¿Cómo los satélites GPS actualizan sus relojes?

¿Cómo mantienen los satélites GPS la precisión de sus relojes a bordo? Supongo que necesitan actualizarse desde una estación base. Pero, ¿cómo se asegura de que después de la actualización todos los satélites estén sincronizados, es decir, que no haya ningún cambio de fase?

Tiene su estación base en la tierra y asume que todos los satélites que desea actualizar están a la vista. Envía un comando de actualización. Pero, cada satélite está a una distancia diferente de la estación base. También habrá una demora desde la recepción del comando hasta la actualización del reloj interno. Algunos satélites pueden tener hardware más nuevo, que es más rápido.

Si actualiza los satélites por separado, deberá asegurarse de que sus temporizaciones de los comandos que envía sean muy precisos. Esto parece una cosa difícil de hacer bien. ¿Existe un método mejor que se utiliza en la práctica?

Supongo que lo que me interesa es decir que tiene un reloj en la ubicación A. ¿Cómo lo sincroniza con un reloj en la ubicación B, que está muy lejos de A? Tiene el mensaje de retraso de tiempo de vuelo, retraso de procesamiento en B, etc.

Los errores de reloj no se corrigen, se compensan en dos pasos.

1. Determinación de error

El segmento de control GPS utiliza receptores de referencia en ubicaciones bien conocidas para determinar los elementos orbitales reales y el error de reloj de los vehículos espaciales. La referencia para la posición es el marco de referencia WGS84 , por tiempo es el tiempo atómico internacional . Incluso los efectos más pequeños como la deriva continental y la dilatación del tiempo relativista se tienen en cuenta.

2. Compensación de errores

El reloj a bordo (de hecho, el SV Z-Count, ver IS-GPS-200 3.3.4) no está sintonizado , girado o reiniciado para compensar el error. Citando IS-GPS, 20.3.4.2:

Cada SV opera en su propio tiempo SV

En cambio, el desplazamiento entre UTC y el reloj de esta nave espacial ("GPS-Time") se transmite en el mensaje de navegación (ver IS-GPS 20.3.3.3.1.8). Esto no solo incluye el desplazamiento actual, sino también diferentes pronósticos ("intervalos de ajuste", 20.3.4.4). Normalmente, solo el pronóstico altamente preciso a corto plazo es relevante, los otros se usarían si el segmento de control no funciona y no es posible un enlace ascendente.

Del mismo modo, el error de posición (desviación de la órbita nominal) no se corrige (esto agotaría el combustible precioso), pero se transmite a los receptores cargando datos de efemérides (elementos orbitales) a la nave espacial.

El tiempo de vuelo no es un problema para el enlace ascendente, ya que los nuevos datos del intervalo de ajuste ya se han determinado en el paso anterior.

La compensación real se realiza en el receptor (segmento de usuario). Aplica correcciones cuando se relaciona la fase de señal / código observada de diferentes SV.

Situaciones excepcionales

A veces, las viejas naves espaciales se comportan de manera inesperada, por ejemplo, sus relojes comienzan a ir a la deriva de manera impredecible. AGI tiene un sitio web con datos de rendimiento de relojes a bordo. Puede ver que el reloj USA-151 (que envía PRN28) es un poco inestable y necesita compensaciones frecuentes.

Si un reloj se vuelve loco o una maniobra motorizada deja inutilizable el SV para la navegación, el SV envía una "bandera inoperable" en su mensaje de navegación y los receptores de los usuarios finales lo ignoran.

digamos que tiene un reloj en la ubicación A. ¿Cómo lo sincroniza con un reloj en la ubicación B, que está muy lejos de A?

Puedes hacer lo que hace NTP . Mas o menos,

• $t_0$
• $t_1$$t_2$
• $T$$t_3$
• $T+\delta$

Tenga en cuenta que esto no es lo que hace el GPS porque no tiene sentido: el segundo satélite es más corto que el segundo de la Tierra debido a la gravedad, por lo que es imposible mantener los relojes sincronizados.

La constelación de satélites GPS es monitoreada constantemente por varias estaciones terrestres fijas ubicadas en todo el mundo. Estas estaciones terrestres monitorean todos los satélites y envían factores de corrección si se detecta alguna deriva.

El segmento de control GPS consiste en una red global de instalaciones terrestres que rastrean los satélites GPS, monitorean sus transmisiones, realizan análisis y envían comandos y datos a la constelación.

El segmento de control operativo actual incluye una estación de control maestro, una estación de control maestro alternativa, 11 antenas de comando y control y 15 sitios de monitoreo.

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