Wie werden GPS-Satellitenuhren im Bezugssystem der Erde miteinander synchronisiert?

Ich habe mir verschiedene Threads angeschaut. Es scheint, dass die Empfängeruhr auf der Erde nicht mit den Satellitenuhren synchronisiert werden muss.

Aber ich glaube, dass die Satellitenuhren im Bezugssystem der Erde miteinander synchronisiert werden müssen.

Wie wird dies erreicht?

Antworten (2)

Der Standort der Satelliten wird sehr genau bestimmt, indem Entfernungstechniken verwendet werden, bei denen ein Impuls von einer Bodenstation an den Satelliten gesendet wird und der Satellit sehr schnell antwortet, mit einer bekannten Zeit zwischen Empfangen/Senden. So kann man genau bestimmen, wie weit der Satellit entfernt ist. Kombiniert man diese Informationen mit Bahnspuren, kann man genau bestimmen, wo sich der Satellit befindet.

Die Zeitdauer, die erforderlich ist, um eine Zeitaktualisierung von der Zeit, zu der das Signal gesendet wird, bis zu der Zeit, zu der es empfangen und verwendet wird, durchzuführen, ist ebenfalls gut bekannt. Was tatsächlich an den Satelliten gesendet wird, sind die Zeitdifferenzen, um der Uhr zu sagen, dass sie um eine bestimmte Zeitspanne vor- oder zurückspringen soll. Bei GPS kann diese Aktualisierung alle 8 Stunden erfolgen, in der Praxis erfolgt sie jedoch alle 24 Stunden.

Die Satelliten haben jeweils Atomuhren an Bord, um die Zeit sehr genau zu bestimmen. Die Relativitätstheorie wird im Wesentlichen verwaltet, indem die Uhr basierend auf der erwarteten Zeit korrigiert wird. Sie verlangsamten die Uhren, um diesen Effekt zu korrigieren .

Über das GPS-Bodennetz werden Signale zum Satelliten hochgesendet .

Der für GPS-Uhren verwendete Zeitstandard ist eine ganze Zahl von Sekunden von UTC . Die GPS-Zeit berücksichtigt keine Schaltsekunden, also die gesamte Zeitdifferenz in Sekunden.

Sind Sie sicher, dass Uhrenkorrekturbefehle an die Satelliten so formatiert sind? Wenn ich ein solches System bauen würde, würde es sich viel robuster anfühlen, wenn die Befehle nicht lauten "stellen Sie Ihre Uhr JETZT auf so und so!", sondern stattdessen "Ihre Uhr läuft 13 Nanosekunden langsam, bitte korrigieren". Dann wäre die Zeit, die zum Übertragen und Decodieren des Befehls selbst benötigt wird, nicht mehr kritisch.
Vielen Dank. Ich habe eine andere Frage. Ich gehe davon aus, dass die verschiedenen Satellitenuhren je nach ihrer genauen Geschwindigkeit und Position im Gravitationsfeld der Erde (aufgrund der Relativitätstheorie) unterschiedlich schnell ticken werden. Es scheint mir also, dass die Uhren nach der Synchronisation auseinanderdriften (das sollte kein Problem sein, da wir alles wissen, was nötig ist, um darum herum zu rechnen). Aber ich nehme an, irgendwann würden wir sie im Rahmen der Erde neu synchronisieren wollen. Wie oft findet eine Neusynchronisierung statt?
@HenningMakholm Du hast Recht, ich werde das korrigieren. Das Zeitdelta ist der Schlüssel.
@AmeetSharma: Kommentar hinzugefügt, um Ihre Bedenken auszuräumen. Die Antwort ist alle 8-24 Stunden. Die Relativitätstheorie ist zwar ein Problem, aber nicht so sehr ein Problem, da alle Satelliten in derselben Höhe kreisen.
Es war im Design der Satelliten.
@DavidRicherby Warum beschleunigen die Satelliten ständig?
@corsiKa Weil sie von einer Kraft (Schwerkraft) beaufschlagt werden. Wenn sie nicht beschleunigen würden, würden sie sich in einer geraden Linie bewegen, nicht in einer Umlaufbahn. Sie bewegen sich mit (ungefähr) konstanter Geschwindigkeit, aber in einer sich ständig ändernden Richtung: Das ist eine Geschwindigkeitsänderung, die eine Beschleunigung ist.
@PearsonArtPhoto Entschuldigung, ich habe Ihren Kommentar falsch gelesen. Ich dachte, Sie hätten gesagt "Relativität ist kein Problem, weil ...", aber das haben Sie überhaupt nicht gesagt.
@HenningMakholm Ich glaube, Sie haben ein Missverständnis. Die Uhren werden nicht „gestellt“ oder „korrigiert“. Die Uhren laufen einfach weiter und es werden keine Zählungen geändert. Was an die Satelliten gesendet und periodisch aktualisiert wird, nur um sich umzudrehen und an Empfänger am Boden zu senden, sind Dateien, die die Daten liefern, die benötigt werden, um die Uhrzeit in die Echtzeit umzuwandeln und die Position des Satelliten zu berechnen. "Subframe 1 enthält das GPS-Datum (Wochennummer) und Informationen, um die Zeit des Satelliten auf die GPS-Zeit zu korrigieren, plus Satellitenstatus und Gesundheit."
@MarkAdler: Das ist technisch sinnvoller, ja (zumal es schwierig wäre, die LFSRs zu überspringen, die die verschiedenen modulierenden Bitströme bei Bedarf rückwärts und vorwärts erzeugen). Beachten Sie, dass ich auf die Originalversion der Antwort geantwortet habe, in der ausdrücklich behauptet wurde, dass Uhrkorrekturbefehle zeitlich genau so erfolgen müssen, dass die neue Einstellung zum richtigen Zeitpunkt wirksam wird.
@MarkAdler "... die Uhrzeit in Echtzeit umwandeln " was genau bedeutet hier Echtzeit ? Vielen Dank
Die „Echtzeit“ heißt in diesem Fall eigentlich „GPS-Zeit“. Es ist eine gleichmäßig zunehmende Zeit (dh keine Schaltsekunde), die in Wochen und Sekunden seit Mitternacht am Anfang des 6. Januar 1980 (einem Sonntag) gemessen wird. Es ist derzeit 17 Sekunden vor UTC.

Synchronisation der Empfängeruhr:

GPS- oder GNSS-Anwendungen sind nur von der Laufzeit des Signals abhängig. Vereinfacht gesagt: Sie benötigen nur die Laufzeit von vier GNSS-Satelliten, um die Position zu berechnen. Drei Satelliten zur Bestimmung der Position (x,y,z) und einer für den Uhrenfehler des Empfängers. Dieser Uhrenfehler ist die Synchronisation zwischen dem Empfänger (z. B. Autonavigation) und den GNSS-Satelliten.

Synchronisation der Satellitenuhr:

Die Satellitenuhren werden regelmäßig von einer zugehörigen Bodenstation des Anbieters synchronisiert.
Beispiel Galileo: Es gibt eine Bodenstation (Galileo Mission System) und es gibt weltweit mehrere Sensorstationen.

Das GMS (Galileo Mission System) wird das GSS-Netzwerk (Galileo Sensor Stations) auf zwei unabhängige Arten nutzen. Die erste ist die Orbitography Determination and Time Synchronization (OD&TS)-Funktion, die alle zehn Minuten eine Stapelverarbeitung aller Beobachtungen aller Satelliten über einen längeren Zeitraum bereitstellt und die genaue Umlaufbahn und den Uhrenversatz jedes Satelliten berechnet, einschließlich einer Vorhersage der Vorhersage Variationen (SISA - Signal-in-Space Accuracy) gültig für die nächsten Stunden. Die Ergebnisse dieser Berechnungen für jeden Satelliten werden nominell alle 100 Minuten unter Verwendung eines planmäßigen Kontakts über eine Missions-Uplink-Station in diesen Satelliten hochgeladen

Hier geklaut

Viele Grüße Ben

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