Справочная информация

В разделе представлены финальные оценки ФХ ГНСС ГЛОНАСС и GPS, а также составляющих ГНС ГЛОНАСС, определённых ТТТ к ГНСС ГЛОНАСС.

В разделе представлены следующие оценки:

Оценка ФХ ГЛОНАСС и GPS производится программными средствами СКПХ, реализующими современные модели и методы обработки.

Оцениваемые бортовые (штатные) эфемериды рассчитываются путем обобщения данных, собираемых более чем со 150 глобально распределенных навигационных приемников. Альманахи ГЛОНАСС и GPS принимаются приемниками СКПХ ежечасно.

Обработка ГЛОНАСС

При обработке навигационных файлов считается, что каждая эфемерида ГЛОНАСС действует в течение ±15 мин от времени ее привязки.
Предполагается, что обновление ЭВИ происходит только при переходе к следующему набору данных, т.е. в 0 и 30 мин каждого часа.
Смена признака пригодности может происходить в любой момент времени. Время смены признака пригодности выбирается как наиболее раннее из всех доступных времен начала кадра.

Обработка GPS

При обработке навигационных файлов GPS время начала действия эфемериды определяется временем ее посылки, а максимальное время окончания определяется как время привязки (TOE) + 2 ч.
Время обновления эфемерид GPS и смены признака пригодности выбирается по времени посылки данных аналогично выбору времени смены признака пригодности ГЛОНАСС.

Известно, что часть навигационных приемников ошибочно формирует навигационные форматы RINEX. Например, некоторые приемники в режиме ALL-IN-VIEW выдают все НКА как пригодные, некоторые приемники ГЛОНАСС формируют время начала кадра со сдвигом на 3 ч и др. Вследствие большого числа разнородных приемников, к тому же использующих различные конверторы «сырых» данных, в некоторых случаях корректное формирование признаков пригодности затруднительно, что обуславливает погрешности оценки.

Апостериорная ЭВИ СКПХ уточняется по измерениям около 100 станций 1 раз в сутки с задержкой около 5 суток.

Финальная ЭВИ уточняется на двухсуточном интервале по непосредственным фазовым и кодовым измерениям всех НКА ГНСС с использованием рекомендованных IERS Standards моделей обработки.

Состав уточняемых параметров включает:

начальные условия в геоцентрической небесной системе координат GCRF;
параметры силы светового давления;
эмпирические ускорения;
псевдоимпульсы НКА GPS;
координаты всех станций;
зенитные тропосферные погрешности;
градиенты изменения тропосферы;
оценки разности системных шкал ГНСС относительно GPS для всех комбинированных приемников;
мгновенные поправки часов всех БИС и НКА;
неоднозначности всех сеансов фазовых измерений.

Типичная размерность 2-суточного решения составляет около 150 тыс. параметров.

Формирование финальной ЭВИ производится на интервале центральных суток каждого ежедневного решения.

СКП финальных апостериорных орбит относительно данных IGS:

по оценкам СКПХ составляет около 5 см;
по оценкам координатора IGS 2,5…3,0 см.

Разница в первую очередь обусловлена использованием координатором центров анализа IGS параметров согласования систем координат, реализуемых разными центрами в каждом отдельном решении с Международной системой координат ITRF, реализуемой IGS.

Принципиально, что координатор центров анализа IGS не уточняет поправки часов НКА ГЛОНАСС при получении финальных решений. Это обусловлено существенными систематическими погрешностями кодовых измерений за счет частотного разделения сигналов.

C учетом сдвига опорных шкал времени СКПХ и IGS, составляющего до нескольких наносекунд, СКП поправок часов НКА GPS из решений СКПХ относительно финальных данных IGS составляет 0,1…0,3 нс.

Основная часть этих погрешностей имеет систематический характер, что вызвано постоянной калибровкой навигационных приемников в решениях СКПХ, в то время как IGS использует устойчивые систематики в зависимости от типа приемника и НКА GPS.

Систематические погрешности в решениях СКПХ

В решениях СКПХ систематические погрешности для каждой пары НКА-приемник уточняются в каждом цикле уточнения ЭВИ на предшествующем 2-недельном интервале.

В соответствии с рекомендациями IGS за ноль выбирается усредненный по всей сети фиктивный приемник, выполняющий непосредственные измерения P1 и P2. Исходными данными для уточнения систематических погрешностей являются остаточные невязки измерений из решений в технологии PPP с использованием финальной ЭВИ СКПХ. Как правило, в уточнении используется более 300 приемников, что гарантирует стабильность характеристики усредненного приемника. Наличие систематических погрешностей у каждого образца НАП, что наиболее заметно у сигналов ГЛОНАСС с частотным разделением, а также изменения сети приемников, обновления ПО, изменения числа измерений в зависимости от НКА приводят к незначительным флуктуациям систематических погрешностей кодовых измерений в зависимости от времени. Несмотря на то, что у ГЛОНАСС такие изменения на порядок больше, на длительных интервалах они заметны и у других ГНСС.

Дополнительно шумовые погрешности финальных поправок часов СКПХ контролируются относительно решений центров анализа ESOC, GRG и GFZ, а также уточняющих поправки часов ГЛОНАСС, но без формирования непрерывной шкалы ГЛОНАСС и учета систематических погрешностей измерений. Как правило, суточные СКО взаимных разностей поправок часов составляют не более 0,2 нс.

Таким образом, поправки часов ГЛОНАСС, полученные непосредственно в решениях СКПХ, привязаны к безионосферной комбинации кодовых измерений P1 и P2 усредненного по всей сети навигационного приемника.

Непосредственное использование этих данных для оценки штатного ЭВО ГЛОНАСС приводит к существенным систематическим погрешностям оценки ЧВП из-за наличия отличных от среднего навигационного приемника систематических погрешностей измерений средств НКУ и неучета в апостериорных данных задержек сигналов диапазона L2 относительно сигналов диапазона L1, передаваемых в кадре НС. В отличие от ГЛОНАСС за счет кодового разделения у других ГНСС такие погрешности практически не наблюдаются.

По результатам оценки данных на длительных интервалах нет оснований считать, что такие наблюдаемые в штатной ЭВИ ГЛОНАСС систематические погрешности устойчивы на уровне лучше 1 нс. Это может быть вызвано заменами оборудования средств НКУ, флуктуациями температуры, либо другими причинами. Поэтому в каждом контуре уточнения финальной ЭВИ СКПХ производится оценка систематических погрешностей ЧВП относительно финальных данных СКПХ на предшествующем 24-суточном интервале. Эти текущие систематики используются во всех контурах уточнения ЭВИ СКПХ для согласования апостериорных поправок часов со штатными данными (см. оценка систематик).

Таким образом, получаемая оценка поправок часов, а также ошибка за счет космического сегмента имеет оптимистическое значение.

Уточнение параметров согласования системы координат, реализуемых ГЛОНАСС и GPS, с международной системой координат ITRS

Уточнение параметров согласования системы координат, реализуемых ГЛОНАСС и GPS, с международной системой координат ITRS производится на суточных интервалах в первую очередь с помощью орбитального метода.

Исходными данными являются бортовые эфемериды КА ГЛОНАСС в действующей версии системы координат ПЗ-90 и КА GPS в системе координат WGS84, а также апостериорные орбиты СКПХ в системе координат ITRF(СКПХ).

В свою очередь флуктуации системы координат СКПХ наблюдаются в апостериорном режиме по результатам уточнения параметров согласования систем координат, реализуемых финальными эфемеридами СКПХ и IGS.

Дополнительно определение параметров согласования систем координат, реализуемых ГНСС ГЛОНАСС и GPS, относительно ITRF(СКПХ) производится с помощью непосредственного сравнения координат глобальной сети примерно из 100 станций, уточненных с использованием штатной и апостериорной ЭВИ.

Параметры согласования систем координат, реализуемых ГЛОНАСС и GPS, относительно ITRS определяются как с использованием орбитального, так и с использованием координатного метода:

уточнение координат по бортовой ЭВИ производится по сглаженным фазой кодовым измерениям на суточном интервале;
уточнение координат по апостериорной ЭВИ производится на суточном интервале в технологии PPP.

Оценка разности системных шкал времени ГЛОНАСС и GPS

Оценка разности системных шкал времени ГЛОНАСС и GPS выполняется по измерениям приемников, используемых для уточнения апостериорной ЭВИ.

Оценки разности системных шкал отличаются не только для разных типов приемников, но и для конкретных экземпляров. Окончательные значения получаются непосредственно при уточнении финальной ЭВИ СКПХ.

