Majoritatea sateliților se află pe Orbita Pământului Scăzut. Unii alți sateliți se află pe orbita geostaționară, deoarece funcția lor o impune.
Sateliții GPS (și alți GNSS, de ex. GLONASS) se află pe o orbită MEO (sub-GEO) mult mai mare:
De ce trebuie să se afle într-un nivel atât de înalt orbită? În mod clar, designul GPS nu necesită ca acestea să fie în GEO.
Pagina GPS Wikipedia menționează că, pe această orbită, sateliții au o perioadă orbitală de aproximativ 12 ore și, astfel, urmează aceeași cale peste pământ – acest lucru a fost util pentru depanare atunci când sistemul a fost configurat pentru prima dată. Dar, cu siguranță, un efect similar s-ar fi putut obține cu o perioadă orbitală de 8 sau 6 ore (sau cu un alt divizor de 24) pentru o cheltuială mult mai mică.
Posibile, deși motive neconfirmate mă pot gândi pentru orbita înaltă :
- Inițial (și încă) un proiect militar, având sateliții pe o orbită atât de înaltă le face mai greu pentru inamic să doboare.
- A fi mai sus înseamnă că mai mulți sateliți sunt vizibili la orice punct dat de pe suprafața pământului. Nu știu câți sateliți ar fi necesari pentru același nivel de serviciu dacă ar fi pe orbita perioadei de 8 sau 6 ore, deși aș fi interesat să văd cum se compară costurile pentru a pune mai mulți sateliți pe orbite inferioare.
- Sateliții LEO sunt mai afectați de tragerea atmosferică, așa că va trebui să efectueze manevre de menținere a stației mai regulate. Probabil că trebuie să fie scoși temporar din serviciul GPS atunci când efectuează aceste manevre – poate că acest lucru este inacceptabil în proiectarea GPS. De asemenea, este nevoie de mai mult combustibil pentru menținerea stației sau va exista o durată de viață mai scurtă, care poate compensa cheltuielile suplimentare ale orbitei superioare.
Deci, de ce sunt sateliții GPS pe orbite atât de înalte?
Comentarii
- Nu ‘ nu sunt sigur că niciunul dintre răspunsuri a subliniat acest lucru suficient de clar. Sateliții comerciali și militari (GPS) sunt, în general, amplasați acolo unde trebuie să fie amplasați, constrânși de disponibilitatea orbitei. Există o mulțime de factori, dintre care unul ar putea fi numărul total de sateliți, dar prima propoziție ” Majoritatea sateliților se află pe Orbita Pământului Scăzut pentru simplul motiv că este mai ieftin să obțineți ei acolo decât mai sus ” este pur și simplu greșit. Deoarece mulți oameni citesc atât întrebări, cât și răspunsuri, este ‘ o idee bună să corectați enunțurile greșite atunci când sunt observate, pentru a evita propagarea factoidelor incorecte.
- I ‘ m presupunând că în LEO aveți nevoie ‘ de mai multe dintre ele decât în MEO, în MEO acoperirea lor ar fi mai mare decât în LEO, necesitând mai puțin, dar obținând aceeași funcționalitate; de ce am postat acest comentariu înainte de a citi răspunsul cu același lucru, habar n-am.
Răspuns
The principalul motiv pentru care se află pe o orbită atât de înaltă este de a permite ca mai mult din Pământ să fie vizibil în orice moment. Pentru a avea o cantitate rezonabilă de Pământ vizibilă, trebuie să fiți sus. O altitudine mai mică ar putea funcționa și în teorie, dar altitudinea aleasă pare a fi o distanță suficient de mare pentru a fi utilă, dar nu atât de mult încât să aibă probleme legate de legătura de comunicare etc.
Costul pentru a obține o Satelitul GPS către orbita sa nu este substanțial diferit decât dacă ar fi la o orbită, să zicem, de 6 ore. Bugetul legăturii s-ar îmbunătăți oarecum, permițând construirea unui satelit puțin mai ieftin. Marea problemă este însă că au nevoie de mai mulți sateliți pentru a se asigura că acoperirea completă a fost îndeplinită. GPS-ul este în esență un sistem militar și este necesar să nu existe goluri la sol. Trebuie remarcat, aici este procentul de Pământ vizibil de la diferite altitudini:
- Orbita de 12 ore- 38%
- Orbita de 8 ore – 34,3%
- Orbita de 6 ore – 31%
Trebuie remarcat faptul că orice alt sistem GNSS care a fost lansat utilizează o orbită similară cu GPS. GLONASS este 8/17 dintr-o zi, BeiDou 9/17, iar Galileo este 10/17. India lucrează la un sistem care utilizează sateliți pur GEO. Aceștia au ales o bandă similară, deoarece GPS-ul a dovedit că funcționează bine la acele altitudini.
Un alt factor este viteza orbitală. Viteza orbitală pe o orbită de 6 ore este de aproximativ 5 km / s. La GPS, este de 3,8 km / s. Această viteză mai mică permite o lățime de bandă mai îngustă (deoarece schimbările de frecvență Doppler sunt mai mici), utilizând un spectru mai redus și permițând utilizarea mai multor canale.
Există și alte motive, care implică precizia GPS-ului. Altitudinea respectivă funcționează bine pentru a oferi o precizie suficientă.
Linia de fund, altitudinea la care este GPS funcționează destul de bine pentru aceasta, există puține alte nave spațiale care folosesc astfel de orbite, făcându-le mai stabile în general și pare o idee bună să continuați să utilizați sateliți GPS în Orbite de 12 ore în care sunt plasate.
Comentarii
- Efectele relativiste nu sunt importante ‘ ele pot fi calculate departe. Viteza la sol ar putea fi o problemă, durează 15 minute pentru a obține o blocare completă a unui satelit, deci dacă plecați în acel interval de timp, ar putea crea probleme. ‘ cred că amprenta este problema, nu acoperirea, va trebui să ‘ va trebui să lucrez la rezolvarea răspunsului meu pentru a aborda asta .. .
- Ei bine, distanța față de satelit s-ar schimba mai repede, astfel încât schimbarea de fază mai pronunțată (datorită efectului Doppler) ar putea crea probleme cu sincronizarea ceasului, ceea ce ar reduce precizia utilizării GPS-ului civil. Cred că ar fi trebuit să explic asta, dar am rămas fără spațiu.
- @DavidGrinberg Da, orbitele inferioare sunt supuse unei rate de decădere orbitală mai mari din cauza presiunii atmosferice încă ne-neglijabile, deci sunt necesare reimplimente orbitale periodice . Vedeți câteva dintre subiectele care discută acest lucru pe site-ul nostru. Dar acest lucru nu ar fi făcut ‘ o mare diferență pentru altitudinile orbitale discutate în întrebare, ele ‘ sunt toate în cadrul radiației Van Allen curele. ‘ este aproape exact la altitudinea orbitală a constelației GPS (20.194.292 km deasupra nivelului mediu al mării) că fluxul de intensitate a protonilor este cel mai mare din centuri. Deci, a merge mai sus sau mai jos ar fi ușor mai bine chiar.
- Orbitele mai mari ar reduce, de asemenea, puterea semnalului la receptor, cu excepția cazului în care puterea de ieșire a fiecărui satelit ar fi crescută.
- PearsonArtPhoto (și @costrom) Semnalele GPS sunt modulate de diferite coduri pentru a obține o localizare precisă, fără anbiguitate (adică fără numărare franjuri). Toți sateliții transmit folosind aceeași frecvență (ok 2 frecvențe) și toți au o lățime de bandă de aproximativ 1 MHz, care este cu aproape 2 ordine de mărime mai mare decât dopplerul. Nu există canale reale ” canale „, Hedy Lamarr și OK, mai mult decât câteva alte persoane, ne-au oferit miracolul spectrului răspândit. Un receptor GPS are mai mulți corelatori care selectează diferitele coduri. Poate vă puteți actualiza răspunsul?
Răspuns
Sateliții GPS / GNSS orbitează la o altitudine în care orbitalul lor perioada este jumătate din ziua siderală medie a Pământului (23 de ore, 56 de minute, 4,0916 secunde), deci rata lor de precesie nodală este atât mică (aproximativ 4 minute, fie ± 222 km deriva Est-Vest de-a lungul ecuatorului Pământului pe zi) și destul de constant, sau poate mai bine spus stabil, pe perioade mai lungi de timp. Acest lucru își menține longitudinea nodului ascendent până la ± 2 grade în afara valorii nominale și permite repetabilitatea pistei de sol pentru constelație :
Ora zilnică schimbarea repetării pistei GPS prin satelit la sol în raport cu 24 de ore pe baza datelor difuzate de efemeride. Sursă: InsideGNSS.com
Această repetabilitate a pistei la sol a fost importantă în primele zile ale GPS-ului, astfel încât o acoperire suficientă a solului a fost asigurat (în sesiuni, nu chiar toată ziua) cu un număr mult mai mic de sateliți ai constelației. Orbitele inferioare ar fi fost supuse unor perturbări orbitale mai puternice, în special precesiunea nodală deja menționată datorită formei Pământului fiind un sferoid oblat și nu o sferă perfectă, deci sateliți „Rata de deriva Est-Vest ar fi fost mai mare, în timp ce nu ar fi eliminat complet alte efecte perturbatoare (cum ar fi gravitația Soarelui și a Lunii, presiunea radiației solare, …) sau ar fi fost încă mai mare (rezistența atmosferică ) și provocând o rată de decădere orbitală mai mare sau necesită altfel arsuri corective mai frecvente pe orbită.
Acest lucru este explicat mai detaliat în ediția din iunie / iulie 2006 a Inside GNSS , în articolul GNSS Solutions: precesie orbitală, tehnici optime cu frecvență duală și receptoare Galileo de Penina Axelrad și Kristine M. Larson.
Răspuns
Răspunsurile scurte sunt pentru a asigura repetabilitatea piesei de bază. Și perioada nu este de 12 ore, ci de o jumătate de zi siderală (adică cu 4 minute mai scurtă), astfel încât atunci când pământul a făcut o rotație, sateliții au făcut două și geometria întregii constelații față de pământ este aceeași decât cu o zi siderală înainte.Repetabilitatea este importantă din mai multe motive, unul dintre ele fiind faptul că unele erori legate de atmosferă sau de reflexiile solului (adică multipath) sunt dependente de geometrie. Dacă geometria este aceeași în fiecare zi siderală, erorile vor fi similare, prin urmare deplasările calculate într-o bază sidereală de la zi la siderală sunt foarte precise, deoarece erorile au fost atât de similare încât se anulează atunci când calculează deplasările (sau ). De asemenea, corecțiile efectelor atmosferice sau ale efectelor multipath sunt mult mai ușor de calculat și reutilizat dacă pistele solului se repetă (ceea ce este același lucru decât a spune că sateliții revin la aceleași poziții pe cer în fiecare zi siderală). > Acum, o altă întrebare este de ce să alegeți jumătate de zi siderală în loc de o treime sau un sfert. Nu sunt 100% sigur de acest lucru, dar sunt destul de încrezător că se datorează faptului că, spre deosebire de alți sateliți, pentru ca satelitul GPS să fie util, poziția lor trebuie să fie cunoscută cu o precizie foarte mare și în timp real, așa că pentru ca acest lucru să se realizeze, cu cât orbita este mai mare, cu atât este mai ușoară, din cauza vitezei mai mici și a perturbărilor mai mici datorate câmpului gravitațional non-central al Pământului și al tragerii atmosferice. Deci, de ce nu orbitează cu o perioadă întreagă de siderală? Probabil din cauza costurilor (pentru a le duce pe orbită și pentru a transmite cu mai multă putere), așa că o jumătate de zi siderală a fost cea mai ieftină care a permis totuși să îndeplinească specificațiile de precizie a poziției satelitului. tratamentul și explicați modul în care repetabilitatea multipath este importantă pentru calitatea soluției și modul în care o astfel de repetabilitate poate fi utilizată pentru a îmbunătăți soluțiile GPS. De asemenea, explică faptul că perioada este apropiată de o zi siderală: Îmbunătățirea preciziei GPS de mare viteză
Comentarii
- Această lucrare are un tratament bun și explică modul în care repetabilitatea multipath este importantă pentru calitatea soluției și modul în care o astfel de repetabilitate poate fi utilizată pentru a îmbunătăți soluțiile GPS. De asemenea, explică faptul că perioada se apropie de o zi siderală: xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf