Pourquoi les satellites de la constellation GPS sont-ils sur une orbite aussi élevée?

Le La principale raison pour laquelle ils sont sur une orbite aussi élevée est de permettre à une plus grande partie de la Terre dêtre visible à tout moment. Pour avoir une quantité raisonnable de Terre visible, vous devez être en hauteur. Une altitude plus basse pourrait également fonctionner en théorie, mais laltitude choisie semble être une distance suffisante pour être utile, mais pas au point davoir des problèmes de liaison de communication, etc.

Le coût pour obtenir un Le satellite GPS sur son orbite nest pas sensiblement différent de celui sil était sur une orbite, disons de 6 heures. Le budget de liaison saméliorerait quelque peu, ce qui permettrait de construire un satellite légèrement moins cher. Le gros problème, cependant, est que vous le feriez ont besoin de plus de satellites pour garantir une couverture complète. Le GPS est fondamentalement un système militaire, et il est nécessaire de ne pas avoir de trous au sol. Il convient de noter, voici le pourcentage de la Terre visible à différentes altitudes:

• Orbite 12 heures – 38%
• Orbite 8 heures – 34,3%
• Orbite 6 heures – 31%

Il convient de noter que tous les autres système GNSS qui ont été lancés utilisent une orbite similaire au GPS. GLONASS est 8/17 dune journée, BeiDou 9/17, et Galileo est 10/17. LInde travaille sur un système utilisant uniquement des satellites GEO. Ceux-ci ont choisi une bande similaire parce que le GPS a prouvé quil fonctionnait bien à ces altitudes.

Un autre facteur est la vitesse orbitale. La vitesse orbitale à une orbite de 6 heures est denviron 5 km / s. Au GPS, il est de 3,8 km / s. Cette vitesse plus lente permet une bande passante plus étroite (puisque les décalages de fréquence Doppler sont plus petits), en utilisant moins de spectre et en permettant lutilisation de plus de canaux.

Il y a aussi dautres raisons, impliquant le précision du GPS. Cette altitude particulière fonctionne bien pour fournir une précision suffisante.

En bout de ligne, laltitude du GPS fonctionne assez bien pour cela, il y a peu dautres vaisseaux spatiaux utilisant de telles orbites, ce qui les rend globalement plus stables, et il semble être une bonne idée de continuer à utiliser les satellites GPS dans le Les orbites de 12 heures dans lesquelles ils sont placés.

Commentaires

• Les effets relativistes ne sont pas ‘ importants, ils peuvent être calculés. La vitesse au sol peut être un problème, cela prend 15 minutes pour obtenir un verrouillage complet sur un satellite, donc si vous partez dans ce laps de temps, cela pourrait créer des problèmes. Je ‘ je pense que cest lempreinte du problème, pas la couverture, je ‘ je devrai travailler à corriger ma réponse pour y remédier. .
• Eh bien, la distance au satellite changerait plus rapidement alors, donc un déphasage plus prononcé (dû à leffet Doppler) pourrait créer des problèmes de synchronisation dhorloge, ce qui réduirait la précision de lutilisation civile du GPS. Jimagine que jaurais dû expliquer cela, mais jai manqué despace.
• @DavidGrinberg Oui, les orbites inférieures sont sujettes à un taux de décroissance orbitale plus élevé en raison dune pression atmosphérique encore non négligeable, donc des reboosts orbitaux périodiques sont nécessaires . Voir quelques-uns des fils de discussion qui en discutent sur notre site. Mais cela naurait ‘ pas fait une grande différence pour les altitudes orbitales discutées dans la question, elles ‘ sont toutes dans le rayonnement de Van Allen ceintures. Il ‘ est presque exactement à l’altitude orbitale de la constellation GPS (20 194,292 km au-dessus du niveau moyen de la mer) que le flux d’intensité de protons est le plus élevé dans les ceintures. Donc, aller plus haut ou plus bas serait légèrement meilleur.
• Des orbites plus élevées réduiraient également la puissance du signal au niveau du récepteur, à moins que la puissance de sortie de chaque satellite ne soit augmentée.
• PearsonArtPhoto (et @costrom) Les signaux GPS sont modulés par divers codes pour obtenir une localisation précise et sans équivoque (cest-à-dire sans compter les franges). Tous les satellites émettent en utilisant la même fréquence (ok 2 fréquences) et ont tous une bande passante denviron 1 MHz, ce qui est presque 2 ordres de grandeur plus grand que le doppler. Il ny a pas de chaînes réelles  » « , Hedy Lamarr et OK plus que quelques autres, nous ont donné le miracle de létalement du spectre. Un récepteur GPS possède plusieurs corrélateurs qui sélectionnent les différents codes. Peut-être pouvez-vous mettre à jour votre réponse?

Les satellites GPS / GNSS sont en orbite à une altitude où leur orbite période est la moitié de la journée sidérale moyenne de la Terre (23 heures, 56 minutes, 4,0916 secondes), de sorte que leur taux de précession nodale est à la fois faible (environ 4 minutes, ou ± Dérive Est-Ouest de 222 km le long de l’équateur de la Terre par jour) et assez constante, ou peut-être mieux dit stable, sur de plus longues périodes. Cela maintient leur longitude du nœud ascendant à ± 2 degrés par rapport à la valeur nominale et permet la répétabilité de la trajectoire au sol pour la constellation :

^{Heure quotidienne décalage de la répétition de la trace au sol du satellite GPS par rapport à 24 heures sur la base des données déphémérides diffusées. Source: InsideGNSS.com}

Cette répétabilité de la trajectoire au sol était importante dans les premiers jours du GPS, pour une couverture au sol suffisante était assuré (en sessions, pas vraiment toute la journée) avec un nombre beaucoup plus restreint de satellites de constellation. Les orbites inférieures auraient été soumises à des perturbations orbitales plus fortes, en particulier la précession nodale déjà mentionnée en raison du fait que la forme de la Terre était un sphéroïde aplati et non une sphère parfaite, donc satellites « La vitesse de dérive Est-Ouest aurait été plus élevée, sans éliminer complètement les autres effets perturbateurs (tels que la gravité du Soleil et de la Lune, la pression du rayonnement solaire, …) ou aurait été encore plus élevée (traînée atmosphérique ) et provoquant un taux de désintégration orbitale plus élevé ou nécessitant autrement des brûlures de correction dorbite plus fréquentes.

Ceci est expliqué plus en détail dans Numéro de juin / juillet 2006 dInside GNSS , dans larticle GNSS Solutions: Orbital precession, optimales bi-fréquence techniques, and Galileo receiver article de Penina Axelrad et Kristine M. Larson.

La réponse courte est dassurer la répétabilité de la piste au sol. Et la période nest pas de 12 heures mais dune demi-journée sidérale (soit environ 4 minutes de moins), de sorte que lorsque la Terre a effectué une rotation, les satellites en ont fait deux et la géométrie de toute la constellation par rapport à la Terre est la même que un jour sidéral avant.La répétabilité est importante pour plusieurs raisons, lune dentre elles étant que certaines erreurs liées à latmosphère ou aux réflexions au sol (cest-à-dire les trajets multiples) dépendent de la géométrie. Si la géométrie est la même chaque jour sidéral, les erreurs seront similaires, donc les déplacements calculés sur une base sidérale-jour-sidéral sont très précis, car étant les erreurs si similaires, elles sannulent lors du calcul des déplacements (ou des vitesses ). Les corrections des effets atmosphériques ou des effets multi-trajets sont également beaucoup plus faciles à calculer et à réutiliser si les traces au sol se répètent (ce qui revient à dire que les satellites reviennent aux mêmes positions dans le ciel chaque jour sidéral).

Maintenant, une autre question est de savoir pourquoi choisir une demi-journée sidérale au lieu dune troisième ou dun quart. Je ne suis pas sûr à 100% à ce sujet, mais je suis assez convaincu que cela est dû au fait que, contrairement aux autres satellites, pour que le satellite GPS soit utile, leur position doit être connue avec une très grande précision et en temps réel, donc pour cela, plus lorbite est grande, plus il est facile, en raison de la vitesse plus lente et des petites perturbations dues au champ de gravité non central de la Terre et à la traînée atmosphérique. Alors pourquoi pas des orbites avec une journée sidérale complète? Probablement en raison du coût (pour les amener sur lorbite et pour transmettre avec plus de puissance), donc une demi-journée sidérale était la moins chère qui permettait encore de répondre aux spécifications de précision de la position des satellites.

Ce papier a un bon traitement et expliquez en quoi la répétabilité par trajets multiples est importante pour la qualité de la solution et comment cette répétabilité peut être utilisée pour améliorer les solutions GPS. Explique également que la période est proche dun jour sidéral: Amélioration de la précision du GPS haut débit

Commentaires

• Cet article a un bon traitement et explique comment la répétabilité par trajets multiples est importante pour la qualité de la solution et comment une telle répétabilité peut être utilisée pour améliorer les solutions GPS. Explique également que la période est proche dun jour sidéral: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf