Hvorfor er GPS-konstellasjonssatellittene i en så høy bane?

The Hovedårsaken til at de befinner seg i en så høy bane, er at flere av jorden kan være synlige til enhver tid. For å ha en rimelig mengde av jorden synlig, må du være høyt oppe. En lavere høyde kan i teorien også fungere, men den valgte høyden ser ut til å være langt nok til å være nyttig, men ikke så langt som å ha problemer med kommunikasjonskobling osv.

Kostnaden for å få en GPS-satellitt til sin bane er ikke vesentlig annerledes enn om den hadde en, for eksempel, 6 timers bane. Koblingsbudsjettet ville forbedret seg noe, slik at det kunne bygges en litt billigere satellitt. Det store problemet er imidlertid at du ville trenger flere satellitter for å sikre at fullstendig dekning var oppfylt. GPS er i utgangspunktet et militært system, og det kreves ikke å ha hull på bakken. Det skal bemerkes, her er prosentandelen av jorden synlig fra forskjellige høyder:

• 12 timers bane- 38%
• 8 timers bane – 34,3%
• 6 timers bane – 31%

Det skal bemerkes at alle andre GNSS-systemet som er lansert, bruker en lignende bane til GPS. GLONASS er 8/17 av en dag, BeiDou 9/17, og Galileo er 10/17. India jobber med et system som bruker rent GEO-satellitter. Disse valgte et lignende bånd fordi GPS viste at det fungerte bra i disse høydene.

En annen faktor er banehastigheten. Banehastigheten på en 6 timers bane er omtrent 5 km / s. På GPS er det 3,8 km / s. Denne lavere hastigheten gir en smalere båndbredde (siden Doppler-frekvensskiftene er mindre), ved å bruke mindre spekter og la flere kanaler være i bruk.

Det er også andre grunner som involverer GPS-nøyaktighet. Den spesielle høyden fungerer bra for å gi tilstrekkelig nøyaktighet.

Ergo, høyden GPS er i fungerer ganske bra for det, det er få andre romfartøyer som bruker slike baner som gjør dem mer stabile generelt, og det virker som en god idé å fortsette å bruke GPS-satellitter i 12-timers baner de blir plassert i.

Kommentarer

• Relativistiske effekter er ikke ‘ t viktig, de kan beregnes bort. Hastigheten til bakken kan være et problem, det tar 15 minutter å få en fullstendig lås på en satellitt, så hvis du drar i løpet av den tiden, kan det skape problemer. Jeg ‘ Når jeg tenker at fotavtrykket er problemet, ikke dekning, må jeg ‘ jobbe med å fikse svaret mitt for å løse det .. .
• Vel, avstanden til satellitten ville endres raskere da, så mer uttalt faseforskyvning (på grunn av Doppler-effekt) kan skape problemer med kloksynkronisering, noe som vil redusere nøyaktigheten til sivil GPS-bruk. Jeg antar at jeg burde ha forklart det, men jeg gikk tom for plass.
• @DavidGrinberg Ja, lavere baner er utsatt for høyere forråtningshastighet på grunn av fortsatt ikke-ubetydelig atmosfærisk trykk, så det er nødvendig med periodiske omstarter på nytt . Se noen av trådene som diskuterer det på nettstedet vårt. Men dette ville ikke ‘ ikke ha gjort mye av en forskjell for orbitalhøyder diskutert i spørsmålet, de ‘ er alt innenfor Van Allen-strålingen belter. Det ‘ er nesten nøyaktig i GPS-konstellasjonens orbitale høyde (20.194.292 km over gjennomsnittlig havnivå) som protonintensitetsstrømmen er størst innenfor beltene. Så å gå høyere eller lavere vil være litt bedre til og med.
• Høyere baner vil også senke signaleffekten på mottakeren, med mindre kraftuttaket til hver satellitt ble økt.
• PearsonArtPhoto (og @costrom) GPS-signaler moduleres av forskjellige koder for å oppnå presis, klarhet (dvs. ikke frynsetelling). Alle satellitter sender med samme frekvens (ok 2 frekvenser) og har en båndbredde på omtrent 1 MHz, som er nesten 2 størrelsesordener større enn doppler. Det er ingen faktiske » kanaler «, Hedy Lamarr og OK mer enn noen få andre, har gitt oss miraklet med spredt spektrum. En GPS-mottaker har flere korrelatorer som plukker ut de forskjellige kodene. Kanskje du kan oppdatere svaret ditt?

GPS / GNSS-satellitter kretser i en høyde der deres bane perioden er halvparten av jordens gjennomsnittlige dag (23 timer, 56 minutter, 4,0916 sekunder) så deres nodal precession er begge små (omtrent 4 minutter, eller ± 222 km øst-vest drift langs jordens ekvator per dag) og ganske konstant, eller kanskje bedre sagt stabil, over lengre tidsperioder. Dette holder lengden til den stigende noden innenfor ± 2 grader av nominell og muliggjør reproduserbarhet på bakken for konstellasjonen :

^{Daglig tid skift av GPS-satellitt bakken spor gjenta i forhold til 24 timer basert på sendte efemeris data. Kilde: InsideGNSS.com}

Denne reproduserbarheten på bakken var viktig i de første dagene av GPS, slik at tilstrekkelig bakkedekning ble forsikret (i økter, egentlig ikke hele dagen) med et mye mindre antall konstellasjonssatellitter. Nedre baner ville ha vært utsatt for sterkere baneforstyrrelser, spesielt den allerede nevnte nodepresesjonen på grunn av at jordens form var en avblåst sfæroid og ikke en perfekt sfære, så satellitter «Øst-vest-drivhastighet ville ha vært høyere, mens ikke andre forstyrrende effekter (som solens og månens tyngdekraft, solstrålingstrykk, …) elimineres helt eller ville vært høyere fortsatt (atmosfærisk luftmotstand ) og forårsaker høyere omløpshastighet eller på annen måte krever hyppigere korrigerende forbrenninger i bane.

Dette forklares nærmere i Juni / juli 2006 utgave av Inside GNSS , i GNSS Solutions: Orbital precession, optimal dual-frequency techniques, and Galileo receivers artikkelen av Penina Axelrad og Kristine M. Larson.

De korte svarene er for å sikre repeterbarhet på bakken. Og perioden er ikke 12 timer, men en halv siderisk dag (det er omtrent 4 minutter kortere), slik at når jorden har gjort en rotasjon, har satellittene gjort to og geometrien til hele konstellasjonen i forhold til jorden er den samme enn en siderisk dag før.Repeterbarhet er viktig av flere grunner, en av dem har vært at noen feil relatert til atmosfæren eller grunnrefleksjoner (dvs. flerveis) er avhengig av geometri. Hvis geometrien er den samme hver eneste dag på dagen, vil feilene være like, derfor er forskyvningene beregnet på en basis-dag-til-side-dag-basis veldig nøyaktige, fordi feilene har vært så like at de avbrytes når de beregner forskyvninger (eller hastigheter ). Korreksjoner av atmosfæriske effekter eller flerveiseffekter er mye lettere å beregne og gjenbruke hvis bakkesporene gjentas (som er det samme enn å si at satellittene kommer tilbake til de samme posisjonene på himmelen hver eneste dag).

> Nå er et annet spørsmål hvorfor du velger en halv siderisk dag i stedet for en tredjedel eller et kvartal. Jeg er ikke 100% sikker på dette, men jeg er ganske trygg på at det skyldes det faktum at i motsetning til andre satellitter, for at GPS-satellitt skal være nyttig, må posisjonen deres være kjent med veldig høy nøyaktighet og i sanntid, så for å oppnå dette, jo større bane jo lettere, på grunn av lavere hastighet og mindre forstyrrelser på grunn av jordens ikke-sentrale tyngdefelt, og atmosfærisk luftmotstand. Så hvorfor ikke baner med en hel periode på en dag? Sannsynligvis på grunn av kostnader (for å få dem til bane og for å overføre med mer kraft), så en halv dag var billigere som fremdeles tillot å oppfylle nøyaktighetsspesifikasjonene for satellittposisjon.

behandling og forklaring av hvordan flerveis repeterbarhet er viktig for løsningskvalitet og hvordan slik repeterbarhet kan brukes til å forbedre GPS-løsninger. Forklarer også at perioden er nær en Sidereal-dag: Forbedring av presisjonen til høyhastighets GPS

Kommentarer

• Denne artikkelen har en god behandling og forklarer hvordan flerveisrepetisjon er viktig for løsningskvalitet og hvordan slike repeteabiliti kan brukes til å forbedre GPS-løsninger. Forklarer også at perioden er nær en Sidereal-dag: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf