Зенитная тропосферная задержка сигналов ГЛОНАСС/GPS по спутниковым данным ATOVS Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 338.246

ЗЕНИТНАЯ ТРОПОСФЕРНАЯ ЗАДЕРЖКА СИГНАЛОВ ГЛОНАСС/GPS ПО СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ ATOVS

А. О. Клыков, В. Б. Кашкин

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660074, Красноярск, ул. Киренского, 26. E-mail: [email protected]

Определены значения зенитной тропосферной задержки с использованием спутниковых данных о вертикальных профилях тропосферы в качестве альтернативы применению моделей Хопфилд и Саастамойнена, основанных на наземных наблюдениях метеопараметров. Показано, что основной недостаток методик Саастамойнена и Хопфилд - отсутствие учета состояния водяного пара в столбе атмосферы. Спутниковые данные позволяют строить карты распределения тропосферной задержки.

Ключевые слова: глобальные спутниковые навигационные системы, вертикальные профили тропосферы, стратосфера, тропосферная задержка сигналов ГЛОНАСС/GPS, барометрические формулы.

GLONASS/GPS ZENITH TROPOSPHERIC DELAY BASED ON SATELLITE DATA ATOVS

A. O. Klykov, V. B. Kashkin

Siberian Federal University 26, Kirenskiy str., Krasnoyarsk, 660074, Russian Federation. E-mail: [email protected]

It is shown that the application of satellite data for the atmosphere vertical profiles is perspective for tropospheric correction of GNSS signals. This is an alternative to the use of Hopfield and Saastamoinen models which are based on surface observations of meteorological parameters. The main drawback of Saastamoinen and Hopfield techniques is lack of consideration of the water vapor in the atmospheric column. The satellite data allows to draw maps of the tropospheric delay.

Keywords: Global navigation satellite systems, vertical profiles of troposphere, stratosphere, tropospheric delay of GLONASS/GPS signals, barometric formulae.

При использовании глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) измеряется псевдодальность, включающая реальное расстояние до спутника и погрешности, связанные с неточностью определения эфемерид и другими причинами [1]. Серьезными источниками погрешности являются задержки сигналов в ионосфере и в нижней части атмосферы. Задержку в нижней, нейтральной части атмосферы (тропосфера, тропопауза и стратосфера) принято называть тропосферной задержкой. Величина задержки зависит от физических свойств атмосферы и от пути, который сигнал проходит через атмосферу. Этот путь минимален, если спутник находится в зените. В этом случае говорят о зенитной тропосферной задержке (ЗТЗ).

В настоящее время получили распространение методики оценки тропосферной задержки Ю. Саастамойнена [2] и Х. Хопфилд [3]. Эти методики используют только наземные оперативные метеорологические данные в месте расположения приемника ГНСС и не учитывают фактические данные о вертикальных профилях атмосферы.

Реальные профили температуры, давления и влажности отличаются от моделей. Для корректной оценки влияния атмосферы на распространение сигналов ГНСС важно знать как метеопараметры в точке приема, так и сведения о состоянии тропосферы на раз-

личных высотах. Источником первых служат обычные метеорологические станции, данные о вертикальных профилях тропосферы (ВПТ) можно получить с помощью искусственных спутников Земли, например, космических аппаратов серии NOAA (США).

Разобьем тропосферу на изобарические слои, определим показатель преломления среды nt для каждого слоя и оценим зенитную задержку А/, в i-м слое толщиной /, как

А/, = /, (П -1), (1)

величина n, определяется по формуле [4]

n = 1 + ^x (p + i81^)х10-6, (2)

где Т - температура, К; p - давление, гПа; e - парциальное давление водяного пара, вычисляемое по формуле

7,665xt

n = 6,1070 х 10 243-33+' х U,/100, (3)

где t - средняя температура, °С, в слое и U, - средняя относительная влажность, %.

В статье [5] описывается подробная методика расчета ЗТЗ и приводятся результаты за период 2013 года в районе г. Красноярска. Зимой значения ЗТЗ по данным ATOVS составили 2,28 м, модельные значения 2,27 м. Летом значения ЗТЗ по данным ATOVS составили 2,37 м, модельные значения 2,34 м. Эти резуль-

Решетневскуе чтения. 2014

таты объясняются более точным учетом значения влажной составляющей задержки летом по данным ЛТОУ8.

Выше представлены результаты вычисления ЗТЗ в одной точке на протяжении времени. Ис-

Зенитная тропосферная задержка

50-1-1-1-

155 160 155 170

Долгота, градусы

На рисунке показаны карты общей, сухой и влажной составляющей ЗТЗ в районе Тихого океана за 29 июля 2014 г. Выбран район океана, чтобы избавится от значений ЗТЗ, связанных с перепадами высоты, что характерно для районов суши.

Значения общей ЗТЗ распределены неравномерно и уменьшаются от экватора (2,66 м) к северным широтам (2,38 м). Соответственно разница значений ЗТЗ между широтами 0° и 40° равна 0,28 м. Значения сухой составляющей ЗТЗ распределены равномерно и незначительно уменьшаются от экватора (2,26 м), к умеренным широтам (2,27 м). Разница значений ЗТЗ на широтах 0° и 40° равна 0,01 м. Характер распределения значений влажной составляющей ЗТЗ совпадает, с распределением значений общей ЗТЗ. Значения ЗТЗ уменьшаются от экватора (0,40 м) к умеренным широтам (0,12 м). Соответственно разница значений ЗТЗ на широтах 0° и 40° равна 0,28 м.

Очевидно, что определяющий вклад в величины ЗТЗ на разных широтах имеет влажная составляющая. Значения сухой составляющей ЗТЗ зависят в большей степени от давления, которое на одинаковых высотах совпадает и в меньшей от температуры. Этим объясняется столь незначительная разность (0,01 м) значений сухой составляющей ЗТЗ на разных широтах. Давление с высотой уменьшается по экспоненте, поэтому моделируемые значения сухой задержки, на основе данных наземного давления и температуры достаточно точны. Значения же влажной составляющей ЗТЗ зависят от количества влаги в атмосфере,

пользуя данные дистанционного зондирования, можно строить карты тропосферных задержек, охватывающие большую территорию в отдельно взятый момент времени (см. рисунок).

составляющая задержки, и

-0.40 -0.38 -0.36

M -0.34 -0.32 -0.30 -0.28 -0.26 -0-24 -0.22 -0.20 0.18 -0.16 -0.14 0.12

-1-1-1155 160 165 170

Долгота, градусы

которая распределена неравномерно по высоте, и не могут быть точно определены только по наземным данным влажности.

Следовательно, используя данные спутникового зондирования Земли, возможно более точное определение значения влажной составляющей ЗТЗ и, как следствие, общего значения задержки.

Библиографические ссылки

1. Перов А. И., Харисов В. Н. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. М. : Радиотехника, 2010. 800 с.

2. Saastamoinen J. Int. Symp. on the Use of Artificial Satellite // Atmospheric Correction for the Troposphere and Stratosphere in Radio Ranging of Satellite. Washington, 1971. P. 247-251.

3. Hopfield H. S. Two-Quartic Tropospheric Refrac-tivity Profile for Correcting Satellite Data // Journal of Geophysical Research. 1969. 18: Vol. 74. P. 4487-4499.

4. Седунов Ю. С. Атмосфера. Справочное издание. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 509 с.

5. Кашкин В. Б., Владимиров В. М., Клыков А. О. Оценка тропосферной задержки сигналов глобальных навигационных спутниковых систем // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 5.

References

1. Perov A. I., Kharisov V. N. GLONASS. Printsipy postroeniya funktsionirovaniya. M. : Radiotekhnika, 2010. 800 s.

Сухая составляющая задержки, м

-2.66 -2.64 -2.62 -2.60 -2.58 -2.56 -2.54 -2.52 -2-50 -2.48 -2.46 -2.44 -2.42 -2.40 2.38

Р

Л

155 160 165 170

Долгота, градусы

-2.27 40-

-2,27

-2.27

-227 35-

-2.27

-2,27

-2.27 3 30-

-2.27 г:

-2.27 5Í Ç- 25-

-2,27 —

-227 п" -

-2.27 г

С. S 20-

-2,26 □

-2.26

-2.26 15-

-2,26

-2,26

-2.26 10-

-2.26

-2.26

-2.26 5-

-2.26

-2,26 0-

Карты ЗТЗ в районе Тихого океана 29 июля 2014 г.

