ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. СУЩНОСТЬ СПУТНИКОВЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ 6
1.1 Общие сведения. 6
1.2 Общий принцип определения координат спутниковыми методами. 8
1.3 Определение координат спутника по эфемеридам. 11
1.4 Абсолютный метод определения координат. 14
1.5 Относительный (дифференциальный) метод. 14
1.6 PPP-метод определения координат и виды эфемерид. 16
1.7 Спутниковая система дифференциальной коррекции. 17
ГЛАВА 2. СТРУКТУРА ИСХОДНЫХ ДАННЫЕ В ФОРМАТЕ RINEX 19
2.1 Философия RINEX и общие сведения. 19
2.2 Структура наименования файлов. 20
2.3 Структура файла наблюдений. 21
2.4 Структура файла навигационного сообщения. 31
2.5 Структура файла метеорологических данных 37
ГЛАВА 3. КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА ОБРАБОТКИ ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ГНСС-ИЗМЕРЕНИЙ 39
3.1 Разработка функции чтения файлов 39
3.2 Разработка функции вычисления координат точки наблюдения 40
3.3 Разработка пользовательского интерфейса 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 71
Глобальные навигационные спутниковые системы (далее – ГНСС) –это спутниковые системы, используемые для определения местоположения наземных, водных и воздушных объектов. Первая в мире спутниковая система была введена в эксплуатацию в 1964 году министерством обороны США и имела название «Transit». Изначально она использовалась для точного определения местоположения атомных подводных лодок. Первую отечественную систему «Циклон» ввели в эксплуатацию в 1976 году. Совместно с ней Советский Союз так же разработал гражданскую версию ГНСС «Цикада» для нужд торгового морского флота.
Начиная с 1973 началась активная разработки навигационной системы «NavStar» и запуск спутников. В отличии от предыдущей ГНСС, спутники этой системы выводились на среднюю околоземную орбиту. В этом же году систему «NavStar» стали именовать «GlobalPositioningSystem» (сокр. – GPS). Советский Союз начал запуск спутников для своей системы «Глобальная Навигационная Спутниковая Система» (сокр. – ГЛОНАСС) в 1982 году. Обе системы были полностью введены в эксплуатацию в 1993 году [6].
GPS, как и ГЛОНАСС, создавалась изначально для военных нужд, но после инцидента на острове Сахалин в 1983 году было принято решение разрешить использовать систему GPS в гражданских целях: для этого разработали специальный алгоритм «загрубления» точности данных ради исключения возможности использовать систему в военных целях.
В 2000 году указ президента США Билла Клинтона отменил «загрубление» и стало возможно штатное использование GPSв гражданских целях. Так же поступила и Россия со своей системой ГЛОНАСС [6].
В 2020 году Китайская Народная Республика ввела в эксплуатацию свою спутниковую систему «BeiDou». В этом же году Европейский союз в сотрудничестве с Европейским космическим агентством так же создали ввели в эксплуатацию систему «Galileo».
Помимо привычных глобальных систем существуют еще и региональные: «IRNSS»и«QZSS». Первая система принадлежит Индийскому правительству и обеспечивает покрытие Индии и пограничных с ней территорий. Данную ГНСС ввели в эксплуатацию в 2018 году. «QZSS» расшифровывается как Quasi-ZenithSatelliteSystem (Квазизенитная спутниковая система) и является японской региональной спутниковой системой, которую ввели в эксплуатацию в 2018 году.
В современном мире ГНСС имеет повсеместное применение в различных отраслях науки и в повседневной жизни. С помощью ГНСС любой человек, имеющий телефон со встроенным GPS-приемником может узнать свое местоположение. С помощью спутниковых систем осуществляется навигация кораблей, самолетов и автомобилей. Так же ГНСС помогает в поиск и спасении пропавших без вести людей: для этого создали специальную систему «КОСПО-SARSAT». Довольно широко навигационные спутниковые системы используются в геодезии.
Цель моей работы: создание программного обеспечения (приложения) для обработки относительных ГНСС-измерений на языке программирования Python
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение принципа работы спутниковых навигационных систем
2. Поиск и изучение необходимых для обработки математических формул
3. Изучение структуры файлов с данными формата RINEX
4. Создание модуля для считывания информации из файлов
5. Создание модуля для обработки считанных данных
6. Создание модуля для вычисления координат по обработанным данным
7. Создание пользовательского интерфейса
8. Сборка сделанных модулей в единое приложение формата *.exe
Методической основой послужили научные статьи, книги и методические пособия отечественных и зарубежных ученых. Актуальность же состоит в разработке приложения для обработки ГНСС-измерений с простым и лаконичным интерфейсом, которое сможет использовать любой желающий в своих целях, а также иметь доступ к самому коду и дополнять его, исходя из собственных нужд.
В ходе проделанной работы удалось создать удобную и органичную программу на языке Python, которая позволяет производить пост-обработку относительных ГНСС-измерений несколькими методами: абсолютный метод, относительный метод и PPP-метод. В дальнейшем программа будет развиваться: будет улучшена вычислительная составляющая, добавлена возможность выгрузки результатов обработки в виде векторной графики (файлы формата .shp), возможность просматривать графики, построенные по данным ГНСС-измерений.
