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可见性、接入与遮挡 visibility, access, elevation, horizon, obstruction, availability 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。

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_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