卫星星座设计介绍.ppt

IRNSS简介一、I RNS前介印度区域导航卫星系统〔IRNSS〕,由印度空间研究组织〔ISRO〕组织实施,它是一个独立的区域导航系统.IRNSS于2021年中完成组网并正式服役,是最近参加全球GNSS系统大家庭的又一新成员. 其效劳覆盖东经30°-150°、南265°-北纬65°的区域,其中印度境内及印度洋范围为系统主要效劳区,我国境内大局部地区及南海、东南亚各国、澳洲西部、非洲东部、东欧等范围为系统次要效劳区.二、I RNSSIC统组成〔一〕星座设计IRNSS系统空间段由7颗卫星组成其中有3颗地球静止轨道卫星〔GEO〕, 4颗地球同步轨道卫星〔GSO〕.3颗GEO卫星分别定点于东经34 >83 和32°,4颗6$.卫星处于两个轨道面上,星下点轨迹形成两个“8〞字形,交点地理经度分别为东经55°和111°,卫星轨道高度36000km.IRNSS星座在ECEF坐标系中的星下点轨迹如下图图1印度IRNSS系统星座组成图为了便于限制状态和批量研制, 7颗IRNSS卫星状态一致. IRNSS卫星平台的主要技术参数为卫星起飞重量1425kg ,卫星干重641kg,其中有效载荷重量110kg;空间体积为1.58m X1.50mx1.50m ; 配备两个太阳帆板,输出功率1660W, 一组90Ah锂离子蓄电池, 有效载荷功率为900W; 一台440N远地点发动机〔轨道限制〕,12 个22N推力器〔姿态限制〕；三轴稳定零动量系统,利用太阳敏感器、星敏感器及陀螺确定卫星方向,利用反作用轮、磁力矩器及推进系统推力器作为姿态限制的执行机构；设计寿命10年.〔二〕信号体制IRNSS的导航原理与美国GPS类似,用户至少接收来自4个卫星信号进行定位.IRNSS卫星的信号参数如下表所示.表2【RNES；卫星伯号春教表等纵i跳段S潴网C组也】1都」4 土J2符蚣一02g t 8u25IJj： MOO—卜打：67o(j_67M R装横阻—式右—一麻极化行鼻一化左旋概他EIRF (rtBW)30.5珞51GT CiEbk)“耳*12火线卅盎〔EOC〕15 H16故―更新4 口于门5050—碍小卡仆口「〕I101屿10B?SKB«.K. CD51A B?SK CDNLl Ub^KCUMX447?+4 05—IRNSS系统信号采用3个工作频段：C波段、S波段和L波段. 其中,C 波段主要用于测控,S波段和L波段主要为用户提供导航定位效劳.标准定位效劳和精密定位效劳信息调制在S波段和L波段的L5上.政府授权用户效劳信息只调制在L5频率上.S波段的导航信号由星上的相控阵天线发射,保证覆盖区域和信号.〔三〕导航电文IRNSS的导航电文由帧、子帧组成,其中一个帧包含4个子帧, 每个子帧的长度为292b ,经过FEC编码后的长度为584b ,加上16b 的同步头,每个编码后的子帧长度为600b ,一个主帧的长度为2400b, 根据50b/s的符号速率传输,传输一个主帧所需要的时间为48s.4个子帧中,第1、2子帧为固定格式,用于传输历书和钟差参数,第3、4子帧为信息格式.IRNSS系统帧结构如下图.图2 IRNSS系统帧结构〔四〕地面限制系统IRNSS系统地面限制段负责维护和运行空间星座,印度区域导航卫星系统地面限制段组成及信息流如下图.[KJ rc图3 IRNSS地面系统体系结构主控中央MCC由航天器限制中央SCC和导航信息限制中央INC组成,是地面限制段的核心,负责计算并预估导航卫星的轨道位置,计算系统完好性,修正空间电离层和星载原子钟偏差,运行导航系统软件.位于卡玛塔克邦哈桑的飞行限制署负责限制导航卫星的轨道和姿态,完成卫星的轨道位置保持和相位保持.16个测距和完好性监测站〔IRIMS〕以无线电双向测距为主、激光测距为辅,追踪和估计卫星的轨道,监控星座的完好性,并把所处理的信息传递给主控站.16个系统测距和完好性监测站中,大局部监测站位于印度境内的机场内,并与GAGAN系统监测站共用,监控星座的完好性,并把所处理的信息传递给主控站.利用区域增强技术, 印度区域导航卫星系统能够获得更高的定位精度.卫星遥测遥控及导航信息上行注入站IRTTC负责监控卫星的健康状态,接收卫星遥测信号同时上行遥控命令,同时上行注入轨道参数、钟差、电离层及对流层修正系数等导航电文信息.印度导航中央地面钟房的艳原子钟组和氢原子钟组联合生成印度区域导航卫星系统时间〔IRNWT 〕.〔五〕用户端用户段接收机包括单频和双频接收机两种.单频接收机使用L5或S频段,利用导航电文给出的电离层修正系数提升定位精度；双频接收机同时使用L5及S频段,利用实时修正电离层对导航信号的延时而获得更高的定位精度.单频接收机和双频接收机既能接收SPS 〔专用定位系统〕信号, 也能接收RS 〔限制/授权效劳〕信号.所有接收机除接收IRNSS信号外,也可以接收空间其他GNSS的信号,并且接收机都能够对空间卫星进行连续的跟踪,接收机的最小值为G/T为-27dB/K.〔六〕时空基准在导航系统时空基准方面,IRNSS系统采用IRNSST作为其时间基准,IRNSST的起始时间为1999年8月22日00:00:00 , IRNSST 早于UTC 时13s,因此IRNSS系统在与其他GNSS系统进行联合解算时需考虑时间上的统一.IRNSS系统采用WGS-84坐标系作为其空间基准,方便与GPS系统展开联合应用.三、IRNSSt展从印度卫星导航系统开展战略来看,印度卫星导航系统的建设和开展仿效欧盟的思路,先建设增强系统,为自主导航系统建设积累技术技术和经验,然后开展自主的卫星导航系统,因IRNSS系统的建设是在美国GPS系统的区域增强系统GAGAN的根底上建设的.2006年5月,印度正式批准了在GAGAN根底上开展“印度区域导航卫星系统"〔IRNSS〕工程.2021年7月1日,印度的第一颗IRNSS系统卫星IRNSS —1A 发射成功,该卫星是一颗IGSO卫星,实际倾角27. 1°,升交点位置为东经55°,设计寿命10年.2021年4月4日和10月16日又接连发射了IRNSS-1B和IRNSS-1C卫星.2021年4月28日最后一颗IRNSS-1G卫星的成功发射,整个系统组网成功,开始正式服役.四、IRNS刚能与特点〔一〕业务水平IRNSS系统提供的业务包括：①为陆地、航空和海洋用户导航；②灾害治理；③陆地车辆追踪和海洋船队治理；④协同移动通信；⑤精密授时；⑥地图和大地测量数据记录；⑦陆地导航信息援助；⑧车辆语音、可视导航.〔二〕定位精度印度区域卫星导航系统IRNSS系统的定位精度在印度洋区域优于20m ,在印度外乡及邻近国家定位精度优于10m ,也比GPS民用单频接收机15m 定位精度在高很多［8］.系统采用局域增强后,能够进一步提升用户定位精度. 〔三〕系统特点IRNSS系统可以向其主要效劳区内用户提供根本的独立导航定位效劳；IRNSS系统作为区域性卫星导航系统,使用大量GEO卫星组网,无法向非核心效劳区的用户提供较好导航星座结构；当与其他导航系统联合使用时,IRNSS系统增加了用户的可用卫星数量,有效提升了GNSS系统的定位精度。

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。

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。