В отличие от поправок часов НКА, которые дополнительно согласуются со штатной ЭВИ, дополнительного согласования оценок разности системных шкал для учета взаимных систематик штатных и апостериорных данных не производится. Это обусловлено тем, что за счет осреднения по всем НКА и наложения для каждого приемника условия равенства нулю взвешенной суммы всех систематических погрешностей измерений раздельно по всем НКА ГЛОНАСС и GPS оценка разности системных шкал практически не изменяется.

Оценка ФХ ЭВИ

Для оценки ФХ ЭВИ по каждому НКА с шагом 10 мин формируются мгновенные разности штатной и апостериорной ЭВИ как с использованием, так и без использования параметров согласования систем координат.

Эпохи сравнения данных выбираются таким образом, чтобы исключить необходимость интерполяции мгновенных апостериорных поправок часов, уточняемых с 5-минутным шагом.

Погрешности эфемерид рассчитываются в проекциях на оси орбитальной системы координат: по радиусу, вдоль орбиты, в боковом направлении.

Погрешности ЧВП рассчитываются как относительно оценки системных шкал ГЛОНАСС или GPS из решений по уточнению финальной ЭВИ СКПХ, так и относительно наблюдаемых мгновенных шкал системного времени ГЛОНАСС и GPS, формируемых как взвешенное среднее по всем НКА с исключением мгновенной разности системных шкал штатных и апостериорных данных. При расчете мгновенного среднего выполняется отбраковка явно аномальных данных.

Важно, что при расчете мгновенных погрешностей учитывается разная привязка штатной и апостериорной ЭВИ ГЛОНАСС и GPS (к центру масс, к фазовым центрам навигационных антенн).

Мгновенные разности штатной и апостериорной ЭВИ по каждому НКА используются как исходные данные для оценки погрешностей штатной ЭВИ как мгновенных, так и на предшествующем суточном интервале. Во всех случаях при оценке ФХ ГНСС учитываются только НКА, помеченные пригодными в сообщениях эфемерид и альманахов.

Суточные СКП, медианы и 95%-ные пороги погрешностей рассчитываются только на интервале доступности финальной апостериорной ЭВИ.

С учетом шага данных номинально для расчета одного суточного значения по всей ОГ используется до 288*N_КА данных, где N_КА – число пригодных к использованию НКА ГЛОНАСС или GPS.

Шаг расчета суточных СКП, медиан и 95%-ных порогов, выдаваемых на графики, составляет 30 мин. Каждая точка на графике соответствует значению, рассчитанному на предыдущем суточном интервале всей ОГ.

В отличие от мгновенных значений при расчете суточных СКП, медианы и 95%-ного порога погрешностей ЧВП исключается не мгновенная, а среднесуточная разность системных шкал штатных и апостериорных данных в предположении их возможного линейного дрейфа. При расчете суточных СКП, медианы и 95%-ного порога SISRE исключается мгновенная оценка разности системных шкал так же, как и при оценке мгновенных значений SISRE.

Оценка вариации Алана и нестабильности БСУ выполняется с использованием мгновенных поправок бортовых часов из финальных решений СКПХ относительно высокостабильного стандарта частоты и времени в составе СКПХ.

Оценка вариации Алана выполняется в каждом цикле на предшествующем 23-суточном интервале.

На каждом 23-суточном интервале расчета формируются все возможные независимые оценки вариации Алана для каждого заданного времени интегрирования:

для коротких интервалов: 300 c, 900 c, 3 000 c, 9 900 c, 30 000 c, 99 900 c;
для длительных интервалов: 43 200 с, 86 400 с, 172 800 с, 259 200 с, 345 600 с, 432 000 с.

По оценкам вариации Алана определяется взвешенное среднее с учетом числа измерений.

Такой подход позволяет избежать влияния корреляции соседних значений и получить оценку вариации Алана даже при ограниченном числе высокоточных данных.

Дополнительно для НКА ГЛОНАСС выполняется оценка нестабильности БСУ на 10-суточном интервале.

Для каждого заданного времени оценки (1 ч, 3 ч, 6 ч, 12 ч, 1 сутки, 2 суток) на каждом 10-дневном интервале расчета формируются все возможные оценки частоты ухода БСУ, на основе которых определяется средняя частота ухода БСУ для каждого заданного времени оценки. На основе разброса всех возможных оценок БСУ относительно средних значений рассчитываются СКП, которые характеризуют стабильность БСУ на заданном интервале.

Доступность навигации

Доступность навигации рассчитывается по всем пригодным к использованию НКА на углах места больше 5° с шагом 1° по широте и долготе и 5 мин по времени.

Доступность для каждой точки на суточном интервале рассчитывается как отношение числе эпох, где PDOP<6, к общему числу эпох, равному 288. Последовательные значения суточной доступности рассчитываются с шагом 30 мин, т.е. каждым суткам номинально соответствует 48 значений, каждое из которых получено на предшествующем суточном интервале.

Вместе с доступностью навигации аналогично рассчитываются:

среднее значение PDOP;
среднее число наблюдаемых НКА;
максимальный перерыв в навигации.

Погрешность определения координат потребителей за счет ошибок космического сегмента

Погрешность определения координат потребителей за счет ошибок космического сегмента рассчитывается по всем пригодным к использованию НКА на углах места больше 5° с шагом 1° по широте и долготе и 5 мин по времени при условии PDOP<2.

В обработку принимаются только НКА, одновременно излучающие навигационные сигналы в диапазонах L1 и L2, для которых доступна апостериорная и штатная ЭВИ, что несколько ухудшает геометрический фактор и снижает число эпох, где выполняется условие PDOP<2.

В каждой точке на каждую эпоху для каждого НКА определяются реальные ошибки SISRE, для чего разность апостериорных и штатных эфемерид и часов проектируется на направление из точки на НКА. Т.е. для каждой точки на поверхности Земли определяются реальные наблюдаемые ошибки космического сегмента каждого НКА, которые пересчитываются в ошибки координат и времени потребителя раздельно для каждой ГНСС.

Обобщенные характеристики получаются в результате обработки всего суточного интервала. Таким образом, за сутки получается 48 оценок с 30-минутным шагом, являющиеся результатами обработки предшествующих суточных интервалов.

Вместе с точностными характеристиками определяется процент вошедших в оценку точек по Земле, где выполнено условие по DOP — фактически доступность при оценке точности. Ее значение может отличаться от расчетной доступности из-за пропусков апостериорных данных.

Погрешность определения времени потребителей за счет ошибок космического сегмента

Погрешность определения времени потребителей за счет ошибок космического сегмента рассчитывается аналогично погрешности координат по всем пригодным НКА на углах места больше 5̊ с шагом 1̊ по широте и долготе и 5 мин по времени, но при условии PDOP<6. Как и в случае оценки погрешности координат, решается 4-параметрическая задача.

Значения доступности и точности навигации

Значения доступности и точности навигации рассчитываются как глобально, так и по территории России, в последнем случае – для региона с ограничениями по широте 50…90°, по долготе 30…170°. При этом возможны ошибочные значения из-за некорректного формирования признаков пригодности навигационных КА из-за отсутствия собственной сертифицированной глобальной сети станций.

Результаты оценки представлены в двух ежедневно обновляемых блоках:

ГНСС
фундаментальный сегмент

Параметры согласования

Представлены четыре группы графиков изменения параметров согласования систем координат, реализуемых ГНСС с международной системой координат ITRS, полученных орбитальным и координатным методами.

Разность системных шкал

Представлены графики оценки разности системных шкал из решений по уточнению финальной ЭВИ СКПХ для приемников различных производителей. Дополнительно представлены графики, сформированные по данным BIPM Circular_T:

разности системных шкал ГЛОНАСС и GPS по измерениям БИС из решений по уточнению финальной ЭВИ СКПХ;
разности шкал ГЛОНАСС и UTC;
разности шкал GPS и UTC.

Эфемериды

Оценка данных ГЛОНАСС и GPS проводится без использования параметров согласования систем координат (см. детальная оценка ЭВИ).

Раздельно для ГЛОНАСС и GPS представлены следующие данные:

число пригодных НКА на суточном интервале, для которых получена штатная и апостериорная ЭВИ;
суточные и мгновенные СКП погрешностей эфемерид в проекциях на оси орбитальной системы координат;
медиана и 95%-ный порог суточных погрешностей эфемерид в проекциях на оси орбитальной системы координат.

Ограничения по максимальным выдаваемым значениям:

мгновенные СКП эфемерид – 30 м;
суточные СКП эфемерид – 10 м;
95%-ный порог ошибок по радиусу – 5 м, по нормали – 20 м, по боку – 15 м.

