同步軌道共位衛星位置確定技術(shù)

摘要 同步軌道衛星共位是指在一個(gè)地球同步軌道±0．1°的窗口上放置兩顆或兩顆以上的衛星。文中介紹了同步軌道衛星多星共位的必要性和連接端站干涉測量的原理。對同步軌道共位衛星位置測量精度進(jìn)行分析，得出結論，連接端站干涉測量技術(shù)能夠滿(mǎn)足同步軌道共位衛星位置測量的要求。
關(guān)鍵詞 地球同步軌道衛星；多星共位；連接端站干涉；同波束干涉

地球同步軌道衛星具有相對地球為“靜止”的特點(diǎn)，可以有效地利用其為通訊、數據傳輸、電視廣播、氣象、海洋探測、導航和軍事等行業(yè)和科學(xué)研究服務(wù)，并已發(fā)揮顯著(zhù)的應用價(jià)值和經(jīng)濟價(jià)值。截至2005年，地球同步軌道附近約60 km寬的區域內共有衛星1 120個(gè)。隨著(zhù)各國對同步軌道衛星需求的增加，同步軌道位置日趨緊張，提高地球同步軌道弧段利用率越來(lái)越受重視。
同步軌道多星共位可以解決同步軌道衛星需求的增長(cháng)，可以提高地球同步軌道弧段利用率。所謂“多星共位”，就是在東西、南北方向均為±0．1°窗口放置兩顆或兩顆以上同步衛星。20世紀80年代末到90年代初，ESA的Olympus通信衛星和德國一顆、法國兩顆衛星共位運行。1992年德國科學(xué)家提出了在同一軌道窗口內放置7顆同步衛星的方案設想。為避免衛星飄出共位窗口，需要對窗口內的衛星確定絕對位
置；為提高同一個(gè)窗口的衛星數量，避免衛星間發(fā)生碰撞，需要精密測量衛星間的相對位置。

1 共位衛星位置確定原理
目前，國內同步軌道衛星絕對位置高精度確定主要采用相距幾千公里的多個(gè)測量站，通過(guò)雙邊距離轉發(fā)測量目標到各測量站的距離進(jìn)行定位。星群、星座等衛星間的相對位置主要采用星問(wèn)微波、激光測量方式。雙邊距離轉發(fā)測量同步衛星的絕對位置，各測量站距離太遠，不利于滿(mǎn)足共視條件和安排觀(guān)測任務(wù)。星間微波、激光測量方式需要星上裝載測量設備，已經(jīng)在軌的衛星不能實(shí)現。下面介紹一差分連接端站干涉技術(shù)(CEI)，可以同時(shí)實(shí)現同步軌道共位衛星絕對位置和相對位置測量。
CEI屬于角度測量系統，可用于航天器的導航測量。兩個(gè)地面站被動(dòng)接收同一個(gè)無(wú)線(xiàn)電信號源，參照共同的參考頻率得兩站所收信號的相位差，由此導出信號源到兩站的距離差(DOR)，結合兩站的高精度基線(xiàn)長(cháng)度，從而獲得導航所需的信號源至基線(xiàn)的方向角θ，利用兩條非平行的基線(xiàn)可以測得飛行器的兩個(gè)方向角的測量值，如圖1所示。對于共位衛星的測量可以增加一個(gè)測距信息，如采用一主兩副的CEI系統，主站發(fā)出上行信號，通過(guò)共位衛星轉發(fā)后，主站和兩個(gè)副站同時(shí)接收轉發(fā)下來(lái)的信號。一方面主站通過(guò)收發(fā)信號的時(shí)延，得到主站到共位衛星的距離R；另一方面，通過(guò)比較主副站接收信號的相位延遲，得到共位衛星到主副站的距離差r，從而形成Rr1r2測量體制。該測量體制要求站間基線(xiàn)不能過(guò)長(cháng)，站間要求有同一時(shí)鐘參考頻率，或要求較高的時(shí)鐘同步精度。