Einige Behörden haben öffentlich und ohne Erklärung erklärt, dass, wenn die Theorien der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie beim Design des GPS nicht berücksichtigt würden (indem die Satellitenuhren so gebaut wurden, dass sie 38us/Tag langsamer als die GPS-Zeit vor dem Start laufen, auch bekannt als „der Werksversatz“. ), würde die von einem erdgebundenen GPS-Benutzergerät angezeigte Position um etwa 11 km/Tag driften. Ich habe dies für verschiedene GPS-Modelle berücksichtigt, kann aber nur viel kleinere Effekte vorhersagen. Dass die Multiplikation der 38 us/Tag unkorrigierten Differenz von der GPS-Zeit mit der Lichtgeschwindigkeit 11,6 km/Tag ergibt, scheint für mich nichts mit der GPS-Empfängerfunktion zu tun zu haben. Über Hinweise würde ich mich sehr freuen.
Siehe auch Warum hängt GPS von der Relativitätstheorie ab?
Die Uhren der Satelliten werden für GR und SR korrigiert, aber dies ist (meistens) irrelevant für die Funktionsweise des GPS-Systems. Ihr Receiver vergleicht die Zeitdifferenz zwischen der Zeit, die von einer Reihe verschiedener Satelliten gesendet wird.
Wenn diese Zeit in 'Erde' Sekunden oder 1 Teil in ist beschleunigte 'Raumsekunden' sind in erster Linie irrelevant - solange alle Satelliten den gleichen Effekt erfahren. Die Wahl ist also auf Sendung MHz und lassen Sie das Signal eine etwas andere Frequenz haben, wenn es den Boden erreicht, oder passen Sie die Frequenz an MHz an Bord so ist es MHz am Boden. [Wie in der GPS-Spezifikation selbst beschrieben.][1]
Ich denke, daher kommt die urbane Legende, dass die USAF nicht an die Relativitätstheorie glaubten und die Uhren nicht korrigieren wollten.
Obwohl Ihre Position relativ zu den Satelliten von der Zeitdilatation unbeeinflusst bleibt, würde das eigene Wissen der Satelliten über die Zeit und damit ihre Position in ihrer Umlaufbahn einen Fehler akkumulieren. Damit Sie Ihre absolute Position finden können, sendet der Satellit auch seine eigenen Umlaufbahndaten und die Uhrzeit, sodass Ihr Empfänger die Position des Satelliten im Weltraum berechnen kann.
Die Satelliten befinden sich in einer Umlaufbahn von ca km Höhe, km vom Erdmittelpunkt entfernt, also eine Umlaufbahn von km, die sie alle zurücklegen Std. Ein Fehler von μs/Tag in einem Pfad von km/Tag ergibt immer noch einen Positionsfehler (des Satelliten) von nur einem Bruchteil eines Meters - allerdings summiert sich dieser mit der Zeit.
Dies könnte korrigiert werden, indem den Satelliten eine angepasste Zahl für ihre Umlaufgeschwindigkeit gegeben wird oder indem ihre Empheris aktualisiert wird, wenn sie die Bodenstation überfliegen.
[1]: Abschnitt Frequenzplan in der GPS-Spezifikation unter https://www.gps.gov/technical/icwg/IS-GPS-200D.pdf
Wenn Sie sich die Wikipedia-Seite über GPS und relativistische Korrekturen ansehen, machen sie deutlich, dass diese 10 km / Tag-Drift für die "Pseudoorangen" gilt - die anfängliche Entfernung, die zwischen dem Empfänger und jedem Satelliten berechnet wird. Dieser Fehler würde sich beim Lösen des Triangulationsproblems zum Erhalten der Empfängerposition aufheben, da es sich bei allen Satellitenuhren um einen gleichen Fehler handelt.
Hier ist meine Vermutung, warum sie sich entschieden haben, diesen Effekt zu korrigieren: Die einzelnen Uhren haben alle auch eine gewisse Drift und werden regelmäßig mit einer Master-Zeitbasis auf der Erde synchronisiert. Wenn sie so stark vom Kapitän abweichen könnten, müssten alle Uhren gleichzeitig eingestellt werden, oder die Navigation wäre völlig aus dem Ruder gelaufen. Etwas einfacher, einzelne Einheiten einfach einzustellen, wenn deren Drift bemerkbar wird.
Fand die Antwort, nachdem ich mit mehreren Experten eine Lücke gezogen hatte. Zwei US-Professoren mit hohem GPS-Stammbaum erklärten unabhängig voneinander, dass die „10 km/Tag“-Behauptung voraussetzt, dass zwischen 1 und 3 der Satelliten, die für einen 4-Satelliten-Fix verwendet werden, nicht den 38us/Tag-Taktfrequenz („Fabrik“)-Offset enthalten. Sie bemerkten auch, dass das GPS oft als Zeitquelle verwendet wird, wenn beobachtete Zeitverschiebungen eindeutig wichtig sind.
Ich und andere waren verärgert darüber, dass mehrere wissenschaftliche Autoritäten öffentlich die Behauptung eines Positionsfehlers von 10 km/Tag wiederholten, ohne diese Voraussetzung zu erwähnen. Die Frage ist gelöst, aber die Annahme scheint seltsam, weil die Relativitätstheorie alle beobachteten Satellitentaktraten ungefähr gleich verschiebt. Diese Annahme scheint nur zu ermöglichen, dass die GPS-Positionsbestimmung ungefähr so anfällig für Senderuhrdifferenzen ist wie Funkortungssysteme wie Loran, bei denen die Relativitätstheorie keine Rolle spielt.
Herzlichen Dank an diejenigen, die auf meine Frage geantwortet haben.
Ich habe mir die 10km/Tag-wenn-38us/Tag-unkorrigierte Behauptung vor einigen Jahren angesehen und festgestellt, dass sie auf einem Modell von einem oder allen bis auf einen der GPS-Satelliten basiert, die verwendet werden, um die Position des Beobachters mit einer unkorrigierten Uhr zu bestimmen. Dieses Modell hat keinen Bezug zu einem vernünftigen GPS-System. Viele Dozenten scheinen dies nicht zu erkennen, so dass 10 km/Tag zu allgemeiner Weisheit wurden. Die Satellitenuhren nicht um 38 us/Tag zu versetzen, würde nur Positionsfehler von mm ergeben, aber den aktuellen Zeitkorrekturbereich von +/- 1 ms des unten beschriebenen aktuellen Korrektursystems aufbrauchen.
Ich habe auch gelernt, dass alle Satelliten auch Daten zu ihrem eigenen Zeitfehler übertragen, die von erdgebundenen Zeitstandards abgeleitet und von Bodenstationen zu jedem Satelliten übertragen werden, wodurch der Beobachter die genaue Zeit bestimmen kann.
Hoffe, das füllt das Bild zum Timing ein wenig aus. Ich hätte gerne mehr gewusst, konnte aber nichts darüber finden, wie diese Satellitenzeitfehlersignale abgeleitet werden.
Bowler