导航卫星技术及其发展趋势PowerP课件.ppt

1、范本尧院士范本尧院士-导航卫星技导航卫星技术及其发展趋势术及其发展趋势ppt-PowerP2022-9-29范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP一、前言一、前言二、二、美国美国GPS导航卫星导航卫星三、三、我国我国导航导航试验卫星试验卫星四、四、我国区域我国区域导航导航卫星卫星五、五、我国未来全球导航卫星我国未来全球导航卫星设想设想六、六、结束语结束语范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP 卫星导航系统是一种天基无线电导航定位和时间传递系统，能提供高精度、卫星导航系统是一种天基无线电导航定位和时间传递系统，能提供高精度、全天时、全天候的位置、速度和时间信息

2、。全天时、全天候的位置、速度和时间信息。十多年来，已广泛应用于全球的各个行业，已成为一个重要的空间基础设十多年来，已广泛应用于全球的各个行业，已成为一个重要的空间基础设施，是衡量一个国家综合国力的主要标志，以及国防安全的重要支撑。施，是衡量一个国家综合国力的主要标志，以及国防安全的重要支撑。一、前言一、前言 当前世界上已成功建成了三个卫星导航系统当前世界上已成功建成了三个卫星导航系统n 美国美国GPS全球定位系统全球定位系统n 俄罗斯俄罗斯GLONASS导航系统导航系统n 中国卫星导航试验系统中国卫星导航试验系统 正在建设的有二个卫星导航系统正在建设的有二个卫星导航系统n 中国全球卫星导航系统

3、中国全球卫星导航系统n 欧洲欧洲GALILEO卫星导航系统卫星导航系统 计划发展的有两个卫星导航系统计划发展的有两个卫星导航系统n 日本日本QZSS准天顶增强系统准天顶增强系统n 印度印度IRNSS卫星区域导航系统卫星区域导航系统范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP 卫星导航系统由空间段，地面控制段和用户段三大部分组成。卫星导航系统由空间段，地面控制段和用户段三大部分组成。由导航卫星组成的星座构成了卫星导航系统的空间段。由导航卫星组成的星座构成了卫星导航系统的空间段。导航卫星配合地面控制段完成测距定轨，接收上行导航数据，导航卫星配合地面控制段完成测距定轨，接收上行导航数据，

4、向用户发送测距信号和导航电文。向用户发送测距信号和导航电文。导航卫星由卫星平台和导航有效载荷两部分组成。导航卫星由卫星平台和导航有效载荷两部分组成。本文着重介绍国外导航卫星和我国导航卫星技术发展状况。本文着重介绍国外导航卫星和我国导航卫星技术发展状况。由于篇幅和时间关系，本文对国外导航卫星仅介绍当前广泛应由于篇幅和时间关系，本文对国外导航卫星仅介绍当前广泛应用、技术较先进的用、技术较先进的GPSGPS卫星。卫星。范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP GPS星座为星座为Walker 24/6/1构型，由构型，由24颗卫颗卫星组成，分布在星组成，分布在6个轨道面上。每个轨道个轨

5、道面上。每个轨道4颗卫颗卫星，呈非均匀分布，轨道面沿赤道以星，呈非均匀分布，轨道面沿赤道以60间隔间隔分布，倾角分布，倾角55，半长轴为，半长轴为26560公里的圆形轨公里的圆形轨道。道。1978年发射首颗年发射首颗GPS卫星，卫星，1993年组网运年组网运行，至今已研制了两代共六种型号卫星：行，至今已研制了两代共六种型号卫星：GPS、GPS、GPSA、GPSR、GPSRM、GPSF。目前正在研发第三代目前正在研发第三代GPS III导航系统，其导航系统，其卫星技术在不断改进提高。卫星技术在不断改进提高。二、美国二、美国GPS导航卫星导航卫星GPS 导航卫星星座导航卫星星座范本尧院士-导航卫星

6、技术及其发展趋势ppt-PowerP 卫星为八面体长箱体构型（见图），设计寿命5年。两太阳翼各由二块弧形板并联而成。共有三个导航信号L1(1575.42MHz)：C/A、P(Y)两个信号L2(1227.60MHz)：P(Y)采用两台铯原子钟和两台铷原子钟。导航电文存储容量 3.5天。共生产了11颗卫星。GPS试验验证卫星试验验证卫星GPS I 卫星卫星范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP卫星结构构型和GPS相同。在GPS基础上改进：设计寿命增加至7.5年 每个太阳翼各由4块平板并联构成（见图）导航电文存储容量增至14天 在L1民用频率上采用了选择可用性（SA）措施和L2上反

7、电子欺骗（AS）措施共生产了9颗卫星。GPS A 卫星卫星卫星结构构型和太阳翼均与GPS相同导航电文存储容量扩展至180天星上电子设备采取防辐射加固措施增设激光反射器，用于星地测距，提高精度共生产了19颗卫星。GPS II 卫星卫星范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP卫星有较大改进：卫星采用4边形箱体构型（见图）每个太阳翼由两块板串联展开组成，可一次展开，提高了可靠性采用镍氢NiH2蓄电池，提高了容量具有UHF频段星间链路，180天自主导航功能，URE 7m（1）采用新型高精度铷原子频标（3个）：610-4/天 装有展开式核爆探监测天线共生产了12颗卫星。卫星结构构型和太阳

8、翼和GPSR相同在 GPSR基础上改进：L1、L2频段上增加新的军用M码信号，提高安全性和保密性 增加新的L2C民用码，使民用接收机可进行电离层误差修正，提高定位精度 具有功率增加7dB功能 设计寿命10年共生产8颗卫星。GPS IIRM卫星卫星GPS IIR卫星卫星范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP卫星结构为八面体长箱体构型（见图）卫星结构为八面体长箱体构型（见图）减少结构板数量，增大天线安装面积 布局优化，卫星背地板外单独建立4个蓄电池小舱 每翼由三块板组成，采用三结砷化镓太阳能电池，提高了功率 增加新的民用频率L5（1176.45MHz）改进型天线，以宽带专用单元取

9、代L波段阵元 设计寿命12年已生产了已生产了1616颗卫星颗卫星GPS IIRF卫星卫星GPS II 系列卫星频码图系列卫星频码图GPS IIRF卫星卫星 结构图结构图GPS IIRF卫星卫星 范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP美国正在研制第三代导航卫星美国正在研制第三代导航卫星GPS III，预期将有多项改进和提高。预期将有多项改进和提高。1、卫星设计寿命、卫星设计寿命15年；年；2、仍采用自身变轨方案，采用一箭双、仍采用自身变轨方案，采用一箭双星发射；星发射；3、定位精度：水平、定位精度：水平0.5m，高程，高程1m；4、授时精度：、授时精度：2ns;5、增加、增加L

10、1C导航信号，导航信号，MBOC（6，1，1/11）调制；）调制；6、为与、为与Galileo兼容互操作兼容互操作L5调制方式调制方式改为改为A1tBOC(15,10);7、星间链路采用、星间链路采用Ka频段；频段；8、点波束天线功率增强、点波束天线功率增强20dB;9、采用锂离子电池，提高卫星功率；、采用锂离子电池，提高卫星功率；10、自主导航、自主导航180天，天，URE 3m；11、具有星、具有星星、星星、星地通信能力，地通信能力，100Mbit/s;12、具有搜索及救援功能。、具有搜索及救援功能。GPS III 卫星卫星GPSGPS卫星总装生产线卫星总装生产线GPS III 卫星卫星范

11、本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerPGPS卫星发展历程卫星发展历程(1)卫星卫星GPS IGPS IGPS IIGPS IIGPS IIAGPS IIAGPS IIRGPS IIRGPS IIRMGPS IIRMGPS IIFGPS IIFGPS IIIGPS III卫星构型卫星构型（长（长宽宽高）高）八面体箱型结构八面体箱型结构同左同左同左同左四面体箱型结构四面体箱型结构1.931.931.521.521.911.91四面体箱型结构四面体箱型结构1.931.931.521.521.911.91八面体箱型结构八面体箱型结构2.442.441.971.971.971.97卫星重

12、量卫星重量（kgkg）1665166518161816203220322065206521702170太阳翼太阳翼共共2 2翼翼每翼由每翼由2 2块弧形板块弧形板并联构成并联构成共共2 2翼翼每翼由每翼由2 2块平块平板并联构成板并联构成共共2 2翼翼每翼由每翼由4 4块块平板并联构平板并联构成成共共2 2翼翼每翼由每翼由2 2块平板串块平板串联构成联构成同左同左共共2 2翼，每翼由翼，每翼由3 3块块平板串联构成平板串联构成功率（功率（W W）1100W1100W硅太阳电池硅太阳电池同左同左1959W1959W硅太阳电池硅太阳电池同左同左2610W2610W砷化镓太阳电池砷化镓太阳电池蓄电池

