Источники ошибок, связанные с неточным знанием эфемерцд спутников, и методы ослабления их влияния

При нахождении интересующих потребителя координат точек на земной поверхности спутниковыми методами необходимо наряду с измерением расстояний до спутника знать также его эфемериды, которые определяют местоположение спутника на момент выполнения измерений. Как уже отмечалось в подразделе 2.1, неточность знания эфемерид обусловливает соответствующие погрешности определения как абсолютных значений координат определяемых точек, так и их разностей между пунктами наблюдений. Механизм неточного знания эфемерид связан, прежде всего, с наблюдаемыми на практике расхождениями между предсказываемой (невозмущенной) и реальной (подверженной влиянию возмущающих сил) орбитами. К возмущающим силам относят различные факторы как гравитационного, так и негравитационного происхождения. Влияние различных факторов на движение спутников типа GPS и ГЛОНАСС приведено в табл. 4.1

Первые из них, обусловленные притяжением спутника со стороделированию. В то же время такие возмущающие факторы негравитационного происхождения, как, например, солнечное радиационное давление, плохо поддаются моделированию из-за непредсказуемости отдельных компонент, от которых зависит результирующее воздействие на спутник отмеченного давления. Проведенные к настоящему времени исследования по количественной оценке отдельных факторов на эфемериды спутника свидетельствуют о том, что наибольшее воздействие на уклонения реальной орбиты от расчетной оказывает гравитационное поле Земли. В частности, из-за влияния второго гармонического коэффициента С20 такие уклонения для трехчасовых дуг орбит достигают 2 км, а для более протяженных двухсуточных дуг до 14 км. С такими значительными уклонениями нельзя не считаться при любых видах спутниковых измерений. Суммарное гравитационное влияние масс Луны и Солнца хотя и оказывается существенно меньшим (для трехчасовых дуг уклонения от невозмущенной орбиты оцениваются величинами на уровне от 50 до 150 м), но, тем не менее, при прогнозировании значений эфемерид данное влияние также следует учитывать.

Непосредственно с гравитацией связаны также наблюдаемые на земной поверхности различного рода приливные явления, которые из-за перераспределения масс приводят к изменениям в предрассчитываемом гравитационном поле Земли, а следовательно, и к влияниям на орбитальное движение спутника. Проведенная оценка такого влияния свидетельствует о том, что уклонения спутника от расчетной орбиты из-за воздействия данного фактора даже для двухсуточных дуг лежат в пределах от 0,5 до 2 м, и этим влиянием применительно к рассматриваемым спутникам можно пренебречь. существенное влияние на неточность знания эфемерид спутников, входящих в состав систем GPS и ГЛОНАСС, оказывает солнечное радиационное давление. Как показывают предрасчеты, уклонения спутников от расчетной траектории из-за воздействия прямого солнечного радиационного давления лежат в пределах от 5-6 м (для трехчасовых дуг) до 100-800 м (для двухсуточных дуг). Отмеченные предрасчеты характеризуются невысокой

надежностью по следующим причинам:

1) интенсивность солнечного излучения не остается постоянной с течением времени;

2) модель влияния данного фактора существенно изменяется при переходе спутника в зону тени и полутени;

3) эффективная поверхность спутника плохо поддается предрас- чету как из-за сложной конфигурации такой поверхности, так и из-за вариаций положения спутника в пространстве. Дополнительную неопределенность в предрасчет влияния радиационного давления вносит отраженная от земной поверхности солнечная радиация, зависящая от атмосферных условий и отражающих свойств облучаемых Солнцем участков земной поверхности. Другим возмущающим фактором негравитационного происхождения является атмосферное торможение. При оценке влияния этого фактора следует иметь в виду, что на характерной для рассматриваемых спутников высоте около 20 тыс.км атмосфера оказывается чрезвычайно разреженной, и ее влиянием при предрасчетах орбит спутников, как правило, пренебрегают.

Обобщая оценку суммарного влияния всех перечисленных выше возмущающих факторов, заметим, что эти данные используются только для первоначального приближенного предвычисления реальных орбит спутников. Что касается получения необходимых для наземных наблюдателей значений эфемерид спутников, то на практике применяют более эффективные экспериментальные методы, базирующиеся на использовании опорных станций, установленных на пунктах с известными координатами и выполняющих непрерывные высокоточные наблюдения спутников в автоматическом режиме. За счет использования таких станций слежения решается обратная задача, состоящая в том, что с помощью одновременных измерений с нескольких (не менее трех) станций производится периодическое последовательное определение эфемерид всех наблюдаемых спутников. После соответствующей обработки на центральной станции вычисляются поправки к ранее определенным значениям эфемерид, которые с помощью пере дающих загружающих станций систематически (три раза в сутки, а последнее время один раз в сутки) передаются на соответствующие спутники, где вводятся в состав навигационного сообщения. Последнее, как уже отмечалось ранее, сбрасывается со спутника потребителю

вместе с радиосигналами, с помощью которых определяются интересующие нас расстояния до спутников. Значения эфемерид на спутнике корректируются каждый час и остаются действительными, по крайней мере, еще в течение получаса после окончания каждого контрольного часа. Ранее уже отмечалось, что точность передаваемых по радиоканалу значений эфемерид характеризуется погрешностью на уровне около 20 м, что обеспечивает точность геодезических спутниковых дифференциальных измерений на уровне около МО"6, которая удовлетворяет требованиям большинства выполняемых геодезических работ. Применительно к системам GPS и ГЛОНАСС радиосигнал большую часть своего пути проходит в вакууме, где не проявляются отмеченные выше влияния. Но на высотах от нескольких сотен до нескольких десятков километров от земной поверхности находится область ионизированной разреженной атмосферы, получившая на-

звание ионосферы, характерная особенность которой состоит не только в том, что она вносит весьма существенные задержки в то время, которое затрачивает сигнал на прохождение через такую среду, но и обусловливает зависимость таких задержек от частоты упомянутого сигнала. На высотах менее 40 км от земной поверхности простирается привычная нам газообразная атмосфера, получившая название тропосферы. В этой среде практически отсутствует зависимость скорости радиоволн от частоты, но начинает проявляться ее зависимость от метеорологических факторов (температуры, давления и влажности), которые в приземных слоях атмосферы могут изменяться с течением времени в широких пределах. Наряду с атмосферными влияниями результаты спутниковых измерений подвержены также такому влияния внешней среды, как многопутность, которая приводит к попаданию на вход приемника нескольких идентичных радиосигналов, прошедших различный путь. В результате их взаимодействия возникает результирующий сигнал, который несет в себе несколько искаженную информацию о величине измеряемого расстояния.

+билеты далее.