Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(РГГМУ)

Допущен к защите Кафедра экспериментальной физики

Зав. кафедрой д.ф.-м. н, проф. атмосферы А.Д. Кузнецов

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Программный комплекс дистанционного зондирования атмосферы сигналами глобальной навигационной спутниковой системы Выполнил Г. В. Григорьев, гр. И-539 Руководитель канд. физ.-мат. наук, доцент В.В. Чукин Санкт-Петербург Содержание Стр.

Сокращения Введение 1 Глобальная навигационная спутниковая система 1.1 Исторические сведения 1.2 Основные элементы спутниковой системы навигации 1.3 Принцип работы спутниковых систем навигации 1.4 Технические детали работы систем GPS и ГЛОНАСС 1.5 Дифференциальный режим определения координат 1.6 Виды погрешностей определения дальности до спутника 1.7 Факторы, искажающие результаты навигационных измерений 1.8 Влияние среды на распространение навигационных сигналов 1.8. Распространение радиоволн в ионосфере 1 Распространение радиоволн в тропосфере.

.

1 Методы учета факторов, влияющих на точность измерений.

дальности 1.9. Определение ионосферных поправок 1.9. Задержка радиосигнала в тропосфере 2 Методы вычисления местоположения спутников в пространстве 2.1 Параметры движения спутников по орбите 2.2 Система координат WGS-84 2.3 Система координат ПЗ-90 2.4 Система координат СК-95 2.5 Переход от одной системы координат к другой 2.5. Преобразования из геоцентрических в геоцентрические 1 координаты 2.5. Преобразования из географических в географические 2 координаты 2.5. Преобразование между системами координат WGS-84 и ПЗ-90 2.6 Методы вычисления положения спутника в пространстве 3 Форматы обмена и хранения навигационных данных 3.1 Формат обмена навигационными данными RINEX 3.2 Формат SP3 3.3 Основные сведения о системах управления базами данных 3.4 Реляционные базы данных 3.5 Структуризованный язык запросов SQL 3.6 Проектирование базы данных для хранения информации о параметрах движения спутников по орбите 4 Разработка программного комплекса дистанционного зондирования атмосферы сигналами глобальной навигационной спутниковой системы «GPS Tropodelay»

4.1 Выбор операционной и программной среды, определение аппаратных требований 4.2 Алгоритм вычисления координат НКА GPS на моменты измерения дальности 4.3 Организация компонентов программы «GPS Trodelay» DGPS – дифференциальный режим глобальной системы EGNOS – европейская система передачи поправок GPS – глобальная система позиционирования (США);

ISO – международный стандарт;

ITRF – система координат WGS-84, скорректированная на Linux – UNIX-подобные операционные системы с открытым MSAS – японская система передачи поправок потребителям;

MySQL – свободная система управления базами данных;

NTRIP – протокол передачи дифференциальных поправок RINEX – формат обмена навигационными данными;

SBAS – файл широкозонной корректирующей информации;

SP3 – формат обмена навигационными данными;

SQL – структуризованный язык запросов;

WAAS – американская система передачи поправок WGS-84 – всемирная система координат (1984г);

ГЛОНАСС – навигационная спутниковая система (Россия);

ГНСС – глобальная навигационная спутниковая система;

ИСЗ – искусственный спутник Земли;

КГК – космический геодезический комплекс;

КГС – космическая геодезическая сеть;

МАГ – международная ассоциация геодезии;

НКА – навигационный космический аппарат;

ОЗЭ – общий земной эллипсоид;

ПЗ-90 – государственная геоцентрическая система координат РНС – радионавигационный сигнал;

СРНС – спутниковые радионавигационные системы;

СУБД – система управления базами данных;

ЯМД – язык манипулирования данными.

радионавигационные методы для дистанционного зондирования атмосферы.

С развитием глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) появилась перспектива использования информации, получаемой на сети наземных базовых станций дифференциальных подсистем спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS для задач дистанционного зондирования атмосферы.

В 2004г. в РГГМУ [1] предложен новый метод электромагнитного просвечивания, в котором изложены принципы использования сигналов космических источников для целей дистанционного зондирования атмосферы.

(Грант Правительства Санкт-Петербурга №327/08 от 05.11.2008) проведено исследование возможностей использования информации, получаемой на сети наземных базовых станций дифференциальных подсистем спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS для осуществления дистанционного зондирования атмосферы методом электромагнитного просвечивания.

Результаты проекта показали, что данные ГНСС могут использоваться для сбора информации о интегральном содержании водяного пара, что может быть применено для целей анализа и прогноза погоды. Также эти данные дифференциальной подсистемы ГНСС за счет более точного определения тропосферных задержек навигационных радиосигналов.

автоматизированную информационную систему, которая осуществляет сбор и преобразование информации. Один из этапов работы по созданию системы сбора информации – получение файлов ГНСС и расчет тропосферной задержки.

Основной целью работы является создание автоматизированного программного комплекса для расчета тропосферной задержки в атмосфере навигационного сигнала глобальной навигационной спутниковой системы Navstar GPS.

следующие задачи:

ознакомится с глобальной навигационной спутниковой системой;

изучить методы определения положения спутника в пространстве;

разработать структуру и создать базу данных для хранения информации о параметрах движения спутников системы Navstar GPS по орбите;

изучить структуру навигационной информации формата RINEX;

разработать программный комплекс, предназначенный для расчета тропосферной задержки в атмосфере навигационного сигнала спутников глобальной навигационной спутниковой системы.

В первой главе рассматриваются основные элементы глобальной навигационной спутниковой системы, а также принципы работы спутниковых систем навигации, рассмотрены факторы, искажающие результаты измерений и приведены методы учета этих факторов.

Во второй главе проводятся методы вычисления местоположения спутников в пространстве, рассмотрены основные системы координат и методы перехода от одной системы координат к другой.

Третья глава посвящена форматам обмена и хранения навигационных сообщений, даны сведения о системах управления базами данных и языке структурированных запросов SQL. Представлен проект базы данных для хранения информации о параметрах движения спутников по орбите.

В четвертой главе представлены результаты разработки программного комплекса дистанционного зондирования атмосферы сигналами глобальной навигационной спутниковой системы «GPS Тropodelay».

Глобальная навигационная спутниковая система 1.1 Исторические сведения Развитие спутниковых навигационных систем имеет практически пятидесятилетнюю историю, начало которой положено запуском 4.10.57 г.

первого в истории человечества искусственного спутника Земли (ИСЗ).

Наблюдения за спутником показали, что частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении [2]. Суть открытия заключалась в том, что, зная свои координаты на Земле, становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

В США система получила название NAVSTAR GPS (NAVigation Satellites providing Time And Range; Global Positioning System). Первый тестовый спутник выведен на орбиту в 1974 г, а последний из всех спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США.

НАвигационная Спутниковая Система) Первый спутник был выведен на орбиту в 1982 году. В 1995 году спутниковая группировка составила аппарата. Но впоследствии из-за недостаточного финансирования, а также изза малого срока службы, число работающих спутников сократилось.

В конце марта 2008 года в России были скорректированы сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Орбитальная группировка по состоянию на 25 декабря 2008 года количество составляла 18 спутников.

1.2 Основные элементы спутниковой системы навигации Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.

К основным элементам спутниковой системы навигации относятся[2, 3]:

1) орбитальная группировка, состоящая из нескольких (от 2 до 30) космических аппаратов, состоящая из навигационных ИСЗ, 2) наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах или сегмент управления (контрольный сегмент);

определения координат (потребительский сегмент);

пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.

Основные элементы ГНСС изображены на рисунке 1. 1.3 Принцип работы спутниковых систем навигации Принцип работы спутниковых систем навигации (см. рис.1.2) основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью.

Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений.

Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел – мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на определённости скорости распространения радиоволн. Для осуществления возможности измерения времени распространения радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, в составе своего сигнала используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе Рисунок 1. 2 – Принцип работы спутниковых систем навигации спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала.

Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Дополнительно накапливая и обрабатывая эти данные за определённый промежуток времени, становится возможным вычислить такие параметры движения, как скорость (текущую, максимальную, среднюю), пройденный путь и т. д.

1.4 Технические детали работы систем GPS и ГЛОНАСС В настоящее время работают или готовятся к развёртыванию системы спутниковой навигации, представленные в табл. 1.1.

К основным системам спутниковой навигации, как наиболее развернутым, относятся системы GPS и ГЛОНАСС. Обе системы имеют двойное назначение – военное и гражданское, поэтому излучают два вида Таблица 1.1 – Системы спутниковой навигации Galileo Европейская Создание спутниковой да сигналов: один с пониженной точностью определения координат (~100 м) для гражданского применения и другой высокой точности (~10-15 м и точнее) для военного применения. Для ограничения доступа к точной навигационной информации вводят специальные помехи, которые могут быть учтены после получения ключей от соответствующего военного ведомства (США для GPS и России для ГЛОНАСС). В настоящее время эти помехи отменены, и точный соответствующего решения государственных органов стран-владельцев военный код может быть снова заблокирован (в системе NAVSTAR это ограничение было отменено только в мае 2000 года и в любой момент может быть восстановлено).

Спутники GPS располагаются в шести плоскостях на высоте примерно 20 180 км. Спутники ГЛОНАСС (шифр «Ураган») находятся в трёх плоскостях на высоте примерно 19 100 км (см. рис. 1.3). Номинальное количество спутников в обеих системах – 24 [2, 3]. Группировка GPS полностью укомплектована в апреле 1994-го и с тех пор поддерживается, группировка ГЛОНАСС была полностью развёрнута в декабре 1995-го, но с тех пор значительно деградировала. В настоящий момент идёт её активное восстановление.

Рисунок 1.3 – Космический сегмент спутников ГЛОНАСС и GPS Обе системы используют сигналы на основе т. н. «псевдошумовых последовательностей», применение которых придаёт им высокую помехозащищённость и надёжность при невысокой мощности излучения передатчиков.

В соответствии с назначением, в каждой системе есть две базовые частоты — L1 (стандартной точности) и L2 (высокой точности). Для GPS L1=1575.42 МГц и L2=1227.6 МГц. В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов, т. е. каждый спутник работает на своей частоте и, соответственно, L1 находится в пределах от 1602.56 до 1615.5 МГц и L2 от 1246.43 до 1256.53. Сигнал в L1 доступен всем пользователям, сигнал в L2 – только военным (то есть, не может быть расшифрован без специального секретного ключа).

Каждый спутник системы, помимо основной информации, передаёт также вспомогательную, необходимую для непрерывной работы приёмного оборудования. В эту категорию входит полный альманах всей спутниковой группировки, передаваемый последовательно в течение нескольких минут.

Таким образом, старт приёмного устройства может быть достаточно быстрым, если он содержит актуальный альманах (порядка 1-й минуты) — это называется «тёплый старт», но может занять и до 15-ти минут, если приёмник Необходимость в «холодном старте» возникает обычно при первом включении приёмника, либо если он долго не использовался.

Основные параметры систем спутниковой навигации (GPS и ГЛОНАСС) приведены в таблице 1.2 [4].

Дифференциальный режим определения координат получить координаты с точностью порядка 10-15 м [4]. Однако для многих задач, особенно для навигации в городах, требуется большая точность. Один из основных методов повышения точности определения местонахождения объекта основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

установить координаты с точностью до 3 м в динамической навигационной обстановке и до 1 м – в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного GPS-приёмника, называемого опорной станцией. Она располагается в пункте с известными координатами, в том же районе, что и основной GPS-приёмник. Сравнивая известные координаты (полученные в результате прецизионной геодезической съёмки) с измеренными, опорная станция вычисляет поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу в заранее оговоренном формате. Аппаратура потребителя принимает от опорной станции дифференциальные поправки и учитывает их при определении местонахождения потребителя.

Результаты, полученные с помощью дифференциального метода, в значительной степени зависят от расстояния между объектом и опорной Таблица 1.2 – Сравнительные характеристики систем ГЛОНАСС и GPS группировке запуск Несущая частота, МГц :

последовательности Число элементов кода:

Скорость кодирования, Мбит/с:

радиопомех, дБ Структура навигационного сообщения преобладающими являются систематические ошибки, обусловленные внешними (по отношению к приёмнику) причинами. По экспериментальным данным, опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

В настоящее время существуют множество широкозонных, региональных и локальных дифференциальных систем.

Дифференциальная поправка основана либо на геостационарных спутниках, либо на наземных базовых станциях, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной. В настоящее время (2009 г.) существуют бесплатные американская система WAAS, европейская система EGNOS, японская система MSAS основанные на нескольких передающих коррекции геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см). Эти системы используют геостационарные спутники для передачи поправок всем потребителям, находящимся в зоне их покрытия.

Региональные системы предназначены для навигационного обеспечения отдельных участков земной поверхности. Обычно региональные системы используют в крупных городах, на транспортных магистралях и судоходных реках, в портах и по берегу морей и океанов. Диаметр рабочей зоны региональной системы обычно составляет от 500 до 2000 км. Она может иметь в своём составе одну или несколько опорных станций [4].

Локальные системы имеют максимальный радиус действия от 50 до 220 км. Они включают обычно одну базовую станцию. Локальные системы обычно разделяют по способу их применения: морские, авиационные и геодезические локальные дифференциальные станции.

1.6 Виды погрешностей определения дальности до спутника При оценке точности навигационных измерений различают погрешности измерения навигационного параметра радионавигационного сигнала (РНС) и погрешности определения соответствующих навигационных элементов, среди которых важнейшим является местоположение объекта.

Погрешности РНС зависят, прежде всего, от метода, положенного в основу построения радионавигационного средства, от особенностей технической реализации РНС, от условий их эксплуатации. В зависимости от причин, порождающих погрешности, их можно разделить на три группы [5].

К первой группе относят методические погрешности. Они обусловлены неточностью исходных математических моделей, описывающих сигналы и измеряемые процессы, и несовершенством метода измерений и алгоритмов, являющихся основой построения РНС. Например, в ряде случаев при разработке алгоритмов обработки принимаемых радионавигационных сигналов не учитываются динамика подвижного объекта в процессе измерения, изменение условий распространения радиоволн и т. д.

Во вторую группу включают инструментальные погрешности, вызванные несовершенством радионавигационной аппаратуры, и, в частности, тем, что принятые алгоритмы не могут быть точно реализованы. Причинами инструментальных погрешностей являются:

схемные и конструктивные недостатки устройств;

недостаточная чувствительность индикаторов;

погрешности регулировок и калибровок, а также градуировок шкал приборов;

зависимость показаний от непостоянства напряжений источников Третью группу составляют погрешности, вызванные условиями, в которых проводятся измерения. Источниками этих погрешностей являются:

внешние помехи, условия распространения радиоволн, турбулентность атмосферы и т. д.

По характеру проявления погрешности РНС делятся на систематические и случайные.

меняющимися по определенному закону. Они вызываются причинами, которые действуют вполне определенным образом. Такие погрешности независимо от числа измерений имеют одно и то же значение и один и тот же знак. Их влияние в ряде случаев может быть установлено и заранее учтено.

Примерами являются погрешности градуировки; погрешности за счет изменений условий распространения радиоволн.

Случайные погрешности вызываются большим числом причин, действующих при каждом отдельном измерении различным образом. Такие погрешности при измерениях полностью устранить не удается, но, используя соответствующие методы приема и обработки радиосигналов, их можно существенно снизить.

навигационных параметров, велико и степень воздействия их обычно примерно одинакова, поэтому во многих случаях считают, что погрешности радионавигационных измерений в соответствии с центральной предельной теоремой имеют гауссовский закон распределения. При этом основной мерой точности является среднеквадратическое значение погрешности измерения навигационного параметра. Вероятность того, что погрешности измерений не превысят величины, равна 0.683. На практике точность навигационных средств часто характеризуют максимальной погрешностью, равной 2, а в ряде случаев, например, применительно к системам посадки, - предельной погрешностью, которая равна. При гауссовском законе распределения погрешностей 95% всех измерений имеют погрешности меньше максимальной и 99.7% - меньше предельной [5].

1.7 Факторы, искажающие результаты навигационных измерений Источники погрешностей, воздействующих на результаты измерений псевдодальностей, могут быть условно разделены на три группы, связанные, распространения сигнала.

Как бы точны ни были атомные часы на спутниках, все же и у них имеются источники небольших погрешностей. Специальные станции следят за этими часами и могут выверить их, если выявиться хотя бы незначительный уход.

Наши приемники на Земле также иногда ошибаются. Компьютер приемника может округлить математическую операцию, или электрические помехи могут привести к ошибочной обработке навигационных сигналов.

переотражаются от окружающих предметов и поверхностей до того, как попадают в приемник, возникает эффект многолучевости [5].

спутников, на распространении сигналов и на ходе часов спутника.

радиоволн отличается от скорости света в вакууме, поэтому в вычисленные значения псевдодальностей необходимо ввести поправку. Принято значение этой поправки разбивать на три части, одна из которых относится к свободному пространству между спутником и ионосферой, вторая – к ионосфере, содержащей электрически заряженные частицы и третья – к нижней части атмосферы - тропосфере.

Все источники погрешностей, приведенные выше, суммируются и придают каждому измерению навигационных параметров некоторую неопределенность.

1.8 Влияние среды на распространение навигационных сигналов Радиосигнал, распространяющийся от НКА до потребителя, проходит три существенно различные среды, влияющие на поглощение энергии навигационного сигнала, его скорость и траекторию.

распространяющейся в какой-либо среде, производится на основе решения уравнений Максвелла, которые в дифференциальном виде записываются следующим образом [5]:

Уравнения (1.1)-(1.4) называются уравнениями поля.

где – магнитная проницаемость, Гн/м;

E – напряженность электрического поля, В/м;

– электропроводность среды, 1/(Ом м);

– диэлектрическая проницаемость среды, Ф/м;

µ – магнитная проницаемость среды;

H – Напряженность магнитного поля, А/м;

плотность стороннего электрического заряда, Кл/м3;

ro – дифференциальный оператор ротора;

di – дифференциальный оператор дивергенции.

характеризуют свойства среды, в которой происходят электромагнитные процессы. Характеристиками среды являются величины: а= 0, µ а=µ µ0 и, Эти величины с нулевым индексом относятся к вакууму или так называемому свободному пространству и имеют значения:

В общем случае, µ и могут быть функциями времени и координат, это относится к величинам и для реальной земной поверхности и атмосферы, свойства которых неоднородны и непостоянны во времени.

Также следует отметить, что среда влияет на поглощение, траекторию (отражение, дифракция, преломление) и скорость распространения радиоволн.

Магнитное поле Земли в ионизированной плазме приводит к расщеплению радиосигнала на обыкновенную и необыкновенную составляющие, которые имеют специфические дисперсионные характеристики взаимодействия со средой.

Даже от одного излучателя в пункт приема приходит несколько волн, распространяющихся различными траекториями (модами). Векторное сложение этих волн приводит к таким эффектам как интерференция, вращение плоскости поляризации, сопровождаемые нежелательными федингами амплитуды суммарного сигнала.

1.8.1 Распространение радиоволн в ионосфере Ионосфера является частью атмосферы и имеет сложный высотный профиль температуры, электронной концентрации и распределения газовых составляющих.

Распространение радиоволн в ионосферной плазме, находящейся в магнитном поле Земли, имеет сложный характер. Наиболее важными параметрами ионосферы, влияющими на распространение электромагнитных волн, являются электронная концентрация и частота соударений электронов с нейтральными частицами атмосферного газа.

Одним из наиболее часто используемых приближений для расчетов распространения радиоволн в ионосфере является условие, при котором вектор магнитного поля лежит в плоскости распространения [5, 6].

определяется влиянием свободных электронов [1] и его можно выразить через электронную концентрацию:

где nu – показатель преломления электромагнитных волн в ионосфере;

Ионизированная среда влияет на распространение электромагнитных волн различной частоты не одинаковым образом. Существует критическая частота, ниже которой плазма не пропускает электромагнитные волны. Такой электромагнитных волн с частотой много выше плазменной (f >> fP) распространения волн в плазме мало отличаются от условий распространения в вакууме.

Электромагнитные волны с частотой много меньше плазменной частоты (f 302400 с, то истинное tk = tk – 604800 с, если tk < 302400 с, то истинное tk = tk + 604800.

Вычисляется средняя аномалия НКА на момент излучения метки времени (средняя аномалия эпохи tk):

где n0 – среднее движение НКА или средняя угловая скорость НКА;

µ – гравитационная постоянная для WGS-84;

n – изменение среднего движения НКА, передаётся в кадре где M0 – средняя аномалия НКА, передаётся в кадре навигационного Средняя аномалия М эпохи tk – это угол между линией апсид и направлением на предполагаемое положение НКА на орбите, в котором он находился бы при равномерном движении.

Затем решается уравнение Кеплера методом итераций для расчёта эксцентрической аномалии НКА:

где Е0 - начальное приближение эксцентрической аномалии, где j 0 – номер итерации.

Процесс продолжается до тех пор, пока | Еj+1 – Еj| < 1107.

Критерием истинности значения полученной эксцентрической аномалии является вычисленное значение средней аномалии М эпохи tk по полученному значению:

Полученное значение средней аномалии М эпохи tk должно быть равно значению расчитаному по формуле (4.4).

После этого поправка на релятивистский эффект в уравнение поправки перехода от бортовой шкалы измерения времени к системной шкале:

После вычисления tr повторяются все вычисления с самого начала.

Производится расчёт истинной аномалии НКА на момент излучения временной метки по системной шкале:

Далее с учётом знака sin и cos определяется номер четверти угла. И с учётом номера четверти для нахождения вычисляется либо arcsin (), либо arccos ().

Вычисляется предварительный аргумент широты:

где – аргумент перигея, передаётся в кадре навигационного сообщения НКА GPS.

Аргумент перигея – это угол между направлением между направлением восходящего узла орбиты и направлением перигея.

Вычисляется исправленный аргумент широты за счёт гравитационного возмущения орбиты НКА:

передаваемые в кадре навигационного сообщения НКА GPS.

Вычисляется радиус-вектор НКА GPS на момент излучения метки времени по системной шкале:

Вычисляется наклон возмущённой плоскости орбиты к плоскости экватора:

где i0 – наклон орбиты к плоскости экватора, передаваемый в Vi – скорость изменения наклона орбиты, передаваемая в Cic, Cis – коэффициенты коррекции угла наклона орбиты НКА, Вычисляются координаты НКА в плоскости орбиты:

Вычисляется долгота восходящего узла орбиты НКА:

e – угловая скорость вращения Земли;

V – прецессия восходящего узла орбиты НКА, передаваемая в Вычисляется матрица преобразования геоцентрических координат в геодезические:

Вычисляются прямоугольные координаты НКА GPS на момент tk без учёта времени распространения сигнала до потребителя:

где элементы матрицы rs представляют собой соответственно:

Вычисляются прямоугольные координаты НКА GPS на момент tk с учётом времени распространения сигнала от НКА до потребителя (вычисления для НКА ГЛОНАСС аналогичны):

где – время распространения сигнала от НКА до потребителя;

D – – измеренная псевдодальность НКА – потребитель.

где элементы матрицы rs представляют собой соответственно: Rs1 = X, Rs2 = Y, Rs3 =Z с учётом времени распространения сигнала до потребителя.

вычисление координат НКА необходимо производить в одной из общеземных систем координат в ПЗ-90 или WGS-84.

Таким образом, общую схему вычисления положения ИСЗ и обработки информации по получению тропосферной задержки радиосигнала можно представить следующим образом (рис. 4.1):

4.3 Организация компонентов программы «GPS Tropodelay»

Программный комплекс дистанционного зондирования состоит из двух управляющих модулей и модулей, которые выполняют служебные функции (рис 4.2).

Рисунок 4.1 – Схема получения тропосферной задержки радиосигнала UpdateEpheremis Рисунок 4.2 – Схема проекта программного комплекса В таблице 4.1 приведен список модулей и приведено назначение программ.

Таблица 4.1 – Список программных модулей UpdateEpheremis Чтение текстовых файлов навигации в формате RINEX.

Обработка и запись параметров орбит навигационных GTropodelay Чтение текстовых файлов наблюдений в формате данных Вычисление положения спутника на определенный момент Ephemeris Распознавание заголовка навигационного файла и блока Observation Распознавание заголовка файла наблюдений и блока данных SatPosition Перевод даты и времени UTC во время GPS недели.

структурный принцип – “по элементам и компонентам”.

Элементами являются модули, представленные выше (табл. 4.1), а компонентами – функции и подпрограммы модулей.

Элемент 1 – управляющая программа UpdateEpheremis. Выполняет функции, указанные в таблице 4.1. Текст программы приведен в приложении Б. Содержит метод main, который создает объект класса Epheremis.

Принцип работы чтения и обработки навигационных файлов указан на схеме (см. рис 4.3).

Элемент 2 – служебный модуль Epheremis (см. табл. 4.1). Состоит из семнадцати компонент. Ниже перечисленные компоненты являются методами класса Epheremis:

1) компонент setHeaderAndData – выполняет чтение заголовка файла RINEX и вызов методов распознавания заголовка и блока данных;

2) компонент setRinexVersionType - выполняет чтение заголовка файла и запись номера версии и типа файла RINEX.

заголовка файла и запись даты, организации и название программы создавшей файл.

4) компонент setComment - выполняет чтение заголовка файла и запись комментарий к файлу.

5) компонент setIonAlpha, setIonBeta - выполняют чтение заголовка файла и запись параметров ионосферы.

6) компонент setDeltaUTC - выполняет чтение заголовка файла и запись параметров коррекции времени.

7) компонент setLeapSeconds - выполняет чтение заголовка файла и запись информации о стабильности генератора частоты.

Epheremis.setHeaderAndData Рисунок 4.3 – Схема алгоритма выполнения UpdateEpheremis 8) компонент setData - выполняет вызов методов чтения времени и блока навигационных данных, запись полученных данных в массив строк qstring.

передаваемых эфемерид.

Компоненты setBroadcastOrbit1 - setBroadcastOrbit7 - выполняют чтение с 1-го по 7-й блоков параметров орбиты спутников. Текст программы приведен в приложении ХХ.

Элемент 3 – управляющая программа GTropodelay, осуществляет чтение файлов наблюдений RINEX и передачу управления модулю Observation. Текст программы приведен в приложении ХХ.

Элемент 4 – служебный модуль Observation, осуществляет чтение файла наблюдений в формате RINEX, чтение из БД параметров орбиты спутников, вызов методов вычисления положения спутника, определение географических координат места наблюдения и расчет псевдодальности до спутников из модуля SatPosition, а также вычисление тропосферной задержки. Модуль Observation состоит из десяти компонент представленных ниже, которые являются методами класса.

1) Компонент setHeaderAndData – выполняет чтение заголовка файла наблюдений RINEX и вызов методов распознавания заголовка и блока передаваемых данных.

2) Компонент setRinexVersionType - выполняет чтение заголовка файла и запись номера версии и типа файла RINEX.

3) Компонент setProgramAgencyDateTime - выполняет чтение заголовка файла, запись даты, организации, имя наблюдателя и агентства.

4) Компонент setObservationNumber - записывает тип передаваемых данных и код последовательности данных.

5) Компонент setComment - выполняет чтение заголовка файла и запись комментария к файлу.

6) Компонент setData - выполняет вызов методов чтения времени и дальности до спутников.

7) Компонент setEpoch –выполняет чтение даты, времени и количества видимых спутников, для которых передается псевдодальность.

9) Компонент getWaveLength - возвращает длину волны радиосигнала.

Компонент setObservations –выполняет:

1) чтение блока данных расстояний до спутников;

2) исключение ионосферной задержки 3) чтение записей параметров орбит из БД;

4) вызов метода перевода UTC времени во время от начала GPS недели (метод setTime класса SatPosition);

getSatelliteXYZ класса SatPosition);

7) вызов метода определения азимута и угла места (метод getLonlat 9) вызов метода вычисления псевдодальности (метод psdistance 10) вычисление задержки в тропосфере.

Текст программы приведен в приложении ХХ.

Элемент 5 – служебный модуль SatPosition, который осуществляет:

перевод UTC времени во время от начала GPS недели; определение координат спутника; перевод координат места наблюдения в географические псевдодальности до спутника. Модуль SatPosition состоит из семи компонент представленных ниже, которые являются методами класса.

Компонент setTime - осуществляет преобразование времени UTC во время от начала GPS недели.

Компонент getSatelliteXYZ - выполняет вычисление координат спутника, решая уравнение Кеплера.

Компонент kepEQ –решает уравнения Кеплера для эксцентрической аномалии, Компонент eccano – производит вычисление эксцентрической аномалии в определенный момент времени.

Компонент setLatLonHeight - выполняет перевод координат места наблюдения в географические координаты (широту и долготу).

Компонент getLonlat - выполняет определение азимута и угла места спутника по заданной широте и долготе приемника и координатам спутника.

Компонент psdistance - выполняет вычисления псевдодальности до спутника по известным координатам приемника и вычисленным координатам спутника.

4.4 Описание работы Управляющие модули вызываются и консоли ОС Linux при помощи запуска JVM (см. рис 4.4).

Рисунок 4.4 – Вызов программ из консоли при помощи JVM Для добавления данных в БД необходимо ввести команду вида:

java UpdateEphemeris имя_файла_эфемерид Для запуска модуля вычисления тропосферной задержки необходимо ввести команду вида:

java GTropodelay имя_файл_наблюдений При запуске приложения UpdateEphemeris происходит проверка ввода пользователем имени файла, при ошибке выдается соответствующее сообщение и приложение закрывается. Если исключительная ситуация не появляется, то происходит соединение с БД, файл навигационного сообщения передается модулю Epheremis, где первым выполняется метод setHeaderAndData. В модуле Epheremis при вызове метода setHeaderAndData происходит построчное чтение заголовка файла навигационного сообщения.

Если в строке будет найдена подстрока END OF HEADER это будет означать что заголовок закончился, и далее будет вызван метод setData, с помощью этого метода происходит чтение данных времени спутника и передаваемых параметров орбиты для каждого спутника. Эта процедура завершается записью полученных значений в массив строк в виде SQL запроса, и передаче управления программе UpdateEphemeris. Если в процессе считывания данных произойдет сбой, программа завершит свою работу и сообщит об ошибке.

Далее программа UpdateEphemeris выполняет все SQL запросы и производит запись полученных навигационных данных в БД. В таблице 4.1 приведен список функций модуля Epheremis.

При запуске приложения GTropodelay происходит проверка ввода пользователем имени файла, при ошибке выдается соответствующее сообщение и приложение закрывается. Если исключительная ситуация не появляется, то происходит вызов метода setHeaderAndData из модуля Observation. C помощью метода setHeaderAndData происходит чтение заголовка файла наблюдений до того пока не встретится подстрока END OF HEADER, означающая конец заголовка и ничало части с данными наблюдений. Запускается функция setData, который будет выполнять метода:

1) setEpoch – метод выполняет чтение даты и времени и количества видимых спутников, для которых передается псевдодальность;

2) setObservations – метод выполняет чтение блока данных, а также вызывает функции вычисления псевдодальности, определения азимута и угла места и производит расчет задержки в ионосфере и В методе setObservations после считывания блока данных наблюдений для определенного спутника происходит вычисление поправки на прохождение радиосигнала на 2-х частотах, и удаление из псевдодальности до спутника этой составляющей. Далее совершается соединение с БД при помощи SQL запроса, который возвращает параметры орбиты движения спутника. При помощи функции setTime, расположенной в модуле SatPosition происходит перевод времени, полученного при помощи метода setEpoch в секунды от начала GPS недели. В setTime передается значение года, месяца, дня, часа, минуты и секунды полученной информации о дальности до спутника. Значение GPS времени передается в виде параметра в функцию getSatelliteXYZ, расположенную в модуле SatPosition, функция решает уравнение Кеплера и определяет положение спутника в декартовой системе координат. В модуле Observation происходит вызов методов setLatLonHeight и getLonlat находящихся в модуле SatPosition. С помощью этих методов происходит перевод декартовых координат места обсервации в широту и долготу, и последующее вычисление азимута и угла подъема спутника над горизонтом. Последним из класса SatPosition вызывается функция psdistance, которая рассчитывает псевдодальность до ИСЗ на основе координат полученных из фунции getSatelliteXYZ. Далее в модуле Observation производится расчет задержки радиосигнала в тропосфере и вывод результатов на консоль.

В качестве контрольной информации для проверки надежности программы были использованы файлы в формате RINEX, полученные от Департамента транспорта штата Орегон, сети базовых станций Oregon Department of Transportation – GPS Network:

навигационное сообщение arln153a.09n;

файл наблюдений arln153a.09o.

Дата наблюдений – 02.06.2009, станция – Арлингтон (США), период измерений – 1 час.

По полученным данным построен график зависимости тросферной задержки от угла места, представленный на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – График зависимости тропосферной задержки увеличивается с уменьшением угла места.

Результаты апробирования показали надежность работоспособности системы.

Фрагмент варианта расчета приведен в приложении В.

Ошибка определения задержки радиосигнала в тропосфере может быть оценена по формуле:

где: – среднее квадратическое отклонение ошибок определения 1 – среднее квадратическое отклонение ошибок определения 2 – среднее квадратическое отклонение ошибок определения 3 – среднее квадратическое отклонение ошибок измерения При значениях 1=0.26 м [18] (при использовании оперативных значений эфемерид), 2=0.01 м (при стационарном размещении приемной антенны), 3=1 м (при регистрации сигнала более 4 с), ошибка определения тропосферных задержек составляет 1.1 м. В тоже время из анализа рисунка 4. видно, что среднеквадратическое отколонение составляет в среднем 1.5 метра, что может быть объяснено дополнительным вкладом неизвестного нам фактора.

В процессе разработки программного комплекса дистанционного зондирования атмосферы сигналами глобальной навигационной спутниковой системы «GPS Tropodelay» были учтены требования, предъявляемые к обработке навигационных данных для целей расчета тропосферной задержки.

программирования и среда, позволяющие реализовывать необходимый пользовательский интерфейс. В качестве операционной системы была выбрана Linux, СУБД - MySQL, система программирования – Java. В ходе работы над дипломным проектом были разработаны алгоритмы вычисления положения ИСЗ и обработки информации по получению тропосферной задержки радиосигнала. В качестве реализации алгоритма разработан программный комплекс, который получает навигационный сигнал глобальной навигационной спутниковой системы Navstar GPS с занесением в базу данных на сервере РГГМУ и проводит расчет тропосферной задержки, проведены контрольные расчеты.

На сегодняшний день разработка и внедрение информационных систем является одной из самых актуальных, интересных и важных задач в области гидрометеорологическую информацию со станций подсистем спутниковых навигационных систем. С помощью метода дистанционного зондирования атмосферы, основанного на электромагнитном просвечивании можно получить информацию о содержании водяного пара, которая в дальнейшем будет использоваться для целей анализа и прогноза погоды.

В дипломном проекте выполнена разработка программного комплекса дистанционного зондирования атмосферы сигналами глобальной навигационной спутниковой системы «GPS Tropodelay».

В процессе работы изучено большое количество научной литературы и информационных источников о навигационных спутниковых системах, методах положения ИСЗ в пространстве, форматах навигационной информации, методиках расчета тропосферной задержки спутникового навигационного сигнала. Для реализации проекта определялась информационная среда, в которой проводилась подготовка программного комплекса. Получены навыки работы в операционной среде Linux, системе управления базами данных MySQL, был изучен язык программирования Java, на котором проводилось программирование объектов.

Программный комплекс является частью информационной системы, которая будет использоваться для сбора информации о содержании водяного пара с целью анализа и прогноза погоды, так же может использоваться для дифференциальной подсистемы ГНСС за счет более точного определения тропосферных задержек навигационных радиосигналов.

Практическое внедрение данного проекта позволит проводить расчет задержки радиосигнала, что будет использовано системой оперативного мониторинга атмосферы с высоким временным разрешением. Таким образом, разработанный программный комплекс может использоваться для повышения точности прогнозов погоды.

1 Чукин, В.В. Исследование атмосферы методом электромагнитного просвечивания. [Текст] / В.В.Чукин.– СПб.: РГГМУ, 2004. – 107 с.

2 Соловьев, Ю.А. Системы спутниковой навигации. [Текст] / Ю.А.

Соловьев.– М.: Эко-Трендз, 2000. – 270 с.

3 Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС [Текст] / Под. ред. В.Н. Харисова, А.И. Перова, В.А. Болдина. – М.:

ИПРЖР, 1998. – 400 с.

4 Поваляев, Е.А. Системы спутниковой навигации ГЛОНАСС и GPS. / Е.А.Поваляев, С.В. Хуторной // Chip News [Электронный ресурс]. – Электронный журнал. М.: Chip News.–Режим доступа к журналу:

http://www.chipinfo.ru/literature/chipnews/200110/9.html 5 Козин, И.Д. Спутниковые радионавигационные системы. [Текст] / И.Д.

Козин. – Алматы, 2006. – 75 с.

6 Афрамович, Э.Л. GPS-мониторинг верхней атмосферы Земли [Текст] / Э.Л. Афрамович, Н.П. Перевалова.– Иркутск: ГУ НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. – 480 с.

7 Smith, E. K. The constants in the equation for atmospheric refractive index at radio frequencies [Text] / Smith E. K., Weintraub S. // Proceedings of Proc. IRE. – 1953. – Vol.41. – P.1035–1037.

8 Boudouris, G. On the index of refraction of air, the absorption and dispersion of centimeter waves by gases [Text] / Boudouris G. // Journal of Research of the National Bureau of Standards 67D(6). – 1963. – P.631Thayer, G. D. An improved equation for the radio refractive index of air [Text] / Thayer G. D. // Radio Science. – Vol.9(10). – 1974. – P.803–807.

10 Davis, J. L. Geodesy by radio interferometry: Effects of atmospheric modeling errors on estimates of baseline length [Text] / Davis J. L., Herring T. A., Sharipo I. I., Rogers A. E. E., Elgered, G. // Radio Sci.. – 1985. – Vol.20(6). – P.593-1607.

11 Ifadis, I. The Atmospheric Delay of Radio Waves: Modeling the Elevation Dependence on a Global Scale [Text] / Ifadis I. // Technical Report no. 38L, School of Electrical and Computer Engineering, Chalmers University of Technology, Gteborg. – Sweden, 1986.

12 Bevis, M. GPS meteorology: Remote sensing of atmospheric water vapor using the Global Positioning system [Text] / Bevis M., Businger S., Herring T. A., Rocken C., Anthes R. A., Ware R. H. // J. Geophys. Res. – 1992. – Vol.97. – P.15787–15801.

13 Герман, М.А. Космические методы исследования в атмосфере.

[Текст] / М.А.Герман,. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 352 с.

14 Юркина, М.И. Действующие системы координат в России. / М.И.

Юркина, Л.И. Серебрякова // Credo-dialogue [Электронный ресурс]. – Электронный журнал./ ЦНИИГАиК. – М.: Credo-dialogue,. – Режим доступа к ресурсу: ftp://ftp.credo-dialogue.com/publication/ /geodesy/a2_0_20.pdf радионавигационные системы. [Текст] / И. А. Насыров.– Казань: КГУ, 2005. – 43 с.

трансформации / [Электронный ресурс] Режим доступа к ресурсу:

http://gis-lab.info/qa/datum-transform-methods.html 17 Глобальная навигационная спутниковая система. ГЛОНАСС.

Интерфейсный контрольный документ, Редакция 5 / [Электронный ресурс]. – М, 2002.. – Режим доступа к документу: http://www.glonassianc.rsa.ru/i/glonass/ICD-2002r.pdf 18 Гурин, С. Е. Спутниковые радионавигационные системы ГЛОНАСС / GPS на железнодорожном транспорте. [Текст] /. С. Е. Гурин – М.:

МИИТ, 2004. – 55 с.

