GPS 별자리 위성은 왜 그렇게 높은 궤도에 있습니까?

그들이 그렇게 높은 궤도에있는 주된 이유는 한 번에 더 많은 지구를 볼 수 있도록하기 위해서입니다. 적당한 양의 지구를 보이게하려면 높은 곳에 있어야합니다. 더 낮은 고도는 이론적으로도 작동 할 수 있지만 선택한 고도는 유용 할만큼 충분히 먼 거리 인 것 같지만 통신 링크 문제 등이있을만큼 멀지는 않습니다.

GPS 위성의 궤도는 “예를 들어, 6 시간 궤도에있을 때와 크게 다르지 않습니다. 링크 예산이 다소 개선되어 약간 더 저렴한 위성을 만들 수 있습니다.하지만 큰 문제는 완전한 커버리지가 충족되었는지 확인하려면 더 많은 위성이 필요합니다. GPS는 기본적으로 군사 시스템이며 지상에 틈이 없어야합니다. 다음은 다양한 고도에서 볼 수있는 지구 비율입니다.

• 12 시간 궤도-38 %
• 8 시간 궤도-34.3 %
• 6 시간 궤도-31 %

발사 된 다른 모든 GNSS 시스템 은 GPS와 유사한 궤도를 사용합니다. GLONASS는 하루의 8/17, BeiDou 9/17, Galileo는 10/17입니다. 인도는 순전히 GEO 위성을 사용하는 시스템을 개발하고 있습니다. GPS가 해당 고도에서 잘 작동 함을 입증했기 때문에 이들은 유사한 대역을 선택했습니다.

또 다른 요인은 궤도 속도입니다. 6 시간 궤도에서 궤도 속도는 약 5km / s입니다. GPS에서는 3.8km / s입니다. 이 느린 속도는 더 좁은 대역폭을 허용합니다 (도플러 주파수 편이가 더 작기 때문에). 더 적은 스펙트럼을 사용하고 더 많은 채널을 사용할 수 있습니다.

또한 다음과 같은 다른 이유가 있습니다. GPS의 정확도. 특정 고도는 충분한 정확도를 제공하는 데 적합합니다.

최저 선, GPS가 잘 작동하는 고도, 이러한 궤도를 사용하는 다른 우주선이 거의 없기 때문에 전반적으로 더 안정적이며 GPS 위성을 계속 사용하는 것이 좋습니다. 12 시간 궤도에 배치됩니다.

댓글

• 상대 론적 효과는 ' 중요하지 않습니다. 계산할 수 있습니다. 지상까지의 속도가 문제가 될 수 있습니다. 위성을 완전히 잠그는 데 15 분이 걸리므로이 시간 내에 떠날 경우 문제가 발생할 수 있습니다. 저는 ' 발자국이 범위가 아닌 문제라고 생각합니다. '이 문제를 해결하기 위해 제 답변을 수정해야합니다 .. .
• 글쎄요, 위성까지의 거리는 그보다 더 빨리 변할 것이므로 (도플러 효과로 인해) 더 뚜렷한 위상 편이가 클록 동기화에 문제를 일으킬 수 있으며, 이는 민간 GPS 사용의 정확도를 떨어 뜨릴 수 있습니다. 설명 했어야했는데 공간이 부족했습니다.
• @DavidGrinberg 예, 낮은 궤도는 여전히 무시할 수없는 대기압으로 인해 더 높은 궤도 붕괴율이 적용되므로주기적인 궤도 재 부스트가 필요합니다. . 우리 사이트에서 그것에 대해 논의하는 스레드 중 일부를 참조하십시오. 하지만 이것은 ' 질문에서 논의 된 궤도 고도에 큰 차이를 만들지 않았을 것입니다. 그들은 모두 Van Allen 방사선 내에 있습니다. ' 벨트. 양성자 강도 플럭스가 벨트 내에서 가장 큰 것은 GPS 별자리 궤도 고도 (평균 해발 20,194.292km)에서 거의 정확하게 '입니다. 따라서 더 높이거나 낮추는 것이 약간 더 낫습니다.
• 각 위성의 전력 출력이 증가하지 않는 한 더 높은 궤도는 수신기의 신호 전력도 낮 춥니 다.
• PearsonArtPhoto (및 @costrom) GPS 신호는 정확하고 불확실성이없는 (예 : 프린지 카운팅 아님) 위치를 찾기 위해 다양한 코드로 변조됩니다. 모든 위성은 동일한 주파수 (2 개 주파수)를 사용하여 전송하며 모두 약 1MHz의 대역폭을 가지며 이는 도플러보다 거의 2 배 더 큽니다. 실제 " 채널 ", Hedy가 없습니다. Lamarr 와 OK는 우리에게 확산 스펙트럼의 기적을주었습니다. GPS 수신기에는 다양한 코드를 선택하는 여러 상관 기가 있습니다. 답변을 업데이트 할 수 있습니까?

GPS / GNSS 위성은 궤도가있는 고도에서 궤도를 도는 중입니다. 기간은 지구의 평균 항성일 (23 시간, 56 분, 4.0916 초)의 절반이므로 마디 세차 비율은 둘 다 작습니다 (약 4 분 또는 ± 하루에 지구 적도를 따라 동서로 222km 이동), 장기간에 걸쳐 상당히 일정하거나 안정적이라고 할 수 있습니다. 이렇게하면 오름차순 노드의 경도 가 명목상에서 ± 2도 이내로 유지되고 별자리에 대한 지상 트랙 반복성이 가능합니다. :

^{일일 시간 GPS 위성 지상 트랙의 이동은 방송 천체력 데이터를 기준으로 24 시간을 기준으로 반복됩니다. 출처 : InsideGNSS.com}

이 지상 트랙 반복성은 GPS 초기에 중요했기 때문에 충분한 지상 범위가 훨씬 적은 수의 별자리 위성으로 (실제로 하루 종일이 아닌 세션에서) 보장되었습니다. 낮은 궤도는 더 강한 궤도 섭동, 특히 지구 모양이 편구 타원체 이고 완벽한 구체가 아니기 때문에 이미 언급 한 절점 세차 운동을 겪었을 것입니다. 위성 “동서 드리프트 속도는 더 높았을 것이며, 다른 섭동 효과 (예 : 태양 및 달의 중력, 태양 복사 압력 등)를 완전히 제거하지 않았거나 여전히 더 높았을 것입니다 (대기 항력). ) 및 더 높은 궤도 붕괴율을 유발하거나 더 빈번한 궤도 교정 화상이 필요합니다.

이 내용은 Inside GNSS 2006 년 6 월 / 7 월호에 자세히 설명되어 있습니다. , Penina Axelrad 및 Kristine M. Larson의 GNSS 솔루션 : 궤도 세차 운동, 최적의 이중 주파수 기술 및 Galileo 수신기 기사에서

짧은 답변은 지상 트랙의 반복성을 보장하는 것입니다. 그리고 그 기간은 12 시간이 아니라 반 항성일 (즉, 약 4 분 더 짧음)이므로 지구가 한 회전을 수행하면 위성이 두 번 수행하고 지구에 대한 전체 별자리의 기하학은 다음과 같습니다. 하루 전의 항성.반복성은 여러 가지 이유로 중요합니다. 그 중 하나는 대기 또는지면 반사 (예 : 다중 경로)와 관련된 일부 오류가 지오메트리에 의존한다는 것입니다. 형상이 각 항성일에 동일하면 오류가 유사하므로 항성일 기준으로 계산 된 변위는 매우 정확합니다. 왜냐하면 오류가 너무 유사하여 변위 (또는 속도)를 계산할 때 상쇄되기 때문입니다. ). 또한 대기 효과 또는 다중 경로 효과의 수정은 지상 트랙이 반복되는 경우 계산 및 재사용이 훨씬 더 쉽습니다 (이는 위성이 항성일마다 하늘의 동일한 위치로 돌아 간다는 것과 동일 함).

이제 또 다른 질문은 왜 1/3 또는 1/4 대신 반항성 일을 선택해야 하는가입니다. 나는 이것에 대해 100 % 확신하지는 못하지만 다른 위성과 달리 GPS 위성이 유용하기 위해서는 그들의 위치를 매우 높은 정확도로 실시간으로 알아야한다는 사실 때문에 꽤 확신합니다. 이를 달성하기 위해 궤도가 클수록 지구의 비 중심 중력장과 대기 항력으로 인한 느린 속도와 작은 섭동으로 인해 더 쉽게 궤도를 돌 수 있습니다. 그렇다면 항성 하루 동안 궤도를 도는 것은 어떨까요? 아마도 비용 (궤도에 도달하고 더 많은 전력으로 전송) 때문일 수 있으므로 위성 위치 정확도 사양을 충족 할 수있는 반나절이 더 저렴했습니다.

이 논문에는 좋은 점이 있습니다. 다중 경로 반복성이 솔루션 품질에 얼마나 중요한지 그리고 이러한 반복성이 GPS 솔루션을 개선하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 설명합니다. 또한 기간이 항성일에 가깝다는 설명 : 고속 GPS의 정밀도 개선

댓글

• 이 문서는 다중 경로 반복성이 솔루션 품질에 얼마나 중요한지, 그리고 이러한 반복성이 GPS 솔루션을 개선하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 잘 설명하고 있습니다. 또한이 기간이 항성일에 가깝다고 설명합니다. xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf