Většina satelitů je na nízké oběžné dráze. Některé další satelity jsou na geostacionární oběžné dráze, protože to jejich funkce vyžaduje.
GPS (a další GNSS, např. GLONASS) satelity jsou na mnohem vyšší oběžné dráze MEO (sub-GEO):
Proč musí být tak vysoko obíhat? Návrh GPS zjevně nevyžaduje, aby musely být v GEO.
Stránka GPS wikipedia zmiňuje, že na této oběžné dráze satelity mít oběžnou dobu asi 12 hodin, a tedy sledovat stejnou stopu po Zemi – to bylo užitečné pro ladění, když byl systém poprvé nastaven. Podobného efektu by ale jistě bylo možné dosáhnout s 8 nebo 6 hodinovou oběžnou dobou (nebo jiným dělitelem 24) za mnohem menší náklady.
Možné, i když nepotvrzené důvody, které mě napadají pro vysokou oběžnou dráhu :
- Původně (a stále) vojenský projekt, protože satelity na tak vysoké oběžné dráze znesnadňují sestřelení nepřítele .
- Být výš znamená, že více satelitů je v přímé viditelnosti do kteréhokoli daného bodu na povrchu Země. Nevím, kolik satelitů by bylo zapotřebí pro stejnou úroveň služeb, pokud by byly na oběžné dráze 8 nebo 6 hodin, i když by mě zajímalo, jaké jsou náklady ve srovnání s umístěním více satelitů na nižší oběžné dráhy.
- satelity LEO jsou více ovlivňovány atmosférickým odporem, takže bude nutné provádět pravidelnější manévry udržující stanici. Pravděpodobně musí být při provádění těchto manévrů dočasně vyřazeni ze služby GPS – to je možná při konstrukci GPS nepřijatelné. Také je zapotřebí více paliva pro údržbu stanice, nebo bude kratší životnost, což možná vyrovná další výdaje na vyšší oběžné dráze.
Proč jsou tedy satelity GPS na tak vysokých oběžných drahách?
Komentáře
- I ‚ si nejsem jistý, zda na to některá odpověď dostatečně jasně poukázala. Obchodní a vojenské satelity (GPS) jsou obecně umístěny tam, kde je třeba je umístit, což je omezeno dostupností oběžné dráhy. Existuje spousta faktorů, z nichž jedním může být celkový počet satelitů, ale vaše první věta “ Většina satelitů je na oběžné dráze Nízké Země z jednoduchého důvodu, protože je levnější je získat je tam “ prostě špatně. Jelikož mnoho lidí čte otázky i odpovědi, ‚ je dobrý nápad opravit nesprávná tvrzení, když si toho všimnete, aby se zabránilo šíření nesprávných faktoidů.
- I ‚ m za předpokladu, že v LEO potřebujete ‚ d více než v MEO, v MEO by jejich pokrytí bylo větší než v LEO, vyžadující méně, ale získání stejné funkce; proč jsem zveřejnil tento komentář před přečtením odpovědi uvádějící totéž, o čem netuším.
Odpověď
The Hlavním důvodem, proč jsou na tak vysoké oběžné dráze, je umožnit, aby bylo viditelné více Země najednou. Abyste viděli přiměřené množství Země, musíte být vysoko. Teoreticky by mohla fungovat i nižší nadmořská výška, ale zvolená nadmořská výška se zdá být dostatečně velká na to, aby byla užitečná, ale ne tak daleko, že by se vyskytly problémy s komunikačním spojením atd.
Náklady na získání Družice GPS na svou oběžnou dráhu se podstatně neliší, než kdyby byla na, řekněme, 6hodinové oběžné dráze. Rozpočet spojení by se poněkud zlepšil, což by umožnilo postavit o něco levnější satelit. Velkým problémem však je, že byste potřebují více satelitů, aby bylo zajištěno, že bylo dosaženo úplného pokrytí. GPS je v zásadě vojenský systém a je nutné, aby na zemi nebyly mezery. Je třeba poznamenat, zde je procento Země viditelné z různých výšek:
- 12hodinová oběžná dráha – 38%
- 8hodinová oběžná dráha – 34,3%
- 6hodinová oběžná dráha – 31%
Je třeba poznamenat, že každý jiný GNSS systém , který byl spuštěn, používá podobnou oběžnou dráhu jako GPS. GLONASS je 8/17 dne, BeiDou 9/17 a Galileo je 10/17. Indie pracuje na systému využívajícím čistě satelity GEO. Vybrali si podobné pásmo, protože GPS dokázal, že v těchto výškách funguje dobře.
Dalším faktorem je orbitální rychlost. Orbitální rychlost na oběžné dráze 6 hodin je asi 5 km / s. U GPS je to 3,8 km / s. Tato pomalejší rychlost umožňuje užší šířku pásma (protože Dopplerovy frekvenční posuny jsou menší), využívá méně spektra a umožňuje použití více kanálů.
Existují i další důvody, které zahrnují přesnost GPS. Tato konkrétní nadmořská výška funguje dobře, aby zajistila dostatečnou přesnost.
Sečteno a podtrženo, nadmořská výška, ve které se GPS nachází, pro ni docela dobře funguje, existuje několik dalších kosmických lodí, které používají tyto oběžné dráhy, což je celkově stabilizuje, a zdá se být dobrým nápadem pokračovat v používání satelitů GPS v 12hodinové oběžné dráhy, na které jsou umístěny.
Komentáře
- Relativistické efekty nejsou ‚ důležité, lze je vypočítat pryč. Rychlost může být problémem se zemí, získání úplného zámku na satelitu trvá 15 minut, takže pokud odjíždíte v takovém čase, mohlo by to způsobit problémy. Když si ‚ myslím, že stopa je problém, nikoli pokrytí, budu muset na vyřešení své odpovědi pracovat, abych vyřešil svou odpověď .. ‚ .
- No, vzdálenost k satelitu by se pak měnila rychleji, takže výraznější fázový posun (kvůli Dopplerovu jevu) by mohl způsobit problémy se synchronizací hodin, což by snížilo přesnost použití civilního GPS. Myslím, že jsem to měl vysvětlit, ale došel mi prostor.
- @DavidGrinberg Ano, nižší oběžné dráhy podléhají vyšší rychlosti orbitálního úpadku kvůli stále nezanedbatelnému atmosférickému tlaku, takže jsou nutná periodická orbitální restartování . Podívejte se na některá vlákna diskutující o tom na našem webu. To by ale ‚ nemělo velký vliv na orbitální výšky popsané v otázce, jsou ‚ všechny ve Van Allenově záření pásy. Je ‚ téměř přesně v orbitální výšce souhvězdí GPS (20 194 292 km nad průměrnou hladinou moře), že tok protonové intenzity je největší v pásech. Vyšší nebo nižší úroveň by tedy byla ještě o něco lepší.
- Vyšší oběžné dráhy by také snížily výkon signálu v přijímači, pokud by nebyl zvýšen výkon každého satelitu.
- PearsonArtPhoto (a @costrom) Signály GPS jsou modulovány různými kódy, aby se dosáhlo přesného a bezchybného umístění (tj. bez počítání okrajů). Všechny satelity vysílají na stejné frekvenci (ok 2 frekvence) a všechny mají šířku pásma asi 1 MHz, což je téměř o 2 řády větší než doppler. Neexistují žádné skutečné “ kanály „, Hedy Lamarr a OK více než několik dalších, nám dali zázrak šíření spektra. Přijímač GPS má několik korelátorů, které vybírají různé kódy. Možná můžete svou odpověď aktualizovat?
Odpověď
Družice GPS / GNSS obíhají v nadmořské výšce, kde jejich oběžná dráha období je polovina průměrného hvězdného dne Země (23 hodin, 56 minut, 4,0916 sekund), takže jejich nodální precese je jak malá (zhruba 4 minuty, nebo ± 222 km driftu východ-západ podél zemského rovníku za den) a po delší dobu poměrně stálý, nebo lépe řečeno stabilní. Tím se udržuje jejich zeměpisná délka vzestupného uzlu v rozmezí ± 2 stupňů od jmenovité hodnoty a umožňuje souhvězdí opakovatelnost dráhy :
Denní čas posun opakování pozemní dráhy satelitu GPS vzhledem k 24 hodinám na základě vysílaných dat efemeridy. Zdroj: InsideGNSS.com
Tato opakovatelnost pozemní dráhy byla důležitá v počátcích GPS, aby bylo zajištěno dostatečné pokrytí země byl zajištěn (v relacích, ne opravdu po celý den) s mnohem menším počtem konstelačních satelitů. Nižší oběžné dráhy by byly vystaveny silnějším orbitálním poruchám, zejména již zmíněné nodální precesi, protože tvar Země je zploštělý sféroid a ne dokonalá koule, takže satelity „Rychlost driftu východ-západ by byla vyšší, aniž by zcela eliminovala další rušivé efekty (jako je gravitace Slunce a Měsíce, tlak slunečního záření, …) nebo by byla stále vyšší (atmosférický odpor ) a způsobující vyšší rychlost orbitálního úpadku nebo jinak vyžadovat častější korekční popáleniny na oběžné dráze.
To je podrobněji vysvětleno v vydání Inside GNSS z června / července 2006 , v článku GNSS Solutions: Orbitální precese, optimální dvoufrekvenční techniky a přijímače Galileo v článku Peniny Axelrad a Kristine M. Larson.
Odpověď
Krátkými odpověďmi je zajištění opakovatelnosti pozemní stopy. Období není 12 hodin, ale polovina hvězdného dne (tj. Přibližně o 4 minuty kratší), takže když Země provedla jednu rotaci, satelity provedly dvě a geometrie celé souhvězdí vůči Zemi je stejná než jeden hvězdný den předem.Opakovatelnost je důležitá z několika důvodů, jedním z nich bylo, že některé chyby související s atmosférou nebo odrazy země (tj. Vícecestné) jsou závislé na geometrii. Pokud je geometrie stejná každý hvězdný den, chyby budou podobné, proto jsou posuny vypočítané na základě hvězdného dne k hvězdnému dni velmi přesné, protože chyby byly tak podobné, že se při výpočtu posunů (nebo rychlostí) ruší ). Také opravy atmosférických efektů nebo vícecestných efektů je mnohem snazší vypočítat a znovu použít, pokud se pozemní stopy opakují (což je stejné, než říkat, že se satelity každý den vracejí do stejných poloh na obloze).
Nyní je další otázkou, proč zvolit namísto třetiny nebo čtvrtiny poloviční hvězdný den. „Nejsem si tím 100% jistý, ale jsem si docela jistý, že je to způsobeno skutečností, že na rozdíl od jiných satelitů musí být satelit GPS užitečný, aby jeho poloha byla známa se skutečně vysokou přesností a v reálném čase, takže aby toho bylo dosaženo, čím větší je oběžná dráha, tím snazší je to kvůli nižší rychlosti a menším poruchám způsobeným necentrálním gravitačním polem Země a atmosférickým odporem. Proč tedy neobíhat na oběžné dráze s jednou celou hvězdnou dobou? Pravděpodobně kvůli nákladům (dostat je na oběžnou dráhu a vysílat s větším výkonem), takže polovina hvězdného dne byla levnější, která stále umožňovala splnit specifikace přesnosti polohy satelitu.
Tento dokument má dobrý zacházení a vysvětlit, jak je opakovatelnost více cest důležitá pro kvalitu řešení a jak lze tuto opakovatelnost použít ke zlepšení řešení GPS. Vysvětluje také, že období se blíží jednomu hvězdnému dni: Zlepšení přesnosti vysokorychlostního GPS
Komentáře
- Tento článek má dobré zacházení a vysvětluje, jak je opakovatelnost více cest důležitá pro kvalitu řešení a jak lze tuto opakovatelnost použít ke zlepšení řešení GPS. Vysvětluje také, že období se blíží jednomu hvězdnému dni: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf