152VYG1 Vyšší geodézie 1 - úloha 3: Porovnání verzí

Aktuální verze z 17. 10. 2013, 13:33

Název úlohy

GPS - oskulační elementy dráhy družice

Zadání úlohy

Na základě skutečných drah družic daných svými přesnými efemeridami v souborech formátu SP3, poskytovaných na serveru služby IGS, sledujte časový průběh oskulačních elementů. Použijte k tomu data pro družici a den shodný s 1. úlohou.

Stručný postup

Souřadnice dané družice převeďte ze systému ITRF do nebeského rámce ICRF pomocí programu sp3crs.exe. Vstupem kromě souboru ve formátu SP3 jsou také souřadnice pólu a hodnoty UT1 - UTC, GPS - UTC (v souboru ERP). Pozor na typ souboru SP3 - viz poznámky k výpočtu.
Postupně pro každé dvě následující polohy družice vypočtěte keplerovy parametry (oskulační) dráhy definované těmito dvěma body.
Vypočtené časové řady parametrů vyneste vhodně do grafu, samostatně pro každý parametr.

Poznámky k výpočtu

Nejprve převeďte datum na číslo GPS týdne (GPSW - GPS week) a číslo dne v týdnu (DOW - day of week). Číslování dnů v týdnu je následující: 0. den je neděle, 6. den je sobota. K převodu časů můžete použít jednoduché funkce pro Matlab, ve kterých jsou vyřešeny převody mezi různými časovými škálami. Funkce jsou vytvořeny pro Octave, ale měly by fungovat i pod MatLabem.
Pro dané datum vyhledejte na serveru IGS soubory s přesnými drahami družic (nápověda: dráhy nejdete někde pod odkazem DATA & PRODUCTS). Soubor, který hledáte, musí mít následující název:

IGS{GPSW}{DOW}.SP3.*

tz. jméno je tvořeno zkratkou IGS, číslem GPS týdne, číslem dne, příponou SP3 a případně další příponou označující typ komprese. Kromě tohoto souboru budete potřebovat i soubor s parametry rotace Země, který má podobný název IGS{GPSW}7.ERP.* a vyskytuje se ve stejném adresáři. V něm najdete rozdíl časů UT1-UTC a polohu pólu. Je-li přípona souboru .Z jde o kompresi pomoci přikazu compress. WinZip tento formát rozbalit neumí, ve Windows použijte program compress.exe (návod, decompr.bat), nebo gzip.exe.

Nyní budete potřebovat najít rozdíl mezi časem TAI a UTC, tzv. number of leap seconds. Tento údaj je k dispozici na serveru služby IERS. Vztahy pro převod časů jsou následující:

TAI = GPS + 19 sec (konstantní rozdíl)
TAI = UTC + leap_sec (variabilní rozdíl)

Obsah toho serveru je stejně jako IGS velmi poučný a doporučuji jej ke čtení.

Máte-li tyto informace, můžete souřadnice družice v souborech SP3 v systému ITRF transformovat do systému ICRF. Použijte k tomu prográmek sp3crs.exe. Použití prográmku je velmi jednoduché, stačí na příkazovou řádku napsat:

sp3crs -xp 80630 -yp 175490 -ut 741016 -gp 13 1 IGS07600.SP3 > vystup.txt

Tz. musíte zadat polohu pólu (xp, yp), rozdíl časů UT1-UTC a rozdíl GPS-UTC, číslo družice (to je ta jednička v příkladu) a název souboru s přesnými efemeridami. Výstup potom přesměrovat do souboru. Výstup je tvořen řádky pro každou polohu družice, na řádku je postupně MJD, sekunda dne a souřadnice X, Y, Z v systému ICRF. Návod k použití se vypíše na obrazovku po spuštění prográmku bez parametrů.

Prográmek sp3crs byl vytvořen pro starší typ SP3 souboru, ve kterém nebyly střední chyby souřadnic a byly jinak číslované družice. U novějšího typu souboru (družice jsou číslované PG01-PG##, ne P 1 - P ## ; po zpracování tohoto novějšího typu souboru je výstupní soubor prázdný) musíte před jeho zpracováním všechny znaky "G0" nahradit dvěmi mezerami (" "), znaky "G" následně nahradit jednou mezerou (" "), a umazat střední chyby (původně sloupce 6-9, po případném nahrazení znaků sloupce 7-10) - pro vysvětlení: v souboru se nacházejí sloupce PG#, x, y, z, oprava hodin, střed.ch.x, střed.ch.y, stř.ch.z, stř.ch.opravy.

Pro vymazání sloupců doporučuji načtení do wordu, a označení sloupců se stisknutou klávesou ALT, ale určitě jsou i jiné způsoby (nebo si nástroj můžete naprogramovat sami). Za sloupcem s opravami hodin již nesmí být žádné další znaky (mezery) - při použití wordu možná budete muset sloupce vpravo od opravy hodin mazat nadvakrát.

Pro odmítače MS Office doporučuji např. editor Emacs s možnosti výběru sloupce pomocí (C-x rt).

Pokud by vám tento postup opakovaně nefungoval, použijte o 5 let mladší sp3 soubor.

Výpočet oskulačních elementů :

poznamky_druzice.pdf

@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
-{{Upravit}}
+==Název úlohy==
-==Termín odevzdání==
+GPS - oskulační elementy dráhy družice
-úterní kroužky: 27.11.2007
+==Zadání úlohy==
-čtvrteční kroužky: 29.11.2007
-==Název úlohy==
+Na základě skutečných drah družic daných svými přesnými efemeridami v souborech formátu SP3, poskytovaných na serveru služby [http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product IGS], sledujte časový průběh oskulačních elementů. Použijte k tomu data pro družici a den shodný s 1. úlohou.
-GPS - výpočet polohy stanice pomocí dvojitých diferencí
-==Zadání úlohy==
+;Stručný postup:
-Máte k dispozici observační a navigační soubory formátu RINEX, pořízené pro body 4001, 4003, 4004, 4005 na střeše Fakulty stavební.
+# Souřadnice dané družice převeďte ze systému ITRF do nebeského rámce ICRF pomocí programu [http://athena.fsv.cvut.cz/TEG1.2008/zadani/sp3crs.exe sp3crs.exe]. Vstupem kromě souboru ve formátu SP3 jsou také souřadnice pólu a hodnoty UT1 - UTC, GPS - UTC (v souboru ERP). Pozor na typ souboru SP3 - viz poznámky k výpočtu.
+# Postupně pro každé dvě následující polohy družice vypočtěte keplerovy parametry (oskulační) dráhy definované těmito dvěma body.
+# Vypočtené časové řady parametrů vyneste vhodně do grafu, samostatně pro každý parametr.
+;Poznámky k výpočtu
+* Nejprve převeďte datum na číslo GPS týdne (GPSW - GPS week) a číslo dne v týdnu (DOW - day of week). Číslování dnů v týdnu je následující: 0. den je neděle, 6. den je sobota. K převodu časů můžete použít [ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/SW/prevod_casu.zip jednoduché funkce pro Matlab], ve kterých jsou vyřešeny převody mezi různými časovými škálami. Funkce jsou vytvořeny pro Octave, ale měly by fungovat i pod MatLabem.
+* Pro dané datum vyhledejte na serveru IGS soubory s přesnými drahami družic (nápověda: dráhy nejdete někde pod odkazem DATA & PRODUCTS). Soubor, který hledáte, musí mít následující název:
+:*IGS{GPSW}{DOW}.SP3.*
+:tz. jméno je tvořeno zkratkou IGS, číslem GPS týdne, číslem dne, příponou SP3 a případně další příponou označující typ komprese. Kromě tohoto souboru budete potřebovat i soubor s parametry rotace Země, který má podobný název IGS{GPSW}7.ERP.* a vyskytuje se ve stejném adresáři. V něm najdete rozdíl časů UT1-UTC a polohu pólu. Je-li přípona souboru .Z jde o kompresi pomoci přikazu compress. WinZip tento formát rozbalit neumí, ve Windows použijte program [ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/SW/compress.exe compress.exe] ([ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/SW/compress.txt návod], [ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/SW/decompr.bat decompr.bat]), nebo [ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/SW/gzip.exe gzip.exe].
+* Nyní budete potřebovat najít rozdíl mezi časem TAI a UTC, tzv. number of leap seconds. Tento údaj je k dispozici na serveru služby [http://www.iers.org IERS]. Vztahy pro převod časů jsou následující:
+:*TAI = GPS + 19 sec (konstantní rozdíl)
+:*TAI = UTC + leap_sec (variabilní rozdíl)
+:Obsah toho serveru je stejně jako IGS velmi poučný a doporučuji jej ke čtení.
+* Máte-li tyto informace, můžete souřadnice družice v souborech SP3 v systému ITRF transformovat do systému ICRF. Použijte k tomu prográmek [http://athena.fsv.cvut.cz/TEG1.2008/zadani/sp3crs.exe sp3crs.exe]. Použití prográmku je velmi jednoduché, stačí na příkazovou řádku napsat:
+:*sp3crs -xp 80630 -yp 175490 -ut 741016 -gp 13 1 IGS07600.SP3 > vystup.txt
+:Tz. musíte zadat polohu pólu (xp, yp), rozdíl časů UT1-UTC a rozdíl GPS-UTC, číslo družice (to je ta jednička v příkladu) a název souboru s přesnými efemeridami. Výstup potom přesměrovat do souboru. Výstup je tvořen řádky pro každou polohu družice, na řádku je postupně MJD, sekunda dne a souřadnice X, Y, Z v systému ICRF. Návod k použití se vypíše na obrazovku po spuštění prográmku bez parametrů.
+* ''Prográmek sp3crs byl vytvořen pro starší typ SP3 souboru, ve kterém nebyly střední chyby souřadnic a byly jinak číslované družice. U novějšího typu souboru (družice jsou číslované PG01-PG##, ne P  1 - P ## ; po zpracování tohoto novějšího typu souboru je výstupní soubor prázdný) musíte před jeho zpracováním všechny znaky "G0" nahradit dvěmi mezerami ("  "), znaky "G" následně nahradit jednou mezerou (" "), a umazat střední chyby (původně sloupce 6-9, po případném nahrazení znaků sloupce 7-10) - pro vysvětlení: v souboru se nacházejí sloupce PG#, x, y, z, oprava hodin, střed.ch.x, střed.ch.y, stř.ch.z, stř.ch.opravy.''
+:''Pro vymazání sloupců doporučuji načtení do wordu, a označení sloupců se stisknutou klávesou ALT, ale určitě jsou i jiné způsoby (nebo si nástroj můžete naprogramovat sami). Za sloupcem s opravami hodin již nesmí být žádné další znaky (mezery) - při použití wordu možná budete muset sloupce vpravo od opravy hodin mazat nadvakrát.''
+:''Pro odmítače MS Office doporučuji např. editor Emacs s možnosti výběru sloupce pomocí (C-x rt).''
+:'''Pokud by vám tento postup opakovaně nefungoval, použijte o 5 let mladší sp3 soubor.'''
+Výpočet oskulačních elementů <!--, derivace vektoru družice podle jednotlivých Keplerovských elementů-->:
+*[ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/texty/poznamky_druzice.pdf poznamky_druzice.pdf]
+<!--
+*[ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/texty/derivace_dodatek.pdf derivace_dodatek.pdf]
+Na základě skutečných drah družic, daných svými přesnými efemeridami sledujte časový průběh oskulačních elementů družice během daného dne. Přesné efemeridy pro zadaný den si dohledejte v souborech formátu SP3, poskytovaných na serveru služby [http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product IGS]. Výpočty provádějte pro družici PRN = 1.
+Dané civilní datum si převeďte na datum GPS pomocí programu [ftp://athena.fsv.cvut.cz/vg/VYG1/zadani/uloha4/gpstime.exe gpstime.exe]. Souřadnice dané družice převeďte ze systému ITRF do nebeského rámce ICRF pomocí programu [ftp://athena.fsv.cvut.cz/vg/VYG1/zadani/uloha4/sp3crs.exe sp3crs.exe]. Vstupem kromě souboru formátu SP3 jsou také souřadnice pólu a hodnoty UT1 - UTC, GPS – UTC, které zjistíte ze souboru ERP.
-V první části úlohy vypočítejte polohu a opravu hodin přijímače referenčního bodu 4001 na základě časových epoch <math>t_1</math>,<math>t_2</math>,<math>t_3</math> observačního souboru RINEX.
+Dále pak postupně z každých dvou po sobě následujících epoch vypočítejte Keplerovy elementy (oskulační) dráhy definované těmito dvěma body. Vypočtené časové řady elementů vyneste vhodně do grafu, samostatně pro každý element.
-Výpočet proveďte zpracováním kódových měření, pracujte s pseudovzdálenostmi získanými v P2-kódu na druhé nosné vlně.
-Polohy družic a opravy družicových hodin určujte na základě příslušného navigačního souboru formátu RINEX.
-V druhé části úlohy vypočítejte polohu připojovaného bodu <math>X_1</math> relativně ke stanici 4001. Pracujte opět s pseudovzádlenostmi získanými v P2-kódu na druhé nosné vlně a výpočet proveďte zpracováním dvojitě diferencovaných měření.
+'''Derivace polohy družice podle Keplerových elementů jsou pro vás vypsány v dokumentu [ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/texty/derivace_dodatek.pdf derivace_dodatek.pdf]'''
-Při výpočtu berte v úvahu družice společné pro referenční a připojovaný bod.
-Jak navigační tak observační soubory RINEX je možné si stáhnout v rámci numerického zadání.
-Poznámky k postupu naleznete v dokumentu:
+-->
-*[ftp://athena.fsv.cvut.cz/VG/VYG1/texty/gps_zerocode.pdf gps_zerocode.pdf]
-==Numerické zadání==
-[[Kategorie:Výuka]]
+{{Teoretická geodézie}}