Как спутники GPS обновляют свои часы

Как спутники GPS сохраняют свои часы на борту? Я предполагаю, что они должны получить обновление с базовой станции. Но как убедиться, что после обновления все спутники синхронизированы, т.е. нет фазового сдвига.

У вас есть базовая станция на земле, и вы предполагаете, что все спутники, которые вы хотите обновить, находятся на линии прямой видимости. Вы отправляете команду обновления. Но каждый спутник находится на разном расстоянии от базовой станции. Также будет задержка от получения команды до обновления внутренних часов. Некоторые спутники могут иметь более новое оборудование, которое работает быстрее.

Если вы обновляете спутники по отдельности, вам необходимо убедиться, что время выполнения команд, которые вы отправляете, очень точное. Это кажется трудной вещью, чтобы получить право. Есть ли лучший метод, который используется на практике?

Я думаю, что меня интересует, скажем, у вас есть часы в местоположении A. Как вы синхронизируете их с часами в местоположении B, которое далеко от A? У вас есть сообщение время задержки, задержка обработки в B и т. Д.

clock gps synchronization

— user110971
источник

Они используют атомные часы. Дрейф скорее из-за релятивизма, спутник движется с большой скоростью, поэтому есть сдвиг во времени. Кстати, базовая станция точно знает положение спутника, поэтому расстояние известно.

— Марко Буршич

Другим решением будет запрос спутника: какие у вас часы? Затем вы вычисляете ошибку и отправляете: Сделайте сдвиг +/- xxxx нс.

— Марко Буршич

Некоторые похожие похожие вопросы по Space.SE, например, этот , также некоторые по gis.SE, например, этот .

— Роджер Роуланд,

«Это кажется трудной вещью, чтобы получить право». на самом деле, это очень трудно понять, и используемое оборудование недешево, но это нужно сделать только в нескольких местах. Это просто часть стоимости запуска такой системы.

— PlasmaHH

@RogerRowland о, прости. Не хотел показаться грубым. Просто указав, почему я задал этот конкретный вопрос.

— user110971

Ответы:

Ошибки часов не исправляются, они компенсируются в два этапа.

1. Определение ошибки

В управлении GPS сегмент использует опорные приемники в хорошо известных местах , чтобы определить фактические элементы орбиты и ошибку синхронизации космических аппаратов. Ссылка на позицию является WGS84 отсчетом , за время это международное атомное время . Даже самые маленькие эффекты, такие как континентальный дрейф и релятивистское замедление времени , принимаются во внимание.

2. Компенсация ошибок

Бортовые часы (на самом деле SV Z-Count, см. IS-GPS-200 3.3.4) не настроены , не повернуты и не сброшены для компенсации ошибки. Ссылаясь на IS-GPS, 20.3.4.2:

Каждый SV работает в свое время SV

Вместо этого смещение между UTC и часами этого космического корабля («GPS-Time») передается в навигационном сообщении (см. IS-GPS 20.3.3.3.1.8). Это включает не только текущее смещение, но и различные прогнозы («интервалы соответствия», 20.3.4.4). Обычно релевантным является только высокоточный краткосрочный прогноз, остальные будут использоваться, если контрольный сегмент не работает и восходящая линия связи невозможна.

Аналогичным образом, ошибка положения (отклонение от номинальной орбиты) остается не исправленной (это приведет к истощению ценного топлива), но передается приемникам путем загрузки эфемеридных данных (орбитальных элементов) на космический аппарат.

Время полета не является проблемой для восходящей линии связи, поскольку новые данные интервала подгонки уже были определены на предыдущем шаге.

Фактическая компенсация тогда сделана в приемнике (пользовательский сегмент). Применяет поправки, когда соотносит наблюдаемую фазу сигнала / кода разных SV.

Исключительные ситуации

Иногда старые космические корабли ведут себя неожиданным образом, например, их часы начинают непредсказуемо дрейфовать. AGI имеет веб-сайт с данными о производительности бортовых часов. Вы можете видеть, что часы USA-151 (отправка PRN28) немного шаткие и требуют частых компенсаций.

Если часы отключаются или при активном маневре SV делает его непригодным для навигации, SV отправляет «неработающий флаг» в своем навигационном сообщении и игнорируется получателями конечных пользователей.

— Andreas
источник

@ user110971 Спутниковые часы не настроены. Вместо этого их смещение (к атомному времени) отслеживается, прогнозируется и транслируется в навигационном сообщении. Приемники компенсируют смещение не только своим, но и смещением космических аппаратов. Звучит смешно, но имеет то преимущество, что фаза сигналов GPS не имеет рывков или простоев. (удалил мой предыдущий комментарий, который не помог)

— Andreas

Спутники @JanDvorak GPS на самом деле не отправляют полную метку времени. Вместо этого часть временной метки определяется фазой самого сигнала: сообщения всегда начинаются с шагом 30 секунд. Таким образом, чтобы скорректировать синхронизацию, спутнику придется сократить или удлинить сообщение, что приведет к потере синхронизации приемниками и необходимости повторного получения сигнала.

— Jpa

@jpa +1, это как-то правда. Но: пропускная способность контура слежения часто выбирается равной 18 Гц для устройств COTS старого стиля, компромисс между динамикой приемника и стабильностью контура. Вам потребуется огромная коррекция, чтобы вызвать потерю или блокировку приемника. Ошибки часов обычно имеют DOP-эквивалент нескольких метров, движение приемника и атмосферная сцинтилляция являются абсолютно доминирующими.

— Андреас

@JanDvorak Одним из основных соображений является то, что с «исправлением» придется бороться на очень низком уровне стека (потенциально даже на аналоговом аппаратном уровне), где побочные эффекты исправления могут быть сложными. Если вместо этого они отправляют неоткорректированные часы и данные коррекции, побочные эффекты этой коррекции могут быть рассмотрены на более высоком уровне (например, программное обеспечение). Вычитания очень просты для современных процессоров! Это также дает понять, откуда произошли изменения. Получатель, получивший внезапную коррекцию, может не доверять своему собственному оборудованию и предположить, что это было ошибкой!

— Корт Аммон

Вы также должны помнить, что этот метод был выбран очень давно, и это позволило спутникам быть намного проще, действуя подобно магнитофонам, воспроизводящим сигнал.

— Дэвид Шварц

Скажем, у вас есть часы в точке А. Как вы синхронизируете их с часами в точке Б, которая находится далеко от А?

Вы можете делать то, что делает NTP . Грубо говоря,

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

Обратите внимание, что это не то, что делает GPS, потому что нет никакого смысла: секунда спутника короче секунды Земли из-за силы тяжести, поэтому невозможно синхронизировать часы.

— Дмитрий Григорьев
источник

Вы получаете точку для получения точки относительности, в отличие от беспорядка в комментариях вопроса.

— Стоп Harm Monica

Дельта - время туда или обратно или время в одну сторону? Если один способ, как клиент измеряет это?

— Теджас Кале

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

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

Созвездие спутников GPS постоянно контролируется несколькими стационарными наземными станциями, расположенными по всему миру. Эти наземные станции контролируют все спутники и отправляют поправочные коэффициенты, если обнаружен какой-либо дрейф.

Сегмент управления GPS состоит из глобальной сети наземных средств, которые отслеживают спутники GPS, отслеживают их передачи, проводят анализ и отправляют команды и данные в созвездие.

Текущий сегмент оперативного управления включает в себя главную станцию управления, альтернативную главную станцию управления, 11 командных и контрольных антенн и 15 пунктов мониторинга.

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

— Ричард Кроули
источник