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北斗三号卫星系统总体设计

北斗三号全球卫星导航系统本着服务全球、富有特色、自主可控、世界一流的研制目标,经过了关键技术攻关、在轨试验和组网星发射3 个历程,实现了国际一流的基本导航定位授时服务,和具有北斗特色的多功能服务,形成了具有中国特色的全球卫星导航系统。
卫星星座组成
北斗三号卫星系统是由3 类轨道卫星组成的混合星座(图1)。3 颗卫星布署在地球同步轨道(Geosynchronous orbit, GEO),即地球赤道面,轨道高度为35 786 km,轨道周期约24 h,分别位于东经80°、110.5°、140°;3 颗卫星布署在地球倾斜同步轨道(Inclined geosynchronous orbit, IGSO),分布在3 个轨道面,且轨道面与赤道面夹角55°,轨道高度和周期同GEO 轨道,轨道面间相距120°,每个轨道面布署一颗卫星,3 颗卫星星下点轨迹为8 字形,中心位置为东经118°;24 颗卫星布署在中圆地球轨道(Medium earth orbit, MEO),分布在3 个轨道面,轨道面与赤道面夹角55°,轨道高度21 528 km,轨道面间相距120°,每个轨道面布署8 颗卫星,卫星星下点轨迹为波浪形,为7 天13 圈回归轨道。“3GEO+3IGSO+24MEO”轨道卫星组成的混合星座,是中国在自主独立、兼容渐进、平稳过渡发展历程中形成的独特星座设计。
卫星系统坐标与时间
北斗卫星系统采用北斗坐标系(BeiDou coor⁃dinate system, BDCS)。北斗坐标系的定义符合国际地球自转服务组织规范,与2000 中国大地坐标系(CGCS2000)定义一致(具有完全相同的参考椭球参数)。
北斗系统的时间基准为北斗时(BeiDou time,BDT),BDT 采用国际单位制(SI)秒为基本单位,连续累计,不闰秒,起始历元为2006 年1 月1 日协调世界时(UTC)00 时00 分00 秒。BDT 通过UTC(NTSC)与国际UTC 建立联系,BDT 与国际UTC 的偏差保持在50 ns 以内(模1 s)[2]。
通信链路
北斗三号卫星的通信链路主要包括上行注入、导航电文播发、测控、星间数据传输等通信链路。地面注入站通过上行L 频段链路向卫星上注导航电文等相关业务信息,并进行星上测距,实现星地双向时间比对和时间同步;卫星在与地面站长期中断状态下,可在星上自主完成导航电文的生成并可自主运行60 d 以上,且对用户定位精度没有显著影响。卫星通过下行导航频段链路向地面用户播发导航定位信号,星上具有导航信号完好性监测与告警能力。卫星的测控采用S 频段扩频测控体制,通过卫星地面测控站对卫星进行遥测和遥控,完成卫星轨道和姿态机动、状态监视和维护管理等任务。卫星和卫星之间采用Ka 频段星间链路实现相互通信和测距。测控、上行注入、星间数据信息通过卫星综合电子系统进行数据融合处理和路由交换,将所有卫星和地面站相互连接,实现单个或多个地面站对整个卫星系统的测控和业务管理。
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