Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАДАЧ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

Чукин В.В. Вахнин А.В. Нгуен Т.Т.
В настоящее время одной из актуальных задач дистанционного зондирования атмосферы является задача получения вертикальных профилей метеорологических величин, в частности, вертикального профиля влажности воздуха. Существует несколько подходов к решению данной задачи. Среди всех методов исследования, метод дистанционного зондирования атмосферы сигналами глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) является самым инновационным и позволяет регулярно получать информацию о распределении содержания водяного пара по вертикали. В данной работе рассматриваются вопросы использования ГНСС-приемников для измерения задержек радиосигналов в тропосфере, которые появляются в результате уменьшения фазовой скорости радиоволн за счет эффекта поляризации молекул азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара [1]. На основе данных о задержках радиосигнала в тропосфере с помощью математических моделей восстанавливаются значения интегрального содержания водяного пара в атмосфере и вертикальные профили влажности воздуха.

Задержка радиосигнала в тропосфере определяется как разница между измеренным значением дальности до космического аппарата ГНСС и рассчитанным значением дальности, определяемым по известному положению космического аппарата и приемного устройства. Таким образом, для осуществления измерения тропосферной задержки необходимо измерения как минимум трех параметров: дальность до космического аппарата, положение космического аппарата, положение приемного устройства.

Дальность до космических аппаратов измеряется с помощью стандартных аппаратно-программных средств приемного устройства, поскольку в основу определения координат по сигналам ГНСС положен именно принцип измерения псевдодальностей до космических аппаратов. На кафедре экспериментальной физики атмосферы Российского государственного метеорологического университета были произведены эксперименты, по использованию ГНСС‑приемников для дистанционного зондирования тропосферы. Одним из использовавшихся в данных работах ГНСС‑приемником является приемник на основе чипсета SIRF-III, который имеет небольшие габариты, позволяющие держать его в ладони, и который способен одновременно принимать сигнал от 20 спутников. Данный приемник особенно удобен тем, что можно подключить его к устройству, осуществляющему вторичную обработку, при помощи Bluetooth-соединения. Наличие Вluetooth-соединения позволяет подключать ГНСС-приемник к разнообразным устройствам с поддержкой сетевых Java‑технологий, широко используемых в данном проекте. Объединение ГНСС-приемников с помощью компьютерной сети позволяет осуществлять сбор данных одновременно на значительной территории, что позволяет определять пространственное распределение метеорологических параметров, в частности, влажности воздуха.

Для определения точного положения спутников используется информация, получаемая в навигационном сообщении. Далее будет рассмотрен алгоритм вычисления точного положения спутников системы ГЛОНАСС. Космические аппараты системы ГЛОНАСС каждые 15 минут передают навигационные сообщения, содержащие координаты движения спутника в системе ПЗ-90.02. Навигационные данные представляются либо в двоичном виде, либо в виде RINEX-файла [2]. Решаемой задачей является расчет положения спутника с требуемой точностью в моменты времени, для которых нет навигационной информации. Для расчета положения спутника ГЛОНАСС применяется метод, рекомендованный интерфейсным контрольным документом (ИКД) [3, 4]. Описания метода данного в ИКД содержит ряд ошибок и неточностей, которые были исправлены путем использования ряда дополнительных литературных источников [5, 6, 7] и проведения экспериментальных расчетов. Пересчет эфемерид проводится методом численного интегрирования дифференциальных уравнений движения спутника в прямоугольной инерциальной геоцентрической системе координат, связанной с текущими значениями экватора и точкой весеннего равноденствия, методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Для расчета положения спутников в заданные промежутки времени был создан Java‑класс. Класс позволяет работать с текстовыми файлами, RINEX-файлами и базами данных типа MySQL. Разработанные программные средства позволяют вычислять положения спутников системы ГЛОНАСС с точностью 0.5-2 м, что соответствует точности алгоритма вычисления, заявленной в ИКД [3, 4]. Полученная точность расчета положения спутников ГНСС является удовлетворительной для целей вычисления физических параметров состояния атмосферы на основе данных измерений задержек распространения навигационного сигнала.

Способами улучшения точности данного алгоритма могут быть: использование исходных координат спутников в системе ПЗ-90.02; использование точно вычисленного истинного звездного времени; применение более точных методов интегрирования [8]; уточнение астрономических формул из научной литературы.

Работа выполнена при поддержке ФЦП «Кадры» ГК № П1549.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Чукин В.В. Применение сетевых технологий при построении системы дистанционного зондирования атмосферы с помощью глобальной навигационной спутниковой системы // Успехи современного естествознания. - 2008. - №11. - С.58.
  2. Gurtner W. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 2.10. - Astronomical Institute of Berne, 2000.
  3. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.0. - М.: КНИЦ ВКС, 2002. - С. 57.
  4. Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС. Интерфейсный контрольный документ. Редакция 5.1. - М., 2008. - С.74.
  5. Дубошин Г.Н. Небесная механика: Основные задачи и методы. - М.: Наука, 1975.
  6. Абалакин В.К. Основы эфемеридной астрономии. - М.: Наука, 1979.
  7. Жаров В.Е. Сферическая астрономия. - Фрязино: Век 2, 2006. - 480 с.
  8. Урмаев М.С. Орбитальные методы космической геодезии. - М.: Недра, 1981. - 256 с.

Библиографическая ссылка

Чукин В.В., Вахнин А.В., Нгуен Т.Т. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАДАЧ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 1. – С. 54-55;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=24380 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252