GPS उपग्रह कैसे अपनी घड़ियों को ताज़ा करते हैं

Question

GPS उपग्रह कैसे अपनी घड़ियों को सटीक रखते हैं? मुझे लगता है कि उन्हें बेस स्टेशन से अपडेट प्राप्त करने की आवश्यकता है। लेकिन आप कैसे सुनिश्चित करते हैं कि अपडेट के बाद सभी उपग्रह सिंक्रनाइज़ किए गए हैं, यानी कोई चरण शिफ्ट नहीं है।

आपके पास पृथ्वी पर अपना बेस स्टेशन है, और मान लें कि आपके द्वारा अपडेट किए जाने वाले सभी उपग्रह दृष्टि के अनुरूप हैं। आप एक अद्यतन आदेश भेजें। लेकिन, प्रत्येक उपग्रह बेस स्टेशन से अलग दूरी पर है। आंतरिक घड़ी को अपडेट करने के लिए, कमांड प्राप्त करने से भी देरी होगी। कुछ उपग्रहों में नया हार्डवेयर हो सकता है, जो तेज है।

यदि आप उपग्रहों को अलग से अपडेट करते हैं, तो आपको यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता होगी कि आपके द्वारा भेजे जाने वाले आदेशों का आपका समय बहुत सटीक है। यह सही होने के लिए एक कठिन बात की तरह लगता है। क्या एक बेहतर तरीका है जो अभ्यास में उपयोग किया जाता है?

मुझे लगता है कि मैं जिस चीज में दिलचस्पी रखता हूं, वह कहती है कि आपके पास स्थान A पर घड़ी है। आप स्थान B पर घड़ी के साथ इसे कैसे सिंक्रनाइज़ करते हैं, जो A से बहुत दूर है? आपके पास संदेश उड़ान समय देरी, प्रसंस्करण देरी बी आदि है।

Comments

वे परमाणु घड़ियों का उपयोग करते हैं। बहाव बल्कि सापेक्षतावाद के कारण है, उपग्रह उच्च गति से यात्रा कर रहा है, इसलिए एक समय बदलाव है। वैसे, बेस स्टेशन बिल्कुल उपग्रह की स्थिति जानता है, इसलिए दूरी ज्ञात है।

— Marko Buršič

एक अन्य समाधान उपग्रह की क्वेरी होगी: आपकी घड़ी क्या है? फिर आप त्रुटि की गणना करते हैं और भेजते हैं: शिफ्ट +/- xxxx ns बनाएं।

— मार्को बुरिच

Space.SE पर कुछ प्रासंगिक समान प्रश्न, उदाहरण के लिए, यह एक , gis.SE पर भी कुछ, उदाहरण के लिए, यह एक ।

— रोजर रोलैंड

"यह सही होने के लिए एक कठिन बात की तरह लगता है।" वास्तव में यह सही पाने के लिए एक बहुत ही मुश्किल काम है, और उपयोग किए जाने वाले उपकरण सस्ते नहीं हैं, लेकिन आपको इसे केवल कुछ स्थानों पर करना होगा। इस तरह की प्रणाली को चलाने की लागत का बस इसका हिस्सा है।

— 9

@RogerRowland ओह, क्षमा करें। असभ्य के रूप में बाहर आने का मतलब नहीं था। केवल यह बताते हुए कि मैंने यह विशिष्ट प्रश्न क्यों पूछा।

— user110971

Answer 1

घड़ी की त्रुटियों को ठीक नहीं किया जाता है, उन्हें दो चरणों में मुआवजा दिया जाता है।

1. त्रुटि निर्धारण

जीपीएस नियंत्रण खंड प्रसिद्ध स्थानों में उपयोग करता है संदर्भ रिसीवर वास्तविक कक्षीय तत्वों और अंतरिक्ष वाहनों की घड़ी त्रुटि निर्धारित करने के लिए। स्थिति के लिए संदर्भ WGS84 संदर्भ फ्रेम है , समय के लिए यह अंतरराष्ट्रीय परमाणु समय है । यहां तक ​​कि महाद्वीपीय बहाव और सापेक्षतावादी समय के फैलाव जैसे छोटे प्रभावों को भी ध्यान में रखा जाता है।

2. त्रुटि मुआवजा

ऑनबोर्ड घड़ी (वास्तव में, एसवी जेड-काउंट, आईएस-जीपीएस -200 3.3.4 देखें) त्रुटि के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए ट्यून , स्लीव या रीसेट नहीं है। आईएस-जीपीएस का हवाला देते हुए, 20.3.4.2:

प्रत्येक एसवी अपने स्वयं के एसवी समय पर संचालित होता है

इसके बजाय, यूटीसी और इस अंतरिक्ष यान की घड़ी ("जीपीएस-टाइम") के बीच ऑफसेट नेविगेशन संदेश में प्रसारित होता है (देखें आईएस-जीपीएस 20.3.3.3.1.8)। इसमें न केवल वर्तमान ऑफसेट शामिल हैं, बल्कि विभिन्न पूर्वानुमान ("फिट अंतराल", 20.3.4.4) भी शामिल हैं। आम तौर पर, केवल अत्यधिक सटीक अल्पकालिक पूर्वानुमान प्रासंगिक है, अन्य का उपयोग किया जाएगा यदि नियंत्रण खंड निष्क्रिय है और कोई अपलिंक संभव नहीं है।

इसी तरह, स्थिति में त्रुटि (नाममात्र कक्षा से विचलन) को छोड़ दिया जाता है (यह कीमती ईंधन खत्म हो जाएगा), लेकिन अंतरिक्ष यान में पंचांग डेटा (कक्षीय तत्व) अपलोड करके रिसीवर को प्रसारित किया जाता है।

उड़ान का समय अपलिंक के लिए कोई समस्या नहीं है, क्योंकि नया फिट अंतराल डेटा पहले से ही पिछले चरण में निर्धारित किया गया है।

वास्तविक मुआवजा तब रिसीवर (उपयोगकर्ता सेगमेंट) में किया जाता है। यह विभिन्न एसवी के देखे गए संकेत / कोड चरण से संबंधित होने पर सुधार लागू करता है।

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असाधारण स्थितियों

कभी-कभी, पुराने अंतरिक्ष यान अप्रत्याशित तरीके से व्यवहार करते हैं, उदाहरण के लिए उनकी घड़ियों अप्रत्याशित रूप से बहाव करना शुरू कर देती हैं। AGI में ऑनबोर्ड घड़ियों के प्रदर्शन डेटा के साथ एक वेबसाइट है । आप देख सकते हैं, कि USA-151 s क्लॉक (PRN28 भेजना) थोडा थरथरा रहा है और बार-बार मुआवजे की जरूरत है।

यदि कोई घड़ी जंगली हो जाती है या पावर्ड पैंतरेबाज़ी करता है, तो नेविगेशन के लिए एसवी बेकार हो जाता है, एसवी अपने नेविगेशन संदेश में एक "निष्क्रिय झंडा" भेजता है और अंत उपयोगकर्ताओं के रिसीवर द्वारा अनदेखा किया जाता है।

Comments

@ user110971 उपग्रहों की घड़ियों को समायोजित नहीं किया गया है। इसके बजाय, उनके ऑफसेट (परमाणु समय तक) की निगरानी, ​​भविष्यवाणी और नेविगेशन संदेश में प्रसारित की जाती है। रिसीवर ऑफसेट के लिए क्षतिपूर्ति करते हैं, न केवल अपने लिए, बल्कि अंतरिक्ष यान ऑफसेट के लिए भी। अजीब लगता है, लेकिन इसका फायदा यह है, कि जीपीएस सिग्नल चरण में कोई झटके या आउटेज नहीं हैं। (मेरी पिछली टिप्पणी को हटा दिया गया जो सहायक नहीं था)

— एंड्रियास

@JDDvorak GPS उपग्रह वास्तव में एक पूर्ण टाइमस्टैम्प नहीं भेजते हैं। इसके बजाय, टाइमस्टैम्प का हिस्सा सिग्नल के चरण से ही निर्धारित होता है: संदेश हमेशा 30 सेकंड की वृद्धि पर शुरू होते हैं। इसलिए समय को ठीक करने के लिए, उपग्रह को एक संदेश को छोटा या लंबा करना होगा, जिससे रिसीवर को सिंक्रनाइज़ेशन खोना होगा और सिग्नल को पुनः प्राप्त करने की आवश्यकता होगी।

— जेपीए

@ जपा +1, यह किसी तरह सच है। लेकिन: ट्रैकिंग लूप बैंडविड्थ को अक्सर पुराने स्टाइल के COTS उपकरणों के लिए 18Hz के रूप में चुना जाता है, रिसीवर डायनेमिक्स और लूप स्थिरता के बीच एक समझौता। रिसीवर में लॉस ओएस लॉक के कारण आपको भारी सुधार की आवश्यकता होगी। घड़ी की त्रुटियां आम तौर पर केवल कई मीटर के डीओपी-समतुल्य होती हैं, रिसीवर गति और वायुमंडलीय संकेतन बिल्कुल प्रभावी होते हैं।

— एंड्रियास

@JDDvorak एक प्रमुख विचार यह है कि एक "सुधार" को स्टैक के बहुत कम स्तर (संभावित रूप से एनालॉग हार्डवेयर स्तर पर भी) से निपटना होगा, जहां एक सुधार के दुष्प्रभाव जटिल हो सकते हैं। अगर इसके बजाय वे एक अनकवर्ड क्लॉक प्लस करेक्शन डेटा भेजते हैं, तो उस सुधार के साइड इफेक्ट्स को उच्च स्तर (जैसे सॉफ्टवेयर) से निपटा जा सकता है। आधुनिक प्रोसेसर के लिए घटाव बहुत आसान है! यह यह भी स्पष्ट करता है कि बदलाव कहां से आया है। अचानक सुधार प्राप्त करने वाला रिसीवर अपने स्वयं के हार्डवेयर का अविश्वास कर सकता है और यह मान सकता है कि यह एक गलती थी!

— Cort Ammon

आपको यह भी याद रखना होगा कि इस पद्धति को बहुत समय पहले चुना गया था और इसने उपग्रहों को बहुत सरल बनाने की अनुमति दी थी, टेप रिकॉर्डर की तरह अभिनय करना एक संकेत को वापस लेना।

— डेविड श्वार्ट्ज

Answer 2

आपके पास स्थान A पर घड़ी है। आप स्थान B पर घड़ी के साथ इसे कैसे सिंक्रनाइज़ करते हैं, जो A से बहुत दूर है?

आप वही कर सकते हैं जो NTP करता है। मोटे तौर पर बोल,

• वर्तमान समय के लिए एक अनुरोध भेजें$t_0$
• सर्वर पर आपका अनुरोध प्राप्त करता है और आपको पर एक उत्तर भेजता है$t_1$$t_2$
• उत्तर प्राप्त पल में$T$$t_3$
• अपना समय सेट करें :$T+\delta$

ध्यान दें कि यह वह नहीं है जो जीपीएस करता है क्योंकि कोई बिंदु नहीं है: उपग्रह दूसरा कम है जो गुरुत्वाकर्षण के कारण पृथ्वी का दूसरा है, इसलिए घड़ियों को सिंक में रखना असंभव है।

Comments

प्रश्न की टिप्पणियों में गड़बड़ी के विपरीत, आपको सापेक्षता का बिंदु प्राप्त करने के लिए एक बिंदु मिलता है।

— मोनिका

डेल्टा समयरेखा या एक समय का रास्ता डेल्टा है? यदि एक तरीका है, तो ग्राहक कैसे मापता है?

— तेजस काले

@TejasKale । असल में, सुधार के साथ राउंडट्रिप का समय दो से विभाजित है। $\delta=(t_3-t_0+t_1-t_2)/2$

— दिमित्री ग्रिगोरीव

Answer 3

जीपीएस उपग्रहों के नक्षत्र की निगरानी दुनिया भर में तैनात कई स्थिर ग्राउंड स्टेशनों द्वारा लगातार की जाती है। ये ग्राउंड स्टेशन सभी उपग्रहों की निगरानी करते हैं और किसी भी बहाव का पता चलने पर सुधार कारक भेजते हैं।

जीपीएस कंट्रोल सेगमेंट में ग्राउंड सुविधाओं का एक वैश्विक नेटवर्क होता है जो जीपीएस उपग्रहों को ट्रैक करता है, उनके प्रसारण की निगरानी करता है, विश्लेषण करता है, और तारामंडल को कमांड और डेटा भेजता है।

वर्तमान परिचालन नियंत्रण खंड में एक मास्टर नियंत्रण स्टेशन, एक वैकल्पिक मास्टर नियंत्रण स्टेशन, 11 कमान और नियंत्रण एंटेना और 15 निगरानी स्थल शामिल हैं।

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