Algunas autoridades han declarado públicamente y sin explicación que si las teorías de la Relatividad Especial y General no se tuvieran en cuenta en el diseño del GPS (construyendo los relojes de los satélites para que funcionen 38 us/día más lento que el tiempo del GPS antes del lanzamiento, también conocido como 'la compensación de fábrica ), la posición indicada por un dispositivo de usuario GPS conectado a tierra se desviaría unos 11 km/día. He considerado esto para varios modelos de GPS, pero solo puedo predecir efectos mucho más pequeños. Que multiplicar la diferencia no corregida de 38 us/día del tiempo del GPS por la velocidad de la luz da 11,6 km/día, no me parece relacionado con la función del receptor GPS. Estaría muy contento por cualquier sugerencia.
Ver también ¿Por qué el GPS depende de la relatividad?
Los relojes de los satélites están corregidos para GR y SR, pero esto es (en su mayoría) irrelevante para el funcionamiento del sistema GPS. Su receptor está comparando la diferencia horaria entre la hora enviada por varios satélites diferentes.
Si este tiempo está en segundos 'terrestres' o 1 parte en Los 'segundos espaciales' acelerados son irrelevantes en primer lugar, siempre que todos los satélites experimenten el mismo efecto. Así que la opción es transmitir en MHz y deje que la señal tenga una frecuencia ligeramente diferente cuando llegue al suelo, o ajuste la frecuencia a MHz a bordo por lo que es MHz en tierra. [Como se describe en la propia especificación de GPS.][1]
Creo que de ahí viene la leyenda urbana de que la 'USAF no creía en la relatividad y no iban a corregir los relojes'.
Por supuesto, aunque su posición relativa a los satélites no se ve afectada por la dilatación del tiempo, el propio conocimiento del tiempo de los satélites y, por lo tanto, su posición en su órbita acumularía un error. Para permitirle encontrar su posición absoluta, el satélite también transmite sus propios datos de órbita y la hora, lo que le permite a su receptor calcular la posición de los satélites en el espacio.
Los satélites están en órbita alrededor de km de altitud, km del centro de la Tierra por lo que tiene una órbita de km que recorren cada horas. un error de μs/día en un camino de km/día todavía da un error de posición (del satélite) de solo una fracción de metro, aunque esto se acumula con el tiempo.
Esto podría corregirse dando a los satélites una cifra ajustada para su velocidad orbital o actualizando sus empheris a medida que pasan sobre la estación terrestre.
[1]: Sección Plan de frecuencia en la especificación GPS en https://www.gps.gov/technical/icwg/IS-GPS-200D.pdf
Si miras la página de wikipedia sobre GPS y correcciones relativistas, dejan claro que esta desviación de 10 km/día se aplica a los 'pseudorangos': la distancia inicial calculada entre el receptor y cada satélite. Este error se anularía al resolver el problema de triangulación para obtener la posición del receptor, ya que es un error igual en todos los relojes de los satélites.
Aquí está mi suposición de por qué eligieron corregir este efecto: todos los relojes individuales también tienen cierta deriva y se sincronizan periódicamente con una base de tiempo maestra en la tierra. Si se les permitiera alejarse tan drásticamente del maestro, sería necesario ajustar todos los relojes simultáneamente, o la navegación estaría completamente fuera de control. Es algo más sencillo ajustar las unidades individuales a medida que se nota su deriva.
Encontré la respuesta después de quedarme en blanco con varios expertos. Dos profesores de EE. UU. de gran experiencia en GPS explicaron de forma independiente que la afirmación de '10 km/día' presupone que entre 1 y 3 de los satélites utilizados para una corrección de 4 satélites no incorporan la compensación de 38us/día de frecuencia de reloj ("de fábrica"). También comentaron que el GPS se usa a menudo como una fuente de tiempo donde los cambios de tiempo observados son claramente importantes.
A mí y a otros nos ha molestado que varias autoridades científicas repitieran públicamente la afirmación del error de posición de 10 km/día sin ninguna mención de esa presuposición. La pregunta está resuelta, pero la presuposición parece extraña porque la relatividad cambia todas las frecuencias de reloj de los satélites observados aproximadamente por igual. Esa presuposición solo parece permitir que se demuestre que la búsqueda de posición GPS es tan susceptible a las diferencias de reloj del transmisor como los sistemas de localización por radio como Loran, donde la relatividad no es una consideración.
Un sincero agradecimiento a quienes respondieron a mi pregunta.
Examiné la afirmación de 10 km/día-si-38us/día sin corregir hace varios años y descubrí que se basaba en un modelo de uno o todos menos uno de los satélites GPS utilizados para fijar la posición del observador con un reloj sin corregir. Este modelo no guarda relación con ningún sistema GPS inteligente. Muchos profesores parecen no darse cuenta de esto, por lo que 10 km/día se convirtieron en sabiduría popular. No compensar los relojes de los satélites en 38us/día generaría solo errores de ubicación de mm, pero consumiría el rango de corrección de tiempo actual de +/-1ms del sistema de corrección actual que se describe a continuación.
También aprendí que todos los satélites también transmiten datos sobre su propio error de reloj, derivados de los estándares de tiempo terrestres y transmitidos a cada satélite desde estaciones terrestres, lo que permite al observador determinar la hora precisa.
Espero que esto llene un poco la imagen sobre el tiempo. Me hubiera encantado saber más, pero no pude encontrar nada sobre cómo se derivan esas señales de error de tiempo del satélite.
Jugador de bolos