19 Gurtner, W. RINEX: The Receiver Independent Exchange Format Version 2.10 / [Электронный ресурс]. 2002. Режим доступа к документу -ftp://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/data/format/rinex210.txt 20 Рубен, А. Эффективная работа с СУБД [Текст] / А. Рубен, А. Горев, С. Макшарипов. – СПб.: Питер, 2001. – 822 с.

21 Флэнаган, Д. Java в примерах. Справочник 2-e издание [Текст] / Д. Флэнаган. – СПб.: Символ-Плюс.2003. – 664 с. – Пер. с англ.

22 Хорстманн, К. Библиотека профессионала. Java 2. Том 2. Тонкости программирования [Текст] / К. Хорстманн, Г. Корнелл. – М.:

Издательский дом «Вильямс», 2002. – 1120с. – Пер. с англ.

23 Interface control document. Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces. (ICD-GPS-200с) / [Электронный ресурс]. – 2000. – Режим доступа к документу: http://www.navcen.uscg.gov/pubs/gps/icd200/ icd200cw1234.pdf 24 Xu, G. GPS – Theory, Algorithms and Applications. [Text] / G Xu. Berlin: Springer – Verlag, 2003.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

drop database if exists ephemeris;

create database ephemeris;

# Альманах системы GPS ) type=MyISAM;

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

* Обновление данных эфемерид навигационных спутниковых систем.

*@author Григорьев Г.В., Чукин В.В.

*Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ) import java.util.*;

import java.io.*;

import java.net.*;

import java.sql.*;

import static java.lang.Math.*;

class UpdateEphemeris { static String dataBaseUrl = "jdbc:mysql://127.0.0.1/ephemeris";

static String dataBaseUser = "root";

static String dataBasePassword = "";

public static void main(String[] args) { //Начало создание запроса String fileName=args[0];

BufferedReader in;

// Проверяем, указан ли файл с данными альманаха if(args.length>0) { FileReader fr = new FileReader(fileName);

catch(Exception e) { System.out.println("Не отрыть файл "+fileName);

InputStreamReader br = new InputStreamReader(System.in);

System.out.println("Вызов:");

System.out.println(" java UpdateEphemeris имя_файла_данных");

// Проверяем наличие драйвера для доступа к MySQL Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

catch(Exception ex) { ex.printStackTrace();

Connection c = DriverManager.getConnection(dataBaseUrl, dataBaseUser, dataBasePassword);

Statement s = c.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_INSENSITIVE, ResultSet.CONCUR_READ_ONLY);

Ephemeris ephemeris = new Ephemeris();

BufferedReader in2 = new BufferedReader(new FileReader(fileName));

ephemeris.setHeaderAndData(in2);

while(ephemeris.qstring[i] != null) { query=ephemeris.qstring[i];

s.executeUpdate(query);

Ephemeris/gps");

catch(SQLException ex) { ex.printStackTrace(); return; } catch(Exception e) { e.printStackTrace(); return; } * Парсер файлов навигационных сообщений GPS в формате RINEX.

*@author Григорьев Г.В., Чукин В.В.

*Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ) import java.util.*;

import java.io.*;

import static java.lang.Math.*;

public class Ephemeris { private static final double gm = 3.986005E+14;

private static final double we = 7.2921151467E-5; // Угловая скорость вращения Земли, рад/с private static final double gpspi = 3.1415926535898E+0; // Число Пи, принятое в системе GPS, рад private static final double bigf = -4.442807633E-10;

public String rinexVersion;

public String fileType;

public String gnssType;

public String programName;

public String programAgency;

public String programDate;

public String comment;

public double A0;

public double A1;

public double A2;

public double A3;

public double B0;

public double B1;

public double B2;

public double B3;

public int leapSeconds;

public int year;

public int month;

public int day;

public int hour;

public int minute;

public double sec;

public double deltaN;

public double m0;

public double OMEGA;

public double i0;

public double omega;

public double omegaDot;

public double idot;

public double bandL2Codes;

public double gpsWeek;

public double bandL2DataFlag;

public double svAccuracy;

public double svHealth;

public double transmissionTime;

public double fitInterval;

public int prn; // номер спутника PRN // Параметры часов public double t0c; // эпоха для коррекции часов, с или опорное время параметров часов public double af0; // сдвиг часов, c public double af1; // скорость сдвига часов, c/c public double af2; // ускорение сдвига часов, c/(c*c) public double a0;

public double a1;

public int T;

public int W;

// Кеплеровские элементы public double t0e; // эпоха эфемерид, секунды с начала GPS-недели ----опорное время параметров эфемерид public double sqrta; //* square root of semimajor axis sqrt(m) public double e; //* eccentricity public double omg0; //* right ascension of asc. node at ref. epoch (r) // Параметры возмущения public double deln; //* mean motion difference from computed value public double eyedot; //* rate of change of inclination public double omgdot; //* rate of change of right ascension (r/s) public double cuc; //* cosine harmonic correction to arg. of lat. (r) public double cus; //* sine harmonic correction to arg. of lat. (r) public double crc; //* cosine harmonic correction to radius (m) public double crs; //* sine harmonic correction to radius (m) public double cic; //* cosine harmonic correction to inclination (r) public double cis; //* sine harmonic correction to inclination (r) // другие данные public double iode; //* issue of data ephemeris public double l2cd; //* codes on l2 channel двоичные public double l2pd; // l2 p data flag (binary, 0-norm, 1-set off) public double svhl; // состояние спутника (6 бит, 0-исправен, 1-нет) public double iodc; // issue of data clock public double tot; // время передачи сообщения (sow) String[] qstring = new String[100];

public int q;

// Конструктор класса public Ephemeris() { rinexVersion = null;

fileType = null;

gnssType = null;

programName = null;

programAgency = null;

programDate = null;

comment = "";

/** Чтение заголовка и навигационных данных */ public void setHeaderAndData(BufferedReader in) { String line;

String label;

while((line = in.readLine()) != null) { label = line.substring(60, 80).trim();

if(label.equals("RINEX VERSION / TYPE")) setRinexVersionType(line);

if(label.equals("PGM / RUN BY / DATE")) setProgramAgencyDateTime(line);

if(label.equals("COMMENT")) setComment(line);

if(label.equals("ION ALPHA")) setIonAlpha(line);

if(label.equals("ION BETA")) setIonBeta(line);

if(label.equals("DELTA-UTC: A0,A1,T,W")) setDeltaUTC(line);

if(label.equals("LEAP SECONDS")) setLeapSeconds(line);

if(label.equals("END OF HEADER")) setData(in);

transmissionTime=tot;

} catch(Exception e) { return; } /** RINEX VERSION / TYPE */ private void setRinexVersionType(String line) { rinexVersion = line.substring( 0, 20).trim();

fileType = line.substring(20, 40).trim();

gnssType = line.substring(40, 60).trim();

