GPS用于Cubesats-消费类芯片的8 km / sec速度太快了吗？

低地球轨道上的卫星正在以接近8 km / sec的速度移动。大多数消费级GPS芯片仍会采用CoCom的1000节（约514 m / s）的限制。CoCom限制是对出口的自愿限制，您可以在此问题与解答，此问题与解答以及其他地方阅读更多信息。

对于这个问题，我们假设它们是固件输出部分中的数字限制。在确定是否超出限制之前，芯片必须实际计算速度（和高度），然后将解决方案提供给输出或将其阻止。

在8000 m / s的频率下，2 GHz处的多普勒频移约为0.05 MHz，这归因于信号调制的自然宽度的一小部分。

有几家公司出售用于立方体卫星的GPS装置，它们很昂贵（数百至数千美元），可能物有所值，因为（至少其中一些）是为卫星应用和经过太空测试而设计的。

忽略CoCom限制的实施以及空间中除速度以外的所有其他问题，是否有任何理由导致以500 m / s最大速度采样的现代GPS芯片无法以8000 m / s的速度工作？如果是这样，它们是什么？

注意： 8000m / s除以c（3E + 08m / s）可得出接收序列的约27ppm扩展/压缩。这可能会影响相关性的某些实现（包括硬件和软件）。

我不建议在卫星应用中使用集成的GPS解决方案（包含MCU和封闭源固件）。有几种原因可能导致此方法无效：

1. 前端频率计划可能会针对有限的多普勒范围进行优化。通常，RF前端会将信号混频到低于10MHz的IF（较高的IF将需要较高的采样率并消耗更多的能量）。这个IF不是任意选择的！在整个多普勒范围内，商IF /采样率应为非谐波，以避免采样信号中的a / d截断误差引起的杂音。您可能会观察到跳动效应，使信号在某些多普勒速率下无法使用。
2. 数字域相关器需要以正确的速率（包括多普勒效应）再现载波和C / A码的副本。它使用DCO（数控振荡器）来调整载波和代码的生成速度，并通过MCU的配置寄存器对其进行调整。这些寄存器的位宽可能会限制在基于地面的接收器所期望的多普勒范围内，如果您的行进速度太快，则无法将通道调谐到信号。
3. 如果没有可用的位置/时间估计，则固件将必须进行冷采集。它将搜索多普勒频点和代码相位以找到信号。搜索范围将限于地面用户的预期范围。
4. 固件通常将卡尔曼滤波用于位置解。这涉及接收器位置/速度/加速度的模型。尽管对于卫星而言，加速度不是问题，但如果固件不适合在轨使用，则模型的速度将失败。

如果您使用带有自定义固件的可自由编程的前端和相关器，则可以解决所有这些问题。你可以，看看皮克斯。

有些人将COCOM实施为or，其他人实施为and。无论哪种方式，对于EAR或ITAR下的合格客户，供应商都会很乐意向您出售$$$$$$$$的固件选项，以禁用该功能。硬件是相同的。

在此硬性限制之外，随着设计硬件以容忍辐射效应，它成为RF通信问题。当您（从字面上看）更接近SV并避免大气路径损耗时，您的Eb / N0可能会更好一些，但是您的接收电路也将需要承受相当多的多普勒。

顺便说一句，尽管CubeSats感兴趣的不仅仅是位置-GPS时间是一种有价值的数据商品，在给定TLE的情况下，它可以帮助卫星确定其位置。即使收货人由于COCOM拒绝给您头寸，只要它给了时间，那也是值得的。

如果本文以示例GPS架构为代表，则说明该芯片由RF前端，数字域中的硬件相关器组成，并且信号的所有实际解码都是在软件中执行的。

在这种情况下，唯一可能的问题是多普勒。该软件可能会丢弃“例外”值，但是如果要绕过CoCom限制，则无论如何都需要更换或修改固件。

一个更有趣的问题是，是否可以借用一个GPS 模拟器，该模拟器可以进行编程以模拟高速情况。我本以为有可能-毕竟，制造商将如何测试他们的设备是否符合CoCom限制？

这确实取决于实现。例如，我正在研究的一个接收机在每个相关器通道中都有一个定点载波NCO频率寄存器，宽度为17位。可以存储在该寄存器中的最大值大约为6 km / s，并且还必须包括接收器时钟频率误差的影响。因此，它将无法追踪距离率超过该限制的任何卫星，如果接收器以轨道速度移动，则将是很多卫星。

Cubesats可以与价格低于1000美元的现成商用GPS单元一起使用。制造商取消了这些限制，因此希望他们能够在删除限制的情况下进行测试。他们有GPS模拟器或可访问它们。

制造商必须删除cocom限制，并且只有在您可以通过政府获得例外的情况下，制造商才会这样做。我不确定这一过程，但是我知道至少在美国是可能的。在美国以外，这几乎是不可能的。

我不知道GPS装置的精度，但是如果您在LEO中飞行，仍然必须考虑电离层效应。您还需要一个体面的ADCS系统来估算您的航天器位置