35. Шкалы времени в снс и системы координат в снс.

Определение координат потребителя в спутниковых радионавигационных системах тесно связано с понятием времени, так как оно основано на измерении времени распространения радиосигнала между навигационным спутником и потребителем. Для количественного определения значения времени вводится шкала времени, под которым понимается число, определенное для каждого момента времени. Для задания шкалы времени можно использовать любой периодический процесс, например, вращение Земли вокруг своей оси или вокруг Солнца, излучение атомов при переходе между разными энергетическими уровнями и так далее. Наиболее часто используют астрономические и атомные шкалы времени.

Астрономические шкалы и единицы времени. Исторически возникшая в астрономии шкала всемирного времени задается вращением Земли вокруг своей оси. При этом единицей измерения времени являются сутки – интервал времени, за который Земля делает один оборот вокруг своей оси относительно какой-либо фиксированной точки отсчета на небесной сфере для наблюдателя, расположенного на одном и том же меридиане. Сутки делятся на 86 400 равных интервалов, а длительность единичного интервала называют секундой. Это есть астрономическое время.

Атомные шкалы и единицы времени. В 1967г. Международная комиссия мер и весов приняла за единицу измерения времени в Международной системе единиц (СИ) атомную секунду, равную промежутку времени, в течении которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия при отсутствии внешних воздействий.

На основе астрономических и атомных шкал сформирована универсальная шкала времени.

Шкала универсального координированного времени UTC (Universal Coordinated Time) – составная шкала, основанная на атомной шкале времени. Показания времени на этой шкале периодически корректируется с учетом вращения Земли.

В Российской Федерации поддерживается национальная шкала UTC (SU), показания, которой смещены на +3 часа относительно UTC.

Спутники системы ГЛОНАСС имеют на борту цезиевые стандарты частоты, шкалы которых синхронизированы между собой со средней квадратической ошибкой 20 нс. Системное время ГЛОНАСС формируется по водородному стандарту частоты Центрального синхронизатора системы, имеющего суточную нестабильность 5·10^-14 . В свою очередь, шкала системного времени связывается со шкалой Госэталона всемирного координированного времени UTC (SU), расхождение между ними не превышает 1 мс, а погрешность привязки не должна превышать 1 мкс.

Шкала системного времени ГЛОНАСС смещена относительно шкалы UTC на +3 часа, т.е. представляет собой время Московского часового пояса. Секунды в шкале системного времени ГЛОНАСС корректируются одновременно с добавлением целой секунды в шкалу UTC.

Сигналы, передаваемые спутниками GPS, относятся к системе времени GPS Time (GPST). Нуль-пункт шкалы этого атомного времени был совмещен со шкалой времени UTS в 1980 г. Но есть два важных различия между GPST и UTC. Во-первых, GPST определяется в реальном времени, а во-вторых, это шкала непрерывного времени в ней игнорируются скачки секунд. Время GPST регулируется таким образом, чтобы оставаться со временем UTC(USNO) в пределах 1 мкс (без учета скачков-секунд).

При вычислении времени в совместной обработке наблюдений спутников двух систем необходимо учитывать: сдвиг шкал GPS и ГЛОНАСС на 3 часа, число скачков на целые секунды в шкале UTC начала 1980 г. и доли секунды (единицы наносекунды) из-за несовпадения шкал UTC(SU) и UTC (US).

Системы координат (Рис.5). Для вычисления орбит спутников и прогнозирования их движения применяют, как правило, неподвижные в пространстве системы координат. Для определения координат земных и близких к Земле объектов используются системы, вращающиеся вместе с Землей.

Фиксированные в пространстве системы координат называют инерциальными. Эти системы хорошо подходят для изучения движения искусственных спутников Земли.

Системы, вращающиеся вместе с Землей, называют земными.

Системы, начало которых совпадает с центром масс Земли, называют геоцентрическими.

За основную координатную плоскость системы принимают плоскости земного экватора, горизонта или орбиты искусственного спутника Земли, в связи с чем выделяют экваториальные и горизонтальные системы координат.

Направления осей системы координат задаются относительно некоторых точек небесной сферы или земной поверхности.

В каждой системе положение точки может быть представлено в форме прямоугольных (декартовых) или сферических координат, а для систем, связанных с эллипсоидами, - также в форме геодезических координат.

В инерциальных системах (Xo,Yo,Zo) начало отсчета совпадает с центром Земли, ось Хо направлена в точку весеннего равноденствия, плоскость ХоYо лежит в плоскости экватора, ось Zо направлена на северный полюс.

При решении навигационной задачи используются главным образом земная геоцентрическая система координат и сферическая система координат. Земная геоцентрическая система координат (X,Y,Z) является прямоугольной. Начало системы располагается в центре масс Земли, ось Z проходит через ось вращения Земли, ось X направлена на Гринвичский меридиан. Плоскость XOY располагается в плоскости экватора. Ось Y находится в экваториальной плоскости и дополняет систему до правой. Координаты объектов в такой системе задаются тройкой чисел (x,y,z). В сферической системе координат положение объекта задается радиус-вектором r с началом в центре Земли и окончанием в центре масс объекта, а также двумя углами: углом в плоскости экватора между направлением на Гринвич и проекцией вектора на плоскость экватора (χ), а также углом между вектором и плоскостью экватора (φ, то есть тройкой чисел (r, χ, φ).