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1、第卷第期。飞行器测控学报望赵〕〕年抢月哭珍·区域导航卫星系统的星座设计与比较王莉北京跟踪与通信技术研究所·北京·兀目、摘要区域卫星导航系统因其能以较低的建设成本为特定地区提供连续全天。候高精度导航定位服务而受到越来越多的国家和地区的关注区域导抗定位星座。设计通常最关注的问题是以最少数量的卫星获得最佳的星座位即值本文,设计了多种从降低工程建设的技术复杂度和系统成本的角度出发区域导抗系统,比较了各、、、、的星座星座的几何特性链路电平变化天线波束轨道星独时间软道保持等,。因素提出了区域卫星导航系统的最优星座设计方案主题词区
2、域导航星座设计引言,,都。卫星导航定位系统无论是对于军用还是民用越来越显示出它的重要性鉴于玲和刀均为军用系统,人们在对其进行开发利用的同时,会或多或少地受到某些约束和限制,因而许多国家。和地区已开始着手研究建设完全自主的卫星导航定位系统由于全球导航系统的建设和维持费用均十分昂贵,对于以区域应用为目的的系统而言,建立区域型。卫星导航系统是比较经济和现实的选择,。,建设区域卫星导航系统首先需解决最优星座设计问题星座设计涉及许多因素如卫、、、星的轨道星座中卫星的总数轨道面数目及分布规律每个轨道面上的卫星数目及卫星间、。、相
3、对位置关系相邻两轨道面上卫星的相对位置关系等等所有卫星的轨道高度倾角及偏心率完全相同,轨道面和卫星呈等间隔分布的星座称为对称性星座,星座中包含不同轨道特,。从恤玫以、、,性的卫星称为复杂星座沮玩记凡橱压汕等著名学者先后研究了单星或多星,、、,对全球或带状区域持续覆盖的对称性星座定义了著名的星形星座星座蔷薇星座等等并从几何学,的角度解决了这些星座所需的最少卫星数目以及卫星在星座中的最佳分布问,。题形成了经典的星座设计方法随着卫,。星导航和卫星通信技术的飞速发展对星座设计技术提出了越来越高的要求,,,。现代星座设计除了要
4、满足基本的覆盖要求外还需考虑许多工程实际问题如当有颗、、、、卫星失效时星座的稳健性系统的总成本卫星设计和研制费用卫星和地面站的共视情况、、、服务有效性和卫星可靠性发射支持和在轨操作生产合同系统的管理和维持费用等一系。,,,列问题另外根据不同应用需求星座中可能需要包含多种具有不同轨道特性的卫星因。而对复杂星座的设计需求和设计方法研究成为星座设计的新热点本。文为卯浏控年会优秀论文飞行器测控学报第卷轨道考虑全球导航定位系统的卫,不论采用低、中、,通常均采用圆形轨道,星轨道高轨卫星如子、。,午仪系统和以刀等等因为圆轨能够保证
5、卫星运行到任何位置时离地高度及对,。地面的夜盖面积基本不变覆盖区内用户收到信号的强度也大致相等区域导航系统与全球,,。导航系统有所不同其设计难度更大所要考虑的问题更多区域导航系统强调,,的是对指定区域的连续覆盖而对非指定区域的覆盖应尽可能小这样有利于。,,提高卫星利用率因此卫星轨道就不一定选择圆形轨道轨道面和卫星也不一定呈均匀分。布自年代起,针对,区域移动通信卫星系统许多国家和地区的航天研究机构对非静止卫,。星轨道进行了大量的研究所研究的轨道对区域导航定位系统有很好的借鉴作用这里,。选择了几种典型轨道作为我们星座设计
6、的研究对象轨道指具有一定倾角,的地球同步圆形轨道其星下点轨迹如图轨道主要参数,。列于表下同叭心。冻结轨道指具有一定倾角和偏心率的同步椭圆轨道图意大利空间局曾提出利用三颗地球静止卫星加两颗冻结轨道卫星构成区域卫星导航系统的方案设想欧空,也曾将冻结轨道。局在研究移动卫星通信计划时列人研究对象门尸,勺,一、茄军之日乡翻荞了一又二乒蒸军乡产阅群哭几芝声户璧亏牙然一、刹忿气辉交封咬盯硕羚服戮人、令⋯才厂少丫⋯纂卜、一、哺气、’黑,稀‘‘、八,气》口州厂卜人少不厂少口卫久产户尸酬一沐、俏散只一止一尸一义二夕海发一一方了一一碌洲一
7、一一火一一、叫‘甲一一一霍一二蛋门一招缪互三二几止矿一一夔一一钊生一一魂的幻七幻印加」印幻七即印即圈】仪姆轨道显座配里示意圈图冻结轨道且座配里示意圈。抽那近圆地迹轨道指星下点轨迹为近圆形的倾斜椭圆同步轨道图、。轨道指周期为小时具有特定倾角和偏心率的大椭圆轨道图若设计,,可使卫,为北半球提供服务的星座则适当选择远地点星具有北半球可见时间长卫星利用率高,高纬度地区仰角较高护等特点,常作为区域性卫星通信系统和导航定位系统星。座设计的研究对象世界上最早的国内卫星通信系统一一前苏联的闪电加通信卫星,。系统就采用这种轨道因而凡符
8、合这些条件的轨道按此命名为山轨道欧空局的移动卫星通信计划,也研究了如。图所示的轨道幻训轨道,又称持续环轨道其轨道具有非地球静止卫星持续占据准静止轨道环之特。点我们选用了两种众姗轨道如叩璐一,,,,轨道周期为小时远地点高度约为回归周期为天其星。,下点轨迹参见图该轨道在一个回归周期内其星下点轨迹纵五个均匀分布的准静止轨道环顺序覆盖整个北半球,且在高
