GPS卫星如何刷新时钟

电器工程 全球定位系统 同步
2022-01-13 06:46:24

GPS 卫星如何保持其机载时钟准确?我假设他们需要从基站获取更新。但是如何确保更新后所有卫星都同步,即没有任何相移。

您在地球上有基站,并假设您要更新的所有卫星都在视线范围内。您发送更新命令。但是,每颗卫星与基站的距离不同。从接收命令到更新内部时钟也会有延迟。一些卫星可能有更新的硬件,速度更快。

如果您单独更新卫星,则需要确保您发送命令的时间非常准确。这似乎是一件很难做到的事情。有没有更好的方法在实践中使用?

我想我感兴趣的是说你在位置 A 有一个时钟。你如何将它与远离 A 的位置 B 的时钟同步?您有消息飞行时间延迟,B 中的处理延迟等。

3个回答

时钟误差没有得到纠正,它们分两步进行补偿。

1. 错误判断

GPS 控制部分使用已知位置的参考接收器来确定实际的轨道要素和航天器的时钟误差位置参考是WGS84参考框架,时间是国际原子时间即使是最小的影响,如大陆漂移和相对论时间膨胀也被考虑在内。

2. 误差补偿

板载时钟(实际上是 SV Z-Count,参见IS-GPS-200 3.3.4)未调整、摆动或重置以补偿误差。引用 IS-GPS,20.3.4.2:

每个 SV 都按照自己的 SV 时间运行

相反,UTC 与该航天器时钟(“GPS 时间”)之间的偏移量在导航消息中广播(参见 IS-GPS 20.3.3.3.1.8)。这不仅包括当前的偏移量,还包括不同的预测(“拟合区间”,20.3.4.4)。通常,只有高度精确的短期预测是相关的,如果控制段无法运行并且无法进行上行链路,则将使用其他预测。

同样,位置误差(偏离标称轨道)未被纠正(这会耗尽宝贵的燃料),但通过将星历数据(轨道元素)上传到航天器来向接收器广播。

上行链路的飞行时间不是问题,因为新的拟合间隔数据已在上一步中确定。

然后在接收器(用户段)中进行实际补偿。它在关联观察到的不同 SV 的信号/代码相位时应用校正。


特殊情况

有时,旧航天器会以意想不到的方式运行,例如它们的时钟开始出现不可预测的漂移。AGI 有一个网站,上面有板载时钟的性能数据。您可以看到,USA-151的时钟(发送 PRN28)有点不稳定,需要经常补偿。

如果时钟失控或动力机动使 SV 无法导航,则 SV 在其导航消息中发送“不可操作标志”,最终用户的接收器会忽略它。

假设您在位置 A 有一个时钟。您如何将它与远离 A 的位置 B 的时钟同步?

你可以做NTP所做的事情。大致说来,

  • 发送当前时间的请求t0
  • 服务器收到您的请求t1并向您发送回复t2
  • 收到回复T眼下t3
  • 设置你的时间T+δ

在此处输入图像描述

请注意,这不是 GPS 所做的,因为没有意义:由于重力,卫星秒比地球秒短,因此不可能保持时钟同步。

GPS卫星群由位于全球的几个固定地面站持续监控。这些地面站监测所有卫星并在检测到任何漂移时发送校正因子。

GPS 控制部分由一个全球地面设施网络组成,用于跟踪 GPS 卫星、监控其传输、执行分析并向星座发送命令和数据。

目前的操作控制部分包括一个主控制站、一个备用主控制站、11 个指挥和控制天线以及 15 个监控站点。

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