Какова самая глубокая позиция в космосе, где мы можем получить сигнал GPS? [дубликат]

GPS регулярно используется на низкой околоземной орбите.

Можно использовать сигналы боковых лепестков передающих антенн GPS для приема услуг на высокой околоземной орбите до и потенциально за пределы геосинхронной высоты:

(Изображение предоставлено: Мир GPS)

Однако это сложно, потому что сигналы значительно слабее, а покрытие прерывистое. Эти документы и эта презентация обсуждают концепцию.

GPS-навигация была продемонстрирована с HEO во время расширения миссии GIOVE-A . Мне не удалось найти сообщения о попытках приема на геосинхронных высотах.

Луна была бы реальной натяжкой (хотя это было предложено и смоделировано ), а о приеме на Марсе вообще не может быть и речи. Однако следует отметить, что навигация зондов дальнего космоса, в том числе на Марсе, осуществляется с помощью фундаментальных методов, аналогичных GPS (т. е. автокорреляции длинных псевдослучайных последовательностей битов).

GPS уже несколько лет используется спутниками на геостационарной орбите. Посмотрите, например, этот документ Lockheed Martin о GOES-R из материалов ESA GNC 2017: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170004849.pdf

Хотя я не могу полностью решить это, я могу дать часть ответа:

Если вы смотрите на 4 спутника, на самом деле есть два возможных решения уравнений. Обычно вы можете отказаться от одного из них, потому что он находится далеко от Земли, находится на поверхности Земли или очень близко к ней. Если вы попытаетесь использовать его в глубоком космосе, вы не сможете сделать это предположение, и поэтому для исправления потребуется пять спутников, а не четыре.

Кроме того, чем дальше от Земли вы находитесь, тем теснее сгруппированы спутники с вашей точки обзора и, следовательно, тем более неточным будет исправление.

Я оставлю это другим, чтобы определить, как далеко вы можете уйти, прежде чем сигнал станет слишком слабым, и есть ли у самих спутников антенны, которые направляют их энергию на Землю (что вполне возможно. Направленная антенна сокращает мощность, необходимую для передатчика). и, следовательно, площадь солнечных элементов, необходимая для его питания.)

Обратите внимание, что большинство гражданских юнитов не действуют в космосе, и точка. Это конструктивное решение, а не техническое ограничение — оно не позволяет какой-нибудь черной шляпе использовать его для наведения своей ракеты. Некоторые из них отключаются на достаточно малых высотах, чтобы вызвать проблемы у людей, отправляющих воздушные шары на край космоса.

О Марсе определенно не может быть и речи из-за того, что он слишком далеко, и даже если сигналы могут быть получены с помощью какого-то безумного алгоритма фильтрации совпадений, геометрия спутников GPS будет слишком ужасной, чтобы вы могли трилатерировать любое положение с приемлемой точностью. Под геометрией я подразумеваю, что вы будете слишком далеко, чтобы каждый вектор линии прямой видимости спутниковой группировки GPS указывал почти в одном и том же направлении (один и тот же единичный вектор)!

Луна — интересный случай. Недавнее моделирование на новом оборудовании GNSS показало, что мы действительно можем принимать сигналы боковых лепестков на поверхности Луны, хотя и с очень низким отношением сигнал/шум. Таким образом, нам потребуются приемники GNSS с гораздо большей чувствительностью, чем наши наземные. Для масштаба спутник GPS находится на расстоянии от 20 000 до 26 000 км от Земли. В лучшем случае, когда некоторые N-е спутники GPS располагаются между Землей и Луной коллинеарно, сигналы GPS должны пройти ~ 360 000 км, чтобы достичь поверхности Луны! Тем не менее над ним есть работа. См. ссылки ниже:

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

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

Вы можете быть в состоянии получить гораздо дальше. Это зависит от того, что именно вы подразумеваете под «GPS» и как скоро он вам понадобится. Прямо сейчас на Международной космической станции работает миссия, которая работает над новым GPS. В данном случае «G» означает «Галактика»! Миссия NICER в первую очередь предназначена для изучения нейтронных звезд. Однако, как указано в Ref 1, «... в дополнение к своим научным целям, NICER позволит провести первую космическую демонстрацию навигации космических кораблей на основе пульсаров с помощью усовершенствования Station Explorer для технологии синхронизации и навигации в рентгеновском диапазоне (SEXTANT). к миссии, финансируемой Программой развития управления космическими технологиями НАСА, меняющей правила игры».

Ref 1 Лист данных NICER https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/

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