В формулах (3.7) принято, что при переходе от одной системы координат к другой масштабы одинаковы. При изменении масштаба следует в формулу преобразований ввести соответствующий коэффициент. Матрица масштабных преобразований в этом случае имеет вид:

Обычно используют единственное значение масштабного коэффициента х, а общее преобразование в этом случае имеет следующий вид:

3.1.2. Краткие сведения о системах отсчета времени, используемых в GPS и ГЛОНАСС

Для перехода от звездной системы координат к системе координат, жестко связанной с Землей, необходимо знание точного времени измерений. В связи с этим приведем краткую характеристику систем измерения времени, употребляемых как в астрономии так и в космической и спутниковой геодезии. При спутниковых измерениях используются три различных системы времени: звездное время, динамическое время и атомное время.

113

Динамическое время - это универсальный масштаб времени, в соответствии с которым происходит движение тел в гравитационном поле, т.е. это независимый аргумент в уравнениях движения тела, которые базируются на некоторой гравитационной теории (такой например, как ньютоновская механика или общая теория относительности). Динамическое время используется при определении эфемерид спутников.

Согласно рекомендациям Международного астрономического союза в настоящее время вместо ранее употреблявшегося «эфемеридного времени» ЕТв качестве аргумента геоцентрических эфемерид используется «земное динамическое время» TDT. Шкала «эфемеридное время», имевшая смысл шкалы равномерного времени ньютоновой динамики и определявшая аргумент дифференциальных уравнений всех гравитационных теорий движения тел Солнечной системы в ньютоновом приближении, заменена теперь шкалой «барицентрическое динамическое время» TDB.

Атомное время — это время, которое поддерживается с помощью атомных часов. Оно является основой единообразного масштаба времени на Земле. Масштаб времени задается через период (или обратную ему величину — частоту) основных колебаний элемента, задающего частоту, которая измеряется и является первоисточником масштаба времени, который согласуется в соответствии с международными конвенциями.

Звездное время определяется через период вращения Земли вокруг своей оси. Несмотря на то, что звездное время использовалось для измерения времени на основе астрономических наблюдений, оно является весьма нерегулярным в сравнении с современными стандартами, а поэтому его нельзя рассматривать в общем случае как измерительное время. Оно скорее является мерой измерения углового положения того или иного пункта на земной поверхности относительно пространственной (звездной) отсчетной системы.

В качестве эталонов для измерения времени используют периодические процессы, период которых с большой точностью постоянен. В течение многих столетий таким эталоном было вращение Земли с соответствующими единицами измерения — сутками и 1/86 400 частью суток - секундой. Однако в последние десятилетия был выявлен целый ряд сезонных, вековых и нерегулярных неравномерностей в движении нашей планеты, поэтому сейчас в Международной системе СИ принята единица измерения времени, основанная на резонансной частоте квантовых переходов атомов цезия. Определенная таким образом секунда очень близка к 1/86 400 части суток и называется «атомной секундой», а определяемая этой единицей шкала времени называется «атомным временем» (AT).

114

В настоящее время различают следующие системы всемирного времени i/7"(Universal Time):

C/7D — всемирное время, непосредственно получаемое из астрономических наблюдений суточных движений звезд, т. е. время на мгновенном гринвичском меридиане, положение которого определено мгновенными положениями полюсов Земли;

UT\ - всемирное время среднего гринвичского меридиана, определяемого средними положениями полюсов Земли, оно получается исправлением значений UT0 при помощи поправки АЯ за движение полюсов Земли:

Поправка АЯ зависит от координат мгновенного полюса х , ур, отсчитываемых относительно общепринятого Международного услов-

UT2 - всемирное время среднего гринвичского меридиана, освобожденное от влияния части сезонных периодических вариаций угловой скорости вращения Земли прибавлением к значениям UTI соответствующей поправки ATs:

Координаты мгновенного полюса хр, ур публикуются в бюллетене, рассылаемом Международной службой вращения Земли IERS (International Earth Rotation Service). Значения сезонной поправки ATs определяют по формуле с переменными коэффициентами.

Система всемирного согласованного (координированного) времени UTC связана не с суточным (осевым) вращением Земли, а с системой атомного времени AT.

За единицу времени в системе AT - за атомную секунду - решением XIII Генеральной конференции мер и весов в 1967 г. принята продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих резонансной частоте квантового перехода между двумя уровнями (F=4, М=0) и (F=3, М=0) сверхтонкой структуры основного состояния изотопа цезия с массовым числом 133 при нулевом магнитном поле. Атомная секунда принята как единица времени в Международной системе единиц СИ. Путем осреднения шкал атомного времени, формируемых на основе эталонов частоты ряда учреждений и лабораторий (служб времени) мира, Международное бюро времени (МБВ) - Bureau International de l'Heure (BIH) строит шкалу Международного атомного времени ТА/.

