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title: 可见性、接入与遮挡
tags: visibility, access, elevation, horizon, obstruction, availability
summary: 卫星在头顶与用户能用之间的区别，以及两者之间的差距叫什么。
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# 可见性、接入与遮挡

看得见的卫星不等于能用的卫星。这一区别就是覆盖与可用性之差，几乎每一个令人失望的服务都由它解释。

## 定义

**可见性**是几何条件：卫星在当地地平线之上。**接入**还包含链路：仰角高到足以闭合链路、指向能够分辨、传播可接受。**可用率**是对特定用户接入可用的时间比例。

**遮挡**是挡在中间的一切：地形、建筑、另一辆车，最坏情况下还有一颗更高轨道卫星的载荷横穿视线。

## 数学含义

### 几何过境

半长轴为 $a$ 的圆轨道卫星经过纬度 $\phi$ 时，最大仰角 $e_{\text{max}}$ 由几何决定：观测者到轨道面的垂距，与视线方向距离之比的反正切。

有两个极限值得点名。在极点，倾斜轨道上的卫星最好只能达到 `90 - inclination` 度的仰角，因此高倾角星座在高纬度依赖众多卫星而非仰角高的单星。在赤道，赤道轨道卫星直接从头顶过境，仰角接近 90 度，这是系统中最好的情形。

### 仰角遮蔽门限

链路预算要求一个最小仰角，因为低于它路径增长、指向变粗、多普勒率大到跟踪变难。该门限是设计参数而非物理参数，选更低门限会提高覆盖并同时使每次过境的链路都劣化，这是取舍而非免费选择。

### 遮挡及其统计

对地面用户而言地形遮挡是二值的，因此相关数字是**可用概率**而非平均值。对卫星遮挡，相关数字是一次接入期间发生相交的概率，它取决于相对运动与两条轨道的角间隔。

## 单位约定

- 仰角与方位角：描述过境时用度，计算中用弧度。
- 接入时间：秒；可用率用比例或百分比。
- 间隔角：度。

## 适用边界

覆盖与可用性之间的差距很大，且通常是整个服务投诉的来由。一个星座可能对一个国家有百分之百的几何覆盖，而服务只在 96% 的时间可用，用户记住的是剩下的 4%。

遮挡项使地面段变得重要。同一星座配不同的地面站选址，可用率不同，而再多卫星也改变不了它，因为遮挡是局部的。

更低的仰角门限提高表面覆盖数字，同时降低每次过境的链路裕量。这两个效应通常不一起报告，因此不带门限的覆盖数字无法解读。

## 标准

- 仰角门限约定与可用率报告：无统一标准；相关实践是许可中的服务定义

## 另见

- [[constellations]]：对照的覆盖数字从何而来
- [[link-budget]]：门限为何不是零
- [[handover-and-routing]]：两次接入之间发生什么