Прогноз параметров вращения земли для спутниковых навигационных систем

• Автор: Баскова, Анастасия Анатольевна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

1 Параметры вращения Земли

1.1 Физика неравномерности вращения Земли и движения полюсов

1.2 Особенности глобальной атмосферной циркуляции

1.3 Озоновый слой Земли

1.4 Обзор методов исследования временных рядов

1.4.1 Тренд и его анализ

1.4.2 Анализ периодических колебаний

2 Анализ параметров вращения Земли, представляемых ШЛв

2.1 Методы исследований нестабильности вращения Земли

2.2 Обзор данных ШЛв по вращению Земли

2.3 Анализ точности прогноза ШЯБ положения полюса Земли

2.4 Анализ точности прогноза ШЯБ длительности суток
3 Исследование параметров вращения Земли
3.1 Анализ отклонения длительности суток от эталона
3.2 Анализ изменения координат полюса Земли
4 Прогноз параметров вращения Земли
4.1 Прогноз отклонения длительности суток от эталона
4.2 Прогноз координат полюса Земли
Выводы по диссертации
Список использованных источников
Приложения

Актуальность темы. Глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) предназначены для определения координат и скорости различных объектов. В настоящий момент существуют две глобальные системы: ГЛО-НАСС (Россия) и NAVSTAR - GPS (США). Система ГЛОНАСС позволяет определить координаты объекта с точностью до 20 м. Система GPS в гражданском применении позволяет определить координаты объекта с точностью до 57-70 м. Используемый ВМФ США точный P-код предоставляет возможности по позиционированию с точностью до 20 м. ARGOS - единственная всемирная спутниковая система, созданная для изучения природной среды согласно соглашению между Францией и Соединенными Штатами, определяет координаты объектов с точностью до 150 м.
При использовании спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, ARGOS требуется знать параметры орбит навигационных космических аппаратов (НКА). Эти параметры заблаговременно определяют наземными средствами и передают на борт НКА, откуда в составе навигационного сообщения поступают в навигационную аппаратуру пользователя. К числу навигационных параметров, кроме прочих, относят положение полюсов Земли в инерциальной системе координат и шкалу времени, так как для наземного наблюдателя смещение полюсов равносильно изменению положения орбиты НКА, а изменение шкалы времени равносильно изменению периода обращения НКА. Неучтенное смещение полюсов Земли на 1 м приводит к такой же погрешности в определении координат с помощью НКА. Неучтенное отклонение всемирного времени от эталона на 1 мс на широте Красноярска приводит к погрешности в определении долготы на 0,38 м в сутки, за 10 суток накопится погрешность в 3,8 м.
Исследованием и прогнозом параметров вращения Земли (ПВЗ) занимается Международная служба вращения Земли IERS (МСВЗ - IERS -International Earth Rotation Service), эти данные доступны в сети Интернет [1, 2]. В России исследует ПВЗ и дает прогноз Институт прикладной астрономии

РАН (ИЛА), работающий совместно с IERS. С 2005 г. данные ИПА также доступны в сети Интернет [3]. Хотя IERS дает прогноз на год, например, предсказание отклонения всемирного времени от эталона с погрешностью менее 1 мс достигается только при заблаговременности в нескольких дней. Такое же качество прогноза обеспечивает ИПА.
Повышение точности и заблаговременности прогноза ГТВЗ является актуальной научной и практической задачей.
Ниже обозначено: 5Р = TAI-UT1 - разность между временем TAI, определяемым с помощью квантового эталона частоты и времени (атомным временем) и всемирным временем UT1.
Объект и задачи исследования. Объектом исследования являются временные ряды координат полюса Земли и величины ÖP по данным IERS и ИПА [1, 2, 3]. Кроме того, исследуются ежедневные и среднемесячные цифровые карты глобального распределения общего содержания озона (ОСО) в атмосфере по данным, полученным с помощью искусственных спутников Земли TOMS/ЕР и AURA [4].
Задачей исследования является анализ данных ПВЗ, а именно данных о координатах полюса и величине SP; анализ динамики стратосферы и атмосферы в целом по картам ОСО; поиск корреляционных зависимостей между 8Р и параметрами, характеризующими динамику атмосферы; анализ существующих методов прогноза координат полюса и величины SP; создание эффективной независимой методики прогноза координат полюса и АР с использованием глобальных данных об ОСО как предиктора.
Использованный метод. Для анализа ПВЗ использован метод сингулярного спектрального анализа; анализ динамики стратосферы по картам ОСО осуществлялся методами теории случайных полей; связь между ПВЗ и динамикой стратосферы исследовалась методами математической статистики; для прогнозов использованы полиномиальные приближения, авторегрессионные схемы и нейросетевые технологии.

торная информация периодически калибруется с помощью лазерных дальномеров (кванто-оптических станций) из состава НКУ. Для этого спутники ГЛОНАСС оснащены лазерными отражателями. Для правильного функционирования системы очень важна синхронизация всех процессов. Для этого в составе НКУ предусмотрен Центральный синхронизатор (ЦС), который представляет собой высокоточный водородный стандарт времени/частоты. ЦС синхронизирован с Национальным эталоном времени/частоты UTC(SU).
Среди областей использования системы ГЛОНАСС можно выделить следующие:
- Мониторинг наземного транспорта, организация и управление движением грузов, междугородним железнодорожным и автотранспортом, создание «интеллектуальных» транспортных средств.
- Синхронизация шкал времени удаленных друг от друга объектов.
- Определение параметров вращения Земли и т.д.
- Экологический мониторинг, организация поисково-спасательных работ.
- Организация воздушного и морского движения, повышение безопасности полетов и мореплавания.
- Геодезия и картография, составление земельных и лесных кадастров, строительство дорог, прокладка коммуникаций и трубопроводов контроль сейсмически опасных районов, геология и разведка полезных ископаемых, разработка нефтяных и газовых месторождений на участках прибрежных шельфов и др
Система глобального позиционирования (GPS). Система GPS создана и находится под управлением Министерства Обороны Соединенных Штатов. Систему GPS составляют 24 спутника: 21 навигационный и 3 запасных, находящиеся на околоземных орбитах с периодом обращения 12 часов. Проекция орбиты на земную поверхность (вследствие вращения Земли) повторяется с частотой один раз в день. Высота орбиты такова, что спутник оказывается над одной и той же точкой поверхности приблизительно каждые 24 часа.