Większość satelitów znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej. Niektóre inne satelity znajdują się na orbicie geostacjonarnej, ponieważ ich funkcja tego wymaga.
Satelity GPS (i inne satelity GNSS, np. GLONASS) znajdują się na znacznie wyższej orbicie MEO (sub-GEO):
Dlaczego muszą być na tak wysokim poziomie orbita? Najwyraźniej projekt GPS nie wymaga, aby były one w GEO.
Strona wikipedii GPS wspomina, że na tej orbicie satelity mają okres orbitalny około 12 godzin, a więc podążają tym samym torem po Ziemi – było to przydatne do debugowania podczas pierwszej konfiguracji systemu. Ale z pewnością podobny efekt mógłby zostać osiągnięty przy 8 lub 6-godzinnym okresie orbity (lub innym dzielniku 24) przy znacznie mniejszych kosztach.
Możliwe, choć niepotwierdzone przyczyny, które przychodzą mi do głowy w przypadku wysokiej orbity :
- Początkowo (i nadal) projekt wojskowy, posiadanie satelitów na tak dużej orbicie utrudnia zestrzelenie ich wrogowi .
- Znajdowanie się wyżej oznacza, że więcej satelitów znajduje się w linii wzroku w dowolnym punkcie na powierzchni Ziemi. Nie wiem, ile satelitów byłoby potrzebnych do tego samego poziomu usług, gdyby znajdowały się na orbicie w okresie 8 lub 6 godzin, chociaż byłbym zainteresowany porównaniem kosztów, aby umieścić więcej satelitów na niższych orbitach.
- Satelity LEO są bardziej narażone na opór atmosferyczny, więc będą musiały wykonywać bardziej regularne manewry utrzymywania stacji. Przypuszczalnie trzeba je tymczasowo wyłączyć z usługi GPS podczas wykonywania tych manewrów – być może jest to niedopuszczalne w projekcie GPS. Ponadto do utrzymania stacji potrzeba więcej paliwa, albo będzie krótszy okres użytkowania, co być może zrównoważy dodatkowy koszt wyższej orbity.
Dlaczego więc satelity GPS znajdują się na tak wysokich orbitach?
Komentarze
- Ja ' Nie jestem pewien, czy którakolwiek z odpowiedzi jasno to wskazała. Satelity komercyjne i wojskowe (GPS) są na ogół umieszczane tam, gdzie trzeba, ograniczane przez dostępność orbity. Jest wiele czynników, z których jednym może być całkowita liczba satelitów, ale pierwsze zdanie ” Większość satelitów znajduje się na niskiej orbicie okołoziemskiej z tego prostego powodu, że taniej jest uzyskać je tam niż wyżej ” jest po prostu błędne. Ponieważ wiele osób czyta zarówno pytania, jak i odpowiedzi, ' to dobry pomysł, aby poprawić błędne stwierdzenia, gdy zostaną zauważone, aby uniknąć propagacji nieprawidłowych faktoidów.
- Ja ' m zakładając, że w LEO ' d potrzebujesz ich więcej niż w MEO, w MEO ich zasięg byłby większy niż w LEO, co wymagałoby mniej, ale uzyskanie tej samej funkcjonalności; dlaczego opublikowałem ten komentarz przed przeczytaniem odpowiedzi, stwierdzając to samo, nie mam pojęcia.
Odpowiedź
Głównym powodem, dla którego znajdują się na tak wysokiej orbicie, jest umożliwienie widoczności większej ilości Ziemi w dowolnym momencie. Aby mieć widoczną rozsądną część Ziemi, musisz być wysoko. Niższa wysokość może również działać w teorii, ale wybrana wysokość wydaje się być wystarczająco duża, aby była użyteczna, ale nie na tyle, aby mieć problemy z łączem komunikacyjnym itp.
Koszt uzyskania Satelita GPS na orbicie nie różni się znacznie od orbity, na przykład na 6-godzinnej orbicie. Budżet łącza poprawiłby się nieco, umożliwiając zbudowanie nieco tańszego satelity. Duży problem polega jednak na tym, że potrzeba więcej satelitów, aby zapewnić pełne pokrycie. GPS jest zasadniczo systemem wojskowym i nie jest wymagane, aby na ziemi nie było żadnych luk. Należy zauważyć, że oto procent Ziemi widocznej z różnych wysokości:
- 12-godzinna orbita – 38%
- 8-godzinna orbita – 34,3%
- 6-godzinna orbita – 31%
Należy zauważyć, że co drugi system GNSS , który został uruchomiony, używa orbity podobnej do GPS. GLONASS to 8/17 dnia, BeiDou 9/17, a Galileo 10/17. Indie pracują nad systemem wykorzystującym wyłącznie satelity GEO. Wybrali oni podobne pasmo, ponieważ GPS udowodnił, że działa dobrze na tych wysokościach.
Kolejnym czynnikiem jest prędkość orbity. Prędkość orbitalna na 6-godzinnej orbicie wynosi około 5 km / s. Na GPS jest to 3,8 km / s. Ta mniejsza prędkość pozwala na węższe pasmo (ponieważ przesunięcia częstotliwości Dopplera są mniejsze), wykorzystanie mniejszego widma i umożliwienie wykorzystania większej liczby kanałów.
Są też inne powody, związane z dokładność GPS. Ta konkretna wysokość działa dobrze, aby zapewnić wystarczającą dokładność.
Podsumowując, wysokość, na której znajduje się GPS, działa całkiem dobrze, jest niewiele innych statków kosmicznych używających takich orbit, dzięki czemu są one ogólnie bardziej stabilne i wydaje się dobrym pomysłem kontynuowanie korzystania z satelitów GPS w 12-godzinne orbity, na których są umieszczane.
Komentarze
- Efekty relatywistyczne nie są ' nie są ważne, można je obliczyć. Prędkość do ziemi może być problemem, całkowite namierzenie satelity zajmuje 15 minut, więc jeśli wylatujesz w takim czasie, może to spowodować problemy. ' Myślę, że ślad jest problemem, a nie zasięgiem, ' będę musiał popracować nad poprawieniem odpowiedzi, aby rozwiązać ten problem. .
- Cóż, odległość do satelity zmieniałaby się wtedy szybciej, więc wyraźniejsze przesunięcie fazowe (ze względu na efekt Dopplera) mogłoby spowodować problemy z synchronizacją zegara, co zmniejszyłoby dokładność cywilnego wykorzystania GPS. Chyba powinienem był to wyjaśnić, ale zabrakło mi miejsca.
- @DavidGrinberg Tak, niższe orbity podlegają szybszemu zanikowi orbitalnemu z powodu wciąż niezauważalnego ciśnienia atmosferycznego, więc potrzebne są okresowe wznowienia orbity . Zobacz niektóre wątki omawiające to na naszej stronie. Ale to nie ' nie miałoby większego znaczenia dla wysokości orbity omawianych w pytaniu, ' znajdują się w promieniowaniu Van Allena paski. To ' prawie dokładnie na wysokości orbity konstelacji GPS (20,194,292 km powyżej średniego poziomu morza) strumień intensywności protonów jest największy w pasach. Zatem przejście w górę lub w dół byłoby nawet nieco lepsze.
- Wyższe orbity również zmniejszyłyby moc sygnału w odbiorniku, chyba że zwiększono moc wyjściową każdego satelity.
- PearsonArtPhoto (i @costrom) Sygnały GPS są modulowane różnymi kodami w celu uzyskania dokładnej lokalizacji bez jednoznaczności (tj. bez liczenia prążków). Wszystkie satelity nadają na tej samej częstotliwości (ok 2 częstotliwości) i wszystkie mają szerokość pasma około 1 MHz, czyli prawie 2 rzędy wielkości większą niż doppler. Brak rzeczywistych ” kanałów „, Hedy Lamarr i OK, więcej niż kilka innych, dały nam cud szerokiego spektrum. Odbiornik GPS ma wiele korelatorów, które wybierają różne kody. Może możesz zaktualizować swoją odpowiedź?
Odpowiedz
Satelity GPS / GNSS krążą na orbicie na wysokości, na której ich orbity okres to połowa średniego dnia gwiazdowego Ziemi (23 godziny, 56 minut, 4,0916 sekund), więc ich częstotliwość węzłowej precesji jest mała (około 4 minuty lub ± 222 km dryftu dziennie ze wschodu na zachód wzdłuż ziemskiego równika) i dość stały, a może lepiej mówiąc stabilny, przez dłuższe okresy czasu. Dzięki temu ich długość węzła wstępującego nie przekracza ± 2 stopni od wartości nominalnej i umożliwia powtarzalność toru naziemnego dla konstelacji :
Dzienny czas przesunięcie naziemnej ścieżki GPS satelity powtarza się w stosunku do 24 godzin w oparciu o dane efemeryd transmisji. Źródło: InsideGNSS.com
Powtarzalność naziemnych ścieżek była ważna we wczesnych dniach GPS, aby zapewnić wystarczające pokrycie terenu był zapewniony (w sesjach, nie przez cały dzień) ze znacznie mniejszą liczbą satelitów konstelacji. Niższe orbity podlegałyby silniejszym zaburzeniom orbitalnym, zwłaszcza wspomnianej już precesji węzłowej ze względu na kształt Ziemi będący spłaszczoną sferoidą , a nie idealną kulą, więc satelity „Szybkość dryfu wschód-zachód byłaby wyższa, ale nie eliminowała całkowicie innych niekorzystnych efektów (takich jak grawitacja Słońca i Księżyca, ciśnienie promieniowania słonecznego, …) lub byłaby jeszcze wyższa (opór atmosferyczny ) i powodując wyższy współczynnik zaniku orbity lub w inny sposób wymagający częstszych oparzeń korygujących orbitę.
Bardziej szczegółowo wyjaśniono to w numerze Inside GNSS z czerwca / lipca 2006 r. , w artykule GNSS Solutions: Orbital precession, optymalna technika podwójnej częstotliwości i odbiorniki Galileo autorstwa Peniny Axelrad i Kristine M. Larson.
Odpowiedź
Krótkie odpowiedzi to zapewnienie powtarzalności toru naziemnego. A okres nie wynosi 12 godzin, ale pół dnia gwiazdowego (czyli około 4 minuty krócej), więc kiedy Ziemia wykonała jeden obrót, satelity wykonały dwa, a geometria całej konstelacji względem Ziemi jest taka sama jak jeden gwiezdny dzień wcześniej.Powtarzalność jest ważna z wielu powodów, jednym z nich było to, że niektóre błędy związane z atmosferą lub odbiciami gruntu (tj. Wielodrożność) zależą od geometrii. Jeśli geometria jest taka sama każdego dnia gwiazdowego, błędy będą podobne, dlatego przemieszczenia obliczone na podstawie z dnia gwiazdowego na dzień gwiazdowy są bardzo dokładne, ponieważ błędy były tak podobne, że są one usuwane podczas obliczania przemieszczeń (lub prędkości ). Również korekty efektów atmosferycznych lub efektów wielościeżkowych są znacznie łatwiejsze do obliczenia i ponownego wykorzystania, jeśli ślady naziemne się powtarzają (co jest tym samym, co mówienie, że satelity wracają na te same pozycje na niebie każdego dnia gwiazdowego).
Teraz inne pytanie brzmi: dlaczego wybrać pół dnia gwiazdowego zamiast trzeciego lub kwadransa. Nie jestem tego w 100% pewien, ale jestem pewien, że jest to spowodowane faktem, że w przeciwieństwie do innych satelitów, aby satelita GPS był użyteczny, ich pozycja musi być znana z naprawdę dużą dokładnością iw czasie rzeczywistym, więc aby to osiągnąć, im większa orbita, tym łatwiej, ze względu na wolniejszą prędkość i mniejsze zakłócenia spowodowane niecentralnym polem grawitacyjnym Ziemi i oporem atmosferycznym. Dlaczego więc nie krąży po orbicie z jednym pełnym okresem gwiazdowym? Prawdopodobnie ze względu na koszty (sprowadzenie ich na orbitę i nadawanie z większą mocą), więc pół dnia gwiazdowego było tańsze, co nadal pozwalało spełnić specyfikacje dokładności pozycji satelity.
Ten artykuł ma dobrą obróbka i wyjaśnienie, jak powtarzalność wielościeżkowa jest ważna dla jakości rozwiązania i jak można ją wykorzystać do ulepszenia rozwiązań GPS. Wyjaśnia również, że okres zbliża się do jednego dnia gwiazdowego: Poprawa precyzji szybkiego GPS
Komentarze
- Ten artykuł został dobrze potraktowany i wyjaśnia, jak powtarzalność wielu ścieżek jest ważna dla jakości rozwiązania i jak można wykorzystać taką powtarzalność do ulepszania rozwiązań GPS. Wyjaśnia również, że okres jest zbliżony do jednego dnia gwiazdowego: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf