Cubesats 용 GPS-소비자 칩으로는 8km / sec가 너무 빠릅니까?

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지구 궤도가 낮은 위성은 8km / sec 가까이 이동합니다. 대부분의 소비자 급 GPS 칩은 여전히 약 514m / s의 1000 노트의 코콤 제한을 호출합니다. CoCom 제한은이 질문 및 답변 과이 질문 및 답변 및 다른 곳 에서 더 자세히 읽을 수있는 수출에 대한 자발적인 제한입니다 .

이 질문에서는 펌웨어의 출력 섹션에서 숫자 제한이라고 가정합니다. 칩은 한계를 초과했는지 판단한 다음 솔루션을 출력에 제공하거나 차단하기 전에 실제로 속도와 고도를 계산해야합니다.

8000m / s에서 2GHz에서의 도플러 편이는 약 0.05MHz로, 변조로 인한 신호의 자연 폭의 작은 부분입니다.

cubesats를 위해 GPS 장치를 판매하는 여러 회사가 있으며 비싸고 (수백에서 수천 달러) 아마도 (적어도 일부는) 위성 응용 프로그램 및 공간 테스트를 위해 설계 되었기 때문에 모든 페니 가치가 있습니다.

CoCom 제한 구현 및 속도 이외의 공간에서의 기타 모든 작동 문제를 무시하면 최대 속도 500m / s의 최신 GPS 칩이 8000m / s에서 작동하지 않는 이유가 있습니까? 그렇다면 무엇입니까?

참고 : 8000m / s를 c (3E + 08m / s)로 나눈 값은 수신 시퀀스의 약 27ppm 확장 / 압축을 제공합니다. 이는 일부 상관 관계 구현 (하드웨어 및 소프트웨어 모두)에 영향을 줄 수 있습니다.

gps

— 어 오
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내 마음에 오는 첫 번째 이유는 이러한 속도에 대한 디자인은 물론 테스트조차도 의미가 없기 때문에 일하는 것은 운이 나 우연의 일치 일뿐입니다.

— PlasmaHH

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나는 이것에 PlasmaHH와 함께 있습니다. 고객의 99.9 %가 일반적인 자동차 속도 이하에서 사용하는 제품을 출시하려는 경우, 작동이 예상 되더라도 8000kph에서 테스트 할 가치가 없습니다. 말할 것도없이, 테스트하지 않은 것을 스펙에 넣는 것은 어리석은 일입니다.

— Dmitry Grigoryev 2016

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@DmitryGrigoryev GPS 테스트는 일반적으로 신호 시뮬레이터로 수행됩니다. 속도는 입력 된 숫자입니다. 검사 비용 이 들지 않으며 우수한 엔지니어는 항상 설계의 성능 한계 를 알고 싶어합니다 . 그러나 제 질문은 GPS 기능의 어느 부분이 "제품 엔지니어라면 어떻게하겠습니까?"가 아니라 고속에서 가장 먼저 실패 할 수 있는지를 묻는 질문입니다.

— uhoh

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@uhoh 아마도 그들은 되는 시뮬레이터를 사용하여 8000 킬로미터에서 테스트. 그래도 실제 테스트하지 않고 사양에 해당 번호를 입력하지는 않습니다. 시뮬레이터 또는 테스트 벤치에서 많은 작업을 수행 한 후 실제로 실패했습니다.

— Dmitry Grigoryev 2016

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@DmitryGrigoryev 우리는 당신이하고자하는 일에서 벗어날 수 있습니까?

— uhoh

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위성 애플리케이션에는 통합 GPS 솔루션 (MCU 및 폐쇄 소스 펌웨어 포함)을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 이것이 작동하지 않는 데는 몇 가지 이유가 있습니다.

프런트 엔드 주파수 계획은 제한된 도플러 범위에 맞게 최적화 될 수 있습니다. 일반적으로 RF 프런트 엔드는 신호를 10MHz보다 낮은 IF로 믹싱합니다 (IF가 높을수록 샘플링 속도가 높고 더 많은 에너지를 소비합니다). 이 IF는 임의로 선택되지 않습니다! 샘플링 된 신호의 a / d 잘림 오류로 인한 스퓨리어스 톤을 피하려면 몫 IF / 샘플 레이트는 전체 도플러 범위에 대해 비 고조파 여야합니다. 일부 도플러 속도에서는 신호를 사용할 수 없게 만드는 박동 효과가 나타날 수 있습니다.
디지털 도메인 상관 기는 도플러 효과를 포함하여 반송파와 C / A 코드의 복제본을 정확한 속도로 재생산해야합니다. MCU의 구성 레지스터를 통해 조정되는 캐리어 및 코드 생성 속도를 높이기 위해 DCO (디지털 제어 발진기)를 사용합니다. 이러한 레지스터의 비트 폭은 접지 기반 수신기에 필요한 도플러 범위로 제한 될 수 있으므로 너무 빨리 이동하는 경우 채널을 신호로 튜닝 할 수 없습니다.
위치 / 시간 추정치를 사용할 수없는 경우 펌웨어는 콜드 획득을 수행해야합니다. 신호를 찾기 위해 도플러 주파수 빈과 코드 위상을 검색합니다. 검색 범위는 지상 사용자에게 예상되는 범위로 제한됩니다.
펌웨어는 일반적으로 위치 솔루션에 칼만 필터링을 사용합니다. 여기에는 수신기 위치 / 속도 / 가속 모델이 포함됩니다. 가속도는 위성의 경우 문제가되지 않지만 펌웨어가 궤도 내 사용에 적합하지 않으면 속도에 대한 모델이 실패합니다.

사용자 정의 펌웨어와 함께 자유롭게 프로그래밍 가능한 프론트 엔드 및 상관기를 사용하는 경우 이러한 모든 문제를 해결할 수 있습니다. 당신은 feks Pis를 볼 수 있습니다 .

— 안드레아스
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포인트 1 (프론트 엔드 대역폭)의 경우 신호의 원래 대역폭은 도플러 편이보다 훨씬 넓습니다. 최악의 경우 약 10km / sec의 상대 속도 대 3E + 05km / sec의 광속은 약 50kHz입니다. 그러나 2, 3, 4는 모두 소비자 최적화 칩 및 펌웨어의 잠재적 인 거래 차단기처럼 들립니다.

— uhoh

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@uhoh : 나는 당신의 대역폭 주장에 동의하지만 포인트 1은 대역폭에 관한 것이 아닙니다. 나는 더 잘 설명해야했다. 샘플 속도가 16,368,000 / s이고 IF의 신호가 4,092,000Hz를 중심으로하고 4 비트 해상도의 a / d가있는 경우 박동에 문제가 있습니다. 모든 샘플 절단 오류는 동일한 방향으로 진행됩니다. 그러한 나쁜 지점이 많이 있습니다 (IF는 또 다른 나쁜 지점이지만 고조파는 나쁜 곳입니다). 예상되는 도플러에 대해 이러한 지점까지의 거리 (통합 기간에 따라 다름)를 유지하려고합니다.

— Andreas

이 답변에 감사드립니다. 그것은 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 많은 통찰력을 제공합니다. 나는 아직도 구타 / 절단 오류를 이해하지 못하지만 약간의 독서를하고 나중에 질문을 할 수 있습니다. 나는이 다른 ACD 질문 (PiSky 3 비트 ADC를 가지고) 고주파 세 비트 ADC와 관련이 있습니다.

— uhoh

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개별 샘플의 S / N과 관련이 있습니다. ADC에 더 정밀하게 투자한다고해서 전체 시스템 성능이 크게 향상되지는 않습니다. 복잡한 트레이드 오프입니다. ALMA 질문에 유용한 답변을 드리겠습니다.

— Andreas

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어떤 사람들은 COCOM을 or 로 구현 하고 다른 사람들은 and 로 구현 합니다. 어느 쪽이든, EAR 또는 ITAR 하의 자격을 갖춘 고객의 경우 공급 업체는 $$$에 대해 해당 기능을 비활성화하는 펌웨어 옵션을 행복하게 판매합니다. 하드웨어는 동일합니다.

이러한 어려운 한계를 넘어 서면 RF 통신 문제가되고 방사선 효과를 견딜 수있는 하드웨어 설계가 이루어집니다. Eb / N0은 SV에 가깝고 대기 경로 손실을 피하면서 다소 나아질 것입니다. 그러나 수신 회로도 상당한 양의 도플러를 견뎌야합니다.

그러나 CubeSats가 관심을 가지고 있지만 위치는 아닙니다. GPS 시간은 위성이 TLE가 주어진 위치를 파악하는 데 도움이되는 귀중한 데이터 상품입니다. 수신자가 COCOM으로 인해 귀하에게 입장을 제시하지 않더라도 시간이 주어지면 그만한 가치가 있습니다.

— 크루 날 데 사이
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"Eb / N0"및 "SV"는 무엇을 의미합니까? 공간 좌표가 차단 될 때 실제 시간 이보고 되는지 확실히 알고 있습니까, 아니면 1pps 신호를 의미합니까? "CoCom 제한 구현 및 속도 이외의 공간에서의 기타 모든 작동 문제 무시 ."

— uhoh

2 년 전 위성은 "비 탄약" 으로 재 분류 되었으므로 ITAR은 더 이상 적용되지 않지만 이제는 EAR이 적용됩니다 . MTCR 과 Wassenaar Arrangement 도 여전히 존재 합니다!

— uhoh

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@uhoh 나는 용어가 Eb / N0 => 신호 대 잡음비와

— SVs

감사합니다. 나는 항상 새로운 것을 배우려고 노력하고 있습니다-Eb가 특정 용어이면 배우고 싶습니다.

— uhoh

최근에 많은 통신 작업을 해왔으며 Eb / No는 "정규화 된"SNR 또는 비트 당 SNR입니다. 실제로 그 대답에 SNR 또는 RSSI를 사용하는 것이 더 정확했을 것입니다. 일화 적으로, 일부 칩셋 (SiRF)이 여전히 시간을보고하지만 위치에서 벗어날 수 있다고 들었지만 개인적으로 확인하지는 않았습니다.

— Krunal Desai 2016 년

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만약 예컨대 GPS 아키텍처이 논문은 대표적이며, 그 칩은 RF 프런트 엔드 구성, 디지털 도메인, 신호의 모든 실제 디코딩 하드웨어 상관기 소프트웨어에서 수행된다.

어떤 경우에 유일한 문제는 도플러입니다. 소프트웨어는 "예외"값을 버릴 수 있지만 CoCom 제한을 무시하려면 펌웨어를 교체하거나 수정해야합니다.

더 흥미로운 질문은 고속 사례를 시뮬레이션하도록 프로그래밍 할 수 있는 GPS 시뮬레이터 를 빌릴 수 있는지 입니다. 나는 그것이 가능할 것이라고 생각했을 것이다. 결국 제조업체는 그들의 장치가 CoCom 제한을 적용하고 있는지 어떻게 테스트 할 것인가?

— pjc50
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위성이 이미 8000m / s로 이동하기 때문에 0kph에서도 도플러를 처리해야합니다.

— Dmitry Grigoryev 2016

나는 당신의 논리를 좋아합니다! 실제로 각 위성 신호에 다르게 (최대) +/- 60 kHz 유형의 시프트가 적용되므로 대부분의 시뮬레이터가 할 수 있습니다. 단지 기록을 위해, 나는 실제로 이것을하고 있지 않습니다 -나는 단지 이것을 요구 하고 있습니다!

— uhoh

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아니 @DmitryGrigoryev 당신의 8000에 대해 잘못입니다. 그들은 훨씬 높은 궤도에 있기 때문에 훨씬 느리게 움직이고 있습니다. 그러나 GPS 장치의 움직임 외에도 많은 도플러가 있다는 것이 옳습니다. 좋은 지적이야!

— uhoh

@uhoh 내 실수. 내 의견은 14,000km / h를 대신 읽습니다.

— Dmitry Grigoryev

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관찰자에게 접선 속도는 도플러를 유발하지 않습니다. : 그것은 그러나 작은 상대 론적 효과를 유발하는 physics.stackexchange.com/questions/1061/...

— pjc50

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그것은 실제로 구현에 달려 있습니다. 예를 들어, 내가 작업 한 하나의 수신기에는 각 상관기 채널에 너비가 17 비트 인 고정 소수점 캐리어 NCO 주파수 레지스터가 있습니다. 이 레지스터에 저장할 수있는 최대 값은 약 6km / s에 해당하며 수신기 클럭 주파수 오류의 영향을 포함해야합니다. 따라서 범위 속도가 해당 한계를 초과하는 위성을 추적 할 수 없으므로 수신기가 궤도 속도로 이동하는 경우 상당히 많습니다.

— 페리 시온
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Cubesats는 1000 달러 미만의 상용 상용 GPS 장치와 함께 사용할 수 있습니다. 제조업체는 한계를 제거하므로 한계를 제거한 상태에서 테스트 할 수 있기를 바랍니다. GPS 에뮬레이터가 있거나 액세스 할 수 있습니다.

제조업체가 코콤 제한을 제거해야하며 제조업체는 정부를 통해 예외를받을 수있는 경우에만 그렇게합니다. 나는 그 과정을 잘 모르겠지만 적어도 미국에서는 그 과정이 가능하다는 것을 알고있다. 미국 이외의 지역에서는 불가능할 수 있습니다.

나는 GPS 장치의 정확성을 모르지만 LEO로 비행하는 경우 여전히 고려해야 할 전리층 효과가 있습니다. 또한 우주선 위치를 추정하기 위해 알맞은 ADCS 시스템이 필요합니다

— 전압 스파이크
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전리 효과가 미터 스케일 또는 최악의 경우 수십 미터에서 여전히 오류를 유발하지 않습니까? 큐브 큐브가 밀리 초 타이밍 또는 GPS 기반 대형 비행이 필요한 작업을 수행하지 않는 한 대부분의 큐브 큐브에 영향을 미치지 않습니다. 그래도 기억하는 것이 좋습니다, 감사합니다!

— uhoh