Bagaimana satelit GPS menyegarkan jam mereka

Bagaimana satelit GPS menjaga jam mereka di papan akurat? Saya berasumsi bahwa mereka perlu mendapatkan pembaruan dari stasiun pangkalan. Tetapi bagaimana Anda memastikan bahwa setelah pembaruan semua satelit disinkronkan, yaitu tidak ada perubahan fase.

Anda memiliki stasiun pangkalan di bumi, dan berasumsi bahwa semua satelit yang ingin Anda perbarui sesuai dengan pandangan. Anda mengirim perintah pembaruan. Tapi, setiap satelit berbeda jarak dari stasiun pangkalan. Juga akan ada penundaan sejak menerima perintah, hingga memperbarui jam internal. Beberapa satelit mungkin memiliki perangkat keras yang lebih baru, yang lebih cepat.

Jika Anda memperbarui satelit secara terpisah, Anda perlu memastikan bahwa timing Anda dari perintah yang Anda kirim sangat akurat. Ini sepertinya hal yang sulit untuk diperbaiki. Apakah ada metode yang lebih baik yang digunakan dalam praktik?

Saya kira apa yang saya tertarik adalah mengatakan Anda memiliki jam di lokasi A. Bagaimana Anda menyinkronkannya dengan jam di lokasi B, yang jauh dari A? Anda memiliki waktu tunda pesan penerbangan, memproses penundaan dalam B dll.

clock gps synchronization

— pengguna110971
sumber

Mereka menggunakan jam atom. Penyimpangan ini disebabkan oleh relativisme, satelit bergerak dengan kecepatan tinggi, sehingga ada perubahan waktu. Omong-omong, stasiun pangkalan tahu persis posisi satelit, sehingga jaraknya diketahui.

— Marko Buršič

Solusi lain akan menanyakan satelit: apa jam Anda? Kemudian Anda menghitung kesalahan dan mengirim: Buat shift +/- xxxx ns.

— Marko Buršič

Beberapa pertanyaan serupa yang relevan pada Space.SE, misalnya, yang ini , juga beberapa di gis.SE, misalnya, yang ini .

— Roger Rowland

"Sepertinya ini hal yang sulit untuk diperbaiki." memang itu adalah hal yang sangat sulit untuk dilakukan dengan benar, dan peralatan yang digunakan tidak murah, tetapi Anda hanya perlu melakukannya di beberapa tempat. Ini hanyalah bagian dari biaya menjalankan sistem seperti itu.

— PlasmaHH

@RogerRowland oh, maaf. Tidak bermaksud bersikap kasar. Hanya menunjukkan mengapa saya menanyakan pertanyaan khusus ini.

— user110971

Jawaban:

Kesalahan jam tidak diperbaiki, mereka dikompensasi dalam dua langkah.

1. Penentuan kesalahan

The kontrol GPS segmen penerima referensi penggunaan di lokasi terkenal untuk menentukan elemen orbit aktual dan kesalahan jam kendaraan ruang angkasa. Referensi untuk posisi adalah kerangka referensi WGS84 , untuk waktu itu adalah waktu atom internasional . Bahkan efek terkecil seperti pergeseran benua dan dilatasi waktu relativistik diperhitungkan.

2. Kompensasi Kesalahan

Jam onboard (pada kenyataannya, SV Z-Count, lihat IS-GPS-200 3.3.4) tidak disetel , dibanting, atau disetel ulang untuk mengkompensasi kesalahan. Mengutip IS-GPS, 20.3.4.2:

Setiap SV beroperasi pada waktu SV-nya sendiri

Alih-alih, offset antara UTC dan jam pesawat ruang angkasa ini ("GPS-Time") disiarkan dalam pesan navigasi (lihat IS-GPS 20.3.3.3.1.8). Ini tidak hanya mencakup offset saat ini, tetapi juga perkiraan yang berbeda ("interval kesesuaian", 20.3.4.4). Biasanya, hanya perkiraan jangka pendek yang sangat tepat yang relevan, yang lain akan digunakan jika segmen kontrol tidak dapat dioperasikan dan tidak ada uplink yang mungkin.

Demikian juga, kesalahan posisi (penyimpangan dari orbit nominal) dibiarkan tidak dikoreksi (ini akan menghabiskan bahan bakar berharga), tetapi disiarkan ke penerima dengan mengunggah data ephemeris (elemen orbital) ke pesawat ruang angkasa.

Waktu penerbangan bukan masalah untuk uplink, karena data interval fit yang baru telah ditentukan pada langkah sebelumnya.

Kompensasi aktual kemudian dilakukan di penerima (segmen pengguna). Ini berlaku koreksi ketika menghubungkan fase sinyal / kode yang diamati dari SV yang berbeda.

Situasi luar biasa

Terkadang, pesawat ruang angkasa tua berperilaku dengan cara yang tidak terduga, misalnya jam mereka mulai melayang tanpa terduga. AGI memiliki situs web dengan data kinerja jam onboard. Anda dapat melihat, bahwa jam USA-151 (mengirim PRN28) sedikit goyah dan perlu kompensasi sering.

Jika jam menjadi liar atau manuver bertenaga membuat SV tidak dapat digunakan untuk navigasi, SV mengirimkan "bendera yang tidak bisa dioperasikan" dalam pesan navigasinya dan diabaikan oleh penerima pengguna akhir.

— Andreas
sumber

@ user110971 Jam satelit tidak disesuaikan. Sebagai gantinya, offset mereka (ke waktu atom) dipantau, diprediksi, dan disiarkan dalam pesan navigasi. Penerima mengkompensasi offset, tidak hanya untuk offset mereka, tetapi juga untuk offset spacecrafts. Kedengarannya lucu, tetapi memiliki keunggulan, bahwa fase sinyal GPS tidak memiliki sentakan atau pemadaman. (menghapus komentar saya sebelumnya yang tidak membantu)

— Andreas

@JanDvorak Satelit GPS tidak benar-benar mengirim stempel waktu penuh. Sebagai gantinya, bagian dari stempel waktu ditentukan oleh fase sinyal itu sendiri: pesan selalu dimulai dengan kenaikan 30 detik. Jadi untuk mengoreksi waktunya, satelit harus mempersingkat atau memperpanjang pesan, yang akan menyebabkan penerima kehilangan sinkronisasi dan perlu mendapatkan kembali sinyal.

— jpa

@ jpa +1, ini entah bagaimana benar. Tetapi: pelacakan bandwidth loop sering dipilih sebagai 18Hz untuk perangkat COTS gaya lama, kompromi antara dinamika penerima dan stabilitas loop. Anda akan membutuhkan koreksi besar untuk menyebabkan kehilangan kunci os di penerima. Kesalahan jam biasanya hanya memiliki DOP-setara dengan beberapa meter, gerakan penerima dan kilau atmosfer benar-benar dominan.

— Andreas

@JanDvorak Salah satu pertimbangan utama adalah bahwa "koreksi" harus ditangani pada tingkat tumpukan yang sangat rendah (berpotensi bahkan pada tingkat perangkat keras analog), di mana efek samping koreksi dapat menjadi rumit. Jika sebaliknya mereka mengirim jam yang tidak dikoreksi ditambah data koreksi, efek samping dari koreksi itu dapat ditangani pada tingkat yang lebih tinggi (seperti perangkat lunak). Pengurangan sangat mudah untuk prosesor modern! Itu juga membuatnya sangat jelas dari mana perubahan itu berasal. Penerima yang menerima koreksi mendadak mungkin tidak mempercayai perangkat keras mereka sendiri dan menganggap itu kesalahan!

— Cort Ammon

Anda juga harus ingat bahwa metode ini telah dipilih sejak lama dan itu memungkinkan satelit menjadi lebih sederhana, bertindak seperti perekam kaset yang memutar ulang sinyal.

— David Schwartz

katakanlah Anda memiliki jam di lokasi A. Bagaimana Anda menyinkronkannya dengan jam di lokasi B, yang jauh dari A?

Anda dapat melakukan apa yang NTP lakukan. Secara kasar,

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

Perhatikan bahwa ini bukan yang dilakukan GPS karena tidak ada gunanya: satelit kedua lebih pendek daripada yang kedua di Bumi karena gravitasi, jadi tidak mungkin untuk menjaga jam tetap sinkron.

— Dmitry Grigoryev
sumber

Anda mendapatkan poin untuk mendapatkan poin relativitas, tidak seperti kekacauan dalam komentar pertanyaan.

— Stop Harming Monica

Apakah delta waktu pulang pergi atau waktu satu arah? Jika salah satu cara, bagaimana klien mengukurnya?

— Tejas Kale

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

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

Rasi satelit GPS terus-menerus dipantau oleh beberapa stasiun bumi tetap yang diposisikan di seluruh dunia. Stasiun bumi ini memonitor semua satelit dan mengirim faktor koreksi jika ada penyimpangan yang terdeteksi.

Segmen kontrol GPS terdiri dari jaringan global dari fasilitas darat yang melacak satelit GPS, memantau transmisi mereka, melakukan analisis, dan mengirim perintah dan data ke konstelasi.

Segmen kontrol operasional saat ini mencakup stasiun kontrol master, stasiun kontrol master alternatif, 11 antena perintah dan kontrol, dan 15 lokasi pemantauan.

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

— Richard Crowley
sumber