GNSS星座的设计要点

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星座设计与性能分析

星座设计与性能分析随着科技的进步和数字化时代的到来，星座系统日益成为通信领域不可或缺的一部分。

星座设计和性能分析则是星座系统建设过程中两个重要的环节。

在本文中，我们将深入探讨这两方面的内容。

一、星座设计星座设计是指根据通信系统的需要，设计出合适的星座映射，并为其选择合适的调制方式，以保证信号在传输过程中不失真、正确解调。

在星座设计中，要考虑到以下几个方面：1. 星座点数星座的点数越多，每个点所表达的信息单元就越多，可达到更高的数据传输率。

但是，点数过多也会有不利影响，如易于出现互干扰、误差扩散等问题，同时需要更宽的带宽进行传输，增加了传输成本。

2. 星座布局星座布局是指各个星座点在平面内的位置关系。

常见的有矩形、正交和圆形等多种布局方式。

不同的布局方式会直接影响信号的性能，如抗干扰能力、误码率、误差向量分布等。

3. 星座映射星座映射是将不同的数字信号映射成不同的星座点进行调制。

目前常用的星座映射方法有格雷码映射、迪布利映射等。

不同的映射方法需根据其特点进行合理选择。

4. 调制方式星座调制方式可分为PSK、QAM等多种。

不同的调制方式表现出的性能有所差异，例如，QAM通常具有更高的传输速率，但也更容易发生信号失真，需要更精确的信号处理方案来处理这种情况。

二、性能分析星座系统性能分析是指评估星座系统在实际应用中表现出的各种性能指标。

主要的性能指标有误码率、带宽利用率、错误向量分布、抗噪声能力、发射功率等。

对于不同的通信系统，这些性能指标的重要程度也不相同。

1. 误码率误码率是指位于解调器输出端的码错误比例。

它是衡量通信系统性能的一个重要指标。

误码率越低，代表着系统传输和解调时的错误率越低，性能越好。

目前，误码率在0.001以下的系统已经普遍应用，而在更高速率的通信系统中，误码率控制在较低水平是十分重要的。

2. 带宽利用率带宽利用率是指通信系统有效利用带宽的比例，与误码率一样也是评估系统性能的重要指标。

GNSS多星座组合定位算法研究与实验分析

5 结语文章对多星座组合导航系统的定位原理与模型进行了通过实测数据进行了实验。结果表明：多星座组合定位系统能够很好地增强卫星星座的几何图形强度，定位精度优于单星座定位系统；此外，由于拥有丰富的导航信息，多星座组合定位系统的抗差性能也明显强于单星座定位系统，凸显了多星座组合定位在完好性与可靠性上的优势。实验的结果也从另一方面证实了本文提出的多星座组合定位算法的正确性与可行性。
TECHNOLOGY OF AIDS TO NAVIGATION AND HYDROGRAPHY 航测技术 39
合定位系统的可见卫星数目明显增加，PDOP 值明显变小，且波动小趋于稳定。这使得单星座定位系统下可见卫星少、卫星几何图形强度不佳的缺陷得到了极大的改善。
2）定位精度精度是反应定位结果的关键指标，这里采用本文的组合定位数学模型对实测数据进行定位解算，对比多星座组合定位系统和单一 GPS 系统的定位精度指标。实测数据采用中海达 VNet8 接收机进行采集， VNet8 是 GPS/COMPASS 双星 CORS 参考站接收机，以 2012 年 2 月 7 日 9：00~10:00 在某控制点采集数据为例，采样间隔为 5s。站点坐标的准确值已通过连接 CORS 服务器进行 GPS RTK 定位得到，精度达到 cm 级，对于导航定位而言可作为参考值。将解算结果与准确值进行比较，得到的精度统计结果如表 2 所示：
表 2. 精度统计结果
如上表所示，单独依靠 GPS 系统进行定位由于多余观测值少，抗差运算效果很不明显，合格率很低；而多星座组合定位由于拥有丰富的多余观测值，容易探测到粗差的存在，抗差运算效果非常明显。在巨大粗差的影响下依然能保证 97.5%的历元能够解算合格，证明了多星座组合定位系统的完好性和可靠性明显优于单一定位系统。

GNSS遥感探测卫星星座设计

0254-6124/2021 /41 (3)-475-08Chin. J. Space Sci.空间科学学报W A N G Jueycio, F U Yang, BAI Weihua, W E I Shilong, G U O Bibo, Y A N Feng, XIE Chengqing. Design of G N S S remote sensing satellite constellation (in Chinese). Chin. J. Space Sci., 2021, 41(3): 475-482. DOI:10.11728/cjss2021.03.475G N S S遥感探测卫星星座设计+王珏瑶1符养2白伟华3魏世隆1郭碧波1闫峰1谢成清11(深圳航天东方红卫星有限公司深圳518057)2(北京应用气象研究所北京100029)3(中国科学院国家空间科学中心北京100190)摘要随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS)掩星大气探测技术的兴起，GNSS 遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位，但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的需求，未来更需要充分利用GNSS信号资源，开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发布的大气海洋数据需求为参考，提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下，利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响，并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计基本准则.以风云卫星为子星座，给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究结果表明，具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求，三种构型方案中.由高、中、低倾角三组Walker•子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.关键词卫星星座，GNSS，无线电遥感，气象探测，微纳卫星中图分类号V 474D esign of G N S S R e m o te S ensingS a te llite C o n ste lla tio nWANG Jueyao1FU Yang2BAI Weihua3WEI Shilong1GUO Bibo1YAN Feng1XIE Chengqing1l(Shenzhen Aerospace Dongfanghong Satellite Ltd,., Shenzhen518057)2(Beijing Institute of Applied Meteorology, Beijing100029)^(National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing100190)A b s t r a c t G l o b a l N a v i g a t i o n Satellite S y s t e m (G N S S) r e m o t e sensing c a n p rovide irreplaceable atm o s p h e r i c s o u n d i n g d a t a b a s e d o n its s o u n d i n g technology. B u t the research o n satellite constellation design for G N S S r e m o t e sensing is relatively b a c k w a r d.In-orbit resources h a v e no t b e e n fully utilized, **国家自然科学基金项目资助（41405039, 11802073)2019-12-18收到原稿，2020-10-12收到修定稿E-mail: 188****************476Chin. J. Space Sci.空间科学学报2〇21, 41(3)and the design of sounding satellite constellation lacks systematic and theoretical support. Under the assumption of ideal atmosphere model, the effect of configuration parameters of sounding constellation on sounding performance is studied by geometric analysis method. With 200km x200kmx6h as the reference scale, the design criteria for the new generation of GNSS remote sensing sounding satellite constellation are established. Four of FY-3 satellites are combined to make GNSS remote sensing satellite constellation optimization design results under three kinds of constellation configurations. The results show that the design criteria are feasible and instructive. In combination with the FY-3 satellites, three Walker sub-constellations with inclination of 68°, 60° and 24° have the best performance.K e y w o r d s Satellite constellation, Radio remote sensing, GNSS, Meteorological sounding,Micro-Nano satellite〇引言近20年来，全球导航卫星系统（G l o b a l N a v ig a t i o n S a t e l l i t e S y s t e m，G N S S) 气象学已成为地球遥感领域的热门学科之一.G N S S大气海洋遥感技术从试验阶段逐步向业务化应用转化，在数值天气预报、热带台风预警、气候研究等领域取得了显著进展.欧洲中期数值预报中心评估认为，G N S S掩星大气探测获取的大气参数廓线资料是降低全球数值天气预报误差的最佳数据源之一各国正逐步脱离单星或多星技术测试系统，进一步研发具备业务功能的大规模星座探测系统.目前，在轨运营的G N S S遥感探测卫星星座均由美国政府部门主导研发，包括美国国家海洋和大气管理局与中国台湾地区共同建设的C O S M I C-2星座，S p i r e公司研制的立方星气象星座，美国航空航天局的全球导航卫星台风监测星座C Y G N S S等卜51.此外，中国近年发射的风云三号气象卫星（C/D星）和欧洲的M e t O p卫星（A/B/C星）上也搭载了 G N S S遥感载荷，可获取有限的大气海洋探测数据[6_81.与传统光学遥感载荷相比.G N S S遥感探测载荷具有体积小、重量轻、功耗低等特点，适合微纳卫星平台搭载.基于微纳卫星组建的大规模G N S S遥感探测星座具有极高的投入产出比和高弹性优势，S p i r e公司近5年来先后设计、制造并发射了 84颗G N S S遥感探测卫星，探测载荷已实现对G P S,G L O N A S S,G a l i l e o和Q Z S S 等G N S S的信号兼容接收，并计划发展由数以百计微纳卫星组成的G N S S大气海洋遥感星座，实现每日对全球任意地点的近百次全天候全天时G N S S遥感探测[41.星座设计是一项基于任务需求与约束，通过分析对比方案性能迭代寻优的设计过程.源于GNSS遥感探测具有典型的随机特性，难以通过解析方法精准预估此类星座的探测性能.现有G N SS大气掩星探测星座设计研究多采用枚举法，逐一仿真分析星座参数对星座探测性能的影响，并通过大量数值仿真进行星座参数的迭代寻优m21，星座设计效率低，不利于实现大规模星座设计.试验型的COSM IC星座将6颗轨道倾角为72°的卫星以30°间隔均分在6 个轨道面上，探测资料纬度方向均匀性不理想；业务型COSMIC-2星座仅包含6颗卫星，轨道倾角为24°，中高纬地区无覆盖.欧洲的M etO p和中国风云三号卫星是在传统气象卫星上搭载GNSS遥感探测载荷，卫星数量少，探测的覆盖性和效能受到约束.关于如何高效设计满足气象海洋预报业务需求的GNSS 海面反射（简称海反）探测星座的研究较少.本文从世界气象组织（World Meteorological Organization, W M O)推荐的大气海洋参数探测需求出发，以数值天气（海洋）预报为应用背景，研究进一步提升探测效能的G N SS遥感卫星星座最优设计方案，为未来发展业务化GNSS遥感星座提供技术参考.1GNSS遥感探测星座特点与任务需求穿过地球大气的GNSS无线电信号在传播过程中由于大气介质的干预使得信号的相位和振幅发生变化，是GNSS 卫星测量的误差源之一.相对于解决王珏瑤等：G N SS遥感探測卫星星座设计477如何在空间测量技术中消除这些误差的正演问题研究，G N S S遥感是通过在低轨道（L o w E a r t h O rb i t,L E O)上运行的探测载荷高频接收 G N S S无线电信号，再利用这些含有误差的信号求解大气海洋环境参数的反演问题研究.G N S S卫星提供探测信号源. L E O卫星接收G N S S信号执行探测，主要以掩星探测和海反探测两种方式为主，如图1中红色和橙色线所示.当G N S S卫星相对L E O卫星从地表升起或下沉时，即发生掩星事件.基T-掩星事件的临边观测特性. 星载接收机可以高频采集自地表以上高度内包含大气介质诱因的G N S S无线电信号数据，通过多频对比或与所接收的其他G N S S卫星无线电信号数据对比，可以反演出地表以上高度内的干湿气压、温度、电子密度等地球大气剖面数据.类似地.当G N S S卫星与L E O卫星和地表（海面）构成反射几何关系时.即发生海反事件.星载接收机高频采集经海面反射的G N S S信号，通过与来自其他G N S S卫星的直射信号数据对比，可以反演出海面高度、海面风场、海水盐度等海洋数据.图1G N S S遥感探测Fig. 1Position relationship between the G N S S-L E Osatellites and the Earth基于掩星几何关系、反射几何关系的G N S S遥感探测应用与常规遥感卫星应用存在巨大差异，探测事件的发生具有随机性和离散性，测点位置与瞬时G N S S卫星、L E O卫星、地球三者位姿紧密相关，测点地表投影大致随L E O卫星星下点轨迹分布.这里从密切贴合气象应用需求的角度出发，基于W M O发布的大气海洋数据需求（见表1)[131,提出满足大气海洋数据需求基础值的G N S S遥感探测星座任务需求实现6h内全球测点投影间距200k m分布.同时，提出对G N S S遥感资源最大化利用的理念，建立以下G N S S遥感探测星座设计约束.⑴充分利用中国G N S S遥感探测资源，将拟于2〇2〇年后入轨的4颗风云三号（E/F/G/R星)系列卫星作为探测星座的子星座完成星座设计.(2) 选取北斗三号卫星标称星座和g p s,G l on a s s及 G a l i l e o目前在轨卫星（总计 m 颗）作为G N S S遥感主信源M l.分析中国境内及周边区域内探测性能时，考虑将I R N S S和Q Z S S目前在轨的11颗卫星作为补充信源.(3) 将G N S S掩星遥感探测作为主遥感方式.参考C O S M I C系列卫星和风云卫星载荷参数,预设星载G N S S掩星接收天线安装分装在探测卫星运行前后双向，水平视场范围为±40°;原始探测数据反演成功率约为70%丨3,61.2 GNSS遥感探测星座设计准则由G N S S掩星遥感探测原理可知，在理想的洋葱型大气模型假设下.基于星地-星临边几何关系的掩星遥感探测问题可近似转化为仅与L E O卫星轨道相关的星地遥感探测问题[151.单轨道周期内，虚拟星地遥感观测域呈现带状覆盖特性.利用几何关系可G N S S9 satellite B表i部分大气海洋数据需求T a b le 1 S e c tio n a l a tm o s p h e ric a n d o c e a n ic d a t a r e q u ire m e n ts参数名称应用领域水平间距需求/k m观测周期需求/h数据范围最理想最适度最低最理想最适度最低大气温度数值预报501005001624全球对流层温度短期预报10252000.516全球近地表气压数值预报15502500.516全球水蒸气数值预报155********全球水平风场海洋应用10502001324全球Orbit altitude/km图2全球GN S S遥感探测卫星轨道倾角极值变化曲线Fig. 2 Inclination curve for global GN S Sremote sensingwith different orbit altitudes50°, 80°时不同轨道咼度LE O卫星相邻轨交点经度差，两条黑色虚线标识虚拟星地遥感观测条带边界与星下点地心角极值.理想假定下，当L E O卫星轨道高度接近600km时，任选卫星轨道倾角可实现相邻轨圈无缝覆盖;当LE O卫星轨道高度达到750 km或以上时，任选卫星轨道倾角均可严格实现相邻轨圈无缝覆盖.基于该虚拟星地遥感模型和GN S S遥感探测星座任务需求与设计约束，提出G N S S遥感探测星座设计基本准则如下.准则1为实现200km x200km x6h 的时空分辨率，理论上地表可分为12 780个网格，则单位时间内可实现全球探测的星座所含卫星数量计算式为A ^le o> ceil(12 780 - OJ^fy)^O .T S 'l e o⑷式中，c e i l 为向上取整函数，f c 为覆盖重数，S F Y 为单位时间内风云卫星总探测量，5L E O 为单位时间内单推导G N S S遥感探测覆盖边界与星下点间地心夹角算式如下：<A (-f ^L E 〇) = 4a r c t a n | c o s a r c t a n(c o s 0(F)t a n (<5A n t H /2)) ]tan0(F)}.⑴式中，<5A n t H 为星载掩星接收天线水平视场，为随L E O卫星轨道高度//变化的虚拟星地遥感观测条带边界与星下点间地心角函数.G N S S掩星遥感探测纬度覆盖范围主要由L E O卫星轨道倾角、轨道髙度和天线视场决定.当0分别取最大、最小值时，可以实现全纬度覆盖的GN S S遥感星座内LE O卫星轨道倾角阀值如图2所示.轨道倾角极值随天线 7JC 平视场的扩大而降低,轨道倾角极值随轨道高度的增高而降低.利用轨道交点周期，其计算式为式中，a 为轨道半长轴./为轨道倾角，/x 为地心引力常数，凡为地球半径，J 2为地球非球形摄动因子,可以得到卫星相邻轨圈地理经度差为Aip = T N (w e — /?), (3)式中，％为地球自转角速度为轨道升交点赤经漂移速率.由式（3)可计算不同轨道高度LE O卫星相邻轨地理经度差与虚拟星-地遥感观测域间的关系，如图3所示.图3中红绿蓝线分别标识轨道倾角为20°，32478Chin. J. Space S c i .空间科学学报 2〇21, 41(3)Extremum value Orbit inclination2〇 I -----------1-----------1-----------1-----------1-----------5006007008009001000Orbit altitude / km(0)/U O !1C O .S P U J I B .t ;q J O l >P B J M O J J <u Qi345678912o o o o oo o ----1100()(90()()8)()7)()007654321098765 457777777766666^(o )/u.2J B U I o u l e 3llqJO3P S S 0J O.8643 2 2 2()/3J c t l u c «3I J l u 3o 03o图3卫星星下点轨迹地理经度差与覆盖范围对比Fig. 3Contrast between the ground tracks gap and the detection range王J 玉瑶等：G N SS 遥感探測卫星星座设计479颗L E O探测卫星探测量的均值.准则2为提高掩星品质，探测星座内卫星轨道应选用圆形112'15]，且以顺行轨道为佳.即e = 0,I e [0,90°].(5)准则3为实现全球均匀覆盖，基于图2选择探测星座内卫星轨道倾角.当星座内存在不同轨道倾角时，为改善不同倾角子星座相对漂移产生的探测性能浮动性，基于圆轨道卫星升交点赤经漂移率亡算式，推导出构建相同升交点赤经漂移速率所需轨道倾角/与轨道高度丑匹配值的计算式为a = H Re^/.Re + H j \3b _ cos/j⑵\ Re Hj ) COS Ij式中：为地球半径；丑为卫星轨道高度；J 为卫星轨道倾角.显然，较高的轨道配置和较低的倾角有利于缩小升交点赤经漂移速率差.准则4为实现较高投入产出比，可利用探测星座内卫星运行特性实现连续轨圈无缝覆盖.降低星座成本.由图3可知，实现全球覆盖的L E O 卫星相邻轨圈可覆盖赤道圈经度差约为35°，理论上单颗LE O卫星绕地运行12轨圈可实现全经度覆盖.显然，探测星座内同倾角、同轨道高度卫星组建的子星座轨道面数P 不小于6,有助于提高探测覆盖时空均匀性，即P^ 6.(8)准则5探测星座内卫星轨道高度应基于图3择低选择.一方面.从探测效能考虑，轨道尚度越低，L E O卫星绕地运行速率越快，单位时间内探测概率越高；另一方面，从星座成本考虑，轨道髙度越低，LE O卫星寿命末期主动离轨所需的速度增量需求越低，推进代价越小，整星质量越小.3 GNSS 遥感探测星座优化设计方案3.1星座建模3.1.1卫星轨道高度与倾角设计依据准则2和准则5,可初步设定GN S S遥感星座包含600km高度卫星轨道.由式⑴可知，600km高度卫星轨道倾角应不低于24°，实现全球覆盖的卫星倾角最小值约为74°.由式（6)可知，卫星轨道面漂移速率由轨道倾角、轨道高度共同决定，为减小不同倾角卫星间碰撞概率，考虑卫星轨道短周期摄动作用下的瞬根波动规律，依据经验设定不同轨道倾角的卫星间保留l 〇k m 轨道高度差.依据准则3,得到与600km高度卫星升交点赤经漂移率相等的LE O卫星轨道参数变化曲线，如图4所示.由图4可见，随着与600km高度卫星轨道的轨道高度差增大，同漂移率的卫星轨道倾角差相对增大，更有利于实现均匀的覆盖性能.初步设定与 600 km高度轨道卫星同升交点漂移率的卫星轨道高度为1400k m，且600km髙度轨道卫星的轨道倾角相对高于1400k m高度轨道卫星的轨道倾角.3.1.2卫星数量与构型设计理论上，运行在太阳同步轨道上的风云卫星可实现全纬度GN S S遥感探测.经仿真计算,4颗风云卫Orbit inclination with 600 km altitude/()图4升交点赤经漂移率相等的LEO 轨道参数曲线Fig. 4 Inclination curves by different orbit altitude with the same drift rate()/312l .t :J P !L »£B S 3-s -5!M u o l c su l l n u ll l q jo480Chin. J. Space Sci.空间科学学报2021, 41(3)星以北斗、G P S和G alileo卫星为信源，获取中性层大气掩星探测量总计约1600次/6h;而轨道高度为600 k m的单颗L E O卫星获取中性层大气掩星探测量不低于490次/6h.依据准则1,可计算GNSS 遥感星座理论上应至少包含34颗600 k m高度LEO 卫星.依据准则3,当上述LEO卫星选取多个轨道倾角时，低倾角轨道高度将高于600k m.依据准则5,轨道高度越高，单位时间内获取掩星事件概率越低，需适当增加卫星数量满足探测量需求.综上所述，为提供一定的冗余度且便于不同构型方案效能比对，本文设定G N SS遥感星座为包含4颗风云卫星和36 颗L E O卫星的混合星座.依据准则4,将除风云卫星以外的36颗LE O卫星按轨道倾角分组，组建G N S S遥感探测星座子星座,子星座内轨道面数为6.分别以同倾角同高度轨道、双倾角同升交点赤经漂移率轨道和多倾角同高度轨道为三类约束建立A, B，C三种子星座组网模型.在上述基础上，分别添加由4颗风云卫星组成的探测子星座，形成A+, B+，C+三种G N S S遥感探测星座构型方案.3.2星座优化设计依据所提出的设计准则，可快速完成部分探测星座构型参数的初步选取和设计，星座内卫星星下点轨迹具备一定的二维全球均布特性.因A+, B+，C+三种方案内探测卫星数量相同，探测信源一致,卫星运行周期接近，三种方案可获取的遥感探测量差异较小.在此基础上，G N S S遥感探测星座优化设计归一化为测点分布均匀度的最优化研究问题.为衡量G N S S遥感探测星座的探测均匀性,以200 k m为间距将全球地表栅格化，生成约12800 个均匀分布的格点.将格点周边掩星测点投影量大于其平均值的格点占比最大化作为优化目标，建立星座优化目标函数，即基于该目标函数,迭代得到各方案内子星座模型优化设计结果（见表2).W a l k e r构型码i V/P/F:i，中各参数分别对应星座内卫星数量、轨道面数、相位因子、轨道倾角和轨道高度[161.3.3探测性能分析分别将风云卫星子星座与表2中所列出的各子星座整合，形成G N SS遥感探测星座方案A+，B+ 和C+，统计分析6h内各星座方案探测的性能（见表3).由表3可知，三种方案6h内获取的掩星探测次数均高于18000次，约为C O S M I C探测量的24倍; 三种方案均可近似实现200k m x 200k m x6h的时空覆盖，覆盖率高于75%，是C O S M I C星座500k m x 500k m x24h时空分辨率的25倍;三种方案6h内获表2 G N S S遥感探测星座优化设计结果T a b le 2 R e s u lts o f o p tim iz a tio n d e sig n fo r G N S S re m o tese n sin g s a te llite c o n s te lla tio n方案名称子星座名称子星座构型码A+A36/6/1 ：72°, 600 k mB+B30/6/1:55°, 600 k m; 6/6/4:33°, 1400 k mC+C6/6/4:68°, 610 k m; 24/6/1:60°, 600 k m; 6/6/4:24°, 590 k m表3 G N S S遥感探测性能统计T a b le 3 P e rfo rm a n c e s ta tis tic s o f G N S S re m o te se n sin g s a te llite c o n s te lla tio n s组合方案卫星数量全球掩星大气探测中国周边掩星大气探测全球海域海反探测探测量栅格覆盖率/(%)探测量栅格覆盖率/(%)探测量栅格覆盖率/(%)A+4019 97875.97162883.1035 42392.23 B+4018 80977.61160385.823488490.72 C+4019 56079.88173890.1335 35696.71-150 -90 30 30 90 150Longitude/(。

星座导航系统的设计与实现

星座导航系统的设计与实现星座导航系统是一种可以帮助人们寻找星座、观测天体、了解星象信息的工具。

它将人们所处的位置信息、天文时刻、天象信息等综合计算，以多样化的形式为用户提供星座图形定位、星座文字解释、恒星光度计算等服务。

在弘扬天文文化、提升人们天文素养方面具有重要作用。

本文将介绍星座导航系统的设计与实现。

一、需求分析在星座导航系统的设计中，需求分析是十分重要的一步。

我们可以从用户的角度出发，考虑用户在使用星座导航系统时的需求，进行针对性的设计和开发。

首先，我们需要了解用户使用星座导航系统的目的。

大多数用户使用星座导航系统是为了寻找特定的星座或天体，因此系统需要提供星座的名称、位置、形状等信息。

其次，用户可能会需要了解星座的历史背景、神话故事等，因此系统需要提供星座的相关解释信息。

再次，对于初学者来说，天文学专业术语和公式可能会造成障碍，因此需要提供易懂的解释和计算工具。

最后，用户在使用星座导航系统时需要方便快捷地进入相应的功能模块，因此需要简洁明了的界面设计。

二、系统设计基于需求分析，我们可以设计出以下模块：1. 星座位置定位模块该模块可以根据用户输入的经纬度信息，以及当前时间和日期，计算出相应区域内的星座位置，并在地图上标注出来，方便用户观测。

2. 星座解释模块该模块可以为用户提供各种星座的相关信息，如名称、形状、历史背景等。

此外，我们还可以为每个星座提供诗歌、神话故事等文化元素，增加用户的文化娱乐体验。

3. 星座计算模块该模块可以提供恒星的光度计算、星座的视角度计算等工具，帮助用户更深入地了解星座和恒星的特性和规律。

4. 界面设计模块该模块是系统设计的重要组成部分，它涉及用户对系统的第一印象。

一个简洁明了、易于操作的界面设计，可以提高用户的使用舒适度和系统的工作效率。

三、技术实现系统设计的完成，接下来就需要实现。

首先，我们需要确定系统实现的技术工具。

考虑到星座导航系统需要综合运用地图、计算和文本处理等技术，我们可以选择以下技术方案：1. 地图技术我们可以选择开源的地图API，如OpenStreetMap、Google Maps等，作为星座定位模块的核心支撑技术。

GNSS技术介绍

第一部分、GNSS导航系统1.1 GPS系统（美国的全球卫星定位系统）1、GPS系统的组成①空间部分——GPS卫星星座GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，运行周期11小时58分钟（对于地面观测者来说，每天将提前4分钟见到同一颗GPS卫星），轨道面数6个，位于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到4颗，最多可以见到11颗（接收机看到超过11颗的有可能是接受到日本的SBAS卫星）②地面控制部分——地面监控系统GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注人站和五个监测站。

主控站设在美国本上科罗拉多，三个注人站分别设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰，五个监测站除了位于主控站和三个注人站之处的四个站以外，还在夏威夷设立了一个监测站。

（都由美国政府和军方控制，主要是为了控制卫星和给卫星提供播发星历等）。

③用户设备部分——GPS信号接收机接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。

GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

2、GPS信号的组成（码分多址技术）GPS卫星发送的导航定位信号一般包括载波、测距码和数据码（或称D码）三类信号。

GPS卫星广播L1和L2两种频率的信号，其中L1信号载波频率为1575.42MHz，并调制了P/Y 码、C/A码和数据码（或称D码）；L2信号载波频率为1227.60 MHz，测距码仅调制了P/Y 码，其中P/Y码为军用码，C/A码为民用码。

GPS导航电文（D码）是包含有关卫星星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正和由C/A码捕获P码等导航数据码。

导航电文是利用GPS进行定位的基础。

GPS信号现代化：系统计划新增4个信号，L2和L5新增2个民用信号（就是某些接收机上标注的L2C和L5），在L1和L2上新增2个军用信号。

3、坐标系统与时间系统时间体统采用的是UTC时间，整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。

卫星星座基本参数

卫星星座基本参数卫星星座是由一组卫星组成的天体系统，用于提供全球范围内的通信、导航或遥感服务。

它们通常以地球轨道上的一系列卫星形式存在，这些卫星之间相互配合，以覆盖整个地球的表面。

卫星星座的基本参数包括以下几个方面：1. 卫星数量：卫星星座的规模通常由卫星的数量决定。

不同的应用需要不同数量的卫星来提供服务。

例如，全球导航卫星系统（GNSS）通常需要24颗以上的卫星来实现全球覆盖。

2. 轨道类型：卫星星座可以采用不同的轨道类型，如地球同步轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）或低地球轨道（LEO）。

