Warum rotieren GPS-Satelliten über der Erde?

Warum rotieren GPS-Satelliten über der Erde? Einige sagen, dass es deswegen mindestens 4 GPS-Satelliten an jedem Ort der Erde gibt. Aber ich kann es nicht verstehen.

Was würde passieren, wenn GPS-Satelliten dort bleiben, wo sie sind, wie Fernsehsatelliten? So was? Es gibt immer noch mindestens 4 GPS-Satelliten an jedem Ort der Erde.

Geographisches Positionierungs System

Es ist nützlich, darüber nachzudenken, warum Fernsehsendungen wie Direktfernsehen geosynchrone oder stationäre Umlaufbahnen bevorzugen würden. Ihre Zielgruppe sind die USA, die flächenmäßig 2 Prozent der Welt ausmachen. Es ist viel sinnvoller, keine Sats zu haben, die 98 Prozent der Zeit nicht dort verbringen, wo Sie sie haben möchten (offensichtlich komplizierter, aber das ist der Anhaltspunkt). Außerdem ist Video sehr datenlastig und Sie sparen eine Menge an Bodenausrüstung, die keine hochpräzisen Tracking-Funktionen benötigt. Unterdessen befinden sich Internet- und Telefonsatelliten in der Regel auf einer niedrigeren Umlaufbahn, da sie wie GPS den gesamten Globus abdecken müssen.

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Die einzige Umlaufbahnklasse, in der ein Satellit immer über demselben Punkt der Erdoberfläche bleibt, ist eine geostationäre Umlaufbahn, die nur direkt über dem Äquator liegen kann. Die GPS-Satelliten in solche Umlaufbahnen zu bringen, hätte mehrere Nachteile:

  • Schlechte Satellitensichtbarkeit für Benutzer in hohen Breiten – die Satelliten würden immer niedrig am südlichen Horizont sein (für Benutzer der nördlichen Hemisphäre) und oft durch Gebäude oder Gelände blockiert werden. In ausreichend hohen Breiten wären sie überhaupt nicht sichtbar.

  • Schlechte Lösungsgeometrie – GPS-Navigation funktioniert am besten, wenn die Satelliten in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind . Wenn sich die Satelliten alle in einer Ebene befinden, wie dies bei geostationären Umlaufbahnen der Fall wäre, besteht zusätzlich zum schlechten DOP eine Mehrdeutigkeit - die Entfernungen zu den Satelliten wären für einen Benutzer mit demselben Längengrad und beiden Breitengraden gleich , sodass der Empfänger nicht erkennen kann, ob er sich auf der Nord- oder Südhalbkugel befindet.

  • Höhere Startkosten - geostationäre Umlaufbahnen sind energiereicher als MEO; Nicht alle Trägerraketen können dorthin gelangen, und diejenigen, die dies können, hätten eine geringere Nutzlastkapazität.

Der Vollständigkeit halber würde es einige geringfügige Vorteile geben, GNSS-Raumfahrzeuge in geostationäre Umlaufbahnen zu platzieren, obwohl diese durch die oben genannten Nachteile aufgewogen werden:

  • Einfachere Erfassung für Empfänger - da ein Satellit in GEO in Bezug auf die Erdoberfläche eine Geschwindigkeit von ~null hat, wird ein stationärer oder sich langsam bewegender Empfänger einen sehr geringen Dopplereffekt auf das Entfernungssignal feststellen. Dies kann die Suchphase des Signalerfassungsprozesses beschleunigen und die Schaltung des Empfängers vereinfachen. Als GPS-Empfänger entwickelt wurden, wäre dies ein wichtiger Faktor gewesen, aber heutzutage ist die Suche sowieso sehr schnell und Silizium ist billig.

  • Eine günstigere Strahlungsumgebung für das Raumfahrzeug – die MEO-Umlaufbahnen, die von GPS und den meisten anderen GNSS verwendet werden, passieren einige der stärkeren Teile der Van-Allen-Strahlungsgürtel, was teure (und in gewissem Sinne antiquierte) strahlungsgehärtete Elektronik erfordert. Auch GEO ist kein Zuckerschlecken, aber die Strahlendosis ist deutlich geringer als bei MEO.

1- So wie ich es verstehe, können Satelliten nirgendwo anders als direkt über dem Äquator fixiert bleiben? 2- GPS-Satelliten, die zweimal täglich die Erde umkreisen. Das entspricht einer Geschwindigkeit von 14.000 km/h. Diese Energie kommt also von Solarflügeln. Ist diese Art von Leistung geringer als die erforderliche Leistung zum Übertragen eines stärkeren Signals?
1. Ja. 2. Ihre Frage ist unklar. Wenn ich das richtig verstehe, schlagen Sie vor, dass die Aufrechterhaltung der Umlaufgeschwindigkeit elektrische Energie erfordert. Das ist nicht der Fall - siehe Newtons 1. Gesetz.
Oh. Das wusste ich nicht. In 20.000 Höhenmetern gibt es noch etwas atmosphärisches Gas und vielleicht etwas Schwerkraft? Und GPS-Satelliten, die sich seit vielen Jahren auf derselben Umlaufbahn drehen. Es wird also keine Energie zum Umkreisen oder zumindest zum Korrigieren des Weges benötigt?
Es gibt sicherlich Schwerkraft (notwendig für jede Umlaufbahn), aber keine Atmosphäre von Bedeutung. Gelegentliche Antriebsmanöver sind notwendig, um Störungen durch den Mond, den Druck der Sonnenstrahlung usw. zu korrigieren, aber diese erfordern keine elektrische Energie. Stattdessen benötigen sie ein chemisches Treibmittel.
und GPS-Satelliten tragen genug Treibmittel, um sie mindestens über ihre Designlebensdauer zu halten. Im Falle der Block IIF-Vögel tragen sie 320 Pfund Hydrazin und haben eine geplante Lebensdauer von 12 Jahren.
(In Wirklichkeit sind sie überbaut – die Block II hatten eine Lebensdauer von 7,5 Jahren, und der letzte wurde 2007 nach 16,5 Dienstjahren ausgemustert.)
IIRC, nicht alle Satelliten des Positionierungssystems behalten eine geostationäre Umlaufbahn bei. Insbesondere GPS-Vögel sind deutlich geringer.
@Alle Ja. Das ist der Punkt. Die einzigen Positionierungssatelliten in GEO sind SBAS wie WAAS, die GPS ergänzen, anstatt eine Alternative dazu zu sein.
Ah .. Bei Dou dann?
Das IRNSS-System: en.wikipedia.org/wiki/… besteht aus Satelliten in geosynchronen / stationären Umlaufbahnen. Dieses System wird nach seiner Fertigstellung Navigationsdienste über den indischen Subkontinent liefern.
@juvva Einige der IRNSS-Satelliten befinden sich in geostationären Umlaufbahnen, andere jedoch in nicht stationär geneigter Geosynchronisation mit einer Bodenspur, die nördlich und südlich des Äquators oszilliert. Dies ergibt die notwendige Geometrie, um die Nord/Süd-Mehrdeutigkeit in der Empfängerlösung aufzulösen.
Ich denke, es ist erwähnenswert, dass abgesehen von den aufgeführten Nachteilen geostationärer Umlaufbahnen für GPS-Satelliten eine geostationäre Umlaufbahn keinen Vorteil bringt, dh es ist keine "Pro-vs-Kontra"-Sache, es sind alle "Kontras".
@AnthonyX Es gibt ein paar sehr kleine Vorteile, ich werde sie notieren
Der Signaldämpfungsteil ist irreführend. Jeder Satellitenstrahl muss immer noch die Hälfte der Erdoberfläche abdecken. Bei GEO wäre der Strahl schmaler, wodurch W/m2 weitgehend unverändert bleibt.
@MSalters Ganz richtig. Ich werde überarbeiten.

Die Position jedes GPS-Satelliten sollte sehr genau bekannt sein. Um die Position der Satelliten zu messen, werden spezielle Bodenstationen benötigt. Drei Stationen werden benötigt, um eine 3D-Position eines Satelliten zu messen, wenn jede Bodenstation mit einer genauen Atomuhr ausgestattet ist.

Wenn die Satelliten wie in der Frage gezeigt in Umlaufbahnen verteilt sind, werden zu viele Bodenstationen benötigt, damit jeder Satellit mindestens drei Bodenstationen im Blickfeld hat.

Die 12-Stunden-Umlaufbahnen der GPS-Satelliten werden bestimmt, um zu garantieren, dass jeder Satellit mindestens einmal an einem 24-Stunden-Tag in Sichtweite von nur drei Bodenstationen ist.

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