Как стать автором
Обновить

Моделирование приемника GPS для наноспутников

Время на прочтение 3 мин
Количество просмотров 4K
Всего голосов 14: ↑14 и ↓0 +14
Комментарии 14

Комментарии 14

А на восьми километрах в секунду какая точность будет? И какая вообще должна быть аппаратная часть, обычный SDR?

Про точность я не могу сказать. Это вы можете сами промоделировать. Навскидку, точность будет не сильно хуже, чем на Земле.

Обычный SDR подойдет для аппаратной части, но есть специализированные.

Навскидку точность повыше будет, ибо спутников больше, нет тропосферы и ионосферы.

Другой момент, что точность какого момента измерений? Спутник на низкой орбите за 1 мс пролетает 8 метров. Так что тут овпрос о задаче... Если узнать кооординаты и передать на Землю - ну вычислили координаты и момент измеренйи с тоность 3 нс относительно шкалы GPS, ну так и передали. На Земле так и учли.

А если речь о сближении двух КА - ну надо понимать, что расхождение моментов измерения на двух космических аппаратах может быть 2 мс, то есть 16 метров вдоль орбиты. И как-то компенсировать это.

Практически не имею опыта в теме ГНСС на спутниках, но естественно готов порассуждать, как и всякий дилетант. На мой дилетантский взгляд точность лучше не будет.

Да, тропосфера и ионосфера пропадут. А взамен получаем проблему релятивистских эффектов на потребителе . На земле они почти отсутствуют, их никто не учитывает, а вот на спутнике и скорость большая и гравипотенциал существенно меняется. А если ещё и эксцентриситет орбиты большой, то всё становится ещё сложнее.

Также расширение полосы слежения ведь не бесплатное. За него придётся наверное шумом измерений расплачиваться. Интересно, скомпенсируется ли повышением сигнал/шума.

Да плюс упомянутая проблема с привязкой измерений к шкале времени. Хотя наверное проблема невеликая, пусть 3 нс никакой приёмник не выдаст, но на 1 мкс можно рассчитывать смело, а это всего 8 мм, мелочь на фоне остального.

Ну как не учитывают. Взгляньте в ICD GPS. В 3.1.1.1 - учет релятивистских эфектов от скорости спутника путём изменения частоты передатчика. В 20.3.3.3.3.1 - учет релятивистских эффектов от экцентриситета орбиты спутника.

А с приёмником на спутнике все ещё проще. Дело в том, что релятивистский эфект это 4E-10 от частоты. А точность кварца в приёнике - 1E-5, ну 1E-6. То есть по сравнению с нестабильностью кварца - это мизер.

Расширение полосы нужно лишь до момента определения векторов скорости и ускорения. Как только мы их вычислили - мы можем сузить полосу, просто перестаривать её по движению спутника.

Тут самое тяжкое - не пассажирский самолет и не ракета, а автомобиль и мачта судна. На мачте в шторм вообще ускорения порядка 2g, причем с точки зрения приёмника - не предсказуемое. А на автобиле есть такая вещь, как дрифт, с тем же ускорением до 2g. И чтобы во время дрифта приёмн не срывался - приходится ставить самолетную динамику, рассчитанную на истребители.

Так что спутник, летящий абсолбтно прелшсказуемым образом по орбите - это очень простая дмнамика. Её вполне можно учесь в кольцах слежения.

Да плюс упомянутая проблема с привязкой измерений к шкале времени. Хотя наверное проблема невеликая, пусть 3 нс никакой приёмник не выдаст, но на 1 мкс можно рассчитывать смело 

Ну внутри кода (RTK) у нас точность порядка 15-20 пикосекунд СКО, вопрос лишь как выдать её наружу.

А насчет 1мкс - это вы не поняли проблему, батенька.

Вот смотрите. Приёмник измеряет координаты и время 1 раз в секунду. Тут есть два разных параметра. Первый - насколько точно мы узнаем момент измерений. А вот второе - какое расхождение между моментами приёма двух приёмников.

Так вот, типовая схема - это вычисления момена приёма по собственному кварцу, а потом, после отклоеения на 1-2 мс - скачок с перестройкой шкалы до упора в обратную сторону. То есть у нас будут измерения в 1.99992, 2.99991, 3.99990, а потом в 5.00100, 6.00099, 7.00098.

Как видите - тут уход кварца 10 мкс за секунду, то есть 1E-5. Скчаок шкалы при этом будет примерно раз в 200 секунд.

Примерно по такой схеме работают приёмники НАВИС, НИИКП, Ublox....

Это не так страшно, просто коооординаты, выданные прёимником, нужно корректировать при помощи вектора скорости на нужный момент времени.

Да про релятивизм на НКА понятно, я про релятивистские эффекты на потребителе говорю. Но я тут на пальцах прикинул, ошибка частоты из-за эксцентриситета орбиты 1е-10, что конечно несущественно для обычных ширпотребных опорных генераторов.

По полосе слежения согласен, можно жить и с такой динамикой.

А насчет 1мкс - это вы не поняли проблему, батенька.

Вот смотрите. Приёмник измеряет координаты и время 1 раз в секунду. Тут есть два разных параметра. Первый - насколько точно мы узнаем момент измерений. А вот второе - какое расхождение между моментами приёма двух приёмников.

Так вот, типовая схема - это вычисления момена приёма по собственному кварцу, а потом, после отклоеения на 1-2 мс - скачок с перестройкой шкалы до упора в обратную сторону. То есть у нас будут измерения в 1.99992, 2.99991, 3.99990, а потом в 5.00100, 6.00099, 7.00098

Да эта проблема понятная, но что про неё говорить то, это и не проблема вовсе. Во-первых, нет никаких проблем пересчитать положение на нужную эпоху, ведь положение шкалы нам известно. Во-вторых никто не мешает поставить кварц постабильнее (хотя бы в 10е-7) и перестраиваться по порогу 10 мкс. Это недорого и решает проблему в корне. Я говорил про другое.

Я говорил о том, что траектория в широком смысле - это не только точки (x,y,z), это ещё и момент времени, в который объект в этой точке находился. Так вот, если вы ошибаетесь по шкале на 1 мс (именно ошибаетесь, без возможности оценить эту ошибку изнутри системы, например из-за ГВЗ в тракте от антенны до АЦП), то получив координаты в момент t0 как (x0,y0,z0), вы на самом деле получаете координаты в момент времени t1 = t0 -1 мс. А координаты в момент времени t0 отличаются от вычисленных на 7 м при скорости 7 км/с. Существенная ошибка, которую вы с точки зрения приёмника не можете оценить самостоятельно, никакое RTK не поможет. Другое дело, что если всё правильно делать, то 1 мс это очень много, вполне реально добиться погрешности на два-три порядка меньше. Поэтому и написал, что тоже мелочь.

Сделать такую ГВЗ (1мс) в ВЧ-части или в ПЧ даже намеренно очень сложно, а случайно и подавно. 1 мкс уже более близка к физике.

Да можно, сам видел. Понятно, что это или какое-то невероятное стечение обстоятельств, или невероятно кривые руки, но факт остаётся фактом.

а о каких высотах и частотах идет речь? ионосфера не будет оказывать влияние?

Высоты орбит у Cubesat обычно 500-700 км. Специалисты точно скажут.

Там уже нет ионосферы, что должно быть лучше для точности.

Распространенные приемники на чипсете MT3333 подходят для работы на подобных скоростях, при условии переработки софта?

Я думаю, что принципиальных препятствий нет. Один только вопрос: а исходники софта открыты для модификации?

Скорее всего закрыты, там вполне себе готовый приёмник, а не чипсет. Может кому из производителей и разрешат их модифицировать, но для покупателей - явно не выложат.

Это так, чисто гипотетический вопрос :)
Скорее всего, в исходниках вообще есть конструкция типа:
if ((speed >= 500) || (altitude >= 18000)
{
output_data.validity = FALSE;
output_data.speed = 0;
output_data.altitude = 0;
}

Столкнулся с ситуацией, когда приёмник перестал работать на определенной высоте. После уточнения у производителя оказалось что действительно, у него есть не задокументированные ограничения. Проблема решилась новым бинарником прошивки от производителя.
Зарегистрируйтесь на Хабре , чтобы оставить комментарий

Публикации

Истории