北斗系统采用多轨道卫星组网的混合星座

同时考虑下一步全球系统建设,区域系统对GEO、IGSO、MEO经过验证和评,最终结合北斗全球系统的功能任务,实现北斗全球系统的混合星座设计。北斗区域导航系统(北斗,北斗区域导航系统(北斗二号)在主服务区上空布置GEO和IGSO卫星,再利用少量的MEO提高星座整体几何精度,为亚太地区提供公共服务。

北斗系统采用多轨道卫星组网的混合星座

北斗系统采用多轨道卫星组网的混合星座,又称异构星座。

星座是指天上一群投影位置相似的恒星的组合。自古以来,人类就把三五成群的恒星与神话中的人物或器具联系起来,称之为星座。在航海领域,星座几乎是所有文明中确定天空方向的手段。星座的英文是 Constellation意思是星座、星群;占星术中的星座是sign意思是标记、标记、象征。

星座的划分是完全人为的,不同的文明有不同的划分和命名。现代星座大多由古希腊传统星座演变而来,国际天文学联合会将整个天空精确划分为88个星座。

1928年,国际天文学联合会正式宣布了88个国际通用星座计划。同时,规定以1875年春分和赤道为基准。根据天球上88个星座的不同位置和恒星的出没况,分为北天拱极星座(5个)、北天星座(19个)、黄道十二星座(黄道附近12个星座)、赤道带星座(10个)、南天星座(42个)五个区域。

星座长期以来一直被水手和旅行者视为识别方向的重要标志。随着科学技术的发展,星座在方向识别中的作用逐渐减弱,但航天器仍然通过识别明星来确定其位置和方向。对于星空爱好者来说,星座的识别通常是对明星的识别。

在北半球,小熊座的北极星是确定星空方向的最重要依据。从天球坐标系可以看出,北极星的高度与当地纬度一致;但事实上,由于北极星不明亮,人们通常使用北斗七星来寻找北极星来确定方向。北斗勺柄(β到α)北极星可以延长5倍。北极星要求低的情况下,可以认为北极星的方向是北方。在北半球低纬度地区,北斗星将落入地平线以下。此时,根据与北斗七星相对的M”(或“W)形状的仙后座来确定北极星的位置。

一旦北极星和任何其他恒星被识别,整个星空都可以通过恒星的相对位置来识别。为了便于记忆,人们通常通过北斗七星扩展的斗柄来寻找牧夫座的大角落(牧夫座)α)、室女座的角宿(室女座)α)。在不同的季节,双子座、大狗座、小狗座、金牛座、御夫座甚至狮子座也可以通过其他星空中明显的特征来定位。秋天,仙女座、英仙座、南鱼座可以通过飞马座的秋季四边形找到;夏天的大三角形是夏天星空中最容易找到的特征,天鹅座、天琴座、天鹰座、人马座、天蝎座、天龙座等。

第一颗人造地球卫星于1957年10月发射升空,标志着人类进入空间新时代的开始。

随着卫星应用需求的不断发展,特别是自20世纪80年代以来,越来越多的空间任务不能仅靠单颗卫星完成,因此由多颗卫星组成的系统开始吸引人们的注意,成为许多空间任务的首选。这些任务系统中人造卫星的组合,被称为卫星星座。相应地,天文学或占星学中的星座可以称为恒星星座。它们可以简称星座,但在不同的场合有不同的内涵和延伸。

在卫星导航系统中,执行导航任务的卫星组合称为导航星座。卫星导航用户可以通过观察导航卫星来实现自己的定位导航,类似于北斗七星可以指导人类的方向,因此中国的卫星导航系统被命名为北斗卫星导航系统。意思是北斗卫星导航系统是指中国的中国方向,是一种使命、责任、负责任的国家武器,也是打击敌人、保卫自己的国防武器。

卫星星座(以下简称星座)是指由多颗卫星组成的卫星系统,卫星轨道形成稳定的空间几何形状,卫星之间保持固定的时空关系,以完成特定的空间任务。卫星星座可以更大程度地发挥卫星的作用,扩大卫星的应用形式,在全球性、多重性、及时性和连续性方面具有无与伦比的优势。

从卫星在星座中的空间分布来看,星座可以分为全球分布星座和局部分布星座。全球分布星座中的卫星分散在以地球为中心的球面上,与地球相比具有一定的对称性。当地分布星座中的卫星围绕地球形成一个卫星簇,完成任务需要所有卫星的合作。

星座可分为同构星座和异构星座。所有卫星的轨道都有相同的半长轴、偏心率和接近位置的角距。与参考平面相比,每个轨道平面都有相同数量和均匀分布的卫星。这些星座是同构星座。由多种轨道卫星组成的星座称为异构星座,通常称为混合星座。根据卫星的轨道高度,可分为低轨卫星(LEO)、中圆地球轨道卫星(MEO)、倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)与地球静止轨道卫星(GEO)。混合星座的优点是,导航星座的性能可以通过较少的卫星数量来满足覆盖区域的服务指标。

根据覆盖面积的不同,星座可分为全球覆盖、纬度覆盖和区域覆盖。根据覆盖重量的不同,星座可分为单覆盖星座和多覆盖星座。根据时间分辨率的不同,可分为连续覆盖星座和间歇覆盖星座。

卫星导航星座的设计应满足任务和性能要求,注重国家安全、经济和社会发展的需要,考虑国家综合实力、轨道和频率资源和核心部件的开发水平。

中国从1983年开始建立自己的卫星导航系统,借鉴GPS在发展过程中,逐步形成了三步走的发展理念,先解决问题,再实现区域服务,再扩大全球服务。部署在区域系统中GEO卫星和IGSO卫星的效率比较好。同时考虑下一步全球系统建设,区域系统对GEO、IGSO、MEO经过验证和评,最终结合北斗全球系统的功能任务,实现北斗全球系统的混合星座设计。

北斗区域导航系统(北斗,北斗区域导航系统(北斗二号)在主服务区上空布置GEO和IGSO卫星,再利用少量的MEO提高星座整体几何精度,为亚太地区提供公共服务。

北斗全球导航系统(北斗3号)由35颗卫星组成,包括5颗卫星GEO卫星,24颗MEO卫星和3颗MEO在轨备份卫星和3颗卫星IGSO2018年,卫星计划为一带一路及周边国家提供基本服务;2020年左右,完成35颗卫星的发射和组网,为全球用户提供服务。

一般而言,北斗卫星导航系统采用这种分阶段混合星座部署具有以下优点:

(1)混合星座可以用相对较少的卫星保证区域内的服务性能,如果全部使用,这是一种相对经济的方式MEO10多颗卫星无法实现目前的性能指标;

(2)由于卫星数量少,整个部署时间和周期短,星座建设速度快,见效快,更有利于抢占导航频率资源;

(3)因为有GEO卫星,在提供的服务上比其他导航星座增加了有源定位和短报文服务。

(4)北斗三号系统,IGSO由卫星组成的星下点轨迹是重复8字形和GEO静地特性还可以增强重点服务区定位导航的性能。

目前,北斗二号系统采用混合星座,北斗三号系统将继续采用混合星座来减缓系统的威胁,保证重点服务区的性能优势。

文章转载自《上曜星月-中国北斗100问题》系列

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