IGS.docx

IGS – globalna sieć stacji permanentnych GNSS

·         w 1993 roku decyzją IAG (International Association of Geodesy) powołano międzynarodową służbę IGS (International GNSS Service), która od 1 stycznia 1994 roku działa operacyjnie (Beutler i in., 1994).

·         Podstawowe jej cele to:

o       opra­cowywanie efemeryd  precyzyjnych,

o       opra­cowywanie globalnych modeli jonosfery i troposfery,

o       prowadzenie badań w dziedzinie geodezji, geofizyki i geodynamiki,

o       wdrażanie technologii GNSS.

Realizacja tych celów jest możliwa dzięki wszechstronnej koordynacji i organizacji współdziałania stacji GPS, których liczba szybko wzrasta i które obsługiwane są przez rozmaite instytucje naukowo-badawcze na całym świecie. Duża ilość danych obserwacyjnych GPS gromadzonych z sieci permanentnej IGS jest archiwizowana według ściśle ustalonych standardów, podobnie jak ich numeryczna obróbka i redystrybucja wyników obliczeń (Mueller, 1993).
IGS jest członkiem FAGS (Federation of Astronomical and Geophysical Data Analysis Services) I działa w ścisłej współpracy z IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service).

Dzięki prowadzonemu w ramach tej współpracy zagęszczaniu układu ITRF możliwe jest określanie współrzędnych każdej stacji IGS w jednolitym globalnym układzie odniesienia z dokładnością rzędu 5 mm (IGS, 1998). Jest to jedno z najważniejszych zadań IGS, ale nie jedyne.

Kolejne zadania:

·         wyznaczanie wysokiej jakości efemeryd satelitarnych GPS/GLONASS,

·         parametrów ruchu obrotowego Ziemi,

·         prędkości przemieszczania się stacji (roczne i miesięczne),

·         poprawek zegarów satelitów i odbiorników GPS,

·         parametrów refrakcji jonosferycznej i troposferycznej,

·         pozyskiwanie obserwacji meteorologicznych.

Wśród efemeryd precyzyjnych satelitów GPS wyróżnić można:

·         szybkie predykowane (IGS Ultra Rapid),

·         szybkie (IGS Rapid),

·         końcowe (IGS Final).

Realizację zadań IGS zapewnia hierarchiczna struktura organizacyjna, w skład której wchodzą: stacje podstawowe, lokalne sieci satelitarne, centra danych, centra analiz, stowarzyszone centra analiz, koordynator analiz, biuro centralne, kie­rownictwo.

International GNSS Service (dawniej International GPS Service for Geodynamics – Międzynarodowa Służba GPS do badań geodynamicznych) służba cywilna, została zainicjowana w 1990 roku.

W Polsce stacje IGS znajdują się w miejscowościach: Borowa Góra k/Warszawy, Józefosław i Lamkówko. Wymaga się, aby stacje były wyposażone w w odbiorniki GPS z kodem precyzyjnym P i aby były w stanie przesyłać wyniki swoich dobowych obserwacji do regionalnych ośrodków opracowania danych w przeciągu 24 godzin i w przeciągu 72 godzin do ośrodków danych o sieci IGS.

Najważniejsze cele naukowe

·         produkcja efemeryd precyzyjnych,

·         dostarczanie międzynarodowej społeczności naukowej wysoko dokładnych orbit satelitów systemów nawigacji satelitarnej na podstawie ciągłych obserwacji przez światową sieć stacji permanentnie obserwujących satelity nawigacyjne,

·         wyznaczanie parametrów ruchu obrotowego Ziemi (monitorowanie przesunięć i stabilności ruchu obrotowego oraz stabilności poziomu morza),

·         rozszerzenie na całą Ziemię światowego układu odniesienia ITRF wyznaczanego przez Międzynarodową Służbę Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS),

·         monitorowanie deformacji skorupy ziemskiej o charakterze globalnym,

·         badanie jonosfery,

·         meteorologia.

Produkty

·         współrzędne,

·         parametry ruchu obrotowego Ziemi,

·         współrzędne i parametry przesunięć stacji monitorujących,

·         informacje o jonosferze i troposferze.

Segment naziemny składa się z 12 stacji nadzoru rozmieszczonych możliwie blisko i równomiernie na równiku celem ciągłej obserwacji każdego satelity przez co najmniej dwie stacje przez całą dobę. Odpowiada on za utrzymanie sprawności technicznej systemu wyrażającej się niezawodnością i dokładnością odbieranego przez użytkowników sygnału satelitarnego. Główna stacja nadzoru mieści się w bazie sił lotniczych Shriever AFB (poprzednio Falcon) w Colorado Springs, USA. Pozostałe stacje nadzoru prowadzone przez Siły Lotnicze USA ulokowane są na Hawajach, Cape Canaveral, Wyspie Wniebowstąpienia, wyspie Diego Garcia oraz Atolu Kwajalein. Sześć stacji zarządzanych jest przez NGA (National Geospatial-Intelligence Agency), są to stacje w: Waszyngtonie, Ekwadorze, Argentynie, Londynie, Bahrajnie i Australii. Zadaniem wszystkich stacji jest ciągłe monitorowanie ruchu satelitów. Obserwacje są wysyłane do głównej stacji nadzoru, gdzie wyliczane są nowe parametry orbit satelitów. Prognozowane efemerydy są wysyłane do satelitów nie rzadziej niż co 48 godzin i przez nie retransmitowane.

Infrastruktura segmentu naziemnego składa się z 12 stacji nadzoru rozmieszczonych możliwie blisko i równomiernie. Stacje te usytuowane są w okolicach równika. Takie rozlokowanie umożliwia całodobowy monitoring każdego z satelitów przez co najmniej dwie stacje.
Segment naziemny odpowiada za utrzymanie sprawności technicznej systemu. Pełni rolę nadzorującą i kontrolną. Jego najważniejsze zadania to: ciągłe śledzenie wszystkich satelitów, obliczanie orbit oraz poprawek dla satelitów oraz ogólnie kontrolę i nadzór nad systemem. Wszelkie prace naziemne prowadzone przez stacje, służą zapewnieniu stabilności, poprawianiu jakości sygnału a zarazem wzrostowi dokładności w wyznaczaniu pozycji przez GPS.
Główna stacja nadzoru mieści się w Colorado Springs na terenie bazy sił lotniczych Shriever AFB w USA. Pozostałe stacje nadzoru prowadzone przez Siły Lotnicze USA ulokowane są na Hawajach, Cape Canaveral (USA), Wyspie Wniebowstąpienia, wyspie Diego Garcia (Brytyjskie Terytorium Oceanu Indyjskiego), oraz na Atolu Kwajalein (największy atol w archipelagu Wysp Marshalla). Sześć stacji zarządzanych jest przez NGA (National Geospatial-Intelligence Agency). Są to stacje umieszczone w: Waszyngtonie, Ekwadorze, Argentynie, Londynie, Bahrajnie i Australii. Zadaniem wszystkich stacji jest ciągłe monitorowanie ruchu satelitów. Obserwacje są wysyłane do głównej stacji nadzoru, gdzie wyliczane są nowe parametry orbit satelitów. Prognozowane parametry położenia są wysyłane do satelitów nie rzadziej niż co 48 godzin. Następnie już dzięki systemom zamontowanym na satelitach, następuje transmisja sygnału do odbiorników.

Segment naziemny

Przez segment naziemny systemu satelitarnego należy rozumieć zlokalizowane na powierzchni Ziemi i uczestniczące w funkcjonowaniu systemu stacje śledzące, kontrolne, centrum obliczeniowe oraz stacje przesyłające informacje do satelitów, zwane inaczej stacjami uaktualniającymi bądź korygującymi. Liczba tych stacji i rozmieszczenie zależy od:

• wielkości i położenia geograficznego państwa sprawującego bezpośrednią kontrolę nad danym systemem oraz usytuowania terytoriów, wysp lub baz do niego należących bądź od niego zależnych;

• zasady działania systemu;

• segmentu kosmicznego (liczby satelitów i ich orbit).

Najważniejsze zadania systemu nawigacyjnego:

• Ustalenie i utrzymanie orbit satelitów. W celu określenia orbity każdego satelity stacja naziemna musi ją odnieść do znanej pozycji w przestrzeni, czyli środka Ziemi. Decydującą rolę odgrywają tu odpowiednio rozmieszczone na Ziemi stacje śledzące ruch satelitów, których powinno być co najmniej trzy. Stacje te odbierają sygnały na wszystkich częstotliwościach emitowanych przez satelity, dokonując jednocześnie wszelkich możliwych pomiarów. Centrum obliczeniowe systemu na podstawie danych otrzymanych ze stacji śledzących ekstrapoluje elementy orbity poszczególnych satelitów na najbliższe, w zależności od systemu, kilka bądź kilkanaście godzin i przesyła je do stacji korygujących, a te z kolei do satelitów.

• Kontrola sprawności technicznej satelitów. Celem tej kontroli jest nieprzerwane utrzymywanie we właściwym stanie wyposażenia technicznego, sensorów, wszystkich anten nadawczo-odbiorczych i wszelkich innych urządzeń zamontowanych na satelicie. Elementy te są, bowiem narażone na oddziaływanie czynników zakłócających ruch satelity na orbicie, takich jak: siły grawitacyjne Ziemi, Słońca, Księżyca, innych planet, wiatr słoneczny, opór atmosfery itp.

• Kierowanie i zarządzanie systemem. Proces kierowania systemem satelitarnym napotyka takie problemy, jak: ograniczony czas na wypracowanie komend i poleceń podtrzymujących właściwą pracę całego systemu, konieczność zapewnienia radiowej transmisji między stacją korygującą a satelitą, zrozumienie właściwych komend przez satelitę, oddzielenie komend i poleceń do jednego satelity od komend i poleceń dla innych satelitów. Przesyłanie komend do satelity ma na celu konfigurację jego urządzeń, umożliwia realizację powierzonych zadań i okresowe uaktualnianie pamięci zainstalowanego na pokładzie komputera. Warunkiem poprawnego działania systemu jest więc zapewnienie łączności między stacją korygującą a satelitą, czyli odpowiedni dobór częstotliwości i parametrów samej emisji.

• Obróbka telemetryczna. Polega ona na pomiarze i zbieraniu danych z satelity, służących do dokładnej jego oceny.

• Ustalenie i przedstawienie wyników pomiarów. Czynnikiem decydującym o ocenie działania systemu przez segment naziemny jest analiza odebranych z satelity danych telemetrycznych, mająca na celu wykazanie, w jakim stopniu poszczególne segmenty całego systemu wywiązują się z powierzonych im zadań. Po stwierdzeniu nieprawidłowości w funkcjonowaniu wybranych podzespołów podejmowane są odpowiednie działania