Los satélites en órbita terrestre baja se mueven cerca de 8 km / seg. La mayoría de los chips GPS de nivel de consumidor aún invocan los límites de CoCom de 1000 nudos, aproximadamente 514 m / s. Los límites de CoCom son límites voluntarios para las exportaciones sobre los que puede leer más en esta pregunta y respuesta y esta pregunta y respuesta y en otros lugares.
Para esta pregunta, supongamos que son límites numéricos en la sección de salida del firmware. El chip debe calcular la velocidad (y la altitud) antes de poder decidir si se excede el límite, y luego presentar la solución a la salida o bloquearla.
A 8000 m / s, el desplazamiento doppler a 2 GHz es de aproximadamente 0,05 MHz, una pequeña fracción del ancho natural de la señal debido a su modulación.
Hay varias compañías que venden unidades de GPS para cubesats, y son caras (cientos a miles de dólares) y probablemente valen cada centavo porque (al menos algunas de ellas) están diseñadas para aplicaciones satelitales y probadas en el espacio.
Ignorando la implementación de los límites de CoCom y todos los demás problemas de operación en el espacio además de la velocidad , ¿hay alguna razón por la cual un chip GPS moderno con una velocidad máxima de 500 m / s no podría funcionar a 8000 m / s? Si es así, ¿Que son?
nota: 8000 m / s dividido por c (3E + 08 m / s) proporciona aproximadamente 27 ppm de expansión / compresión de las secuencias recibidas. Esto podría afectar algunas implementaciones de correlación (tanto en hardware como en software).
Respuestas:
No recomendaría usar una solución GPS integrada (que contenga MCU y firmware de código cerrado) para una aplicación satelital. Hay varias razones por las cuales esto podría no funcionar:
Todos estos problemas pueden abordarse si utiliza un frontend y un correlacionador libremente programables con un firmware personalizado. Puedes mirar a Piksy .
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Algunas personas implementan COCOM como un o , otros como un y . De cualquier manera, para los clientes calificados bajo EAR o ITAR, los vendedores con gusto le venderán una opción de firmware por $$$ que deshabilita esa funcionalidad. El hardware es idéntico.
Fuera de esa difícil limitación, se convierte en un problema de comunicaciones de RF, junto con el diseño de su hardware para tolerar los efectos de la radiación. Su Eb / N0 probablemente será algo mejor ya que está (literalmente) más cerca de los SV y evitando la pérdida de trayectoria atmosférica, pero sus circuitos de recepción también necesitarán tolerar una cantidad considerable de Doppler.
Sin embargo, no es solo la posición en la que los CubeSats están interesados, por cierto, el tiempo GPS es un producto de datos valioso que ayuda a un satélite a descubrir dónde está, dado un TLE. Incluso si el receptor se niega a darle una posición debido a COCOM, si le da el tiempo, puede valer la pena.
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Si este documento sobre ejemplo de arquitectura GPS es representativo, entonces los chips consisten en una interfaz de RF, correlacionadores de hardware en el dominio digital, y toda la decodificación real de la señal se realiza en software.
En cuyo caso, el único problema probable es Doppler. El software puede descartar valores "excepcionales", pero deberá reemplazar o modificar el firmware de todos modos si desea omitir los límites de CoCom.
Una pregunta más interesante es si puede tomar prestado un simulador de GPS que se puede programar para simular el caso de alta velocidad. Pensé que sería posible; después de todo, ¿cómo probaría un fabricante que su dispositivo está aplicando los límites de CoCom?
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Realmente depende de la implementación. Como ejemplo, un receptor en el que he trabajado tiene un registro de frecuencia NCO de portadora de punto fijo en cada canal de correlación, con un ancho de 17 bits. El valor máximo que se puede almacenar en este registro corresponde a alrededor de 6 km / s, y también debe incluir una contribución del error de frecuencia del reloj del receptor. Por lo tanto, no podría rastrear ningún satélite cuya tasa de alcance supere ese límite, que serían muchos de ellos si el receptor se mueve a velocidades orbitales.
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Los Cubesats se pueden usar con unidades de GPS comerciales que cuestan menos de 1000 $. El fabricante elimina los límites, por lo que uno esperaría poder probar con ellos eliminados. Tienen emuladores de GPS o acceso a ellos.
El fabricante debe eliminar los límites de Cocom, y el fabricante solo lo hará si puede obtener una excepción a través de su gobierno. No estoy seguro del proceso, pero sé que es posible al menos en los Estados Unidos. Fuera de los Estados Unidos, esto puede ser casi imposible.
No sé la precisión de la unidad GPS, pero todavía hay efectos ionosféricos que deben tenerse en cuenta, si vuelas en LEO. También necesitará un sistema ADCS decente para estimar la posición de su nave espacial
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