GPS卫星如何刷新时钟

GPS卫星如何保持其机上时钟的准确性？我假设他们需要从基站获取更新。但是，如何确保更新后所有卫星都同步，即没有任何相移。

您的基站在地球上，并假定您要更新的所有卫星都在视线内。您发送一个更新命令。但是，每颗卫星距基站的距离都不同。从接收命令到更新内部时钟也将有一个延迟。有些卫星可能具有更新的硬件，速度更快。

如果分别更新卫星，则需要确保发送命令的时间安排非常准确。这似乎很难解决。在实践中是否有更好的方法？

我想我感兴趣的是说您在A位置有一个时钟。如何将它与B位置（远离A的位置）的时钟同步？您有消息飞行时间延迟，B中的处理延迟等。

clock gps synchronization

— 用户名
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他们使用原子钟。漂移是由于相对论造成的，卫星正在高速传播，因此存在时移。顺便说一下，基站准确地知道了卫星的位置，因此距离是已知的。

— MarkoBuršič16年

另一个解决方案是查询卫星：您的时钟是多少？然后计算错误并发送：进行+/- xxxx ns的偏移。

— MarkoBuršič16年

有关Space.SE的一些相关的类似问题（例如，这一问题）和有关gis.SE的一些问题，例如，这一问题。

— 罗杰·罗兰德

“这似乎很难解决。” 确实，这是一件非常困难的事情，而且使用的设备并不便宜，但是您只需要在几个地方做就可以了。它只是运行这种系统的成本的一部分。

— PlasmaHH

@RogerRowland哦，对不起。并不是说要粗鲁地出来。只是指出为什么我问这个具体问题。

— user110971 '16

Answers:

时钟错误无法纠正，可以分两步进行补偿。

1.错误确定

的GPS控制段中是公知的位置的用途参考接收器，以确定实际的轨道参数和空间飞行器的时钟误差。位置参考是WGS84参考框架，时间是国际原子钟。即使是最小的影响，例如大陆漂移和相对论时间扩张，也要考虑在内。

2.错误补偿

车载时钟（实际上是SV Z计数，请参阅IS-GPS-200 3.3.4）未进行调整，调整或复位以补偿错误。引用IS-GPS，20.3.4.2：

每个SV在自己的SV时间上运行

取而代之的是，UTC与该航天器时钟之间的偏移（“ GPS时间”）在导航消息中进行广播（请参阅IS-GPS 20.3.3.3.1.8）。这不仅包括当前的偏移量，还包括不同的预测（“拟合间隔”，20.3.4.4）。通常，只有高度精确的短期预测是相关的，如果控制段不可操作且没有上行链路，则将使用其他预测。

同样，位置误差（偏离标称轨道）也未得到纠正（这将消耗宝贵的燃料），但通过将星历数据（轨道元素）上传到航天器而被广播给接收器。

对于上行链路而言，飞行时间不是问题，因为在上一步中已经确定了新的适应间隔数据。

然后在接收器（用户段）中进行实际补偿。当关联不同SV的观察信号/代码相位时，它将应用校正。

特殊情况

有时，旧航天器的行为异常，例如，它们的时钟开始无法预期地漂移。AGI的网站提供了车载时钟的性能数据。您会看到，USA-151的时钟（发送PRN28）有点不稳定，需要频繁的补偿。

如果时钟出现故障或机动性使SV无法用于导航，则SV将在其导航消息中发送“无法操作的标志”，并被最终用户的接收器忽略。

— 安德烈亚斯
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@ user110971卫星时钟未调整。相反，它们的偏移量（相对于原子时间）将在导航消息中进行监控，预测和广播。接收器不仅可以补偿偏移量，还可以补偿航天器的偏移量。听起来很有趣，但有一个优点，即GPS信号相位没有抖动或中断。（删除了我之前的评论没有帮助）

— Andreas

@JanDvorak GPS卫星实际上没有发送完整的时间戳。相反，时间戳的一部分由信号本身的相位决定：消息始终以30秒的增量开始。因此，要纠正定时，卫星将不得不缩短或延长消息，这将导致接收器失去同步并需要重新获取信号。

— jpa

@jpa +1，这是正确的。但是：对于老式的COTS设备，跟踪环路带宽通常选择为18Hz，这是接收机动态性和环路稳定性之间的折衷。您将需要进行巨大的修正，以使接收器失去锁定。时钟错误通常仅具有相当于DOP的几米，接收机运动和大气闪烁绝对占主导地位。

— 安德烈亚斯

@JanDvorak一个主要的考虑因素是，必须在非常低的堆栈级别（甚至可能在模拟硬件级别）处理“更正”，在这种情况下，更正的副作用可能会很复杂。相反，如果他们发送未校正的时钟加上校正数据，则可以在更高级别（例如软件）上处理该校正的副作用。对于现代处理器而言，减法非常容易！这也很清楚更改的来源。接收器突然纠正可能会不信任自己的硬件，并认为这是一个错误！

— Cort Ammon

您还必须记住，这种方法是很久以前选择的，它使卫星变得更加简单，其作用就像磁带录音机播放信号一样。

— David Schwartz

假设您在A位置有一个时钟。如何将其与B位置（远离A）的时钟同步？

您可以执行NTP的操作。粗略地说，

在时刻发送当前时间的请求 $t_0$
$t_1$ $t_2$
$T$ $t_3$
$T+\delta$

请注意，这不是GPS所做的，因为没有意义：由于重力，卫星秒数比地球秒数短，因此不可能使时钟保持同步。

— 德米特里·格里戈里耶夫（Dmitry Grigoryev）
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与问题注释中的混乱情况不同，您会获得一个相对论点。

— 停止Harming Monica's

增量是往返时间还是单程时间？如果是一种方式，客户如何衡量呢？

— Tejas Kale

δ = (t_{3} - t_{0} + t_{1} - t_{2}) / 2

$\delta=(t_3-t_0+t_1-t_2)/2$

GPS卫星的星座由分布在全球各地的几个固定地面站不断监控。这些地面站监视所有卫星，并在检测到任何漂移时发送校正因子。

GPS控制部分包括一个全球地面网络，这些地面设施可跟踪GPS卫星，监视其传输，执行分析并将命令和数据发送到星座。

当前的操作控制段包括一个主控站，一个备用主控站，11个命令和控制天线以及15个监视站点。

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

— 理查德·克劳利
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