13、蓄电池NiCdNiCd镉镍电池镉镍电池同左同左同左同左NiHNiH2 2 氢镍电池氢镍电池同左同左同左同左锂离子电池锂离子电池射频功率射频功率EIRPEIRPL1L1：27dBW27dBWL2L2：20dBW20dBW同左同左同左同左同左同左L1L1：28dBW28dBWL2:22dBWL2:22dBWL1:28dBWL1:28dBWL2:22dBWL2:22dBWL5:32dBWL5:32dBW定位精度定位精度C/A:100mC/A:100m 50cm/s 50cm/s 385ns 385nsP(Y):10mP(Y):10m 20cm/s 20cm/s 100ns 100ns同左同左同左同左

14、C/AC/A（无（无SASA）:50m,100ns 50m,100nsP(Y)P(Y)：同左：同左C/A(C/A(无无SA):SA):20m 50ns 20m 50nsP(Y):P(Y):10m 20ns 10m 20nsM:M:6m 10ns 6m 10ns同左同左0.5-1.0m 0.5-1.0m 2ns2ns设计寿命设计寿命5 5年年7.57.5年年同左同左同左同左1010年年1212年年1515年年范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP卫星卫星GPS IGPS IGPS IIGPS IIGPS IIAGPS IIAGPS IIRGPS IIRGPS IIRMGPS I

15、IRMGPS IIFGPS IIFGPS IIIGPS III导航信号导航信号L L1 1：1575.42MHz 1575.42MHz C/A P(Y)C/A P(Y)L L2 2:1227.60MHz:1227.60MHz P(Y)P(Y)共共3 3个个同左同左同左同左同左同左L L1 1:1575.42MH:1575.42MHz z C/A P(Y)C/A P(Y)M M L L2 2:1227.60MH:1227.60MHz z P(Y)M P(Y)M L L2 2C C 共共6 6个个L L1 1:1575.42MHz:1575.42MHz C/A P(Y)M C/A P(Y)ML L

16、2 2:1227.60MHz:1227.60MHz P(Y)M L2C P(Y)M L2CL L5 5C:1176.45MHzC:1176.45MHz P(Y)P(Y)共共7 7个个同左，同左，增加增加L L6 6 共共8 8个个信号增强信号增强无无无无无无无无7dB7dB7dB7dB20dB20dB信号调制信号调制C/AC/A：BPSK-R(1)BPSK-R(1)*P(Y):P(Y):BPSK-R(10)BPSK-R(10)*同左同左增加增加SASA、ASAS措施措施同左同左同左同左C/AC/A：BPSK-R(1)BPSK-R(1)P(Y):P(Y):BPSK-R(10)BPSK-R(10)

17、M:M:BOC(10,5)BOC(10,5)*同左同左L L5 5C C：BPSK-R(10)BPSK-R(10)同左同左L1CL1C：MBOC(6,1 MBOC(6,1，1/11)1/11)L5CL5C：A1tBOC(15A1tBOC(15，10)10)扩频码位长扩频码位长C/AC/A：1023 1023 P:6187.104P:6187.10410109 9Y:Y:加密产生加密产生同左同左同左同左同左同左同左同左M:M:加密产生加密产生L L2 2C:CM 10230C:CM 10230 CL CL 767250767250同左同左L L5 5C:I 10230C:I 10230 Q 10

18、230 Q 10230同左同左 L L1 1C:10230C:10230星钟星钟2 2 台铷钟台铷钟 1 11010-12-12/天天2 2台铯钟台铯钟 1.5 1.51010-13-13/天天2 2 台铷钟台铷钟 1 11010-13-13/天天2 2台铯钟台铯钟 1 11010-13-13/天天同左同左3 3台铷钟台铷钟 6 61010-14-14/天天同左同左2 2台铷钟台铷钟 5 51010-14-14/天天2 2台铯钟台铯钟 1 11010-13-13/天天星间链路星间链路无无无无无无UHFUHF频段频段 TDMA BPSK-R(5)TDMA BPSK-R(5)*测距精度测距精度 2

19、ns 2ns同左同左同左同左具有跳频功能具有跳频功能KaKa频段频段（23GHz23GHz）点对点传输点对点传输自主运行自主运行无无无无无无自主运行自主运行180180天天URE 7m(1)URE 7m(1)同左同左同左同左180天天URE 3mGPS卫星发展历程卫星发展历程(2)注R(1)*码速率1.023Mcps，R(5)*码速率5.115Mcps，R(10)*码速率10.23McpsBOC(10,5)*副载波频率10.23MHz，码速率5.115Mcps范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP1 1 采用简便成熟的一箭一星发射方式，卫星自带固体燃料发动机，加速入轨，技术采

20、用简便成熟的一箭一星发射方式，卫星自带固体燃料发动机，加速入轨，技术继承性好，可靠性高。继承性好，可靠性高。2 2 卫星平台采用常规、成熟继承性好的方案：采用中心承力筒卫星平台采用常规、成熟继承性好的方案：采用中心承力筒+板式结构方案。板式结构方案。转移轨道采用自旋稳定方式，在轨运行采用三轴姿态稳定，单组元肼推进系统。转移轨道采用自旋稳定方式，在轨运行采用三轴姿态稳定，单组元肼推进系统。3 3 太阳翼由二次展开并联式结构，改进为一次展开串联式结构，提高太阳翼展开可太阳翼由二次展开并联式结构，改进为一次展开串联式结构，提高太阳翼展开可靠性。靠性。4 4 由硅太阳能电池改用砷化镓太阳电池，增加太阳

21、电池功率。由硅太阳能电池改用砷化镓太阳电池，增加太阳电池功率。5 5 不断提高蓄电池容量，由不断提高蓄电池容量，由NiCdNiCd电池改进为电池改进为NiHNiH2 2电池，电池，GPSGPS准备采用锂离子电池。准备采用锂离子电池。6 6 测控采用常规测控采用常规USBUSB体制，可靠性高。体制，可靠性高。测控下行遥测可选用两种速率：测控下行遥测可选用两种速率：4000bps4000bps和和400bps400bps，当局部地区信号弱时，可采，当局部地区信号弱时，可采用低速率，增加信噪比，从而提高信号强度。用低速率，增加信噪比，从而提高信号强度。7 7 测控和导航功能有机结合。测控和导航功能有

22、机结合。导航上行注入采用测控上行遥控功能完成。导航上行注入采用测控上行遥控功能完成。卫星在轨运行阶段，测控停止转发测距信号，直接采用导航确定的轨道、位置信卫星在轨运行阶段，测控停止转发测距信号，直接采用导航确定的轨道、位置信息，减少了导航的单独注入链路。息，减少了导航的单独注入链路。GPS卫星主要技术特点卫星主要技术特点范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP8 8 增加测控覆盖区域，提高安全性。增加测控覆盖区域，提高安全性。采用了立体收发共用的测控天线（对地、背地天线和采用了立体收发共用的测控天线（对地、背地天线和双锥体双锥体天线），可以提供天线），可以提供连续的覆盖区。连续

23、的覆盖区。9 9 增加导航频段和导航信号，提高民用定位精度和兼容互操作性。增加导航频段和导航信号，提高民用定位精度和兼容互操作性。由由2 2个导航频率、个导航频率、3 3个导航信号增加至个导航信号增加至3 3个导航频率、个导航频率、7 7个导航信号。个导航信号。增加新的军用增加新的军用M M码，军民频谱彻底分离，提高安全性和抗干扰能力。码，军民频谱彻底分离，提高安全性和抗干扰能力。1010选用新的选用新的BOCBOC信号调制体制。信号调制体制。1111不断提高星载原子钟的精度和稳定性，铷钟稳定度由最初的不断提高星载原子钟的精度和稳定性，铷钟稳定度由最初的1 11010-12-12/天提高至天提

24、高至 5 51010-14-14/天。天。1212采用信号增强技术（增益采用信号增强技术（增益7dB7dB）。）。1313采用星间链路和自主运行技术，提高测距精度和战时对抗能力（采用星间链路和自主运行技术，提高测距精度和战时对抗能力（UHFUHF频率）。频率）。1414不断延长卫星寿命（从不断延长卫星寿命（从5 5年增至年增至1212年）。年）。1515不断提高系统定位精度（小于不断提高系统定位精度（小于10m10m）。）。范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP1616多功能融合，综合型发展。多功能融合，综合型发展。除导航功能外，兼有全球核爆监测功能、空间电子探测和电子侦察除

25、导航功能外，兼有全球核爆监测功能、空间电子探测和电子侦察功能。功能。GPS GPS还进一步考虑搜索与求援、通信等功能。还进一步考虑搜索与求援、通信等功能。1717卫星逐步提升性能，星座平稳过渡、连续运行，不影响用户使用。卫星逐步提升性能，星座平稳过渡、连续运行，不影响用户使用。目前星座运行的就有目前星座运行的就有GPSAGPSA、GPSRGPSR、GPSRMGPSRM、GPSF GPSF 等几种型等几种型号卫星。号卫星。GPS GPS卫星技术发展的特点，值得我们在研制导航卫星卫星技术发展的特点，值得我们在研制导航卫星时思考和借鉴。时思考和借鉴。范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-Pow

26、erP 导航试验卫星由三颗地球同步静止轨道卫星导航试验卫星由三颗地球同步静止轨道卫星组成（其中一颗在轨备份），分别定点于组成（其中一颗在轨备份），分别定点于140E、80E和和110.5E（备份星）。三星分别于（备份星）。三星分别于2000年年10月、月、12月和月和2003年年5月成功发射、运行，至今月成功发射、运行，至今仍在工作。仍在工作。三、我国导航试验卫星三、我国导航试验卫星卫星的构型和总体布局采用分舱模块化设计。分为通信舱、推进舱、服务舱三个舱段，及天线模块、太阳电池翼模块。东面板上装有一副S/L天线、一副通信C天线。西面板上装有490N发动机。南北面板各装有一副太阳电池翼。对地板装

27、有C频段全向测控天线和地球敏感器。导航试验卫星组成导航试验卫星组成卫星在轨工作示意图卫星在轨工作示意图卫星外形示意图卫星外形示意图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP卫星由结构、电源、姿轨控、推进、测控、热控、导航载荷卫星由结构、电源、姿轨控、推进、测控、热控、导航载荷和天线共和天线共8个分系统组成。个分系统组成。卫星组成框图卫星组成框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP导航试验卫星主要技术性能导航试验卫星主要技术性能1采用无线电测定体制（采用无线电测定体制（RDSS），具有定位、数字报文通信和双向授时三大功能。），具有定位、数字报文通信和双向授时三大

28、功能。2定位精度：水平定位精度：水平20m（无标校（无标校100m）高程）高程10m。授时精度：单向授时精度：单向100ns，双向，双向20ns。报文通信：每次报文通信：每次120个字，每小时个字，每小时54万次。万次。3服务区域：我国及周边地区，沿海及太平洋部分海域（东经服务区域：我国及周边地区，沿海及太平洋部分海域（东经70145，北纬，北纬555）4卫星重量：卫星重量：2320kg，其中有效载重，其中有效载重168kg。5最大外形尺寸（在轨展开）最大外形尺寸（在轨展开）X向向:5.7m Y向向:18.1m Z向向:1.72m。6卫星功率：寿命初期：卫星功率：寿命初期：2049W 寿命末期

29、：寿命末期：1688W7位置保持精度：东西位置保持精度：东西0.1 南北南北0.18工作寿命工作寿命 8年年卫星展开示意图卫星展开示意图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP导航试验卫星主要技术特点导航试验卫星主要技术特点1 采用继承性好、技术成熟的一箭一星发射方式，卫星自采用继承性好、技术成熟的一箭一星发射方式，卫星自身变轨和定点。身变轨和定点。2 卫星采用卫星采用DFH-3公用平公用平台成熟技术，结构由碳纤维台成熟技术，结构由碳纤维复合材料中心承力筒和复合材料中心承力筒和24块块蜂窝夹层板组成的四边形箱蜂窝夹层板组成的四边形箱体。箱体尺寸：体。箱体尺寸：2.21.722.

30、0m，结构比为，结构比为7%左右。左右。卫星结构示意图卫星结构示意图 通信舱推进舱服务舱太阳翼对背地板范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP3 采用先进的全三轴轨姿态稳定控制方式，即变轨机动及采用先进的全三轴轨姿态稳定控制方式，即变轨机动及在轨运行均采用三轴姿态稳定方式。在轨运行均采用三轴姿态稳定方式。控制系统原理框图控制系统原理框图 范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP4 卫星采用了先进的双卫星采用了先进的双组元统一推进系统，自带组元统一推进系统，自带490N双组元发动机，加双组元发动机，加速入轨、定点。变轨机动速入轨、定点。变轨机动和在轨姿态控制均采用

31、一和在轨姿态控制均采用一甲基肼（甲基肼（MMH）和四氧）和四氧化二氮（化二氮（MON-1）推进）推进剂剂,提高了推进剂使用效提高了推进剂使用效率。率。推进分系统原理框图推进分系统原理框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP5 电源系统由两条独立供电母线电源系统由两条独立供电母线组成，每条母线由太阳翼和蓄电池组成，每条母线由太阳翼和蓄电池组供电，两条电源母线间可通过开组供电，两条电源母线间可通过开关并联，提高了供电可靠性。各母关并联，提高了供电可靠性。各母线采用顺序线性部分分流调节，光线采用顺序线性部分分流调节，光照期母线电压保持在照期母线电压保持在42V0.5V范围。范围。

32、电源分系统原理框图电源分系统原理框图:范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP6 两个太阳翼，每翼由三块碳纤维蜂窝夹层板串连展开组成，两个太阳翼，每翼由三块碳纤维蜂窝夹层板串连展开组成，采用效率采用效率12%的硅太阳能电池。的硅太阳能电池。7 蓄电池采用蓄电池采用45Ah容量的镉镍电池（容量的镉镍电池（NiCd）范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP有效载荷有效载荷转发器分系统原理框图转发器分系统原理框图8 有 效 载 荷 采 用 接 有 效 载 荷 采 用 接收收放大放大转发工转发工作模式，即用户经上行作模式，即用户经上行L波段申请信号，星上波段申请信号，星

33、上L/S天线接收后，经变天线接收后，经变频放大，用频放大，用C波段天线波段天线发给地面中心，地面中发给地面中心，地面中心经计算处理后，通过心经计算处理后，通过C波段发向卫星，由波段发向卫星，由C天线接收，变频放大后，天线接收，变频放大后，用用S波段经波段经L/S天线发给天线发给用户、实现定位。用户、实现定位。范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP9 下行发射功率大，首次采用具有自动电平控制功能的下行发射功率大，首次采用具有自动电平控制功能的120W高高功率行放。掌握了真空微放电、无源互调和温度控制技术。功率行放。掌握了真空微放电、无源互调和温度控制技术。10首次研制了大型（首

34、次研制了大型（2.6m2.44m）L/S收发共用偏置反射面赋形收发共用偏置反射面赋形波束天线，为适应卫星不同定点位置，具有大功率波束切换功能。波束天线，为适应卫星不同定点位置，具有大功率波束切换功能。天线示意图：天线示意图：范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP区域导航卫星由区域导航卫星由5GEO+3IGSO+4MEO混合星座组成。混合星座组成。5颗地球静止轨道卫星（颗地球静止轨道卫星（GEO）分别定点于东经）分别定点于东经60、80、110.5、140、160。3颗倾斜同步轨道卫星（颗倾斜同步轨道卫星（IGSO）分别在间隔）分别在间隔120的三个轨道上，倾角的三个轨道上，倾

35、角55，星下点轨，星下点轨道重合，交叉点为东经道重合，交叉点为东经118，相位差，相位差120。4颗中轨道卫星（颗中轨道卫星（MEO）为）为Walker 24/3/1 星座的第一轨道面第星座的第一轨道面第7、8相位，第二轨道面相位，第二轨道面第第3、4相位，轨道高相位，轨道高21528公里，倾角公里，倾角55。四、我国区域导航卫星四、我国区域导航卫星范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP2007.4.14 2007年年4月已成功发射了一颗月已成功发射了一颗MEO卫星，卫星，已完成了多项在轨技术试验，卫星至今运已完成了多项在轨技术试验，卫星至今运行正常。行正常。2010年年1月

36、成功发射了一颗月成功发射了一颗GEO-1星，星，定点于东经定点于东经144.5。目前已完成在轨测试，。目前已完成在轨测试，星上各系统工作正常。星上各系统工作正常。范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerPn GEO卫星采用卫星采用DFH-3卫星卫星的改进型平台（的改进型平台（DFH-3A），），由由8个分系统组成。个分系统组成。GEO卫星展开示意图GEO卫星组成框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerPn IGSO、MEO卫星继承导航试验卫星继承导航试验卫星平台技术，各由卫星平台技术，各由10个分系统个分系统组成。组成。MEO/IGSO卫星展开示意图MEO/IG

37、SO卫星组成框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP1、IGSO、MEO卫星采用无线电导航体制（卫星采用无线电导航体制（RNSS），），GEO卫星则同时具有无线卫星则同时具有无线电导航（电导航（RNSS）和无线电测定导航（）和无线电测定导航（RDSS）定位功能，）定位功能，RDSS技术性能同导技术性能同导航试验星。航试验星。2、定位精度（、定位精度（RNSS）平面：平面：10m，高程：，高程：10m（东经（东经75135，北纬，北纬1055）平面：平面：20m，高程：，高程：20m（东经（东经55180，南北纬，南北纬55）3、测速精度：、测速精度：0.2m/s4、授时精度

38、：单向、授时精度：单向50ns，双向，双向10ns5、卫星重量、卫星重量 GEO：3050kg（其中有效载荷重：（其中有效载荷重：350kg）IGSO：2300kg（其中有效载荷重：（其中有效载荷重：247kg）MEO：2160kg（其中有效载荷重：（其中有效载荷重：249kg）6、外形尺寸（收拢状态）、外形尺寸（收拢状态）GEO：2.21.722.4m3 IGSO/MEO：2.21.722.0m37、卫星功率（、卫星功率（EOL）GEO：2500W IGSO：2065W MEO：2005W范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP8、IGSO/MEO相位保持精度：相位保持精度：

39、59、工作寿命、工作寿命 GEO、IGSO、MEO卫星均为卫星均为8年年10、RNSS工作频率工作频率 B1：15xxxx MHz B2：12xxxx MHz B3：12xxxx MHz 上行上行L：13xxxxMHz11、导航信号及调制、导航信号及调制 共共6个导航信号个导航信号 B1、B2、B3：UQPSK(I:Q=x：x，x：x)调制调制 上行上行 L：QPSK 调制调制12、码速率、码速率 B1 B2 B3 L I 支路支路 x Mcps x Mcps xx Mcps x Mcps Q支路支路 x Mcps xx Mcps xx Mcps x Mcps13、信息速率、信息速率 B1I、

40、B2I、B3I：xx bps，LI：xxx bps B1Q、B2Q、B3Q：xxx bps，LQ：x Kbps范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP14、EIRP(dBW)范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP1.MEO卫星采用一箭双星发射，卫星采用一箭双星发射，GEO、IGSO卫星仍沿用一箭一星发射，均采卫星仍沿用一箭一星发射，均采用用490N双组元发动机自身变轨定点。双组元发动机自身变轨定点。2.IGSO、MEO卫星平台充分继承卫星平台充分继承DFH-3卫星平台的成功经验和成熟技术，并在卫星平台的成功经验和成熟技术，并在此基础上进行了适应性改进，增设了天

41、线舱；此基础上进行了适应性改进，增设了天线舱；GEO卫星平台采用卫星平台采用DFH-3A改改进型卫星平台，卫星总高度（进型卫星平台，卫星总高度（X向）增长向）增长400mm。GEO卫星结构示意图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP3.GEO卫星推进剂贮箱各增长卫星推进剂贮箱各增长200mm，增大了推进剂装载量。，增大了推进剂装载量。4.IGSO、MEO卫星采用三轴稳定加偏航控制方案，使太阳翼对日定向，增卫星采用三轴稳定加偏航控制方案，使太阳翼对日定向，增加电功率；并具有磁力距控制姿态能力，可减少喷气次数，降低轨道干加电功率；并具有磁力距控制姿态能力，可减少喷气次数，降低轨道

42、干扰。扰。5.三类卫星均采用了三类卫星均采用了USB测控和扩频测控体制。设置了一台测控和扩频测控体制。设置了一台USB应答机和应答机和二台扩频应答机，并增设了卫星背地面（二台扩频应答机，并增设了卫星背地面（-Z向）的测控天线，增加了系向）的测控天线，增加了系统冗余和可靠性。统冗余和可靠性。测控原理框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP6.IGSO、MEO卫星增设了数管分系统，通过卫星增设了数管分系统，通过1553B总线对星上数据统一管总线对星上数据统一管理，并对电源、热控实行星上自主管理。理，并对电源、热控实行星上自主管理。数管原理框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势

43、ppt-PowerP7.GEO卫星采用了砷化镓和硅太阳电池联合供电方式，增大了供电功率，并首卫星采用了砷化镓和硅太阳电池联合供电方式，增大了供电功率，并首次采用了次采用了60AH的氢镍（的氢镍（NiH2）蓄电池。）蓄电池。IGSO，MEO卫星采用卫星采用40AH氢镍蓄氢镍蓄电池。电池。8.三类卫星均采用三类卫星均采用RNSS体制，接收上行注入信号，经放大、解扩、解调，进行体制，接收上行注入信号，经放大、解扩、解调，进行精密测距，完成注入信息处理，生成下行导航信息，并调制在精密测距，完成注入信息处理，生成下行导航信息，并调制在B1、B2、B3频频段上下发给地面，共有段上下发给地面，共有6个导航信

44、号。个导航信号。RNSS导航原理框图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP9.GEO卫星除具有卫星除具有RNSS定位功能外，还保留了试验卫星定位功能外，还保留了试验卫星RDSS的功能，使导航系统能连续平稳过渡。的功能，使导航系统能连续平稳过渡。10.在三类卫星上首次使用了我国自主研制的高精度铷钟，满足频在三类卫星上首次使用了我国自主研制的高精度铷钟，满足频率精度要求，实现了高稳定的控温技术，保证了铷钟稳定的工率精度要求，实现了高稳定的控温技术，保证了铷钟稳定的工作环境。作环境。11.IGSO、MEO卫星增设了空间探测与激光测量分系统。具有空卫星增设了空间探测与激光测量分系统。

45、具有空间环境实时监测，进行精密定轨和星地时间比对功能间环境实时监测，进行精密定轨和星地时间比对功能 范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP五、我国全球导航卫星设想五、我国全球导航卫星设想全球卫星导航系统是一个面向全世界开放的卫星导航定位服务系统，全球卫星导航系统是一个面向全世界开放的卫星导航定位服务系统，在全球范围内提供基本的导航、定位和授时服务。在全球范围内提供基本的导航、定位和授时服务。全球导航卫星系统在区域导航基础上，增加全球导航卫星系统在区域导航基础上，增加MEO卫星，卫星，由由24 MEO+3GEO+3IGSO混合星座组成。混合星座组成。24颗颗MEO卫星为卫星为W

46、alker 24/3/1星座，三个轨道面，各星座，三个轨道面，各8颗卫星均匀分布。颗卫星均匀分布。全球全球导航导航卫星星座示意图卫星星座示意图范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP1、定位精度：、定位精度：重点地区重点地区 水平水平2.5m，高程，高程4m 全球全球 水平水平10m，高程，高程15m（与其他系统兼容使用：水平（与其他系统兼容使用：水平2.5m，高程，高程4m）2、测速精度：重点地区、测速精度：重点地区 0.1m/s，全球，全球 0.2 m/s3、授时精度：重点地区、授时精度：重点地区 10ns，全球，全球 20ns4、导航信号：、导航信号：a.与与GPS L1

47、C/Galileo E1频谱实现兼容互操作，增加频谱实现兼容互操作，增加B1C信号。信号。调制方式为调制方式为MBOC（6，1，1/11），码速率），码速率1.023Mcps b.与与GPS L5/Galileo E5频谱实现兼容互操作，增加频谱实现兼容互操作，增加B2b信号。信号。调制方式为调制方式为Alt BOC（15，10），码速率），码速率10.23Mcps5、自主运行：、自主运行：60天，定位精度天，定位精度50m6、星间链路：、星间链路：UHF或或Ka，测距精度，测距精度0.3m7、系统完好性要求：满足民用航空一类精密进近要求（完好性风险、系统完好性要求：满足民用航空一类精密进近要

48、求（完好性风险110-7/h）8、GEO/IGSO具备报文通信功能，单次通信不少于具备报文通信功能，单次通信不少于120个汉字，容量增加至个汉字，容量增加至500万次万次/小时小时9、MEO卫星增加搜索救援功能卫星增加搜索救援功能10、卫星寿命：、卫星寿命：GEO/IGSO卫星卫星12年，年，MEO卫星卫星10年年全球导航卫星全球导航卫星主要技术性能主要技术性能范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP1、MEO卫星可以采用自身变轨和直接入轨两种方案。卫星可以采用自身变轨和直接入轨两种方案。2、自身变轨卫星在继承区域导航、自身变轨卫星在继承区域导航MEO卫星技术基础上，改进提高，

49、卫星技术基础上，改进提高，采用一箭双星发射，卫星重量小于采用一箭双星发射，卫星重量小于2200Kg，功率，功率3000W。自身变轨自身变轨MEOMEO卫星示意图卫星示意图（收拢状态）（收拢状态）全球导航卫星方案设想全球导航卫星方案设想MEO卫星卫星自身变轨自身变轨MEOMEO卫星示意图卫星示意图（展开状态）（展开状态）范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP3、直接入轨卫星需要研制、直接入轨卫星需要研制MEO专用卫星平台，采用桁架专用卫星平台，采用桁架+壁板式结构，可采用一壁板式结构，可采用一箭双星或一箭箭双星或一箭4星发射，卫星重量小于星发射，卫星重量小于1000Kg，功率，

50、功率3000W。4、MEO卫星平台由结构、供配电、综合电子、测控、控制、推进、热控、自主运卫星平台由结构、供配电、综合电子、测控、控制、推进、热控、自主运行行8个分系统组成，有效载荷由个分系统组成，有效载荷由RNSS导航、天线、搜索救援导航、天线、搜索救援3个分系统组成，个分系统组成，卫星共有卫星共有11个分系统。个分系统。直接入轨直接入轨MEOMEO卫星示意图卫星示意图（收拢状态）（收拢状态）直接入轨直接入轨MEOMEO卫星示意图卫星示意图（展开状态）（展开状态）范本尧院士-导航卫星技术及其发展趋势ppt-PowerP5、为提高卫星自主管理能力，设立综合电子分系统，完成整星信息综合和功能综、