Miért vannak a GPS konstellációs műholdak ilyen magas pályán?

fő oka annak, hogy ilyen magas pályán vannak, hogy lehetővé tegyék, hogy a Föld több része egyszerre látható legyen. Ahhoz, hogy ésszerű mennyiségű Föld látható legyen, magasan kell lenned. Alacsonyabb magasság elméletileg is működhet, de úgy tűnik, hogy a választott magasság elég nagy távolságot jelent ahhoz, hogy hasznos legyen, de nem annyira, hogy kommunikációs kapcsolat problémái lennének stb.

A A GPS műhold a pályáján nem különbözik lényegesen attól, mintha mondjuk 6 órás pályán lenne. A kapcsolat költségvetése némileg javulna, lehetővé téve egy kissé olcsóbb műhold felépítését. A nagy probléma azonban az, hogy további műholdakra van szükségük annak biztosítása érdekében, hogy a teljes lefedettség teljesült. A GPS alapvetően katonai rendszer, és meg kell követelni, hogy ne legyenek rések a földön. Meg kell jegyezni, hogy itt a Föld különböző magasságokból látható százalékos aránya:

• 12 órás pálya – 38%
• 8 órás pálya – 34,3%
• 6 órás pálya – 31%

Meg kell jegyezni, hogy minden más beindított GNSS rendszer a GPS-hez hasonló pályát használ. A GLONASS napi 8/17, BeiDou 9/17 és Galileo 10/17. India tisztán GEO műholdakat használó rendszeren dolgozik. Ezek azért választottak hasonló sávot, mert a GPS bebizonyította, hogy ezeken a magasságokon jól működik.

Egy másik tényező az orbitális sebesség. A keringési sebesség 6 órás pályán körülbelül 5 km / s. A GPS-nél 3,8 km / s. Ez a lassabb sebesség szűkebb sávszélességet tesz lehetővé (mivel a Doppler-frekvenciaeltolódások kisebbek), kevesebb spektrumot használnak és több csatornát használnak.

Vannak más okok is, amelyek a a GPS pontossága. Ez a bizonyos magasság jól működik a megfelelő pontosság érdekében.

A lényeg, a GPS által mért magasság meglehetősen jól működik, kevés más űrhajó használ ilyen pályákat, amelyek általánosságban stabilabbá teszik őket, és jó ötletnek tűnik a GPS-műholdak további használata a 12 órás pályák, amelyeken tartózkodnak.

Megjegyzések

• A relativisztikus hatások nem ‘ nem fontosak, el lehet számolni. Lehet, hogy a földig érő sebesség problémát jelent, 15 percbe telik, mire egy műhold teljes zárat kap, tehát ha ennyi idő alatt távozik, problémákat okozhat. ‘ úgy gondolom, hogy a lábnyom a kérdés, nem pedig a lefedettség, ‘ arra kell törekednem, hogy a válaszomat kijavítsam annak megoldására. .
• Nos, a műhold távolsága akkor gyorsabban változik, így a kifejezettebb fáziseltolás (a Doppler-hatás miatt) problémákat okozhat az óra szinkronizálásában, ami csökkentheti a polgári GPS-használat pontosságát. Azt hiszem, ezt meg kellett volna magyaráznom, de kifogytam a helyből.
• @DavidGrinberg Igen, az alacsonyabb pályákra nagyobb a pálya bomlási sebessége, még mindig nem elhanyagolható légköri nyomás miatt, ezért időszakos orbitális újratöltésre van szükség. . Lásd néhány szálat, amely erről a mi oldalunkon foglalkozik. De ez nem jelentett volna nagy különbséget a kérdésben tárgyalt pályamagasság szempontjából, ők ‘ mind a Van Allen sugárzáson belül vannak övek. ‘ majdnem pontosan a GPS konstelláció keringési magasságában (20 194,492 km-rel az átlagos tengerszint felett), hogy a protonintenzitás-fluxus a legnagyobb az övekben. Tehát magasabbra vagy alacsonyabbra haladás valamivel jobb lenne.
• Magasabb pályák csökkentik a vevő jelerejét is, hacsak nem növelik az egyes műholdak teljesítményét.
• PearsonArtPhoto (és @costrom) A GPS-jeleket különféle kódok modulálják a pontos, egyértelműségmentes (azaz nem peremszámlálás) helymeghatározás elérése érdekében. Valamennyi műhold ugyanazon a frekvencián (ok 2 frekvencián) keresztül sugároz, és mindegyik sávszélessége körülbelül 1 MHz, ami majdnem 2 nagyságrenddel nagyobb, mint a doppler. Nincsenek aktuális ” csatornák “, Hedy A Lamarr és az OK több, mint néhány másik ember, elárulta a szórt spektrum csodáját. A GPS-vevőnek több korrelátora van, amelyek kiválasztják a különböző kódokat. Esetleg frissítheti válaszát?

GPS / GNSS műholdak olyan magasságban keringenek, ahol pályájuk van periódus a Föld átlagos sziderális napjának fele (23 óra, 56 perc, 4,0916 másodperc), így csomópontja kicsi (nagyjából 4 perc, ill. ± 222 km kelet-nyugat naponta a Föld egyenlítője mentén sodródik), és meglehetősen állandó, vagy talán jobb, ha stabilabb, hosszabb ideig. Ez melkedő csomópont hosszúságát ± 2 fokon belül tartja a nominálistól, és lehetővé teszi a földi pálya megismételhetőségét a konstelláció számára :

^{Napi idő a GPS műholdas földi sáv ismétlésének eltolódása 24 órához viszonyítva a sugárzott efemerisz adatok alapján. Forrás: InsideGNSS.com}

Ez a földi pálya megismételhetősége fontos volt a GPS korai napjaiban, így elegendő földi lefedettség volt (szekciókban, nem igazán egész nap) egy sokkal kisebb számú konstellációs műholddal biztosítottak. Az alacsonyabb pályákon erősebb orbitális zavarok lettek volna kitéve, különösen a már említett csomópont-precesszió, mivel a Föld alakja oblate gömbölyű és nem tökéletes gömb, tehát a műholdak “kelet-nyugati sodródási sebessége magasabb lett volna, miközben nem szüntette meg teljesen az egyéb zavaró hatásokat (például a Nap és a Hold gravitációját, a napsugárzás nyomását stb.), vagy még mindig magasabb lett volna (légköri ellenállás) ) és magasabb pályabomlási sebességet okoz, vagy más módon gyakoribb pálya-korrekciós égést igényel.

Ezt részletesebben az Inside GNSS 2006. június / július számában magyarázzuk el. , Penina Axelrad és Kristine M. Larson GNSS megoldások: Orbitális precesszió, optimális kettős frekvenciás technikák és Galileo vevők cikkében.

A rövid válaszok a földi pálya megismételhetőségének biztosítását szolgálják. És ez az időszak nem 12 óra, hanem fél sziderális nap (azaz kb. 4 perccel rövidebb), tehát amikor a föld egy fordulatot hajtott végre, a műholdak kettőt végeztek, és az egész csillagkép geometriája a földhöz képest megegyezik egy sziderális nappal azelőtt.Az ismételhetőség több okból is fontos, az egyik az volt, hogy a légkörrel vagy a talajvisszaverődéssel kapcsolatos egyes hibák (azaz többutas) a geometriától függenek. Ha a geometria minden sziderális napon megegyezik, a hibák hasonlóak lesznek, ezért a sziderális napról napra számított elmozdulások nagyon pontosak, mivel az ilyen hasonló hibák eltűnnek az elmozdulások (vagy sebességek) kiszámításakor ). A légköri hatások vagy a többutas hatások korrekcióját is sokkal könnyebb kiszámítani és újrafelhasználni, ha a földi sávok megismétlődnek (ami ugyanaz, mint azt mondani, hogy a műholdak minden sziderális napon visszatérnek az égbolt ugyanazokra a helyekre).

Most egy másik kérdés az, hogy miért válasszunk fél siderális napot harmad vagy negyed helyett. Ebben nem vagyok 100% -ban biztos, de eléggé magabiztos annak köszönhető, hogy más műholdakkal ellentétben, ahhoz, hogy a GPS műholdak hasznosak legyenek, a helyzetüket nagyon nagy pontossággal és valós időben kell tudni. ennek elérése érdekében minél nagyobb a pálya, annál könnyebb, a lassabb sebesség és a Föld nem központi gravitációs mezője által okozott kisebb zavarok, valamint a légköri ellenállás miatt. Akkor miért nem kering egy teljes sziderális napos periódussal? Valószínűleg a költségek miatt (hogy pályára állítsák őket és nagyobb energiával továbbítsák őket), így egy félnapos nap volt az olcsóbb, amely még mindig meg tudta felelni a műholdas helymeghatározási követelményeket.

Ez a cikk jó kezelése, és magyarázza el, hogy a többutas megismételhetőség mennyire fontos a megoldás minősége szempontjából, és hogy az ilyen megismételhetőség hogyan használható a GPS-megoldások fejlesztésére. Megmagyarázza azt is, hogy az időszak egy sziderális naphoz közel van: A nagy sebességű GPS pontosságának javítása

Megjegyzések

• Ez a cikk jól kezeli és elmagyarázza, hogy a többutas megismételhetőség mennyire fontos a megoldás minősége szempontjából, és hogyan használható az ilyen megismételhetőség a GPS-megoldások fejlesztésére. Megmagyarázza azt is, hogy a periódus közel egy sziderális naphoz: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf