Cubesats için GPS - tüketici çipleri için 8km / sn çok hızlı mı?

Düşük dünya yörüngesindeki uydular 8km / sn'ye yaklaşıyor. Tüketici sınıfı GPS çiplerinin çoğu hala yaklaşık 514 m / s olan 1000 knot CoCom sınırlarını çağırıyor. CoCom sınırları, bu soru ve cevap ile bu soru ve cevap ve başka yerlerde daha fazla okuyabileceğiniz ihracat için gönüllü sınırlardır .

Bu soru için, bunların bellenimin çıktı bölümünde sayısal sınırlar olduğunu varsayalım. Çip, limitin aşılıp aşılmadığına karar vermeden önce gerçekte hızı (ve yüksekliği) hesaplamalı ve ardından çözümü çıktıya sunmalı veya bloke etmelidir.

8000 m / s'de, 2GHz'deki doppler kayması yaklaşık 0.05 MHz'dir, modülasyonu nedeniyle sinyalin doğal genişliğinin küçük bir kısmı.

Cubesats için GPS üniteleri satan birkaç şirket var ve pahalı (yüzlerce ila binlerce dolar) ve muhtemelen her kuruşa değer çünkü (en azından bazıları) uydu uygulamaları ve alan testi için tasarlandı.

CoCom sınırlarının uygulanmasını ve hızın yanı sıra uzaydaki diğer tüm operasyon sorunlarını göz ardı ederek , 500 m / s maksimum hızda lekelenen modern bir GPS yongasının 8000 m / s'de çalışamamasının herhangi bir nedeni var mı? Eğer öyleyse, bunlar ne?

not: 8000m / s bölü c (3E + 08m / s) alınan dizilerin yaklaşık 27ppm genişlemesi / sıkışmasını sağlar. Bu, bazı korelasyon uygulamalarını etkileyebilir (hem donanımda hem de yazılımda).

Uydu uygulaması için entegre bir GPS çözümü (MCU ve kapalı kaynak bellenim içeren) kullanmanızı tavsiye etmem. Bunun başarısız olmasının birkaç nedeni vardır:

1. Ön uç frekans planı sınırlı bir doppler aralığı için optimize edilebilir. Tipik olarak, RF ön ucu sinyali 10MHz'den düşük bir IF değerine karıştıracaktır (daha yüksek IF daha yüksek örnekleme oranı gerektirecek ve daha fazla enerji tüketecektir). Bu EĞER keyfi olarak seçilmemiştir! IF / samplerate bölümü, örneklenen sinyaldeki a / d kesme hatalarından gelen sahte tonlardan kaçınmak için tüm doppler aralığı için harmonik olmamalıdır. Sinyali bazı doppler oranlarında kullanılamaz hale getiren vuruş etkilerini gözlemleyebilirsiniz.
2. Dijital alan korelatörünün, taşıyıcı ve C / A kodunun bir kopyasını, doppler etkileri dahil olmak üzere doğru oranda yeniden üretmesi gerekir. MCU'dan yapılandırma kayıtları aracılığıyla ayarlanan taşıyıcı ve kod oluşturma hızını ayarlamak için DCO'ları (dijital kontrollü osilatörler) kullanır. Bu kayıtların bit genişliği, yere dayalı bir alıcı için beklenen doppler aralığı ile sınırlandırılabilir, bu da çok hızlı seyahat ediyorsanız kanalı sinyale ayarlamayı imkansız hale getirir.
3. Herhangi bir konum / zaman tahmini mevcut değilse, yazılımın soğuk alması gerekir. Bir sinyal bulmak için doppler frekans bölmelerini ve kod fazlarını arayacaktır. Arama aralığı, yer tabanlı bir kullanıcı için beklenen aralık ile sınırlandırılacaktır.
4. Bellenim genellikle konum çözümleri için kalman filtreleme kullanır. Bu, bir alıcı konumu / hızı / ivmesi modelini içerir. Hızlandırma bir uydu için endişe yaratmazken, ürün yazılımı yörüngede kullanım için uyarlanmamışsa, model hız için başarısız olacaktır.

Özel bir ürün yazılımı ile serbestçe programlanabilir bir ön uç ve korelatör kullanırsanız, tüm bu sorunlar ele alınabilir. Sen, fe bakabilir Piksy .

Bazı insanlar COCOM'u veya olarak , diğerleri ise ve olarak uygular . Her iki durumda da, EAR veya ITAR kapsamındaki nitelikli müşteriler için, satıcılar size $$$ için bu işlevselliği devre dışı bırakan bir ürün yazılımı seçeneği satacaktır. Donanım aynı.

Bu zor sınırlamanın dışında, donanımınızı radyasyon etkilerini tolere edecek şekilde tasarlamanın yanı sıra bir RF iletişim sorunu haline gelir. Eb / N0'ınız muhtemelen SV'lere (kelimenin tam anlamıyla) daha yakın olduğunuz ve atmosferik yol kaybından kaçındığınız için biraz daha iyi olacaktır, ancak alma devrenizin de önemli miktarda Doppler'i tolere etmesi gerekecektir.

Bu sadece CubeSats'ın ilgilendiği bir konum değil, bu arada - GPS zamanı, bir TLE verildiğinde bir uydu nerede olduğunu anlamaya yardımcı olan değerli bir veri emtia. Alıcı size COCOM nedeniyle bir pozisyon vermeyi reddetse bile, zaman verirse buna değer olabilir.

Eğer , örneğin bir GPS mimarisi bu kağıt temsili, daha sonra fiş bir RF ön uç oluşur, dijital etki ve sinyalin tüm gerçek kod çözme donanım korelatörler yazılım içinde gerçekleştirilir.

Bu durumda olası tek sorun doppler. Yazılım "istisnai" değerleri atabilir, ancak CoCom sınırlarını atlamak istiyorsanız ürün yazılımını yine de değiştirmeniz veya değiştirmeniz gerekir.

Daha ilginç bir soru, yüksek hızlı durumu simüle etmek için programlanabilen bir GPS simülatörü ödünç alabileceğinizdir . Bunun mümkün olacağını düşünürdüm - sonuçta, bir üretici cihazlarının CoCom sınırlarını uyguladığını nasıl test ederdi?

Gerçekten uygulamaya bağlıdır. Örnek olarak üzerinde çalıştığım bir alıcının her bir korelatör kanalında 17 bit genişliğinde sabit noktalı bir taşıyıcı NCO frekans yazmacı vardır. Bu kayıt defterinde saklanabilecek maksimum değer yaklaşık 6 km / s'ye karşılık gelir ve ayrıca alıcı saat frekansı hatasından bir katkı içermelidir. Bu nedenle, menzil oranı bu sınırı aşan hiçbir uyduyu takip edemeyecektir, bu da alıcı yörünge hızlarında hareket ediyorsa oldukça fazla olacaktır.

Cubesats, 1000 $ 'dan daha az raf ticari GPS üniteleri ile kullanılabilir. Üretici limitleri kaldırır, bu yüzden kaldırılanlarla test edebilecekleri umulur. GPS emülatörlerine veya erişimlerine sahiptirler.

Cocom sınırlarının üretici tarafından kaldırılması gerekir ve üretici bunu yalnızca hükümetinizden bir istisna alabiliyorsanız yapar. Sürecinden emin değilim, ama en azından ABD'de mümkün olduğunu biliyorum. ABD dışında bu imkansıza yakın olabilir.

GPS ünitesinin doğruluğunu bilmiyorum, ancak LEO'da uçuyorsanız, hala hesaba katılması gereken iyonosferik etkiler var. Uzay araçları konumunuzu tahmin etmek için iyi bir ADCS sistemine de ihtiyacınız olacak