不同的轨道类型对卫星的运行高度、轨道周期和覆盖范围都有影响。

3. 卫星分布：卫星星座中的卫星可以以不同的方式分布在轨道上。

例如，全球导航卫星系统通常采用均匀分布的方式，确保在任何时刻都有多颗卫星可见。

而通信卫星星座可能会采用更密集的分布方式，以增加容量和覆盖范围。

4. 信号覆盖：卫星星座需要覆盖全球范围的地表，因此信号覆盖是一个重要的参数。

卫星星座的设计需要考虑到地球各个地区的信号接收强度、多径效应和信号延迟等因素。

5. 通信频段：卫星星座的通信频段决定了其在电磁频谱中的位置。

不同的频段具有不同的传输特性和应用限制。

常见的卫星通信频段包括Ka波段、Ku波段和C波段等。

6. 网络架构：卫星星座的网络架构指的是卫星之间的通信方式和协议。

这包括星间链路、地面站和用户终端之间的通信方式，以及数据传输和路由策略等。

综上所述，卫星星座的基本参数涵盖了卫星数量、轨道类型、卫星分布、信号覆盖、通信频段和网络架构等方面。

这些参数的选择和设计将直接影响卫星星座的性能和应用范围。

多GNSS掩星大气探测卫星星座设计

可用于军事气象保障、数值天气预报和气象学研究等诸多方面，同时为ＬＥＯ卫星星座拓展了崭新的应用领域 ¨ｊ。组建此类大气探测卫星星座将填补我国自主高垂直分辨率大气数据资源缺口，对加速我国大气科学应用研究发展具有重要意义。
３．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＤｏｎｇｆａｎｇｈｏｎｇＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＬｉｄ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｒａｄｉｏｏｃｃｕｌｔａｔｉｏｎ（ＲＯ）ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇｄａｔａａｎｄｓａｖｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｏｕｎｄｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ，ａｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔｏｆｍｕｌｔｉ·ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍ）ｓｏｕｎｄｉｎｇｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｗｉｔｈＢｅｉＤｏｕ（ＢＤ），ＧＰＳ，ＧａｌｉｌｅｏａｎｄＧＬＯＮＡＳＳｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄａｎｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｕｃｈａｍｕｌｔｉ·ＧＮＳＳＲＯａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
摘要：为减少无线电掩星（ＲＯ）大气探测星座的卫星数量并增加探测数据量，将北斗（ＢＤ）和ＧＰＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳ共同作为探测信源，提出一种多全球导航卫星系统（ＧＮＳＳ）掩星大气探测星座概念和优化设计方法。融合先验大气模型和二维射线追踪算法，建立兼容多ＧＮＳＳ信源的掩星事件前向模拟算法，实现掩星事件快速精确仿真；给出多ＧＮＳＳ掩星大气探测星座参数对探测性能的影响特性，降低了星座模型的复杂度；并利用改进的蚁群算法实现星座参数寻优。设计结果与ＣＯＳＭＩＣＩＩ星座相比，卫星数量减少２颗，探测数据量增加了４ｏ％，探测均匀性提高了６７％。

GNSS多星座导航定位算法研究与实现

测量距离交会得到接收机位置，但是各个导航系统
的坐标和时间系统均不相同，因此如何统一各个导航系统的坐标和时间系统是多星座导航定位必须解
决的问题。
由于ＧＳ系统运行时间最长，应用范围最为广Ｐ泛，目前绝大多数导航定位算法软件都是在ＧＳ系Ｐ统的坐标框架和时间系统下进行解算的，因此，多
星座导航定位可以对ＧｏＡＳＢ／ＡＩＥＬＮＳ／ＤＧＬＬＯ系统的坐
ＧＯＡＳ系统随着俄罗斯的经济复苏正在逐步完善ＬＮＳ
中，至２１年１０１２月３１日，已经共有３１颗卫星在
轨运行，预计会在２１０５年赶上美国ＧＳ系统的定位Ｐ
的参数才能消除，但对于一般的导航定位而言，该误差不足以影响定位精度，因此可以忽略。
表１各导航系统的坐标时间参数
星座ＧＳＰＧＯＡＳＬＮＳＣＭＡＳＯＰＳＧＬＬＯＡＩＥ
至２１年底将形成覆盖亚太大部分地区的服务能０２力；ＡＩＥＧＬＬＯ系统由于经费问题系统发展计划一直被拖延，至今已开始进入在轨验证阶段，预计２１０４年后可以投入使用。四大导航系统的快速发展使得ＧＳＮＳ多星座导航定位成为可能，相比于单独依靠ＧＳ系统进行导航Ｐ定位而言，多星座导航定位可以利用丰富的导航信

低轨巨型星座构型设计及覆盖分析方法

CATALOGUE 目录•低轨巨型星座构型设计•星座覆盖分析方法•数值模拟与仿真•未来发展趋势与挑战•应用场景与案例分析低轨巨型星座的概念构型设计的目标构型设计概述卫星平台的选择根据任务需求和系统要求，选择适合的卫星平台，考虑其性能、可靠性、成本等因素。

卫星有效载荷根据任务需求，配置合理的有效载荷，如通信天线、功率放大器、低噪声放大器、频率源等。

卫星平台设计通信频段和带宽通信协议和调制方式有效载荷设计轨道与部署策略轨道高度的选择部署策略的制定覆盖需求分析030201星间通信与网络拓扑覆盖性能评估覆盖效率评估星座的网络性能，包括网络吞吐量、延迟、丢包率等。

网络性能安全性与隐私保护模拟工具与环境Python卫星通信仿真器MATLAB/Simulink星座构型参数优化卫星轨道高度和倾角优化低地球轨道的高度和倾角，以实现更好的覆盖效果。

卫星布局优化卫星在轨道上的布局，以提高覆盖的连续性和均匀性。

卫星通信链路设计优化卫星之间的通信链路，以确保信息传输的可靠性和实时性。

覆盖性能仿真与验证先进通信技术应用随着5G、物联网等先进通信技术的发展，低轨巨型星座的通信能力将得到极大提升，满足更高要求的应用场景。

卫星平台的升级随着科技的不断进步，卫星平台的性能将得到进一步提升，包括更高的数据处理能力、更强的通信能力等。

新型传感器与设备新型传感器和设备的研发和应用，将增强低轨巨型星座的感知能力，提升其数据处理和分析的准确性。

技术创新与升级频谱管理与干扰协调频谱共享与优化随着低轨巨型星座的发展，频谱资源将越来越紧张，因此需要研究更高效的频谱共享和优化策略，提高频谱利用率。

干扰抑制与协调由于低轨巨型星座的卫星数量众多，相互之间的干扰问题将日益突出，需要研究有效的干扰抑制和协调策略，保证星座的正常运行。

1安全性与防护策略23随着低轨巨型星座的发展，其面临的安全漏洞和威胁也不断增加，需要加强安全防护措施，确保星座的安全稳定运行。

移动卫星通信系统(上)：卫星星座设计

移动卫星通信系统 (上)卫星星座设计
目录
• 卫星星座设计概述 • 卫星星座构型与参数选择 • 卫星轨道设计与优化方法
目录
• 卫星通信链路预算与性能评估 • 卫星星座部署策略及实现技术 • 总结与展望
01
卫星星座设计概述
卫星星座定义与分类
卫星星座定义
由多颗卫星按照一定的构型和规律在轨道上分布形成的空间系统。
低轨卫星通信系统具有传输时延短、路径损耗小等优势，未来将在物联网、遥感监测、应急救援等领域发挥重要作用。
智能化和自主化技术的不断提升
随着人工智能和自主化技术的不断发展，未来的卫星星座将具备更高的智能化和自主化水平，实现更加灵活、高效的运行和管理。
对个人学习或工作建议
深入学习卫星通信相关知识
要想在卫星通信领域取得更好的成绩，需要不断学习和掌握相关知识，包括通信原理、信号处理、卫星导航等方面的内容。
发展趋势
未来卫星星座设计将更加注重智能化、自主化、模块化等方向发展，提高星座的自主性、灵活性和可维护性。同时，随着商业航天的快速发展，将有更多民营企业参与到卫星星座的建设与运营中。
02
卫星星座构型与参数选择
常见卫星星座构型
地球同步轨道星座（GEO）
中地球轨道星座（MEO）
卫星在地球同步轨道上运行，与地球自转周期相同，相对地面静止。
卫星间通信链路设计
建立高效、稳定的星间通信链路，确保信息在卫星间的快速传输。
卫星星座构型
根据覆盖需求和卫星数量，设计合理的星座构型，如 Walker星座、玫瑰星座等。
地面段支持
建设地面测控站、数据中心和用户终端等设施，为卫星星座提供全面的地面支持。
成功案例分享
铱星系统

多星座专业GNSS手持机作业指导书

多星座专业GNSS手持机1.目的规范多星座专业GNSS手持机工作程序，正确使用仪器，保证检测工作顺利进行，确保操作人员人身安全和设备安全，特制定本操。

2.适用范围适用于多星座专业GNSS手持机的使用操作等。

3.职责仪器使用人员：负责编写仪器操作规程，按照本规程对仪器进行使用和日常维护并做好各种记录；设备管理员：负责设备的建档、校准、维修和状态控制等综合管理工作。

4.操作规范4.1长按电源/截图键约6秒至屏幕有显示即可松手，机器自动启动，默认进入“主菜单”界面。

4.2标定航点；用于点位信息的记录和采集。

4.3航点管理；对已存航点进行浏览、查找、排序、编辑和导航等操作。

航点列表以名称和距离显示，距离是航点到当前位置的直线距离。

4.4航线管理；管理已存航线，对已存航线进行编辑等操作。

同时可以新建航线和进行航线导航操作，在已存航线界面显示已存航线的名称和每个航线的航点个数，选取某一航线，可进行航点的编辑操作。

4.5航迹管理；对航迹记录进行设置，控制航迹功能的开关等操作。

（航迹；按照一定规则自动记录运行的轨迹。

可以通过航迹可以得到航迹长度，航迹面积等信息，同时也可以适用航迹导航操作。

）4.6地图；显示导航地图及导航相关指标。

4.7工具：包括罗盘、气压计、计算器和日历等适用工具。

4.8数据查找：查找所有与点位有关的数据，包括航点，所有兴趣点、最近查找和各类内置兴趣点，通过数据查找，找到相关的兴趣点或航点，进一步可以进行导航等操作。

4.9面积计算：用于记录面积（在面积测量里记录的密集数据无法应用，使用面积测量前需要明确这一点）。

4.10设置：对系统、屏幕、接口、时间、单位、坐标、和声音等进行设置。

4.11长按电源/截图键约6秒后放开，屏幕无显示，及其自动关闭。

5.技术指标接收机;50通道，L1C/A码，BD L1.GLONASS11天线：内置GNSS天线定位精度;单点定位2-5米SBAS1-3米数据更新;1Hz工作温度：-20℃+60℃存储温度：-30℃-+70℃防尘防水：TEC529-IP67抗跌落：1m自然跌落至地面尺寸：112mm*68mm*37mm重量：132.g6.维护规程6.1请不要在雷雨天气下使用本产品。

全球卫星导航系统的设计与实现

全球卫星导航系统的设计与实现全球卫星导航系统（GNSS）是目前世界上使用最为广泛的定位与导航技术，它通过建立一系列全球范围内的卫星星座，向用户提供高精度、高可靠性的位置、速度、时间信息。

目前世界上已经建成了多个GNSS系统，如美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统、中国的Beidou系统等。

这些系统大大提升了现代社会的生产力和生活质量。

那么，如何设计和实现一个全球卫星导航系统呢？一、导航信号的设计导航信号是卫星导航系统的关键组成部分，它是用户接收设备获取和处理导航信息的基础。

GNSS系统的导航信号一般由两部分构成：微波载波和调制信号。

其中，微波载波是指GNSS信号的高频信号，调制信号则是携带确切位置信息的低频信号，通过二者的组合可以获取高精度的导航信息。

同时，为了解决GNSS信号在复杂环境下的干扰和抵消多径效应，需要采用多频率、多天线、多路径等技术对导航信号进行优化设计。

二、卫星星座的构建卫星星座是GNSS系统的核心组成部分，它由一组固定轨道的卫星组成，负责向用户发送导航信号。

构建卫星星座需要考虑多种因素，如成本、星座覆盖范围、卫星寿命、可靠性等。

目前，大部分GNSS系统采用了较为成熟的长寿命卫星技术，通过多颗卫星交织运行，使星座能够覆盖整个地球的绝大部分地区，保证导航服务的全球性和连续性。

三、用户接收设备的设计用户接收设备是GNSS系统最直接的用户接口，它由接收天线、信号接收器、定位计算器、显示器等部件组成。

用户接收设备的设计需要考虑多种因素，如重量、体积、功耗、抗干扰能力、精度等。

同时，应该根据不同用户的需求和应用场景，设计出不同类型的用户接收设备，如嵌入式接收机、手持式接收机、车载接收机等。

四、导航算法的实现导航算法是GNSS系统中数据处理和计算的核心部分，它负责将接收到的导航信号转化为用户所需要的位置、速度、时间等信息。

GNSS系统的导航算法主要分为两类：单点定位和差分定位。

GNSS无线电掩星大气探测混合星座设计_梁斌

Fig. 2 图2 GNSS ＲO 掩星虚拟观测仪 Diagram of virtual GNSS ＲO sounding sensor
{
θ GOLmin ≤ θ GOL（ t） ≤ θ GOLmax δ Ｒ（ t） ≤ δ Ant
别为 θ in 和 θ ex ，由正弦定理有 sinθ in sin（ θ in + min（ θ LOP ）Ｒ = a LEO e sinθ ex = sin（ θ ex + max（ θ LOP ） a LEO Ｒe
2. 1 问题提出 GNSS 掩星大气探测星座基于 “星—地—星 ” 几何关系实现临边探测，是一种崭新的卫星星座应用模式。由于 GNSS 在轨运行状态的不可控和地球大气的动态变化，掩星事件的发生具有伪随机性，难以直接利用星座内卫星运行状态来表述星座探测覆盖性。在理想假设下，将地球大气近似为均匀球对称洋葱型大气指数模型，考虑 GNSS ＲO 观测约束
。
60
导航定位与授时
2016 年 5 月
N = 77. 6
ne P e + 3. 73 × 10 5 为大气折射率； T 为大气温度； e 为水气压； n e 为电子密度； f 为 GNSS 载波信号频率。
2
GNSS 掩星测点预估方法
1
GNSS 掩星大气探测基本原理
依探测仪置放点的不同， GNSS 气象学主要拥
有地基 GNSS 探测、山基 / 空基 GNSS 大气探测和天基 GNSS 探测三种探测方式。天基 GNSS 大气探测技术研究始于 20 世纪 90 年代初，它将 GNSS 接收机搭载在 LEO 卫星上，当 GNSS 卫星相对 LEO 卫星从地球边缘升起（或降下）时， GNSS 无线电信号传播路径受大气电离层和中性层折射影响而发生弯曲，信号相位出现延迟，称为发生 GNSS 上升（或下沉）掩星事件。通过追踪记录 GNSS 无线电掩星（Ｒadio Occultation，ＲO ）信号可突破性地对地球大气进行 “扫描” 式探测，如图 1 所示。在高频 “扫描” 下，天基 GNSS 大气探测可获取其他大气探测手段无法企及的大范围、高垂直分辨率大气折射率廓线信息。 GNSS 掩星大气探测即是利用地球大气折射率与部分地球大气参数间

星座定位系统的设计与实现

星座定位系统的设计与实现星座定位系统是一种能够确定地球上某个位置的天体定位系统，它在很多领域都有着广泛的应用，比如导航、地图、军事等。

如今，随着科技的不断进步和人类的探索，星座定位系统也在不断地完善和发展。

本文将介绍星座定位系统的设计和实现。

一、星座各要素的确定在设计星座定位系统之前，首先需要明确的是星座各要素的确定。

一般来说，星座的设计需要考虑以下几个因素：1.维度和经度星座的设计需要考虑到维度和经度，这是确定地面位置的最基本要素。

维度是指距离赤道的远近，经度是指距离指定的子午线的距离。

需要确定好要设计的星座覆盖的纬度和经度范围。

2.有效时间星座的有效时间也非常重要，即在一定时间内星座能够准确地确定地球上某个位置。

有效时间越长，星座的设计和实现难度也就越大。

3.定位精度定位精度是衡量星座优劣的一个重要指标，一般来说，越高的精度表示星座越准确。

4.设计复杂度星座的设计复杂度也是一个需要考虑的因素，这包括了星座构成的数量、星座的总量、星座的布局等因素。

二、星座定位系统的设计和实现在确定好星座各要素之后，接下来需要考虑的是星座定位系统的设计和实现。

星座定位系统的设计和实现需要考虑以下几个步骤：1.基础设施的建设星座定位系统的建设需要依赖于先进的基础设施，这包括人造卫星、激光测距仪、定向天线等设备。

2.星座构建星座的构建是星座定位系统设计的核心，需要根据星座要素的确定，设计构建符合要求的星座。

3.信号发射和接收星座构建完成之后，需要进行信号发射和接收的测试和调试。

这个过程是星座确定精度的重要环节。

4.软件系统的开发星座定位系统需要一套完整的软件系统来实现星座信号的接收和精度计算等功能。

在软件开发过程中需要考虑到软件的稳定性、精度和可靠性。

5.应用场景的验证和测试最后需要进行应用场景的验证和测试，这是星座定位系统发展的关键。

只有经过验证实践，才能让星座定位系统得到应用展示，推动星座定位系统的不断发展和完善。

北斗导航系统的卫星布局与星座组成

北斗导航系统的卫星布局与星座组成北斗导航系统作为中国自主研发的卫星导航系统，已经取得了长足的发展，并在全球范围内得到了广泛的应用。

在北斗导航系统的运行中，卫星布局与星座组成是至关重要的因素。

本文将从北斗导航系统的卫星布局和星座组成两个方面进行详细的探讨。

一、卫星布局北斗导航系统的卫星布局是指在空间中如何分布和安排卫星，以实现全球卫星导航覆盖的目标。

北斗导航系统采用了三轨三地星座布局，具体包括了地球同步轨道卫星、中圆轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星。

1. 地球同步轨道卫星地球同步轨道卫星又称为地球静止轨道卫星，其位置相对于地球是固定不动的。

北斗导航系统采用了5颗地球同步轨道卫星，它们分别位于东经80度、110.5度、140度、160度和西经160度的位置上。

这些卫星的任务是提供区域增强覆盖，主要用于保障北斗系统在中国国内的导航服务。

2. 中圆轨道卫星中圆轨道卫星是北斗导航系统的核心卫星组成部分，它们主要用于提供全球覆盖的导航服务。

北斗导航系统总共部署了27颗中圆轨道卫星，分布在三个不同的轨道平面上，每个轨道平面上有9颗卫星。

这种布局方式可以保证在任何时刻至少有4颗卫星可见，从而能够提供准确可靠的定位和导航服务。

3. 倾斜地球同步轨道卫星倾斜地球同步轨道卫星又称为倾斜静止轨道卫星，其位置相对于地球是倾斜的。

北斗导航系统部署了3颗倾斜地球同步轨道卫星，它们分别位于北斗系统的西北、西南和东南方向，主要用于提供北纬55度以北区域的导航覆盖。

二、星座组成北斗导航系统的星座组成是指这些卫星集合在一起形成的一组星座。

北斗导航系统采用了全球组合导航卫星系统（GNSS）的星座组成方式，即由地球同步轨道卫星、中圆轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星共同组成。

在北斗导航系统中，中圆轨道卫星是主要的星座组成部分，由27颗卫星组成。

地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星则作为辅助星座存在。

这种星座组成方式可以最大程度地保证全球覆盖和导航精度。

空间探测技术中的星座设计研究

空间探测技术中的星座设计研究随着科技的发展，空间探测技术越来越成熟，星座设计研究成为了热门话题之一。

本文将从以下几个方面来探讨空间探测技术中的星座设计研究。

一、星座设计的原理星座设计是一种将多个卫星组合在一起，形成一个星座，在地球上对目标进行监测和探测的方法。

一般来说，星座设计考虑的因素包括执行任务的需求、监测频率、工作稳定性、卫星数量等，从而合理分配卫星的位置和轨道。

通过使用多颗卫星，可以覆盖更大的地区，提高数据采集的稳定性和准确性。

二、星座设计的分类星座设计按照应用场景的不同，可以分为以下几类：1.全球星座设计全球星座设计通过将卫星合理排列在轨道上，实现对地球全球范围内的探测和监测。

如GPS卫星就是一种全球星座设计。

2.局域星座设计局域星座设计通常用于狭窄而重要的区域，如城市或港口，目的是提高数据采集准确性。

局域卫星可以在更短的时间内覆盖更少的地区，并且可以提高数据分析的准确度。

3.混合星座设计混合星座设计是将多种星座设计进行融合，根据任务需求在特定区域进行选择运行。

如导航卫星和地球观测卫星相结合，也可以准确地采集大规模的数据。

三、星座设计的优缺点星座设计的优点主要是可以提高采集数据的准确性和覆盖范围，有效地满足特定任务需求，从而提高运行效率。

其缺点主要是星座设计的构建和运行都需要巨大的成本和资源，包括人力物力以及技术支持，需要长期维护，不利于中小企业的发展。

四、星座设计的新技术趋势随着科技的进步和技术的创新，星座设计也不断发展和更新。

新技术趋势主要有以下几点：1. 深度学习技术：通过深度学习技术可以更精确地预测目标的位置和运动轨迹，从而提高卫星的监测准确性。

2. 算法优化：通过不断优化算法，可以提高星座设计的构建和运行效率，降低成本和资源花费。

3. 卫星间通信技术：卫星间通信技术可以实现卫星之间的数据共享和传输，提高数据处理和分析的速度和准确性。

4. 智能化技术：人工智能技术可以自动化处理数据，提高数据处理的效率和准确性，从而降低成本和资源花费。

卫星星座设计学习教案

卫星星座设计学习教案卫星星座是一种用于实现全球通信、导航和遥感等任务的技术，它是由多颗卫星组成的一个整体，可以提供高质量的服务覆盖面积。

学习卫星星座设计，需要一份系统的教案，这里我们将介绍如何设计一份优秀的卫星星座设计学习教案。

第一步：明确教学目标在设计教案之前，需要先明确教学目标。

卫星星座设计的教学目标大致分为以下几个方面：了解卫星星座的基本概念、卫星星座系统的设计原则和方法、卫星星座系统的应用场景和前景。

根据目标的不同，可以设计出不同难度和深度的教案。

第二步：确定教学内容教学内容要紧扣教学目标，包括基本概念、技术原理、系统设计、应用场景、实践操作等方面。

需要注意的是，教学内容的深度要适当，既不能过于简单、平淡，也不宜过于复杂。

第三步：制定教学计划教学计划是指通过将课程分解为一系列有序的教学活动，使得学生能够有条不紊地学习课程内容。

教学计划应该顾及到每一个教学环节的时间和教学方法，包括教师的教导、学生的学习、实践活动的安排等方面。

第四步：选择教学方法针对不同的教学目标和教学内容，需要选择不同的教学方法。

卫星星座设计学习教案中，常用的教学方法有讲授法、示范法、提示法、案例教学法等。

对于实践性比较强的教学内容，需要加强实操训练。

第五步：评价学习效果在整个教学过程中，应该重视学生的学习效果。

教师需要定期进行评价，了解学生的学习效果，鼓励学生参与教学活动、完成学习任务和提出疑问。

综上所述，卫星星座设计学习教案是一份必不可少的指导材料，它是教师教学的重要文件，也是学生学习的重要参考。

一个优秀的卫星星座设计学习教案，不仅要确定教学目标、确定教学内容、制定教学计划、选择教学方法、评价学习效果，还需要不断地进行反思和改进，以达到更好的教学效果。

区域覆盖共地面轨迹星座的优化设计

第28卷第8期电子与信息学报V ol.28No.8 2006年8月 Journal of Electronics & Information Technology Aug.2006区域覆盖共地面轨迹星座的优化设计吴廷勇吴诗其(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室成都 610054)摘要该文讨论了使用中轨共地面轨迹星座建立区域覆盖卫星通信系统的优化设计方法。

在深入研究共地面轨迹星座参数特性的基础上，提出了一种能够完整描述该类型星座的编码标识方法，推导了星座与δ星座的等价关系，讨论了利用该类型星座实现区域覆盖时的优化方法，给出了适用于我国的多个优化星座方案实例。

从仿真结果可以看出，该类型星座能够以较少数量的卫星为我国提供良好的覆盖性能，适于我国的区域覆盖卫星通信系统采用。

关键词卫星通信，共地面轨迹星座，区域覆盖，δ星座中图分类号: TN927 文献标识码: A 文章编号：1009-5896(2006)08-1360-04The Design of Optimized Common-Track Constellationfor Regional CoverageWu Ting-yong Wu Shi-qi(The National Key Lab. of Communication, UESTC, Chengdu 610054, China)Abstract An optimization design method for implementing regional coverage satellite system with common-track constellation is proposed. Based on a thorough investigation on the parametric characteristics of the common-track constellation, a coded notation which can describe this type of constellation entirely is proposed and the restricted equivalent relationship to the Walker’s δ constellation is given. The optimized method of common-track constellation for regional coverage is studied, and some optimal constellation schemes for China are presented. The simulation results show that the optimized common-track constellation can provide favorable coverage performance to China area with fewer satellites. The designed constellations are appropriate for the regional coverage satellite system of China.Key words Satellite communication, Common-track constellation, Regional coverage, δ constellation1 引言目前，世界上许多国家都希望建立自己的区域覆盖卫星通信系统。

GNSS星座的设计要点

GNSS星座的设计要点常用的GNSS星座类型：1地球静止轨道（GEO）：卫星星座可一天24小时静止在规定的赤道位置上空，提供本区域导航服务，卫星利用率高。

这就是北斗导航系统采用的星座，而且地球静止卫星也广泛应用于全球导航系统的区域增强系统。

由于地球静止轨道卫星都处于赤道面内，受导航定位所需几何构形的限制，每个用户只能最多利用2颗相间隔30度以上经度的卫星。

全区域究竟布设几颗地球静止轨道卫星则取决于导航服务区域大小，但单用地球静止轨道卫星是不够的，还必须有相对于地球移动的高纬度卫星参与导航星座。

2大椭圆轨道卫星星座：最典型的是俄罗斯用于高纬度地区广播卫星的"闪电"12小时卫星轨道。

这是一种大偏心率（通常取0．7左右）轨道，轨道倾角63．43度，其远地点在北半球本国高纬度上空，星下点轨迹移动缓慢，5日内可保持近10小时有效运行。

一个轨道面内均匀分布3颗星，即可保持一个高纬度星位的连续存在。

其近地点在南半球，停留时间很短，卫星高度很低，用户可见区域范围小，对用户的导航贡献小。

另有一个远地点在地球背面，经度上远离服务区，本区域系统不能加以利用。

另外，这种轨道的卫星高度变化剧烈，对信道设计很不利。

因此，对大椭圆轨道不予考虑。

3倾斜地球同步轨道（IGSO）：卫星星座的轨道倾角为55～63．43度的24小时地球同步轨道，即所谓的大"8"字形轨道，中心位于赤道某设定的经度上，高度与地球静止轨道卫星相同，卫星星下点24小时轨迹在本服务区内南北来回运动，也是一种利用效率较高的区域星座，但只限于在本经度区域内使用。

在立足于国内台站测控的条件下，中国采用9颗倾斜地球同步轨道卫星与4颗地球静止轨道卫星相结合可以建立区域导航系统，但接近服务区边缘处因卫星定轨精度下降导致导航精度明显恶化。

欧洲曾对这种轨道星座方案作了多年研究，并企图在全球寻找几个区域系统联网成全球系统的合作伙伴未果，最终放弃了这种方案。