Cómo actualizan sus relojes los satélites GPS

Question

¿Cómo mantienen los satélites GPS la precisión de sus relojes de a bordo? Supongo que necesitan actualizarse desde una estación base. Pero cómo se asegura que después de la actualización todos los satélites estén sincronizados, es decir, que no haya ningún desplazamiento de fase.

Usted tiene su estación base en la tierra, y supone que todos los satélites que quiere actualizar están en línea de visión. Envías un comando de actualización. Pero, cada satélite está a una distancia diferente de la estación base. También habrá un retraso desde la recepción del comando hasta la actualización del reloj interno. Algunos satélites pueden tener un hardware más nuevo, que es más rápido.

Si actualizas los satélites por separado, tendrías que asegurarte de que los tiempos de los comandos que envías son muy precisos. Esto parece algo difícil de conseguir. ¿Hay algún método mejor que se utilice en la práctica?

Supongo que lo que me interesa es decir que tienes un reloj en la ubicación A. ¿Cómo lo sincronizas con un reloj en la ubicación B, que está muy lejos de A? Tienes el retraso del tiempo de vuelo del mensaje, el retraso del procesamiento en B, etc.

Answer 1

Los errores del reloj no se corrigen, se compensado en dos pasos.

1. Determinación del error

El Segmento de control GPS utiliza receptores de referencia en lugares bien conocidos para determinar los elementos orbitales reales y el error de reloj de los vehículos espaciales. La referencia para la posición es el Marco de referencia WGS84 para el tiempo es el hora atómica internacional . Incluso los efectos más pequeños como la deriva continental y dilatación del tiempo relativista se tienen en cuenta.

2. Compensación de errores

El reloj de a bordo (de hecho, el SV Z-Count, véase IS-GPS-200 3.3.4) es no sintonizado El sistema de navegación se ha ajustado o restablecido para compensar el error. Citando IS-GPS, 20.3.4.2:

Cada SV funciona con su propio tiempo de SV

En su lugar, el desfase entre UTC y el reloj de esta nave ("GPS-Time") se emite en el mensaje de navegación (véase IS-GPS 20.3.3.1.8). Esto no sólo incluye el desplazamiento actual, sino también diferentes previsiones ("intervalos de ajuste", 20.3.4.4). Normalmente, sólo la previsión de alta precisión a corto plazo es relevante, las otras se utilizarían si el segmento de control está inoperativo y no es posible el enlace ascendente.

Asimismo, el error de posición (desviación de la órbita nominal) se deja sin corregir (esto agotaría el valioso combustible), pero se transmite a los receptores cargando los datos de las efemérides (elementos orbitales) a la nave.

El tiempo de vuelo no es un problema para el enlace ascendente, ya que los nuevos datos del intervalo de ajuste ya se han determinado en el paso anterior.

El actual compensación se realiza en el receptor (segmento de usuario). Aplica correcciones al relacionar la fase de señal/código observada de diferentes SV.

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Situaciones excepcionales

A veces, las naves espaciales antiguas se comportan de forma inesperada, por ejemplo, sus relojes empiezan a derivar de forma imprevisible. AGI tiene un sitio web con los datos de rendimiento de los relojes de a bordo. Se puede ver que USA-151 El reloj de la empresa (que envía PRN28) es un poco inestable y necesita compensaciones frecuentes.

Si un reloj se descontrola o una maniobra con energía hace que el SV sea inutilizable para la navegación, el SV envía una "bandera inoperable" en su mensaje de navegación y es ignorado por los receptores de los usuarios finales.

Answer 2

Digamos que tienes un reloj en la ubicación A. ¿Cómo lo sincronizas con un reloj en la ubicación B, que está muy lejos de A?

Puedes hacer lo que NTP hace. A grandes rasgos,

• enviar una solicitud de la hora actual en el momento \$t_0\$
• el servidor recibe su solicitud en \$t_1\$ y le envía una respuesta a \$t_2\$
• recibir la respuesta \$T\$ en este momento \$t_3\$
• fije su tiempo para \$T+\delta\$ :

Nótese que esto no es lo que hace el GPS porque no tiene sentido: el segundo del satélite es más corto que el de la Tierra debido a la gravedad, por lo que es imposible para mantener los relojes sincronizados.

Answer 3

La constelación de satélites GPS está constantemente vigilada por varias estaciones terrestres fijas situadas en todo el mundo. Estas estaciones terrestres controlan todos los satélites y envían factores de corrección si se detecta alguna desviación.

El segmento de control del GPS consiste en una red global de de instalaciones terrestres que rastrean los satélites del GPS, supervisan sus transmisiones realizan análisis y envían comandos y datos a la constelación.

El segmento de control operativo actual incluye un control maestro estación de control principal, una estación de control principal alternativa, 11 antenas de 11 antenas de mando y control y 15 puestos de vigilancia.

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