0

2. Saastamoinen J. Int. Symp. on the Use of Artificial Satellite // Atmospheric Correction for the Troposphere and Stratosphere in Radio Ranging of Satellite. Washington, 1971, p. 247-251.

3. Hopfield H. S. Two-Quartic Tropospheric Refrac-tivity Profile for Correcting Satellite Data // Journal of Geophysical Research. 1969. 18: vol. 74, p. 4487-4499.

4. Sedunov Yu. S. Atmosfera. Spravochnoe izdanie. L. : Gidrometeoizdat, 1991 g. 509 s.

5. Kashkin V. B., Vladimirov V. M., Klykov A. O. Otsenka troposfernoy zaderzhki signalov global'nykh navigatsionnykh sputnikovykh sistem // Uspekhi sovre-mennoy radioelektroniki. 2014. № 5.

© Клыков А. О., Кашкин В. Б., 2014

УДК 004; 519.673; 621.351 + 621.355.9

ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ КОММУТАЦИИ ЛИТИО-ПОЛИМЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

A. Копичек1, В. Миш2, В. Е. Лаевский3 (V. Geringer)

88045, Германия, г. Фридрихсхафен, ул. Фаленбрунен 2, DHBW-Равенсбург E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

Описана методика объединения/ коммутации литий-полимерной аккумуляторной батареи (3S4P) из совокупности отдельных составляющих элементов. Сложность этого процесса - в подборе элементов отдельных блоков батареи. В процессе подбора использовалась информация о внутреннем сопротивлении и усреднённых характеристиках функционального цикла отдельно взятых элементов. Проведена аппроксимация статистических данных, получены аналитические функции модели ёмкости батареи. Эффективность предлагаемой методики была проверена на основе трёх аккумуляторных батарей. Результаты проверки-тестирования показывают эффективность методики коммутации.

Ключевые слова: химический источник тока, математическая модель электрохимического элемента, функциональный цикл батареи, система контроля и управления батареей

EVALUATION OF THE APPROACH TO COMМUTATION

OF LITHIUM-ION POLYMER BATTERY PACKS

A. Kopyciok1, V. Misch2, V. Geringer3 (В. Е. Лаевский)

D-88045, Germany, Friedrichshafen, Fallenbrunnen 2, Baden-Württemberg Cooperative State University, Faculty of Engineering, Campus Friedrichshafen, E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

A method to select a lithium-polymer battery (3S4P) from a plurality of individual cells is described. The complex part of this process is the selection of individual block elements within the whole battery. During the selection process the information about internal resistance and averaged properties of a single cell functional cycle are used. By approximating the averaged data, a model of the battery capacity can be described. The efficiency of this approach was tested on the basis of three lithium-ion polymer battery packs. Test results show a good effectiveness of the selection process.

Keywords: electrochemical power sources, mathematical model of battery, functional cycle of the battery, battery management system.

Жизнь современного общества невозможно представить без использования химических источников тока (ХИТ). Они нашли широчайшее применение как автономные источники электроэнергии для питания различной электронной аппаратуры, компьютеров, радиотелефонов, часов и многого другого. На период с 2009 по 2015 гг. планируется увеличить объем рынка продаж с 47,5 до 74 миллиардов долларов. На 2012 г. общий объем рынка гальванических элементов составлял: свинцово-кислотных - 33,4 %, марганцево-

цинковых - 14,5 %, литий-ионных (38,6 %), никель-металлогидридных - 3,2 %, никель-кадмиевых - 1,9 %, цинко-карбоновых - 5,6 % и других типов - 2,8 %. ХИТ незаменимы на транспорте, в автомобилях, промышленности, системах телекоммуникаций, космических аппаратах, военной технике и во многих других областях [1; 2].

Литий-полимерные (LiPos) и литий-ионные (ЬПоп) аккумуляторы, обобщённая химическая формула [3] которых (1), получают всё большее распространение в