/** PGM / RUN BY / DATE */ private void setProgramAgencyDateTime(String line) { programName = line.substring(0, 20).trim();

programAgency = line.substring(20, 40).trim();

programDate = line.substring(40, 60).trim();

/** COMMENT */ private void setComment(String line) { comment = comment + line.substring(0, 60).trim() +"\n";

/** ION ALPHA */ private void setIonAlpha(String line) { A0 = Double.parseDouble( line.substring(2, 14).trim().replace('D','E') );

A1 = Double.parseDouble( line.substring(14, 26).trim().replace('D','E') );

A2 = Double.parseDouble( line.substring(26, 38).trim().replace('D','E') );

A3 = Double.parseDouble( line.substring(38, 50).trim().replace('D','E') );

/** ION BETA */ private void setIonBeta(String line) { B0 = Double.parseDouble( line.substring(2, 14).trim().replace('D','E') );

B1 = Double.parseDouble( line.substring(14, 26).trim().replace('D','E') );

B2 = Double.parseDouble( line.substring(26, 38).trim().replace('D','E') );

B3 = Double.parseDouble( line.substring(38, 50).trim().replace('D','E') );

/** DELTA-UTC: A0,A1,T,W */ private void setDeltaUTC(String line) { a0 = Double.parseDouble( line.substring( 3, 22).trim().replace('D','E') );

a1 = Double.parseDouble( line.substring(22, 41).trim().replace('D','E') );

T = Integer.parseInt( line.substring(41, 50).trim() );

W = Integer.parseInt( line.substring(50, 59).trim() );

/** LEAP SECONDS */ private void setLeapSeconds(String line) { leapSeconds = Integer.parseInt( line.substring(0, 6).trim() );

/** Чтение навигационных данных */ public void setData(BufferedReader in) { while((line = in.readLine()) != null) { line = in.readLine(); setBroadcastOrbit1(line);

line = in.readLine(); setBroadcastOrbit2(line);

line = in.readLine(); setBroadcastOrbit3(line);

line = in.readLine(); setBroadcastOrbit4(line);

line = in.readLine(); setBroadcastOrbit5(line);

line = in.readLine(); setBroadcastOrbit6(line);

line = in.readLine(); setBroadcastOrbit7(line);

qstring[q] = "insert into gps values(\""+year+"-"+month+"-"+day+" "+hour+":"+minute+":"+sec+"\", "+prn+", "+af0+", "+af1+", "+af2+", "+iode+", "+crs+", "+deln+", "+em0+", "+cuc+", "+e+", "+cus+", "+sqrta+", "+t0e+", "+cic+", "+omg0+", "+cis+", "+eye0+", "+crc+", "+w+", "+omgdot+", "+eyedot+", "+l2cd+", "+wkno+", "+l2pd+", "+svac+", "+svhl+", "+tgd+", "+iodc+", "+tot+");";

q++;

} catch(Exception e) { System.out.printf(" Не прочитать блок данных\n");

return; } /** SV / EPOCH / SV CLK */ public void setTime(String line) { prn = Integer.parseInt( line.substring( 0, 2).trim() );

year = Integer.parseInt( line.substring( 2, 5).trim() );

fileName = args[0];

FileReader fr = new FileReader(fileName);

in = new BufferedReader(fr);

catch(Exception e) { System.out.println("Не отрыть файл "+fileName);

return; } InputStreamReader br = new InputStreamReader(System.in);

in = new BufferedReader(br);

catch(Exception e) { System.out.println("Вызов:");

System.out.println(" java GTropodelay имя_файла_данных");

Observation ob = new Observation();

ob.setHeaderAndData(in);

catch(Exception e) { System.out.println("Не отрыть файл"); return; } * Парсер файлов данных наблюдений в формате RINEX, соединение с БД.

*@author Григорьев Г.В., Чукин В.В.

*Российский государственный гидрометеорологический университет (РГГМУ) * Лицензия: GPL v. import java.util.*;

import java.io.*;

import java.net.*;

import java.sql.*;

import java.lang.System.*;

import java.util.Locale.*;

import static java.lang.Math.*;

public class Observation { public String rinexVersion;

public String fileType;

public String gnssType;

public String programName;

public String programAgency;

public String programDate;

public String markerName;

public String markerNumber;

public String observer;

public String agency;

public String receiverNumber;

public String receiverType;

public String receiverVersion;

public String antennaNumber;

public String antennaType;

public String comment;

public double A0;

public double A1;

public double T;

public double W;

public int year;

public int month;

public int day;

public int hour;

public int minute;

public double sec;

public int flag;

public int satelliteQuantity;

public String[] satelliteSystem;

public int[] satelliteNumber;

public int observationQuantity;

public String[] observationType;

public int[] observationBand;

public double[][] signalData;

public int[][] signalLLI;

public int[][] signalStrength;

public double[] TEC;

public double L;

public double psL;

static String dataBaseUrl = "jdbc:mysql://127.0.0.1/ephemeris";

static String dataBaseUser = "root";

static String dataBasePassword = "";

String query = null;

// Конструктор класса public Observation() { rinexVersion = null;

fileType = null;

gnssType = null;

programName = null;

programAgency = null;

programDate = null;

comment = "";

satelliteQuantity = 0;

satelliteSystem = new String[1000];

satelliteNumber = new int[1000];

observationQuantity = 0;

observationType = new String[30];

observationBand = new int[30];

signalData = new double[1000][30];

signalLLI = new int[100][30];

signalStrength = new int[100][30];

TEC = new double[1000];

public void setHeaderAndData(BufferedReader in) { String line;

String label;

while((line = in.readLine()) != null) { label = line.substring(60, 80).trim();

// Чтение заголовка файла данных наблюдений if(label.equals("RINEX VERSION / TYPE")) setRinexVersionType(line);

if(label.equals("PGM / RUN BY / DATE")) setProgramAgencyDateTime(line);

if(label.equals("# / TYPES OF OBSERV")) setObservationNumber(line);

if(label.equals("COMMENT")) setComment(line);

// Чтение записей данных из файла данных наблюдений if(label.equals("END OF HEADER")) setData(in);

catch(Exception e) { return; } /** RINEX VERSION / TYPE */ private void setRinexVersionType(String line) { rinexVersion = line.substring( 0, 20).trim();

fileType = line.substring(20, 40).trim();

gnssType = line.substring(40, 60).trim();

/** PGM / RUN BY / DATE */ private void setProgramAgencyDateTime(String line) { programName = line.substring( 0, 20).trim();

programAgency = line.substring(20, 40).trim();

programDate = line.substring(40, 60).trim();

/** # / TYPES OF OBSERV */ private void setObservationNumber(String line) { observationQuantity = Integer.parseInt(line.substring(0, 6).trim());