Làm thế nào để các vệ tinh GPS làm mới đồng hồ của họ

Làm thế nào để các vệ tinh GPS giữ cho đồng hồ trên bảng chính xác? Tôi giả định rằng họ cần được cập nhật từ một trạm cơ sở. Nhưng làm thế nào để bạn chắc chắn rằng sau khi cập nhật, tất cả các vệ tinh được đồng bộ hóa, tức là không có bất kỳ sự thay đổi pha nào.

Bạn có trạm gốc trên trái đất và cho rằng tất cả các vệ tinh bạn muốn cập nhật đều nằm trong tầm ngắm. Bạn gửi lệnh cập nhật. Nhưng, mỗi vệ tinh là một khoảng cách khác nhau từ trạm cơ sở. Cũng sẽ có một sự chậm trễ từ việc nhận lệnh, đến việc cập nhật đồng hồ bên trong. Một số vệ tinh có thể có phần cứng mới hơn, nhanh hơn.

Nếu bạn cập nhật các vệ tinh riêng biệt, bạn sẽ cần đảm bảo rằng thời gian của các lệnh bạn gửi là rất chính xác. Điều này có vẻ như là một điều khó khăn để có được đúng. Có một phương pháp tốt hơn được sử dụng trong thực tế?

Tôi đoán điều tôi quan tâm là bạn có đồng hồ ở vị trí A. Làm thế nào để bạn đồng bộ hóa nó với đồng hồ ở vị trí B, cách xa A? Bạn có thông báo trễ thời gian bay, xử lý độ trễ trong B, v.v.

clock gps synchronization

— người dùng 110971
nguồn

Họ sử dụng đồng hồ nguyên tử. Sự trôi dạt là do tính tương đối, vệ tinh đang di chuyển với tốc độ cao, do đó có một sự thay đổi thời gian. Nhân tiện, trạm cơ sở biết chính xác vị trí của vệ tinh, vì vậy khoảng cách được biết.

— Marko Buršič

Một giải pháp khác sẽ là truy vấn vệ tinh: đồng hồ của bạn là gì? Sau đó, bạn tính toán lỗi và gửi: Thực hiện thay đổi +/- xxxx ns.

— Marko Buršič

Một số câu hỏi tương tự có liên quan trên Space.SE, ví dụ: câu hỏi này , cũng có một số câu hỏi trên gis.SE, ví dụ: câu hỏi này .

— Roger Rowland

"Đây có vẻ là một điều khó khăn để có được đúng." thực sự đó là một điều rất khó để có được đúng, và thiết bị được sử dụng không rẻ, nhưng bạn chỉ phải làm điều đó ở một vài nơi. Nó chỉ đơn giản là một phần của chi phí vận hành một hệ thống như vậy.

— PlasmaHH

@RogerRowland ồ, xin lỗi. Không có nghĩa là đi ra như thô lỗ. Chỉ cần chỉ ra lý do tại sao tôi hỏi câu hỏi cụ thể này.

— 110971

Câu trả lời:

Lỗi đồng hồ không được sửa, chúng được bù theo hai bước.

1. Xác định lỗi

Các kiểm soát GPS phân khúc thu sử dụng tài liệu tham khảo tại các địa điểm nổi tiếng để xác định tham số quỹ đạo thực tế và lỗi đồng hồ của xe không gian. Tham chiếu cho vị trí là khung tham chiếu WGS84 , theo thời gian nó là thời gian nguyên tử quốc tế . Ngay cả những ảnh hưởng nhỏ nhất như trôi dạt lục địa và giãn nở thời gian tương đối tính cũng được tính đến.

2. Bồi thường lỗi

Đồng hồ trên bo mạch (trên thực tế, SV Z-Count, xem IS-GPS-200 3.3.4) không được điều chỉnh , xoay hoặc đặt lại để bù cho lỗi. Trích dẫn IS-GPS, 20.3.4.2:

Mỗi SV hoạt động theo thời gian SV riêng của mình

Thay vào đó, phần bù giữa UTC và đồng hồ của tàu vũ trụ này ("Thời gian GPS") được phát trong thông báo điều hướng (xem IS-GPS 20.3.3.3.1.8). Điều này không chỉ bao gồm phần bù hiện tại mà còn bao gồm các dự báo khác nhau ("khoảng thời gian phù hợp", 20.3.4.4). Thông thường, chỉ có dự báo ngắn hạn chính xác cao là có liên quan, các dự báo khác sẽ được sử dụng nếu phân đoạn điều khiển không hoạt động và không thể có đường lên.

Tương tự, lỗi vị trí (độ lệch so với quỹ đạo danh nghĩa) không được quan tâm (điều này sẽ làm cạn kiệt nhiên liệu quý giá), nhưng được phát đến các máy thu bằng cách tải dữ liệu phù du (yếu tố quỹ đạo) lên tàu vũ trụ.

Thời gian của chuyến bay không có vấn đề gì đối với đường lên, vì dữ liệu khoảng thời gian phù hợp mới đã được xác định trong bước trước.

Việc bù thực tế sau đó được thực hiện trong máy thu (phân khúc người dùng). Nó áp dụng hiệu chỉnh khi liên quan đến pha tín hiệu / mã quan sát của các SV khác nhau.

Tình huống đặc biệt

Đôi khi, tàu vũ trụ cũ hành xử theo những cách không ngờ tới, ví dụ đồng hồ của họ bắt đầu trôi dạt không thể đoán trước. AGI có một trang web với dữ liệu hiệu suất của đồng hồ trên tàu. Bạn có thể thấy, đồng hồ USA-151 (gửi PRN28) hơi rung lắc và cần được bù thường xuyên.

Nếu đồng hồ phát điên hoặc thao tác được cấp nguồn làm cho SV không thể sử dụng để điều hướng, thì SV sẽ gửi một "cờ không thể hoạt động" trong thông điệp điều hướng của nó và bị người nhận cuối bỏ qua.

— Andreas
nguồn

@ user110971 Đồng hồ vệ tinh không được điều chỉnh. Thay vào đó, phần bù của chúng (theo thời gian nguyên tử) được theo dõi, dự đoán và phát trong thông điệp điều hướng. Người nhận bù đắp cho phần bù, không chỉ cho riêng họ, mà còn cho phần bù của tàu vũ trụ. Nghe có vẻ buồn cười, nhưng có lợi thế là pha tín hiệu GPS không bị giật hay mất điện. (đã xóa nhận xét trước đây của tôi không hữu ích)

— Andreas

@JanDvorak Các vệ tinh GPS không thực sự gửi dấu thời gian đầy đủ. Thay vào đó, một phần của dấu thời gian được xác định bởi pha của tín hiệu: các thông báo luôn bắt đầu ở mức tăng 30 giây. Vì vậy, để điều chỉnh thời gian, vệ tinh sẽ phải rút ngắn hoặc kéo dài tin nhắn, điều này sẽ khiến máy thu bị mất đồng bộ hóa và cần phải phản hồi tín hiệu.

— JPA

@jpa +1, điều này bằng cách nào đó đúng. Nhưng: băng thông vòng theo dõi thường được chọn là 18Hz cho các thiết bị COTS kiểu cũ, một sự thỏa hiệp giữa động lực học của máy thu và độ ổn định của vòng lặp. Bạn sẽ cần một sự điều chỉnh lớn để gây ra mất khóa os trong máy thu. Lỗi đồng hồ thường chỉ có tương đương DOP vài mét, chuyển động của máy thu và sự tán xạ khí quyển là hoàn toàn chiếm ưu thế.

— Andreas

@JanDvorak Một cân nhắc chính là "sự điều chỉnh" sẽ phải được xử lý ở mức rất thấp của ngăn xếp (có khả năng ngay cả ở mức phần cứng tương tự), trong đó các tác dụng phụ của việc điều chỉnh có thể phức tạp. Thay vào đó, nếu họ gửi một đồng hồ chưa được xử lý cộng với dữ liệu hiệu chỉnh, các tác dụng phụ của việc hiệu chỉnh đó có thể được xử lý ở mức cao hơn (chẳng hạn như phần mềm). Phép trừ rất dễ dàng cho các bộ xử lý hiện đại! Nó cũng làm cho nó rất rõ ràng sự thay đổi đến từ đâu. Một người nhận nhận được một sự điều chỉnh đột ngột có thể không tin tưởng vào phần cứng của chính họ và cho rằng đó là một sai lầm!

— Cort Ammon

Bạn cũng phải nhớ rằng phương pháp này đã được chọn từ lâu và nó cho phép các vệ tinh đơn giản hơn nhiều, hoạt động giống như máy ghi âm phát lại tín hiệu.

— David Schwartz

nói rằng bạn có đồng hồ ở vị trí A. Làm thế nào để bạn đồng bộ hóa nó với đồng hồ ở vị trí B, cách xa A?

Bạn có thể làm những gì NTP làm. Nói đại khái,

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

Lưu ý rằng đây không phải là điều GPS làm vì không có điểm nào: giây vệ tinh ngắn hơn giây thứ hai do Trái đất do trọng lực, do đó không thể giữ đồng hồ đồng bộ.

— Dmitry Grigoryev
nguồn

Bạn nhận được một điểm để có được điểm tương đối, không giống như sự lộn xộn trong các bình luận của câu hỏi.

— Ngừng làm hại Monica

Là delta thời gian khứ hồi hay thời gian một chiều? Nếu một cách, làm thế nào để khách hàng đo lường điều đó?

— Tejas Kale

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

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

Chòm sao của các vệ tinh GPS liên tục được theo dõi bởi một số trạm mặt đất cố định được định vị trên toàn cầu. Các trạm mặt đất này giám sát tất cả các vệ tinh và gửi các hệ số hiệu chỉnh nếu phát hiện bất kỳ sự trôi dạt nào.

Phân đoạn điều khiển GPS bao gồm một mạng lưới toàn cầu gồm các cơ sở mặt đất theo dõi các vệ tinh GPS, giám sát quá trình truyền của chúng, thực hiện phân tích và gửi lệnh và dữ liệu tới chòm sao.

Phân đoạn điều khiển hoạt động hiện tại bao gồm trạm điều khiển chính, trạm điều khiển chính thay thế, 11 ăng ten chỉ huy và điều khiển và 15 vị trí giám sát.

Tham chiếu: http://www.gps.gov/systems/gps/control/

— Richard Crowley
nguồn