Die Hauptfunktionen des Space-Segments bestehen darin, Funknavigationssignale zu senden und die vom Steuersegment gesendete Navigationsnachricht zu speichern und erneut zu übertragen. Diese Übertragungen werden durch hochstabile Atomuhren an Bord der Satelliten gesteuert. [1]
Das GPS-Raumsegment wird durch eine Satellitenkonstellation mit genügend Satelliten gebildet, um sicherzustellen, dass die Benutzer jederzeit von jedem Punkt auf der Erdoberfläche aus mindestens 4 Satelliten gleichzeitig sehen können.
GPS Satellitenkonstellation
Die nominale GPS-Satellitenkonstellation besteht aus 24 Raumfahrzeugen (SV), die in sechs orbitalen Ebenen mit einer Neigung von 55 Grad in Bezug auf den Äquator verteilt sind. Zusätzlich verfügt die Konstellation über 3 Backup-Satelliten.
GPS-Satellitenkonstellation
Umlaufbahnen sind nahezu kreisförmig mit einer Exzentrizität von weniger als 0,02, einer halben Hauptachse von 26 560 km, d. H. Einer Höhe von 20 200 km. Umlaufbahnen in dieser Höhe werden als MEO – mittlere Erdumlaufbahn bezeichnet. Die Satelliten haben eine Geschwindigkeit von 3,9 km pro Sekunde und eine nominelle Periode von 12 Stunden Sternzeit (11 h 58 m 2 s), wobei die Geometrie an jedem siderischen Tag wiederholt wird. GPS SVs sind in 6 Ebenen angeordnet, die jeweils mindestens 4 Slots enthalten. In jeder Umlaufbahn gibt es einen freien Satellitenschlitz, der eine Konstellation von bis zu 30 Satelliten im Orbit unterstützen kann. Die vorliegende Konfiguration ermöglicht dem Benutzer eine gleichzeitige Beobachtung von mindestens 4 weltweit sichtbaren Satelliten mit einem Elevationsmaskierungswinkel von 15 Grad. Das Weltraumsegment unterliegt Wartung und Weiterentwicklung.
GPS Satelliten Beschreibung
Das Design von GPS-Satelliten hat sich mit der Zeit weiterentwickelt. Jede Generation von Satelliten mit ähnlichen Eigenschaften wird als Block bezeichnet. Es folgt eine kurze Beschreibung der verschiedenen GPS-Blöcke:
- Block I, Navigation Development Satellites: Elf Satelliten dieser Art wurden zwischen 1978 und 1985 gestartet. [2] Die selektive Verfügbarkeit (S / A) wurde nicht implementiert. Sie wogen etwa 845 kg und hatten eine geplante durchschnittliche Lebensdauer von 4,5 Jahren, obwohl einige von ihnen bis zu 10 Jahre dauerten. Sie waren in der Lage, einen Ortungsdienst für 3 oder 4 Tage ohne Kontakt mit dem Kontrollzentrum zu geben.
- Block II und IIA, Operationssatelliten: Sie bestehen aus insgesamt 28 Satelliten, die ab 1989 gestartet wurden und viele noch in Betrieb sind. [3] Sie wiegen etwa 1500 kg und haben eine geplante durchschnittliche Lebensdauer von 7,5 Jahren. Seit 1990 wurde eine verbesserte Version, Block IIA (fortgeschritten), mit der Fähigkeit der gegenseitigen Kommunikation verwendet. Sie können einen Positionierungsservice für 180 Tage ohne Kontakt zum Kontrollsegment liefern. Im normalen Betriebsmodus kommunizieren sie jedoch täglich.
- Block IIR, Ersatzbetriebssatelliten: [3] Ab 1997 werden diese Satelliten als Ersatzteile für Block II verwendet. Block IIR wird von einer Gruppe von 20 Satelliten gebildet, obwohl sie um weitere 6 erhöht werden könnte. Sie wiegen ungefähr 2 000 kg und haben eine geplante durchschnittliche Lebensdauer von 10 Jahren. Diese Satelliten können ihre Umlaufbahnen bestimmen und ihre eigene Navigationsnachricht autonom berechnen. Sie können Entfernungen zwischen sich messen und Daten an andere Satelliten oder an das Kontrollsegment übertragen. Ein Block-IIR-Satellit muss in der Lage sein, etwa ein halbes Jahr ohne Unterstützung durch das Kontrollsegment ohne Verschlechterung der Ephemeridengenauigkeit zu arbeiten. Es wird erwartet, dass einige von ihnen mit Wasserstoff-Masern ausgerüstet werden könnten.
- Block IIR-M, modernisierte Satelliten: Sie beinhalten ein neues militärisches Signal und das robustere zivile Signal L2C. Es wird acht Satelliten in der Block IIR-M-Serie geben. Der erste Satellit dieses Blocks wurde am 26. September 2005 gestartet [3].
- Block IIF, Folgeoperations-Satelliten: Der erste Satellit (SVN62) wurde am 28. Mai 2010 [3] [4] gestartet. Diese Satelliten enthalten das dritte zivile Signal auf dem L5-Band. Ihre theoretische durchschnittliche Lebensdauer beträgt etwa 12 Jahre und sie werden Trägheitsnavigationssysteme haben.
- Block III: Die neue Generation von GPS-Satelliten führt zu erheblichen Verbesserungen der Navigationsfähigkeiten durch Verbesserung der Interoperabilität und der Störfestigkeit. Sie liefern das vierte zivile Signal auf dem L1-Band (L1C). Der erste Start wird für 2017 erwartet [5].
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