Συγκριτική αξιολόγηση ατομικών χρονομέτρων δορυφόρων GPS και GALILEO

Ηλιοπούλου, Ουρανία

Comparative analysis of GPS and GALILEO atomic clocks

Διπλωματική εργασία

Author

Ηλιοπούλου, Ουρανία

Date

2022-03-11

Advisor

Γιαννίου, Μιχαήλ

Πτυχιακή Ηλιοπούλου Ουρανία, 11023_SIGNED.pdf (2.241Mb)

Keywords

Atomic clocks

Abstract

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία, αναλύονται και αξιολογούνται τα ατομικά χρονόμετρα των δορυφορικών συστημάτων πλοήγησης GPS και Galileo. Γίνεται εκτενής αναφορά στα σφάλματα χρονομέτρων, στη μεταβλητότητα Allan και στην ολίσθηση (drift) των δορυφόρων GPS και Galileo. Αναλύεται σε θεωρητικό επίπεδο η λειτουργία των ατομικών χρονομέτρων ρουβιδίου, καισίου και υδρογόνου, όπως επίσης και τα μέτρα σταθερότητας των ατομικών χρονομέτρων. Επίσης, αναλύονται οι φορείς GNSS και τα προϊόντα τους. Σε πρακτικό επίπεδο, γίνεται επεξεργασία δεδομένων της Διεθνούς Υπηρεσίας GNSS (IGS), του Ευρωπαϊκού Κέντρου Προσδιορισμού Τροχιών (CODE) και της Γαλλικής Διαστημικής Υπηρεσίας (French Space Agency), με σκοπό την ανάλυση και την σύγκριση των σφαλμάτων χρονομέτρων, όπως επίσης και της σταθερότητας τους. Τα δεδομένα αυτά αφορούν στα έτη 2010-2014 για το σύστημα GPS και στα έτη 2013-2020 για το σύστημα Galileo. Σε πρώτη φάση, δημιουργήθηκαν διαγράμματα που αναπαριστούν το σφάλμα των χρονομέτρων συναρτήσει του χρόνου, μέσω των οποίων γίνεται φανερή τόσο η απόλυτη τιμή του σφάλματος, όσο και η ολίσθηση (drift)του χρονομέτρου και η γήρανση (aging). Στην συνέχεια υπολογίστηκε η ολίσθηση των χρονομέτρων σε συνάρτηση του χρόνου καθώς και η μεταβλητότητα Allan και δημιουργήθηκαν τα σχετικά διαγράμματα. Σε δεύτερη φάση, συγκρίνονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των δεδομένων για τα συστήματα GPS και Galileo και αξιολογείται η εν γένει απόδοση των αντίστοιχων χρονομέτρων.

Abstract

This diploma thesis focuses on the individual atomic frequency standards (AFS) of the GPS and Galileo satellite navigation systems, which are analyzed and evaluated. AFS offsets, Allan variance and drift of GPS and Galileo satellites clocks are the main focus points. The function of the rubidium atomic frequency standard (RAFS), cesium frequency standard and hydrogen maser frequency standard, as well as the stability measures of each atomic clock, are analyzed at a theoretical level. In addition, all GNSS Services and their products are being analyzed. On a practical level, data obtained by the International GNSS Service (IGS), the European Orbit Determination Center (CODE) and the French Space Agency is processed, for the purpose of analyzing and comparing clock offsets, as well as their stability. These data refer to the years 2010-2014 for the GPS system and to the years 2013-2020 for the Galileo system. In the first phase, diagrams were created that represent the error of the clocks as a function of time, through which both the absolute value of the error, as well as the drift of the clock and the aging are revealed. Then the drift of the clocks as a function of time as well as the Allan variance were calculated and the respective diagrams were created. In the second phase, the results of the data processing for the GPS and Galileo systems are compared and the overall performance of the respective atomic clocks is evaluated.