GPS衛星はどのように時計を更新しますか

GPS衛星はどのようにオンボードの時計を正確に保ちますか？私は彼らが基地局からアップデートを取得する必要があると思います。しかし、更新後にすべての衛星が同期すること、つまり位相シフトがないことをどのように確認しますか。

地球上にベースステーションがあり、更新するすべての衛星が見通し内にあると仮定します。更新コマンドを送信します。ただし、各衛星は基地局からの距離が異なります。コマンドを受信してから内部クロックを更新するまでの遅延もあります。一部のサテライトには、より高速な新しいハードウェアが搭載されている場合があります。

サテライトを個別に更新する場合、送信するコマンドのタイミングが非常に正確であることを確認する必要があります。これを正しく行うのは難しいことのようです。実際に使用されているより良い方法はありますか？

私が興味を持っているのは、場所Aに時計があるということだと思います。Aから遠く離れた場所Bの時計とどのように同期させるのですか？メッセージのフライト遅延、Bの処理遅延などがあります。

clock gps synchronization

— user110971
ソース

原子時計を使用します。ドリフトは相対論によるものであり、衛星は高速で移動しているため、時間シフトがあります。ところで、基地局は衛星の位置を正確に知っているので、距離はわかっています。

— マルコブルシッチ

別の解決策は、衛星に問い合わせることです：あなたの時計は何ですか？次に、エラーを計算して送信します：シフトを+/- xxxx nsにします。

— マルコブルシッチ

Space.SE上のいくつかの関連する同様の質問、例えば、この1、またいくつかのgis.SE、上の例のため、この1。

— ロジャーローランド

「これを正しく行うのは難しいように思われます。」実際、正しいことをするのは非常に困難なことであり、使用される機器は安くはありませんが、あなたはそれをいくつかの場所で行うだけです。そのようなシステムの実行コストの一部にすぎません。

— PlasmaHH

@RogerRowlandああ、ごめんなさい。失礼だと言うつもりはなかった。この特定の質問をした理由を指摘するだけです。

— user110971

回答:

クロックエラーは修正されず、2つのステップで補正されます。

1.エラー判定

GPS制御セグメントは、実際の軌道要素と宇宙船のクロック誤差を決定するために、よく知られている位置に基準受信機を使用します。位置の参照はWGS84参照フレームです、時間のためにそれは国際原子時間です。大陸移動や相対論的時間膨張のような最小の影響も考慮されます。

2.エラー補正

オンボードクロック（実際、SV Z-Count、IS-GPS-200 3.3.4を参照）は、エラーを補正するために調整、スルー、またはリセットされません。IS-GPS、20.3.4.2を引用：

各SVは、独自のSV時間で動作します

代わりに、UTCとこの宇宙船の時計（「GPS時間」）の間のオフセットがナビゲーションメッセージでブロードキャストされます（IS-GPS 20.3.3.3.1.8を参照）。これには、現在のオフセットだけでなく、さまざまな予測（「フィット間隔」、20.3.4.4）も含まれます。通常、非常に正確な短期予測のみが関連し、制御セグメントが動作不能で、アップリンクが不可能な場合は他の予測が使用されます。

同様に、位置誤差（公称軌道からの偏差）は修正されずに残ります（これにより貴重な燃料が枯渇します）が、エフェメリスデータ（軌道要素）を宇宙船にアップロードすることで受信機にブロードキャストされます。

新しい適合間隔データは前の手順で既に決定されているため、アップリンクでは飛行時間は問題になりません。

その後、実際の補償はレシーバー（ユーザーセグメント）で行われます。異なるSVの観測された信号/コード位相を関連付けるときに、修正を適用します。

例外的な状況

時々、古い宇宙船は予想外の振る舞いをします。例えば、時計が予期せずドリフトし始めます。AGIには、オンボードクロックのパフォーマンスデータを含むWebサイトがあります。ご覧のとおり、USA-151の時計（PRN28を送信）は少し不安定で、頻繁な補正が必要です。

クロックが暴走したり、動力操作によりSVがナビゲーションに使用できなくなったりすると、SVはナビゲーションメッセージで「動作不能フラグ」を送信し、エンドユーザーの受信者によって無視されます。

— アンドレアス
ソース

@ user110971衛星時計は調整されていません。代わりに、（アトミックタイムへの）オフセットは、ナビゲーションメッセージで監視、予測、およびブロードキャストされます。受信機は、自分自身だけでなく、宇宙船のオフセットも相殺します。変に聞こえますが、GPS信号の位相にぎくしゃくしたり停止したりしないという利点があります。（役に立たなかった私の以前のコメントを削除）

— アンドレアス

@JanDvorak GPS衛星は、実際には完全なタイムスタンプを送信しません。代わりに、タイムスタンプの一部は信号自体のフェーズによって決定されます。メッセージは常に30秒の増分で始まります。そのため、タイミングを修正するには、衛星がメッセージを短くしたり長くしたりする必要があります。これにより、受信機は同期を失い、信号を再取得する必要があります。

— -jpa

@jpa +1、これは何らかの形で真実です。ただし、古いスタイルのCOTSデバイスでは、ループ帯域幅の追跡が18Hzとして選択されることがよくあります。これは、受信機のダイナミクスとループの安定性の妥協点です。レシーバーでOSロックが失われるには、大きな修正が必要です。クロックエラーは通常、DOPに相当する数メートルしかなく、受信機の動きと大気シンチレーションが絶対的に支配的です。

— アンドレアス

@JanDvorak重要な考慮事項の1つは、修正の副作用が複雑になる可能性があるスタックの非常に低いレベル（場合によってはアナログハードウェアレベルでも）で「修正」を処理する必要があることです。代わりに、未修正のクロックと修正データを送信する場合、その修正の副作用をより高いレベルで処理できます（ソフトウェアなど）。最新のプロセッサでは、減算は非常に簡単です！また、変更がどこから来たかを非常に明確にします。突然の修正を受け取った受信者は、自分のハードウェアに不信感を抱き、それが間違いであると見なす可能性があります。

— コートアンモン

また、この方法はかなり前に選択されたものであり、衛星をはるかに単純化し、信号を再生するテープレコーダーのように動作することを覚えておく必要があります。

— デビッドシュワルツ

Aに時計があるとします。Aから遠く離れたBの時計とどのように同期しますか？

NTPの機能を実行できます。大ざっぱに言えば、

瞬間現在時刻の要求を送信します $t_0$
サーバーはリクエストを受信し、返信を送信します $t_1$ $t_2$
瞬間応答を受け取る $T$ $t_3$
時間を設定します。 $T+\delta$

ポイントがないため、これはGPSが行うことではないことに注意してください。衛星の秒は重力のために地球の秒よりも短いため、クロックを同期させることは不可能です。

— ドミトリー・グリゴリエフ
ソース

質問のコメントの混乱とは異なり、相対性理論のポイントを取得するためのポイントを取得します。

— 停止ハーミングモニカ

デルタは往復時間ですか、それとも片道ですか？ある場合、クライアントはそれをどのように測定しますか？

— Tejasケール

@TejasKale。基本的に、往復時間を2で割って、修正します。

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

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

— ドミトリーグリゴリエフ

GPS衛星の星座は、世界中に配置された複数の固定地上局によって常に監視されています。これらの地上局はすべての衛星を監視し、ドリフトが検出された場合は補正係数を送信します。

GPS制御セグメントは、GPS衛星を追跡し、送信を監視し、分析を実行し、星座にコマンドとデータを送信する地上施設のグローバルネットワークで構成されています。

現在の運用制御セグメントには、マスター制御ステーション、代替マスター制御ステーション、11個のコマンドおよび制御アンテナ、および15個の監視サイトが含まれます。

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

— リチャード・クローリー
ソース