De meeste satellieten bevinden zich in een lage baan om de aarde. Sommige andere satellieten bevinden zich in een geostationaire baan omdat hun functie dit vereist.
De GPS (en andere GNSS, bijv. GLONASS) satellieten bevinden zich in een veel hogere MEO-baan (sub-GEO):
Waarom moeten ze zo hoog zijn baan? Het is duidelijk dat het GPS-ontwerp niet vereist dat ze in GEO moeten zijn.
De GPS wikipedia-pagina vermeldt dat met deze baan de satellieten een omlooptijd hebben van ongeveer 12 uur en dus hetzelfde spoor over de aarde volgen – dit was handig voor foutopsporing toen het systeem voor het eerst werd opgezet. Maar een soortgelijk effect had zeker kunnen worden bereikt met een omlooptijd van 8 of 6 uur (of een andere deler van 24) voor veel minder kosten.
Mogelijke, hoewel onbevestigde redenen die ik kan bedenken voor de hoge baan :
- Aanvankelijk (en nog steeds) een militair project, maakt het hebben van de satellieten in zon hoge baan het moeilijker voor de vijand om neer te schieten.
- Hoger zijn betekent dat er meer satellieten in zicht zijn naar een bepaald punt op het aardoppervlak. Ik weet niet hoeveel satellieten nodig zouden zijn voor hetzelfde serviceniveau als ze zich in een baan van 8 of 6 uur zouden bevinden, hoewel ik wel zou willen zien hoe de kosten zich verhouden om meer satellieten in lagere banen te plaatsen. / li>
- LEO-satellieten worden meer beïnvloed door atmosferische luchtweerstand, dus zullen regelmatig stationaire manoeuvres moeten uitvoeren. Vermoedelijk moeten ze tijdelijk uit de GPS-dienst worden gehaald bij het uitvoeren van deze manoeuvres – misschien is dit onaanvaardbaar binnen het GPS-ontwerp. Er is ook meer brandstof nodig om het station te behouden, of er zal een kortere levensduur zijn die misschien de extra kosten van de hogere baan compenseert.
Dus waarom bevinden GPS-satellieten zich in zulke hoge banen?
Reacties
- Ik ‘ m niet zeker of een van beide antwoorden dit duidelijk genoeg heeft aangegeven. Commerciële en militaire satellieten (GPS) worden over het algemeen daar geplaatst waar ze moeten worden geplaatst, beperkt door de beschikbaarheid van de baan. Er zijn tal van factoren, waaronder het totale aantal satellieten, maar uw eerste zin ” De meeste satellieten bevinden zich in een lage baan om de aarde om de simpele reden dat het goedkoper is om ze daar dan verder omhoog ” is gewoon fout. Aangezien veel mensen zowel vragen als antwoorden lezen, is het ‘ een goed idee om verkeerde uitspraken te corrigeren wanneer ze worden opgemerkt, om verspreiding van onjuiste feiten te voorkomen.
- I ‘ m ervan uitgaande dat u in LEO ‘ er meer nodig hebt dan in MEO, dan zou hun dekking in MEO groter zijn dan in LEO, waardoor minder maar dezelfde functionaliteit krijgen; waarom ik deze opmerking plaatste voordat ik het antwoord las en hetzelfde zei, ik heb geen idee.
Antwoord
De De belangrijkste reden waarom ze zich in zon hoge baan bevinden, is om ervoor te zorgen dat meer van de aarde op elk moment zichtbaar is. Om een redelijk deel van de aarde zichtbaar te hebben, moet je hoog zijn. Een lagere hoogte zou in theorie ook kunnen werken, maar de gekozen hoogte lijkt ver genoeg om nuttig te zijn, maar niet zo ver dat er problemen zijn met de communicatieverbinding, enz.
De kosten om een De GPS-satelliet naar zijn baan is niet wezenlijk anders dan wanneer hij zich in een baan van bijvoorbeeld 6 uur zou bevinden. Het verbindingsbudget zou enigszins verbeteren, waardoor een iets goedkopere satelliet zou kunnen worden gebouwd. Het grote probleem is echter dat u hebben meer satellieten nodig om ervoor te zorgen dat de volledige dekking is bereikt. GPS is in wezen een militair systeem en het is vereist dat er geen gaten op de grond zijn. Opgemerkt moet worden dat hier het percentage van de aarde zichtbaar is vanaf verschillende hoogten:
- Baan van 12 uur – 38%
- Baan van 8 uur – 34,3%
- Baan van 6 uur – 31%
Opgemerkt moet worden dat elk ander GNSS-systeem dat is gelanceerd een vergelijkbare baan als GPS gebruikt. GLONASS is 8/17 van een dag, BeiDou 9/17 en Galileo is 10/17. India werkt aan een systeem met puur GEO-satellieten. Deze kozen voor een vergelijkbare band omdat GPS bewees dat het goed werkte op die hoogtes.
Een andere factor is de orbitale snelheid. De omloopsnelheid in een baan van 6 uur is ongeveer 5 km / s. Bij GPS is dat 3,8 km / s. Deze lagere snelheid zorgt voor een smallere bandbreedte (aangezien de Doppler-frequentieverschuivingen kleiner zijn), waardoor er minder spectrum wordt gebruikt en er meer kanalen in gebruik zijn.
Er zijn ook andere redenen, met betrekking tot de nauwkeurigheid van de GPS. Die specifieke hoogte werkt goed om voldoende nauwkeurigheid te bieden.
Kort gezegd werkt de hoogte waarop GPS zich bevindt redelijk goed, er zijn maar weinig andere ruimtevaartuigen die dergelijke banen gebruiken, waardoor ze over het algemeen stabieler zijn, en het lijkt een goed idee om GPS-satellieten in de Banen van 12 uur waarin ze worden geplaatst.
Opmerkingen
- Relativistische effecten zijn ‘ niet belangrijk, ze kunnen worden weggerekend. De snelheid naar de grond kan een probleem zijn, het duurt 15 minuten om een satelliet volledig te vergrendelen, dus als je binnen die tijd vertrekt, kan dit problemen veroorzaken. Ik ‘ m denk dat de footprint het probleem is, niet de dekking, ik ‘ zal moeten werken aan het oplossen van mijn antwoord om dat op te lossen. .
- Nou, de afstand tot de satelliet zou dan sneller veranderen, dus een meer uitgesproken faseverschuiving (vanwege het Doppler-effect) zou problemen kunnen veroorzaken met de kloksynchronisatie, wat de nauwkeurigheid van het civiele GPS-gebruik zou verminderen. Ik denk dat ik dat had moeten uitleggen, maar ik had geen ruimte meer.
- @DavidGrinberg Ja, lagere banen zijn onderhevig aan een hogere orbitale vervalsnelheid vanwege de nog steeds niet te verwaarlozen atmosferische druk, dus periodieke orbitale reboosts zijn nodig . Bekijk enkele discussies die dat op onze site bespreken. Maar dit zou ‘ niet veel verschil hebben gemaakt voor de orbitale hoogten die in de vraag worden besproken, ze ‘ vallen allemaal binnen de Van Allen-straling riemen. Het ‘ is bijna precies op de orbitale hoogte van de GPS-constellatie (20,194,292 km boven gemiddeld zeeniveau) dat de protonenintensiteitsflux het grootst is binnen de banden. Dus hoger of lager gaan zou zelfs iets beter zijn.
- Hogere banen zouden ook het signaalvermogen bij de ontvanger verlagen, tenzij het uitgangsvermogen van elke satelliet werd verhoogd.
- PearsonArtPhoto (en @costrom) GPS-signalen worden gemoduleerd door verschillende codes om nauwkeurige, anbiguïteitsvrije (dwz niet perifere tellen) lokalisatie te verkrijgen. Alle satellieten zenden uit met dezelfde frequentie (ok 2 frequenties) en hebben allemaal een bandbreedte van ongeveer 1 MHz, wat bijna 2 ordes van grootte groter is dan de doppler. Er zijn geen werkelijke ” kanalen “, Hedy Lamarr en OK meer dan een paar anderen, hebben ons het wonder van een gespreid spectrum gegeven. Een GPS-ontvanger heeft meerdere correlators die de verschillende codes uitkiezen. Misschien kun je je antwoord bijwerken?
Answer
GPS / GNSS-satellieten draaien in een baan op een hoogte waar hun baan periode is de helft van de gemiddelde siderische dag van de aarde (23 uur, 56 minuten, 4,0916 seconden), dus hun nodale precessie is beide klein (ongeveer 4 minuten of ± 222 km oost-west drift langs de evenaar van de aarde per dag) en redelijk constant, of misschien beter gezegd stabiel, over langere perioden. Dit houdt hun lengtegraad van het oplopende knooppunt binnen ± 2 graden uit nominaal en maakt herhaalbaarheid van grondsporen mogelijk voor de constellatie :
Dagelijkse tijd verschuiving van herhaling van GPS-satellietgrondtrack ten opzichte van 24 uur op basis van uitgezonden efemeride-gegevens. Bron: InsideGNSS.com
Deze herhaalbaarheid van grondsporen was belangrijk in de vroege dagen van GPS, zodat er voldoende gronddekking was werd verzekerd (in sessies, niet echt de hele dag door) met een veel kleiner aantal constellatiesatellieten. Lagere banen zouden onderhevig zijn geweest aan sterkere orbitale verstoringen, met name de reeds genoemde nodale precessie omdat de vorm van de aarde een afgeplatte sferoïde is en geen perfecte bol, dus satellieten “Oost-West driftsnelheid zou hoger zijn geweest, terwijl andere storende effecten (zoals de zwaartekracht van de zon en de maan, zonnestralingsdruk, …) niet volledig zouden zijn geëlimineerd of zou nog hoger zijn geweest (atmosferische weerstand ) en een hogere orbitale vervalsnelheid veroorzaken of anderszins frequentere orbit-corrigerende brandwonden vereisen.
Dit wordt in meer detail uitgelegd in juni / juli 2006 uitgave van Inside GNSS , in het artikel GNSS Solutions: Orbital precession, optimale dual-frequency technieken en Galileo-ontvangers door Penina Axelrad en Kristine M. Larson.
Antwoord
De korte antwoorden zijn bedoeld om de herhaalbaarheid van de grondtrack te garanderen. En de periode is niet 12 uur maar een halve siderische dag (dat is ongeveer 4 minuten korter), zodat wanneer de aarde één rotatie heeft gedaan, de satellieten er twee hebben gedaan en de geometrie van de hele constellatie ten opzichte van de aarde hetzelfde is als een siderische dag ervoor.Herhaalbaarheid is om meerdere redenen belangrijk, een daarvan was dat sommige fouten met betrekking tot de atmosfeer of grondreflecties (d.w.z. multipad) afhankelijk zijn van geometrie. Als de geometrie elke siderische dag hetzelfde is, zullen de fouten vergelijkbaar zijn, daarom zijn de verplaatsingen berekend op basis van siderische dag-tot-siderische dag zeer nauwkeurig, omdat de fouten zo vergelijkbaar waren, dat ze teniet worden gedaan bij het berekenen van verplaatsingen (of snelheden). ). Ook correcties van atmosferische effecten of multipad-effecten zijn veel gemakkelijker te berekenen en opnieuw te gebruiken als de grondtracks zich herhalen (wat hetzelfde is als zeggen dat de satellieten elke sterredag naar dezelfde posities aan de hemel terugkeren).
Nu is een andere vraag waarom we kiezen voor een halve sterrendag in plaats van een derde of een kwart. Ik ben hier niet 100% zeker van, maar ik ben er vrij zeker van dat dit te wijten is aan het feit dat, in tegenstelling tot andere satellieten, een GPS-satelliet nuttig kan zijn om hun positie met zeer hoge nauwkeurigheid en in realtime te kennen, dus om dit te bereiken, hoe groter de baan, hoe gemakkelijker, vanwege de lagere snelheid en kleinere verstoringen als gevolg van het niet-centrale zwaartekrachtveld van de aarde, en atmosferische weerstand. Dus waarom cirkelt niet met een volledige siderische dagperiode? Waarschijnlijk vanwege de kosten (om ze in de baan te krijgen en met meer vermogen te zenden), dus een halve siderische dag was goedkoper die nog steeds voldeed aan de nauwkeurigheidsspecificaties van de satellietpositie.
Dit document heeft een goede behandeling en leg uit hoe herhaalbaarheid van meerdere paden belangrijk is voor de kwaliteit van de oplossing en hoe deze herhaalbaarheid kan worden gebruikt om GPS-oplossingen te verbeteren. Legt ook uit dat de periode dicht bij één siderische dag ligt: Verbetering van de precisie van geavanceerde gps
Opmerkingen
- Dit artikel is goed behandeld en legt uit hoe herhaalbaarheid van meerdere paden belangrijk is voor de kwaliteit van de oplossing en hoe dergelijke herhaalbaarheid kan worden gebruikt om GPS-oplossingen te verbeteren. Legt ook uit dat de periode dicht bij één siderische dag ligt: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf