In che modo i satelliti GPS aggiornano i loro orologi

In che modo i satelliti GPS mantengono accurati i loro orologi di bordo? Presumo che debbano ottenere aggiornamenti da una stazione base. Ma come si fa a garantire che dopo l'aggiornamento tutti i satelliti siano sincronizzati, ovvero che non vi sia alcun cambiamento di fase.

Hai la tua stazione base sulla terra e supponi che tutti i satelliti che desideri aggiornare siano in linea di vista. Si invia un comando di aggiornamento. Ma ogni satellite si trova a una distanza diversa dalla stazione base. Ci sarà anche un ritardo dalla ricezione del comando all'aggiornamento dell'orologio interno. Alcuni satelliti potrebbero avere hardware più recente, che è più veloce.

Se si aggiornano i satelliti separatamente, è necessario assicurarsi che i tempi dei comandi inviati siano molto precisi. Sembra una cosa difficile da ottenere. Esiste un metodo migliore che viene utilizzato in pratica?

Immagino che ciò che mi interessa sia dire che hai un orologio nella posizione A. Come lo sincronizzi con un orologio nella posizione B, che è lontano da A? Hai il ritardo di volo del messaggio, il ritardo di elaborazione in B ecc.

clock gps synchronization

— user110971
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Usano orologi atomici. La deriva è piuttosto dovuta al relativismo, il satellite viaggia ad alta velocità, quindi c'è un time shift. A proposito, la stazione base conosce esattamente la posizione del satellite, quindi la distanza è nota.

— Marko Buršič,

Un'altra soluzione sarebbe interrogare il satellite: qual è il tuo orologio? Quindi si calcola l'errore e si invia: effettuare uno spostamento +/- xxxx ns.

— Marko Buršič,

Alcune domande simili rilevanti su Space.SE, ad esempio, questo , anche alcune su gis.SE, ad esempio, questo .

— Roger Rowland,

"Sembra una cosa difficile da ottenere." in effetti è una cosa molto difficile da ottenere, e l'attrezzatura utilizzata non è economica, ma devi solo farlo in alcuni punti. Fa semplicemente parte del costo di gestione di un tale sistema.

— PlasmaHH,

@RogerRowland oh, scusa. Non intendevo apparire scortese. Indico solo perché ho posto questa domanda specifica.

— user110971,

Risposte:

Gli errori di clock non vengono corretti, vengono compensati in due passaggi.

1. Determinazione dell'errore

Il segmento di controllo GPS utilizza ricevitori di riferimento in posizioni ben note per determinare gli elementi orbitali effettivi e l'errore di orologio dei veicoli spaziali. Il riferimento per la posizione è il frame di riferimento WGS84 , per il tempo è il tempo atomico internazionale . Vengono presi in considerazione anche i più piccoli effetti come la deriva dei continenti e la dilatazione dei tempi relativistica .

2. Compensazione degli errori

L'orologio di bordo (in effetti, il conteggio Z SV, vedere IS-GPS-200 3.3.4) non è sintonizzato , ruotato o resettato per compensare l'errore. Citando IS-GPS, 20.3.4.2:

Ogni SV opera sul proprio tempo SV

Invece, l'offset tra UTC e l'orologio di questo veicolo spaziale ("GPS-Time") viene trasmesso nel messaggio di navigazione (vedi IS-GPS 20.3.3.3.1.8). Ciò non include solo l'offset corrente, ma anche diverse previsioni ("intervalli di adattamento", 20.3.4.4). Normalmente, sono rilevanti solo le previsioni a breve termine altamente precise, le altre verrebbero utilizzate se il segmento di controllo non è operativo e non è possibile alcun uplink.

Allo stesso modo, l'errore di posizione (deviazione dall'orbita nominale) viene lasciato non corretto (ciò esaurirebbe il combustibile prezioso), ma viene trasmesso ai ricevitori caricando i dati effemeridi (elementi orbitali) sul veicolo spaziale.

Il tempo di volo non è un problema per l'uplink, poiché i nuovi dati dell'intervallo di adattamento sono già stati determinati nel passaggio precedente.

La compensazione effettiva viene quindi eseguita nel ricevitore (segmento utente). Applica correzioni quando si collega la fase segnale / codice osservata di diversi SV.

Situazioni eccezionali

A volte, i vecchi veicoli spaziali si comportano in modi inaspettati, ad esempio i loro orologi iniziano a spostarsi in modo imprevedibile. AGI ha un sito Web con i dati sulle prestazioni degli orologi integrati. Si può vedere che l' orologio USA-151 (che invia PRN28) è un po 'traballante e necessita di frequenti compensi.

Se un orologio si scatena o una manovra potenziata rende il SV inutilizzabile per la navigazione, il SV invia un "flag non funzionante" nel suo messaggio di navigazione e viene ignorato dai destinatari degli utenti finali.

— Andreas
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@ user110971 Gli orologi dei satelliti non sono regolati. Invece, il loro offset (al tempo atomico) viene monitorato, previsto e trasmesso nel messaggio di navigazione. I ricevitori compensano l'offset, non solo per il proprio, ma anche per l'offset dei veicoli spaziali. Sembra divertente, ma ha il vantaggio che la fase dei segnali GPS non ha scatti o interruzioni. (cancellato il mio commento precedente che non era utile)

— Andreas,

I satelliti GPS @JanDvorak in realtà non inviano un timestamp completo. Invece, parte del timestamp è determinata dalla fase del segnale stesso: i messaggi iniziano sempre con incrementi di 30 secondi. Quindi, per correggere i tempi, il satellite dovrebbe accorciare o allungare un messaggio, il che causerebbe la perdita della sincronizzazione dei ricevitori e la necessità di riacquisire il segnale.

— jpa,

@jpa +1, questo è in qualche modo vero. Ma: la larghezza di banda del loop di tracciamento viene spesso scelta come 18Hz per i dispositivi COTS vecchio stile, un compromesso tra dinamica del ricevitore e stabilità del loop. Avresti bisogno di una correzione enorme per causare la perdita di blocco del sistema operativo nel ricevitore. Gli errori di clock in genere hanno solo un equivalente DOP di diversi metri, il movimento del ricevitore e la scintillazione atmosferica sono assolutamente dominanti.

— Andreas,

@JanDvorak Una considerazione importante è che una "correzione" dovrebbe essere affrontata a un livello molto basso dello stack (potenzialmente anche a livello hardware analogico), dove gli effetti collaterali di una correzione potrebbero essere complicati. Se invece inviano un orologio non corretto più i dati di correzione, gli effetti collaterali di quella correzione possono essere trattati a un livello superiore (come il software). Le sottrazioni sono molto facili per i processori moderni! Inoltre, chiarisce da dove proviene il cambiamento. Un ricevitore che riceve una correzione improvvisa può diffidare del proprio hardware e presumere che sia stato un errore!

— Cort Ammon,

Devi anche ricordare che questo metodo è stato scelto molto tempo fa e ha permesso ai satelliti di essere molto più semplici, agendo in modo molto simile ai registratori che riproducono un segnale.

— David Schwartz,

supponiamo che tu abbia un orologio nella posizione A. Come lo sincronizzi con un orologio nella posizione B, che è lontano da A?

Puoi fare quello che fa NTP . In parole povere,

$t_0$
$t_1$ $t_2$
$T$ $t_3$
$T+\delta$

Nota che questo non è ciò che fa il GPS perché non ha senso: il secondo satellite è più corto del secondo terrestre a causa della gravità, quindi è impossibile mantenere sincronizzati gli orologi.

— Dmitry Grigoryev
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Ottieni un punto per ottenere il punto della relatività, a differenza del disordine nei commenti della domanda.

— Smetti di fare del male a Monica il

Delta è il tempo di andata e ritorno o l'ora di sola andata? In un modo, come lo misura il client?

— Tejas Kale,

δ = (t_{3} - t_{0} + t_{1} - t_{2}) / 2

$\delta=(t_3-t_0+t_1-t_2)/2$

La costellazione di satelliti GPS è costantemente monitorata da diverse stazioni terrestri fisse posizionate in tutto il mondo. Queste stazioni terrestri monitorano tutti i satelliti e inviano fattori di correzione se viene rilevata una deriva.

Il segmento di controllo GPS è costituito da una rete globale di strutture terrestri che tracciano i satelliti GPS, monitorano le loro trasmissioni, eseguono analisi e inviano comandi e dati alla costellazione.

L'attuale segmento di controllo operativo comprende una stazione di controllo principale, una stazione di controllo principale alternativa, 11 antenne di comando e controllo e 15 siti di monitoraggio.

Rif: http://www.gps.gov/systems/gps/control/

— Richard Crowley
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