Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59. СПб.: ИПА РАН. 2021

 

Бабуров В.И., Васильева Н.В., Иванцевич Н.В. «О расширении функциональных возможностей НАП СРНС при работе по двум спутниковым системам» Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 3-8 (2021)

Спутниковые радионавигационные системы (СРНС) в настоящее время используются в различных направлениях человеческой деятельности, в том числе в области движения транспортных средств. В силу глобальности и непрерывности навигационных полей спутниковых систем второго поколения, использующих средневысокие орбиты, они перспективны для навигации летательных аппаратов различного назначения, от воздушных судов до космических аппаратов и малых беспилотных летательных аппаратов. В этих применениях реализуются как штатные, так и нештатные варианты использования навигационных полей СРНС. К штатному использованию навигационного поля относится функционирование навигационной аппаратуры потребителя СРНС при условиях, оговоренных в интерфейсных документах на эти системы. В этих ситуациях должны обеспечиваться точности навигационных определений, зафиксированные в этих документах. Однако при эксплуатации воздушных судов, космических аппаратов, беспилотных летательных аппаратов и других объектов возникают нештатные ситуации, такие как затенения отдельных областей окружающего потребителя пространства, например горами, постройками или искусственными препятствиями; работа в условиях крена, тангажа воздушного или качки морского судна; наличие отражений от подстилающей и других отражающих поверхностей и другие нештатные ситуации. Некоторые из перечисленных ситуаций могут быть преодолены, если использовать информационную избыточность навигационного поля, создаваемого двумя СРНС, например, ГЛОНАСС + GPS, ГЛОНАСС + BeiDou и в других сочетаниях СРНС. Кроме того, при одновременном использовании навигационных полей двух СРНС появляется возможность для упрощения алгоритмов обработки информации при дифференциальных (относительных) местоопределениях за счёт реализации метода передачи дифференциальных поправок по координатам, а не по псевдодальностям. В статье анализируется состав рабочих созвездий навигационных спутников ГЛОНАСС + GPS, оценивается информационная избыточность рабочих созвездий спутников при штатном и различных вариантах нештатного использования навигационного поля; проводится сравнение с аналогичными характеристиками систем ГЛОНАСС и GPS при стандартных и относительных местоопределениях. Результаты получены методом имитационного математического моделирования и представлены в виде таблиц, содержащих параметры распределений числа НИСЗ в рабочих созвездиях и геометрических факторов, при различных ограничениях, соответствующих нештатным ситуациям. Полученные результаты могут быть полезны при оценке точности и надёжности навигационно-временных определений бортовыми навигационно-посадочными комплексами летательных аппаратов различного назначения в сложных условиях выполнения полётов.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 3-8 (2021) | Рубрика: 18

 

Вытнов А.В., Мишагин К.Г., Поляков В.А. «Когерентное суммирование сигналов водородных стандартов частоты для повышения точности РСДБ-измерений» Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 9-13 (2021)

В РСДБ точность измерений существенно зависит от нестабильности частоты опорного сигнала атомных часов. Наличие нескольких активных водородных стандартов в радиоастрономических обсерваториях комплекса «Квазар-КВО» дает возможность использовать когерентное суммирование независимых сигналов с целью получения сигнала с уменьшенной нестабильностью частоты и уменьшенным фазовым шумом. Уменьшение кратковременной нестабильности частоты по сравнению с характеристиками отдельных водородных стандартов представляется наиболее актуальным для радиоинтерферометрических измерений в перспективном миллиметровом диапазоне длин волн. В работе представлено описание некоторых экспериментов, проведенных в радиоастрономических обсерваториях «Светлое», «Зеленчукская», а также в ЗАО «Время-Ч» по когерентному суммированию на пассивных элементах сигналов активных водородных стандартов. Частоты стандартов автоматически подстраивались либо взаимно, либо относительно одного из стандартов, участвующих в сложении, на основе данных измерений в многоканальном компараторе. При однонаправленной автоподстройке постоянная времени петли выбиралась больше максимального интервала времени измерения, на котором ожидалось получить уменьшение нестабильности суммарного сигнала. Оценка нестабильности частоты суммарного сигнала и отдельных суммируемых сигналов производилась с помощью измерений относительно независимого активного водородного стандарта. Результаты экспериментов демонстрируют ожидаемые значения уменьшения нестабильности частоты, которые объясняются усреднением флуктуаций фазы при сложении близких по характеристикам независимых источников. Показано, что при суммировании сигналов двух водородных стандартов Ч1-1035 удается достичь нестабильности частоты 4·10–14 при интервале времени измерения 1 с в шумовой полосе 3 Гц, при суммировании сигналов четырех таких стандартов получается нестабильность частоты порядка 3·10–14 . Также представлены результаты измерения кратковременной нестабильности частоты и спектральной плотности мощности фазовых шумов новых водородных стандартов частоты с двойной сортировкой атомов, демонстрирующие перспективы дальнейшего улучшения характеристик. Оценка нестабильности частоты одного такого стандарта составила 3.8·10–14 при интервале времени измерения 1 с в полосе 0.5 Гц. Суммирование двух сигналов 5 МГц позволяет уменьшить уровень шума на 3 дБ и получить значение спектральной плотности мощности фазового шума –133 дБн/Гц при отстройке от несущей на 1 Гц.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 9-13 (2021) | Рубрика: 18

 

Скорынина Г.В., Доронкин А.В. «Адаптивное формирование выборки измерений аппаратуры спутниковой навигации высокоорбитального космического аппарата» Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 14-18 (2021)

С 2017 г. в АО «Корпорация «Комета» ведётся разработка аппаратуры спутниковой навигации для высокоорбитальных космических аппаратов (КА). Алгоритмы определения положения и скорости КА для такой аппаратуры должны работать в разрывном навигационном поле при малом числе одновременно видимых навигационных спутников и медленном изменении взаимного расположения навигационных спутников и КА. Указанные обстоятельства часто приводят к плохой обусловленности задачи обработки измерений аппаратуры спутниковой навигации. В комплексе алгоритмов для вышеупомянутой аппаратуры спутниковой навигации задача определения вектора положения и скорости КА решается в несколько этапов: получение начального приближения, накопление сглаженных измерений, формирование нормального места, обработка нормальных мест. Наиболее трудным с вычислительной точки зрения является этап формирования нормального места, на котором с помощью метода наименьших квадратов обрабатываются сглаженные измерения. Чтобы избежать плохой обусловленности в задаче формирования нормального места, используется алгоритм адаптивного формирования выборки. В его основе лежит оценка обусловленности решаемой задачи при каждом поступлении новых сглаженных измерений. Алгоритм обработки запускается только в том случае, если задача оказывается хорошо обусловленной. В отличие от специальных методов решения плохо обусловленных задач алгоритм адаптивного формирования выборки измерений не требует большого объёма дополнительных вычислений и сложного анализа их результатов. При его применении автоматически определяется величина интервала накопления сглаженных измерений для формирования нормального места. По результатам моделирования использование этого алгоритма обеспечивает сходимость алгоритма формирования нормальных мест примерно в 98 процентах случаев, позволяя получить оценку вектора положения и скорости КА с необходимой точностью.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 14-18 (2021) | Рубрика: 18

 

Фазилова Д.Ш., Махмудов М.Д., Халимов Б.Т. «Развитие геоцентрической системы координат Республики Узбекистан» Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 19-25 (2021)

К настоящему моменту на большей части территории Республики Узбекистан с развитой инфраструктурой построена спутниковая геодезическая сеть (СГС), базирующаяся на измерениях ГНСС, включающая сеть референцных геодезических пунктов, спутниковую геодезическую сеть нулевого класса (СГС-0) и спутниковую геодезическую сеть первого класса (СГС-1). Значительные улучшения в технологии позиционирования, позволяющие определять координаты на сантиметровом уровне точности, ведут к постановке задачи модернизации системы координат страны для постоянно расширяющейся базы пользователей в сфере геодезии, картографирования, проектирования, сельского хозяйства и других областей. Одно из направлений исследований – создание полудинамической системы координат, в которой заданы координаты на определенную эпоху и известна модель современных тектонических движений земной поверхности. Целью данной работы является определение локального поля горизонтальных скоростей движений земной коры региона. Данные наблюдений GPS-пунктов за период 2005–2018 гг. обрабатывались с помощью пакета программ GAMIT/GLOBK v.10.71. Анализ включал три основных шага: оценку координат и скоростей станций с использованием суточных фазовых измерений и стандартных моделей, рекомендованных IERS Conventions (2010), (IERS conventions, 2010), привязку региональной сети к глобальной системе отсчета ITRF2014 (Altammimi, 2016) с помощью фильтра Кальмана и определение локальных смещений относительно «стабильной» Евразийской плиты с использованием угловой скорости вращения плиты по ITRF2014. Ошибка повторяемости горизонтальных координат получена на уровне 1.0–3.2 мм и 3.2–6.5 мм для высоты. Общее движение пунктов относительно Евразийской плиты в ITRF2014 составило около 27 мм/год на северо-восток. Построено локальное поле векторов горизонтальных скоростей. Значения скоростей в регионе находятся в диапазоне от 2.3–11.0 мм в год. Причем зоны максимальных смещений расположены вдоль Западного Тянь-Шанского линеамента и в Ферганской долине.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 19-25 (2021) | Рубрика: 18

 

Яковлев В.А., Безруков И.А., Сальников А.И. «Опыт эксплуатации распределенного кластерного хранилища vSAN в ИПА РАН» Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 26-29 (2021)

Технология виртуальных машин на базе VMware используется в ИПА РАН с 2009 г. Виртуальные машины применялись как для вторичной обработки данных РСДБ-наблюдений, так и в качестве серверов буферизации в режиме е-РСДБ. По мере развития информационной сети ИПА РАН многие служебные сервисы, такие как почтовый сервер или веб-сервер, были перемещены с физических серверов на виртуальные машины. Возникла необходимость обеспечить бесперебойную работу этих сервисов или минимизировать время простоя в случае отказа оборудования или проведения профилактических работ. С 2014 г. в ИПА РАН использовались два сервера виртуальных машин на двух географически разнесенных площадках. Однако единой точкой отказа оставалось сетевое файловое хранилище. В 2020 г. было принято решение внедрить технологию распределенного кластерного хранилища vSAN для решения этой проблемы. В статье представлено описание технологии миграции инфраструктуры виртуальных машин на новое хранилище, проанализированы преимущества и недостатки этой технологии, сделаны выводы и описан практический опыт после одного года использования vSAN.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 26-29 (2021) | Рубрика: 18

 

Шор В.А. «К столетнему юбилею организации Вычислительного института и выпуска русского «Астрономического ежегодника»» Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 30-53 (2021)

Представлена история создания и развития эфемеридного обеспечения больших и малых тел Солнечной системы для нужд астрометрии, наземной, морской и космической навигации. Изложение ведется на фоне сопутствующих астрономических событий и событий в жизни институтов, в которых осуществлялась эфемеридная служба. Выделены основные этапы развития Института теоретической астрономии (ИТА). В 1919–1945 гг. происходит становление эфемеридной астрономии в России. Этот этап завершается созданием в 1943 г. ИТА АН СССР (далее ИТА) и возвращением Института в Ленинград после эвакуации в Казань во время Великой Отечественной войны. Следующий этап 1945–1964 гг. неразрывно связан с директорством М. Ф. Субботина. В это время в ИТА пришли молодые сотрудники – выпускники Ленинградского, Московского, Казанского, Томского, Харьковского университетов. В этот же период времени запущен первый в мире советский искусственный спутник Земли, проведены первые эксперименты по применению ЭВМ для решения задач эфемеридной астрономии. Очередной этап 1965–1975 гг. в жизни ИТА связан по времени с директорством Г.А. Чеботарёва. Этот этап совпал по времени с развитием космических исследований и появлением новых высокоточных радиолокационных и лазерных методов наблюдений небесных тел. Новые методы наблюдений потребовали предвычисления положения тел с более высокой точностью. В 1976–1988 гг. под руководством нового директора ИТА С. С. Лаврова возможности Института в области системного программирования и вычислительной техники значительно возросли. Были приобретены ЭВМ БЭСМ-6, а затем и ЭВМ «Эльбрус». В этот период был решен ряд проблем ИТА, в частности автоматизация набора ежегодников, подготавливаемых в Институте. В период 1988–1998 гг. Институт начинает интенсивно заниматься проблемой астероидно-кометной опасности. Этот период стал последним в истории ИТА. В 1998 г. ИТА был присоединен к Институту прикладной астрономии Российской академии наук (ИПА РАН). С этого момента начинается новый этап развития отечественной эфемеридной службы, теперь уже в составе ИПА РАН, решающего круг задач, связанных с высокоточным координатно-временным обеспечением страны на основе наблюдений с использованием радиоинтерферометрических средств наблюдений комплекса «Квазар-КВО» и других современных средств. Содержание данной статьи близко к недавно опубликованной статье того же автора на английском языке: «Twentieth-century milestones in the history of the Russian ephemeris service: Marking 100 years of the Calculation Institute and astronomical yearbook», Journal for the History of Astronomy, Vol. 52, Issue 3, 2021.

Труды Института прикладной астрономии РАН № 59, с. 30-53 (2021) | Рубрика: 18