Was ist diese Lücke in den Trajektorien der GNSS-Satelliten?

Ich habe kürzlich einen über USB angeschlossenen GNSS-Empfänger für mehrere Konstellationen mit einem U-blox 8-Chip gekauft. Ich habe die U-Center-Software heruntergeladen, die viele Details über die empfangenen Signale anzeigen kann. Eines davon ist das „Sky View“-Fenster, das die Trajektorien der Satelliten protokolliert, die dem Empfänger bekannt sind. Ich habe es mehr als 12 Stunden auf meiner Fensterbank laufen lassen und Trajektorien für die GPS-, Glonass- und Galileo-Satelliten aufgezeichnet. Ich lebe in den Niederlanden. Dies ist das resultierende Bild:

Blick in den Himmel

Die grünen Linien zeigen die Satellitentrajektorien, die zur Berechnung meiner Position verwendet wurden, die roten sind die bekannten Teile ihrer Trajektorien, wo sie nicht verwendet wurden. Dies stimmt wie erwartet mit der Blickrichtung aus meinem Fenster überein.

Meine Frage bezieht sich auf den weißen Bereich direkt im Norden, wo kein Satellit zu kreuzen scheint. Ist das ein Fehler oder Effekt meines Setups oder gibt es wirklich so einen Bereich, den GNSS-Satelliten nicht durchqueren? Wenn letzteres, was ist der Grund, warum sie es nicht tun?

Keine Sorge, es ist echt! space.stackexchange.com/q/28017/12102
12 Stunden sind zu kurz. Bei GPS sollten Sie 24 Stunden warten, bei GNSS noch länger. Aber was ist mit der Fensterbank und dem Haus? Das Dach des Hauses wird die Sicht auf die Satelliten über uns und nach Norden blockieren. Das Fenster blickt nach Süden.

Antworten (2)

Die Umlaufbahnen von GPS-Satelliten reichen bis zu einer Neigung von nur 55 Grad, sodass es Regionen über den Polen gibt, die sie nicht direkt überfliegen (sie sind hoch genug, um die Polarregionen abzudecken). Wenn Sie am Nordpol sitzen würden, würden Sie niemals einen GPS-Satelliten höher als 55 Grad vom Horizont aufsteigen sehen, während Sie ihn am Äquator über sich ziehen sehen würden.

Danke schön. Ich sehe jetzt, dass ich diese Handlung falsch betrachtet hatte. Ich war verwirrt von den Trajektorien oben im Bild in der Nähe von N, aber da ich mich bei 52 Grad N befinde, ist das natürlich schon der ganze Weg über den Nordpol über den Pazifik. Macht jetzt Sinn. Ich nehme an, der einfache Grund für die 55-Grad-Grenze ist, dass es in hohen Breiten weniger Nachfrage nach Satellitennavigation gibt, also ist es besser, die Kapazität anderswo zu konzentrieren?
Sie müssen vier Satelliten sehen, um eine eindeutige Position zu erhalten, und ich glaube, die Konstellation hat die Anzahl der Satelliten und diese Umlaufbahnen ausgewählt, weil Sie mit hoher Wahrscheinlichkeit überall auf der Erde mindestens vier gleichzeitig sehen können. Galileo verwendet ein ähnliches Design. Es gibt wahrscheinlich eine schöne Zeitung der RAND Corporation aus den 60er oder 70er Jahren, in der die Vor- und Nachteile abgewogen werden, aber ich konnte mit einer schnellen Suche nichts auf oder Galileo finden.
@BartNoordervliet, es ist die grundlegende Orbitaldynamik. Hohe Neigungen sind schwerer zu erreichen als niedrige Neigungen. Wenn Sie also eine 100-prozentige Abdeckung erreichen können, ohne Satelliten über einer Umlaufbahn von 55 Grad zu platzieren, tun Sie dies – auch wenn dies bedeutet, dass die Amundsen-Scott-Station GPS-Satelliten nie viel über der Umlaufbahn erhält Horizont.

Bart hat Recht. Genauer gesagt war ich Teil des USAF-Teams, das die ersten vom DoD erworbenen GPS-Empfänger testete.

Soweit ich mich erinnere, war das GPS und allen Positionierungssystemen gemeinsam, die Orbitalgeometrie war hauptsächlich durch wirtschaftliche Praktikabilität begrenzt. + und - 55 Grad, wie in der ersten Antwort angegeben, deckten die höchste Bevölkerungsdichte des Planeten ab. Die höheren Breiten würden eine viel größere Konstellation von Satelliten erfordern, um 4 jederzeit im Blick zu behalten; 3 niedrige Winkel (je näher 5 Grad über dem Horizont, desto besser) und 1 hoher Winkel (je näher am Überkopf, desto besser), um eine optimale horizontale Präzisionsverminderung (HDOP) und vertikale Präzisionsverminderung (VDOP) zu erreichen. Die 5 Grad über dem Horizont ist die Grenze, die das GPS-Signal zuverlässig für die atmosphärische Ausbreitungsverzögerung in seinen Positionsberechnungen berücksichtigen kann.

Die Software erkennt jedes Fahrzeug anhand der Nummer und seiner aktuellen Position anhand der Ephemeridentabelle und zu jedem beliebigen Zeitpunkt. All dies zu sagen, je höher der Breitengrad, desto unwahrscheinlicher ist es, dass Sie eine günstige Satellitengeometrie für ein brauchbares HDOP und noch schlechteres VDOP haben, bis zu dem Punkt, an dem Sie wenig H und kein V über den Polen haben. Die Physik zum Aushärten würde polare Umlaufbahnen erfordern, bei denen Fahrzeuge häufig genug kreuzen, um Positionsfixierungen für einen relativ kleinen Bereich mit relativ geringer Nutzung bereitzustellen. Ich bin mir sicher, dass die Flugzeuge, die die Polarstationen bedienen, anderer Meinung wären, aber deshalb haben sie immer noch Trägheits-integrierte und stellare Navigationssysteme.

Bearbeiten hinzugefügt: Die USA haben das Global Positioning System entworfen, eingesetzt und verwalten es weiterhin, da es immer als "globales" System gedacht war, aber als solches offensichtlich ein zweischneidiges Schwert wäre, also wurden Signaleigenschaften hinzugefügt, um US und bereitzustellen Verbündete Streitkräfte positionieren Sicherheit, während sie in feindlichen EM-Umgebungen operieren. Ich habe meine Geheimhaltungsvereinbarung unterschrieben, als ich den Dienst verließ, aber die beste Erklärung zu Anti-Jam/Anti-Spoof, die ich im Klartext gefunden habe, findet sich unter https://www.novatel.com/tech-talk/velocity/velocity-2013 /den-unterschied-zwischen-anti-spoofing-und-anti-jamming-verstehen/

Tolle Antwort, willkommen im Weltraum! Ich hatte immer gedacht, dass die ursprüngliche Motivation für das GPS-System militärischer Natur war, und daher wäre die Abdeckung der „höchsten Bevölkerungsdichte des Planeten“ bei der Planung des ursprünglichen Systems nicht die primäre Überlegung gewesen. Sicherlich hatten die nördlichen Polargebiete militärische Bedeutung?
Selektive Verfügbarkeit (SA) und andere Signalparameter wurden aus militärischen Erwägungen eingebaut, um zu verhindern, dass der Feind das Signal nutzt, stört oder fälscht. Clinton schaltete SA aus, als er Präsident war, und 3 oder 4 neue Blockserien-Sats wurden gestartet, seit ich beteiligt war. Seine Verwendung ist viel zu sehr zu einem Teil der globalen Handels-, Navigations- und sogar Bankeninfrastruktur geworden, um sie zu manipulieren, sodass sich das Militär auf die Seite der „Benutzerausrüstung“ konzentrieren musste, um intelligentere Empfänger herzustellen.
Aber ich spreche davon, wann die GPS-Umlaufbahnen ursprünglich ausgewählt wurden, nicht davon, was später geschah, als das System vorhanden war und jahrzehntelang verwendet wurde. Das System wurde entworfen und diese Vögel wurden für ihren militärischen Nutzen in eine Umlaufbahn gebracht. Vielleicht ist dies eine andere Frage, die gerade entsteht, oder nur ein Artikel, der (von mir) gelesen werden muss, anstatt hier in Kommentaren diskutiert zu werden.
@JDClayton Um Spoofing zu verhindern, ja. Aber um Staus zu vermeiden? Wie verhindert eine Codierung Störungen?
Wenn Sie eine Menge Informationen über die Entstehung des GPS-Systems sehen möchten, gibt es einen schönen mehrteiligen Artikel dazu.
Was ist diese Lücke in den Trajektorien der GNSS-Satelliten?
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