火星的全球卫星导航系统星座分布初步设计

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1、2009年3月深空探测研究Mar．20o9第7卷第1期DEEPSPACEEXPLORATL0NVo1．7No．1火星的全球卫星导航系统星座分布初步设计韩婷婷'史弦'简念川1,2冯礼和平劲松’1中国科学院上海天文台上海2000302中国科学院研究生院北京100039摘要：本文讨论了类地行星全球导航定位星座空间构型设计的原则，初步对火星全球导航卫星系统星座的分布构型进行了分析设计。讨论了导航星座空间分布的卫星空问覆盖特性与导航定位性能，评估了最佳星座设计。本研究可以为将来建立火星导航卫星系统提供星座设计参考。关键词：全球导航；星座；导航定位性能测的目标之一。1前言目前发展较为成熟的地球全球卫

2、星导航系统深空探测是人类了解地球、太阳系和宇宙，(GPS)拥有24颗在轨运行卫星，共6个轨道平进而考察、勘探和定居太阳系其它天体的第一面，每个平面上均匀分布6颗卫星，采用中轨道，步。主要包括月球探测、行星探测、行星际探测倾角为56。左右。可以为地球表面绝大部分地区和星际探测。火星是太阳系中与地球距离最近、(98％)提供准确的定位、测速和高精度的时间与地球条件最为相似的星球之一；也是目前除地标准。满足位于全球任何地方或近地空间的军事球以外，人类研究程度最高的行星。用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间发达国家的深空探测计划对火星的研究已经的需要。最少只需其中4颗卫星，就能迅速确定获得重

3、大的进展。从1990年火星探测再次引起了用户端在地球上所处的位置及海拔高度。对于火全球范围的兴趣，使我们意识到需要在火星上建星全球导航卫星系统，考虑成本以及运用需求，立一个更可靠的通讯与导航系统。在过去，利用在火星探测中，行星面用户无需动态测量，只需在地球上设置一些无线电接收站，对火星实现通静态定位以及为绕火星运行的航天器提供实时导讯和导航服务，但是通讯带宽以及导航精度都有航，为探测初期任务采集科学数据。因此较早设一定的限制。计者提出的星座设计是用较少数量的卫星来为火由多个绕火星运行的卫星组成的星座监测绕星表面提供非连续的覆盖，采用Doppler或测距火星探测的航天器以及在火星表面的着陆

4、器，然的跟踪定位方法设计火星卫星的轨道为其导航与后将数据传送给地球，该星座构成的系统即为火定位，故目前火星全球卫星导航系统中卫星数目星全球卫星导航系统。建立类地行星全球导航卫星系统像商业中的一个杠杆一样，它基于一个开较地球全球卫星导航系统卫星数少。放的标准或规则为各个绕行星的航天器以及行星在航天任务研制过程中，需要大量的相关领间的通讯导航提供服务，就像使用一个IP地址一域的科学计算，对卫星运行轨道的仿真研究非常样，实现各个行星探测的实时通讯导航。普遍，美国AGI公司开发的卫星仿真工具包软件在完成嫦娥计划以后，开展火星航天器的研STK(SatelliteToolKit)是不可多得的航天辅助

5、究，是我国深空探测的下一个目标。中俄联合探工具，可快速方便地分析复杂的陆海空天任务，测火星计划萤火一号(YH一1)是继嫦娥计划以并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果，后，我国在深空探测中另一个重大深空工程项确定最佳解决方案，产生位置和姿态数据，获取目。因此，建立火星导航卫星系统是未来深空探时间遥感器覆盖分析等。2009年3月深空探测研究．21一Walker星座以其“均匀性”、“对称性”的优或四颗星以上，并且当只使用双程观测量或者在势成为导航卫星星座设计中的首选。主要参数有一定的高度角限制时才满足此方案。对于火星全四个，标记为i，／T／P／F，其中，i为轨道倾角；球卫星导航系统，由于低

6、高度角下的可利用的相是星座中卫星总数；P是轨道平面数目；F是对卫星数较少，这些方法并不能直接简单的使用。相位因子，0≤FP一1。本文基于Walker星座因此，考虑运用累积的DOP值，即在连续的来设置卫星分布。时问段里评估卫星的定位因子。考虑火星全球导由于中低轨圆轨道星座适合全球覆盖，选择航卫星系统的大部分使用者是着陆器或是缓慢移倾斜的圆轨道建立全球导航卫星系统。基于以最动的漫游车，累积的DOP值即在需要的时间段内少的轨道平面满足覆盖性能的要求，轨道平面数获取一定量的累积DOP值，应用于定位精度的评较少的星座具有明显的优势。本文考虑的火星全估方案中，同时考虑使用者等同的测距误差。球导航卫星

7、系统的轨道平面不超过3个。利用(3)导航精度的概念与DOP相似，但它除了STK对基于Walker星座分布的火星全球导航定位考虑卫星的几何分布以外，还考虑了单程测距方系统进行星座设计评估，主要运用了STK的以下法本身的不准确性，指行星表面的定位以及绕行功能：分析能力、可见性分析、传感器分析、可星的航天器的导航性能的评估参考值，即测量值视化结果、以及提供详细的数据报告。与准确值相差的结果。仿真火星的全球导航卫星星座，并对系统进2．2精度