Was ist die tiefste Position im Weltraum, an der wir ein GPS-Signal empfangen können? [Duplikat]

Können wir GPS im Orbit um den Mond verwenden? Und auf dem Mars?

Beantwortet das deine Frage? Wie weit oben haben Satelliten ein GNSS zur Positionsbestimmung verwendet, und wie nimmt die Genauigkeit mit der Höhe ab? „Stand 6. August 2021 sind es noch 70.135 km über der Erde von 2015“
Auch für zukünftige Referenzen verwandt: Wie kann man abschätzen, dass der Empfang von GNSS-Signalen der Erde während der Mondumrundung immer noch Standorte mit einer Unsicherheit von etwa 200 Metern liefert? aber eine gelegentliche statische Fixierung von 200 m auf der Oberfläche ist nicht unbedingt dasselbe wie "GPS im Orbit um den Mond zu verwenden".

Antworten (5)

GPS wird regelmäßig im erdnahen Orbit verwendet.

Es ist möglich, die Signale von den Seitenkeulen der GPS-Sendeantennen zu verwenden, um Dienste in einer hohen Erdumlaufbahn bis zu und möglicherweise über die geosynchrone Höhe zu empfangen:

Nebenkeulen(Bildnachweis: GPS World)

Es ist jedoch eine Herausforderung, da die Signale wesentlich schwächer sind und die Abdeckung zeitweise erfolgt. Diese Papiere und diese Präsentation diskutieren das Konzept.

Die GPS-Navigation wurde von HEO während einer Verlängerung der GIOVE-A- Mission demonstriert. Ich konnte keine Berichte über Empfangsversuche in geosynchronen Höhen finden.

Der Mond wäre eine echte Strecke (obwohl er vorgeschlagen und simuliert wurde), und ein Empfang auf dem Mars steht völlig außer Frage. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Navigation von Weltraumsonden, einschließlich jener auf dem Mars, mit ähnlichen grundlegenden Techniken wie GPS durchgeführt wird (dh Autokorrelation von langen pseudozufälligen Bitfolgen).

Auf dem Mond sollte die Messung der Position der Erde am Himmel für die Navigation ausreichen.
@LocalFluff Wie? Angenommen, die Erde steht am Horizont. Das bringt Sie irgendwo in den großen Kreis, den wir als Rand des Mondes wahrnehmen. Wie würden Sie wissen, wo Sie sich auf diesem Großen Kreis befinden, ohne ein Magnetfeld, das bei der Bestimmung der Richtung der Erde hilft?
@gerrit Die Erde wird von verschiedenen Positionen auf diesem großen Kreis aus nicht genau gleich aussehen. Die Genauigkeit der Technik wird jedoch schrecklich sein. Viel Glück beim Führen zu dem Krater, in dem sich Ihr Habitat befindet, ganz zu schweigen von der Luftschleuse.
@gerrit durch die Ausrichtung des Erdäquators. Für die Präzision würden drei Funkfeuer oder sichtbare Spiegel in GEO helfen.

GPS wird seit einigen Jahren von Satelliten im geostationären Orbit verwendet. Schauen Sie sich zum Beispiel dieses Papier von Lockheed Martin über GOES-R aus den ESA GNC 2017-Proceedings an: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170004849.pdf

Obwohl ich das nicht vollständig ansprechen kann, kann ich einen Teil einer Antwort geben:

Wenn Sie sich 4 Satelliten ansehen, gibt es tatsächlich zwei mögliche Lösungen für die Gleichungen. Normalerweise kann man einen ablehnen, weil er sich weit außerhalb der Erde auf oder sehr nahe an der Erdoberfläche befindet. Wenn Sie versuchen, es im Weltraum zu verwenden, können Sie diese Annahme nicht treffen, und daher erfordert ein Fix fünf Satelliten, nicht vier.

Je weiter Sie sich von der Erde entfernen, desto enger werden die Satelliten von Ihrem Standpunkt aus und desto ungenauer wird die Ortung.

Ich überlasse es anderen, zu bestimmen, wie weit Sie kommen können, bevor das Signal zu schwach ist, und ob die Satelliten selbst Antennen haben, die ihre Energie zur Erde richten (was sie sehr gut könnten. Eine Richtantenne schneidet die für den Sender benötigte Leistung ab und damit die Fläche der Solarzellen, die für die Stromversorgung benötigt werden.)

Beachten Sie, dass die meisten zivilen Einheiten nicht im Weltraum funktionieren, Punkt. Dies ist eine Designentscheidung, keine technische Einschränkung - es hält einige schwarze Hüte davon ab, einen zu verwenden, um ihre Rakete zu steuern. Einige von ihnen werden in Höhen abgeschaltet, die niedrig genug sind, um Probleme für Menschen zu verursachen, die Ballons an den Rand des Weltraums schicken.

Interessant an den Ballons! danke loren!
"Wenn Sie sich 4 Satelliten ansehen, gibt es tatsächlich zwei mögliche Lösungen für die Gleichungen." Das ist falsch. Es gilt für 3 Reinbereichsmessungen; die Lösung für 4 Pseudoentfernungsmessungen ist vollständig bestimmt. Ihre anderen Punkte sind genau richtig (und tatsächlich sind die GPS-Sendeantennen genau so gerichtet, wie Sie es vorschlagen)
Das Nichtfunktionieren von Ballons ist ein Konstruktionsfehler. Um sich als zivile Einheiten zu qualifizieren, darf GPS nicht über FL1000 und 1000 km/h zusammen arbeiten . Das ist ICBM-Territorium. Der Konstruktionsfehler soll versagen, wenn nur eine Einschränkung überschritten wird.
Jedes weltraumgestützte System, das GPS verwendet, kann zumindest in den USA die Erlaubnis erhalten, GPS in Umlaufhöhen und -geschwindigkeiten zu verwenden, es erfordert lediglich die entsprechende Erlaubnis. 4 Satelliten sind erforderlich, wenn Sie keinen genauen Zeitstempel haben, und es werden 2 Lösungen bereitgestellt. 5 wird diese Einschränkung überwinden.
@PearsonArtPhoto Gibt es heutzutage wirklich so etwas wie die " Erlaubnis zur Verwendung " eines GPS-Signals? Ich verstehe, dass es freiwillig auferlegte Beschränkungen für die "Erlaubnis zum Export" für den Versand von Hardware gibt, aber ich habe noch nie davon gehört, dass jemand ohne entsprechende Erlaubnis mit einem GPS-Signal erwischt wurde, zumindest nachdem die militärischen/nichtmilitärischen Modi zusammengeführt wurden (oder wie auch immer das hieß ). Wenn es so etwas wie eine " Erlaubnis zur Nutzung " eines GPS-Signals gibt, lassen Sie es mich bitte wissen, und wenn Sie es interessant finden, kann ich es als angemessene Frage erneut stellen.
Wenn Sie herausfinden können, wie Sie das Signal verwenden, können Sie es. Wenn Sie militärische Informationen verwenden, dürfen diese nicht ohne deren Erlaubnis verkauft werden. Und es kann nicht exportiert werden, wie auch immer Sie es erstellen, ohne durch das Außenministerium zu gehen.
@PearsonArtPhoto Das Militär verwendet Krypto. Sie benötigen die Schlüssel, um die militärischen Signale zu entschlüsseln.
@MSalters Nicht ganz. Zivile Einheiten sind einfach diejenigen, die P(Y)- und M-Codes nicht entschlüsseln können. Ich nehme die MTCR-Beschränkungen an, die von den USA im US-Code § 4612 übernommen wurden, sie gelten nur für Exporte (1000 Meilen/h und FL600). Aber es ist kein Designfehler, wenn sie wollen, dass es fehlschlägt, wenn eine der Bedingungen erfüllt ist. Da es kein Designfehler ist, Empfänger einzuschränken, auch wenn sie nicht exportiert werden.

Mars kommt definitiv nicht in Frage, weil er zu weit entfernt ist, und selbst wenn Signale mit einem verrückten Match-Filtering-Algorithmus erhalten werden können, wäre die Geometrie der GPS-Satelliten zu schrecklich, als dass Sie jede Position mit machbarer Genauigkeit trilateralieren könnten. Mit Geometrie meine ich, dass Sie zu weit entfernt wären, als dass jeder Sichtlinienvektor zur GPS-Satellitenkonstellation fast in dieselbe Richtung zeigen würde (gleicher Einheitsvektor)!

Der Mond ist ein interessanter Fall. Jüngste Simulationen auf neuer GNSS-Hardware haben gezeigt, dass wir tatsächlich Nebenkeulensignale auf der Mondoberfläche empfangen können, wenn auch mit einem sehr niedrigen SNR. Daher bräuchten wir GNSS-Empfänger mit einer viel größeren Empfindlichkeit als unsere erdgebundenen. Zum Maßstab: Ein GPS-Satellit reicht ungefähr 20.000 bis 26.000 km zur Erde. Im besten Fall, wenn sich einige N-te GPS-Satelliten kolinear zwischen Erde und Mond aufstellen, müssen GPS-Signale ~ 360.000 km zurücklegen, um die Mondoberfläche zu erreichen! Trotzdem wird daran gearbeitet. Siehe die folgenden Referenzen:

http://www.unoosa.org/documents/pdf/icg/2018/icg13/17.pdf

https://www.ion.org/gnss/abstracts.cfm?paperID=7381

Vielleicht kommst du noch viel weiter raus. Es hängt davon ab, was Sie genau unter „GPS“ verstehen und wie schnell Sie es benötigen. Es gibt gerade eine Mission auf der Internationalen Raumstation, die an einem neuen GPS arbeitet. Das „G“ steht in diesem Fall für Galactic! Die Mission NICER soll in erster Linie Neutronensterne untersuchen. Wie jedoch in Ref. 1 angegeben, „... wird NICER zusätzlich zu seinen wissenschaftlichen Zielen die erste Weltraumdemonstration der Pulsar-basierten Navigation von Raumfahrzeugen durch die Erweiterung des Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT) ermöglichen zur Mission, finanziert durch das Game-Changing Development Program des NASA Space Technology Mission Directorate".

Ref. 1 NICER-Datenblatt https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/

Ref 2 SEXTANT info https://gameon.nasa.gov/projects/deep-space-x-ray-navigation-and-communication/

Was ist die tiefste Position im Weltraum, an der wir ein GPS-Signal empfangen können? [Duplikat]
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