题目：基于北斗一代的区域导航星座的研究

摘 要区域卫星导航系统是一种天基的无线电导航定位系统，能为特定地区提供连续、全天候高精度导航定位服务，因其建设成本低、建设周期短、可向全球卫星导航系统扩充而受到越来越多的国家和地区关注。当前，日本、印度均在加紧建设自己的区域卫星导航系统QZSS、IRNSS。我国要在北斗一代卫星导航系统的基础上，发展覆盖我国及周边地区并能向全球扩展的第二代卫星导航系统。本课题密切结合我国卫星导航系统的现状与未来发展，对基于北斗一代的区域导航星座的设计及管理等相关问题进行了系统的研究。首先，建立了评价导航星座性能的指标体系；设计了星座覆盖性能指标、空间构图指标仿真算法；用STK软件验证了算法的正确性；采用算法仿真分析了GPS星座的性能，并将算法应用到了基于北斗一代的区域导航星座的设计和分析中。其次，研究了以现有北斗一代3颗地球静止卫星（GEO）为基础加上若干倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星构成区域导航星座的优化设计问题。得出了区域覆盖特性最优时倾斜地球同步轨道卫星星座的升交点赤经、近地点幅角、初始相位角应满足的公式；采用网格点仿真法，以区域覆盖特性、位置精度因子和冗余维持为优化指标，阐述了星座卫星数、倾斜地球同步椭圆轨道卫星星座的偏心率和倾斜地球同步圆轨道卫星星座的倾角的优化设计方法；优化设计了两种基于北斗一代的区域导航星座方案。最后，研究了地球非球形、日月引力和太阳光压摄动影响下所设计星座的构型、区域覆盖特性的变化，得出了摄动影响下星座构型演化规律、区域覆盖特性变化规律及二者之间的关系。本文主要是为我国第二代卫星导航系统的管理工作提供原理、方案等方面的技术支持和分析验证，但文中设计的算法、得出的公式、规律及阐述的设计方法不仅仅局限于所讨论的导航星座，对以GEO卫星和IGSO卫星构成的星座均适用。