу, завантаження даних в пам'ять кожного супутника.

Навігаційні супутники періодично пролітають над станціями стеження,

що дозволяє визначати і прогнозувати їх ефемериди, формувати необхідну

службову інформацію і завантажувати її в бортовий комп'ютер.

ПІДСИСТЕМА АПАРАТУРИ КОРИСТУВАЧІВ

Користувачі СРНС діляться на дві категорії: військові та цивільні. У

складі GPS діють Служба точного позиціювання PPS (Precise Positioning

Service) і Служба стандартного позиціювання SPS (Standard Positioning Service).

PPS базується на використанні P-коду та двох несучих частот, SPS - на

використанні C/A-коду та однієї несучої частоти.

Стандартний комплект ПАК для геодезичного застосування складається

із двох (або більш) приймачів супутникових сигналів з комплектом додаткового

встаткування і програмного забезпечення для обробки супутникових вимірів.

Зоряна та сонячна доба.

Строго визначена земна астрономічна доба є позасистемною одиницею вимірювання часу. Вона дорівнює 24 годинам (1440 хвилин, 86400 секунд). Таке визначення тривалості доби ґрунтується на визначенні секунди, яке спирається на цезієвий еталон[1]. Тому визначення тривалості доби як 86400 секунд не опирається на астрономічні спостереження, і лише приблизно дорівнює періоду обертання Землі навколо своєї осі.

Визначення тривалості доби в астрономії залежить від того, як проводяться астрономічні спостереження. Астрономи розрізняють земні сонячну добу і зоряну добу. Обидва визначення поступаються точністю сучасному цезієвому еталону одиниці часу. Тривалість як сонячної доби, так і зоряної доби, не є сталою величиною, а дещо змінюється внаслідок збурень руху Землі навколо Сонця.

Зоряна доба (період обертання навколо своєї осі) — проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями зірки (найвищим чи найнижчим положенням її над горизонтом, коли вона перетинає меридіан точки спостереження). За зоряну добу Земля робить повний оберт навколо своєї осі. Вона дорівнює 23 год. 56 хв. 4 сек. Існує також поняття тропічна зоряна доба — проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями точки весняного рівнодення. Внаслідок прецесії її тривалість приблизно на 3 мс менша за тривалість істинної зоряної доби.

Сонячна й зоряна доба неоднакові через те, що завдяки обертанню Землі навколо Сонця для спостерігача, який перебуває на Землі, Сонце щодоби зміщується на тлі нерухомих зірок (рухається уздовж Зодіаку).

Сонячна доба — це проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями Сонця (істинна сонячна доба), або у вужчому значенні — між послідовними нижніми кульмінаціями середнього сонця (це фіктивна точка, що рівномірно рухається вздовж небесного екватора). Тривалість істинної сонячної доби залежить від широти спостерігача й пори року. У середньому сонячна доба триває 24 години. Відхилення від середнього значення не перевищують 30 с: тривалість істинної сонячної доби у грудні становить 24 год 00 хв 30,4 с, у вересні — 23 год 59 хв 39,5 с.

Зміна тривалості доби, окрім незначної нерівномірності обертання Землі навколо своєї осі, обумовлена тим, що по-перше, Сонце рухається вздовж екліптики, а не екватора, а по-друге, такий рух — відображення руху Землі по еліптичній орбіті навколо Сонця — сповільнюється у липні (Земля в афелії) й прискорюється в січні (Земля в перигелії). Це спричиняє відхилення часу істинних кульмінацій Сонця (полудня і півночі) від середнього до +14 (у лютому)… -18 (у грудні) хвилин.

Місячна доба — проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями Місяця. У середньому її тривалість становить 24 год 50 хв 28,3 с. Місяць спричиняє на Землі сильні припливи, що повторюються двічі кожної місячної доби.

Зо́ряна доба́ — період обертання будь-якого небесного тіла навколо власної осі в інерційній системі відліку, за яку зазвичай приймається система відліку, пов'язана з віддаленими зірками. Для Землі це час, за який Земля робить один оберт навколо своєї осі по відношенню до далеких зірок.

На 2000-й рік зоряна доба на Землі дорівнює 23год56хв4,090530833с = 86164,090530833 с.

Зоряна доба поділяється на зоряні години, хвилини і секунди. Зоряна доба на 3 хв 56 с коротша середніх сонячної доби, зоряна година коротше загальноприйнятої на 9,86 с. Як одиниця часу вживається у виняткових випадках при організації астрономічних спостережень.

Часовий кут точки весняного рівнодення дорівнює нулю в момент її верхньої кульмінації. Повний оберт точки весняного рівнодення, як і будь-якої іншої точки небесної сфери (так звана зоряна доба, або «24 години зоряного часу») відбувається за 23 год 56 хв 04 с середнього сонячного часу. У році міститься зіркових діб рівно на одну більше, ніж середніх сонячних. Тривалість зіркової доби трохи змінюється внаслідок нутації і руху полюсів (тобто похитування Землі щодо її осі обертання), а також через нерівномірність обертання Землі навколо осі. Ці зміни становлять менш ніж 0,001 с.

Зоряна доба складається з більш дрібних періодів:

Зоряний година — одиниця часу, уживана в астрономії і дорівнює 1/24 зоряної доби. За зоряну годину Земля обертається на 15° відносно віддалених зірок, прийнятих за інерційну систему відліку. На 2000 рік зоряний час дорівнює 0год59хв50,1704387847с.

Зоряна хвилина — одиниця часу, уживана в астрономії і дорівнює 1/60 зоряної години. За зоряну хвилину Земля повертається на 15' відносно віддалених зірок, прийнятих за інерційну систему відліку. На 2000 рік зоряна хвилина дорівнює 0год0хв59,8361739797451с.

Зоряна секунда — одиниця часу, уживана в астрономії і дорівнює 1/60 зоряної хвилини. За зоряну секунду Земля повертається на 15" відносно віддалених зірок, прийнятих за нерційну систему відліку. На 2000 рік зоряна секунда дорівнює 0год0хв0,9972695663290856с.