Поправки часов

Раздельно для НКА ГЛОНАСС и GPS представлены следующие данные:

число пригодных НКА на суточном интервале, для которых получена штатная и апостериорная ЭВИ;
суточные и мгновенные СКП погрешностей ЧВП;
СКП взаимной синхронизации НКА на суточном интервале;
медиана и 95%-ный порог суточных погрешностей ЧВП;
изменение суточной вариации Алана (Адамара) БСУ НКА;
последняя доступная оценка вариации Алана (Адамара) в зависимости от времени интегрирования.

Дополнительно для НКА ГЛОНАСС представлен график изменения суточной нестабильности БСУ.

Важно, что системные шкалы финальных данных, используемых при построении мгновенных и суточных погрешностей, могут незначительно отличаться (см. выше).

Ограничения по максимальным выдаваемым значениям:

мгновенные СКП ЧВП – 40 нс;
суточные СКП – 25 нс;
95%-ный порог ошибок – 20 нс;
СКП взаимной синхронизации – 20 нс;
по вариации Алана и стабильности БСУ – 10-12 для ГЛОНАСС и 2*10-13 для GPS, чтобы намеренно исключить Rb-стандарты с большим дрейфом частоты.

SISRE

Раздельно для НКА ГЛОНАСС и GPS представлены следующие данные:

число пригодных НКА на суточном интервале, для которых получена штатная и апостериорная ЭВИ;
суточные и мгновенные СКП погрешностей за счет космического сегмента;
медиана и 95%-ный порог суточных погрешностей SISRE.

Ограничения по максимальным выдаваемым значениям:

мгновенные СКП SISRE – 10 м;
суточные СКП – 5 м, 95% ошибок – 10 м.

Доступность навигации

Рассчитывается для комбинации условий PDOP<=6 и E_мин>=5°.

Раздельно для НКА ГЛОНАСС и GPS представлены следующие данные:

число обработанных эпох за сутки (номинально 288 при 5-минутном шаге);
доступность заданной комбинации на суточном интервале;
среднее число наблюдаемых НКА при заданных условиях;
среднее значение PDOP при выполнении заданных условий.

Произведение среднего значения PDOP и SISRE является косвенной оценкой погрешности определения координат потребителя за счет космического сегмента.

Ошибки местоопределения за счет погрешности космического сегмента

Фактически определяют потенциальную точность потребителей за счет погрешности космического сегмента без учета погрешности распространения в среде и погрешности НАП.

Рассчитываются для комбинации условий PDOP<=2° и E_мин>=5° только для НКА, излучающих навигационные сигналы в обоих частотных диапазонах L1 и L2.

Раздельно для НКА ГЛОНАСС и GPS представлены следующие данные:

относительное число эпох за сутки, когда выполняются заданные условия;
среднее значение PDOP при определении точности (всегда меньше, чем при расчете доступности с учетом заданных ограничений);
суточная СКП определения пространственных координат;
суточная медиана погрешности уточнения координат;
95%-ный порог погрешности уточнения координат;
максимальная за сутки погрешность уточнения координат.

Ошибки определения времени потребителей в системной шкале за счет погрешности космического сегмента

Ошибки определения времени потребителей в системной шкале за счет погрешности космического сегмента, т.е. не учитывая погрешности распространения в среде и погрешности НАП, рассчитываются для комбинации условий PDOP<=6 и E_мин>=5° только для НКА, излучающих навигационные сигналы в обоих частотных диапазонах.

Раздельно для НКА ГЛОНАСС и GPS представлены следующие данные:

относительное число эпох за сутки, когда выполняются заданные условия;
среднее значение PDOP (оба графика могут отличаться от представленных в доступности из-за учета только двухчастотных НКА и только тех эпох, где одновременно доступны штатная и апостериорная ЭВИ);
суточная СКП определения времени;
суточная медиана погрешности уточнения времени;
95%-ный порог погрешности уточнения времени;
максимальная за сутки погрешность уточнения времени.

Фундаментальный сегмент. UTC

Разность национальной реализации шкалы UTS(SU) относительно шкалы UTC представлена на интервале последних 6 месяцев. Для сравнения приведена также аналогичная разность для шкалы UTC(USNO), имеющей наибольший вес при формировании UTC. Шаг данных 5 суток.

Принципы навигации

Испытания НАП, оценка условий спутниковой навигации

Стандарт эксплуатационных характеристик открытого сервиса

Ионосфера