115

Близость шкал всемирного времени l/Ти всемирного координированного времени UTC достигается изменением показаний часов, функционирующих в системе UTC, на ± 1 с для того, чтобы разности UT1UTC не превосходили ± 0,90 с. Это изменение осуществляется в зависимости от знака разности либо путем прибавления (положительной) секунды, либо путем пропуска (отрицательной) секунды. Положительная или отрицательная секунда в случае необходимости должна быть последней секундой месяца в системе UTC, преимущественно 31 декабря

и(или) 30 июня, так что положительная секунда начинается в 23h59m60s

икончается в 0h0m0s первых суток следующего месяца, а в случае отрицательной секунды после момента 23h59m58s через одну секунду следует момент ОЧ)"^ первых суток следующего месяца.

Система всемирного времени UTI составляет основу измерения времени в повседневной жизни, так как с ней связана система всемирного координированного времени UTC, сигналы которого передаются по радиовещательным сетям. Однако в целях практического удобства на земном шаре введена система поясного времени Z77, реализованная путем условного разделения земной поверхности на 24 часовых пояса так, что их основные (центральные) меридианы отстоят друг от друга по долготе ровно на 15°(lh). В качестве начала системы ZTвыбран меридиан Гринвича, который одновременно является основным меридианом соответствующего часового пояса. Система ZT связана с системой UTC соотношением:

где величина AZ, называемая поясной поправкой, определяется долготой пояса, в котором расположен данный географический пункт, относительно меридиана Гринвича. Часовой пояс Гринвича обозначается буквой Z (zero — нуль-пункт). Часовые пояса, идущие на восток от Гринвича, обозначены буквами А, В,..., М (исключая J), и поправка AZ принимает для них значения + 1 \ +2h,..., +12h. Пояса к западу от Гринвича обозначены буквами N, О,..., Y, и им соответствуют значения AZ от -lh до -12h. Часовые пояса М и Y разделены линией перемены даты.

В ряде государств существуют также гражданские системы измерения времени (чаще всего это летнее время, встречаются региональное, общегосударственное и другие), определяемые законодательным путем. Так, например, с 16 июня 1930 г. на всех часовых поясах территории СССР было введено декретное время, отличающееся на + lh от поясного времени. Кроме того, ежегодно вводится летнее (сезонное) время, которое на -Hh отличается от декретного времени. Декретное (летнее) время второго часового пояса, в котором расположена Москва, называется московским временем и используется в России на большей части третьего часового пояса.

116

Поскольку системы глобального позиционирования функционируют в собственном системном времени, то все процессы измерений фиксируются в этой временной шкале. Необходимость взаимной синхронизации бортовых шкал спутников с высокой точностью связана с особенностями способа навигационных измерений - пассивного дальномера (псевдодальномера). Поскольку приемником одновременно выполняются измерения до нескольких спутников, необходимо чтобы временные шкалы используемых спутников были согласованы между собой. Это достигается независимой привязкой каждой из шкал спутников к системному времени.

Системная шкала времени задается сектором управления и контроля, где она поддерживается с точностью более высокой, чем бортовые шкалы спутников. Системное время любой системы глобального позиционирования, которое также является «атомным» временем, может расходиться со всемирным временем. Поправки к системному времени регистрируются с высокой точностью и передаются в виде постоянной величины в навигационном сообщении, а также публикуются в специальных бюллетенях.

Время GPS - GPS Time (GPST) - это время, сходное с TAI. Оно непрерывно и не подвергается как UTS секундным скачкам. Время системы задается цезиевыми стандартами Главной станции управления и контроля GPS — GPS Master Control Station, расположенной в Объединенном космическом центре - Consolidated Spase Operations Center (CSOS) Колорадо Спрингс, штат Колорадо США. Время GPS (GPST) было установлено по UTC в 0 часов 6 января 1980 г. С тех пор оно периодически синхронизируется (но не корректируется) с UTC. В ноябре 1985 г. GPST=UTC+4 с. В июне 1993 г. GPST отличалось от UTC на 9 с, в июле 1994 г. - на 10 с, GPST и TAI связаны соотношением GPST=TAI-19 с.

В системе GPS время передается в форме номера недели и поправки времени для каждой GPS-недели. Номера недель исчисляются от 0 до 1023. Неделя с номером 0 была начата 6 января 1980 г. Неделя с номером 1023 закончилась 21 августа 1999 г. После этого номер недели был переведен на 0 и счет начался с начала. В периоды смены номеров недели в приемниках возможны ошибки из-за неправильного вычисления даты.

Параметры хода часов спутника относительно GPST определяют из обработки результатов наблюдений этого спутника станциями слежения системы. Эти параметры закладывают в память бортового компьютера и транслируют в составе навигационного сообщения. Кроме поправок часов определяют их ход и разности более высокого порядка. В совокупности поправку и эти разности называют параметрами синхронизации часов.

117