北斗卫星导航系统星座设计与实现

经过近半个世纪的发展，航天技术的应用已深入到通信、导航、气象、资源、科学、军事应用和星际探测等领域，对人类社会的经济发展和社会文明的进步产生巨大而深远的影响。早期的飞行任务主要是由单颗卫星完成的，随着卫星应用领域的不断扩展和任务复杂程度的提高，越来越多的飞行任务仅靠单颗卫星已无法完成。为适应通信、导航、侦查、监视和地球观测领域的广泛需求，已经有一系列卫星星座成功部署，其中较著名的有用于通信领域的铱系统(Iridium)和星链系统（starlink）等，用于导航领域的美国全球定位系统(global positioning system, GPS)、俄罗斯全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GLONASS)和中国北斗卫星导航系统等。此外，还有大量的卫星星座正在研制和部署中。 

在20 世纪工程技术进展中，卫星导航技术是最重大技术变革之一，对于加强国防实力和发展国民经济具有重大意义。当前，美国正积极推进GPS 的现代化，俄罗斯的GLONASS系统进行不断升级和完善，欧洲也在积极部署以民间和商业开发利用为主的伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system，简称Galileo 系统)。面对复杂的国际国内形势，中国正积极发展自己的卫星导航系统。中国已经完成了北斗一号双星导航系统、北斗二号区域导航系统的部署与运行，并在国防、经济、科学研究等领域展现出重大的战略意义，发挥了巨大的作用，中国的北斗三号全球导航系统于2020年7月31日完成部署，系统正式建成开通，面向全球提供卫星导航服务。此外，日本、印度等国都在积极发展和部署其区域导航系统。

为了实现我国卫星导航系统建设投入低、见效快、性能优的任务目标，北斗卫星导航系统在原有导航星座设计成熟的理论基础上，紧密结合中国技术水平、工程能力和经济条件等国情，创新性地设计了世界首个多轨道混合导航星座，并完成了北斗卫星导航系统星座的工程实现。由于北斗卫星导航系统星座设计的独特性，将全新的多轨道混合星座应用于卫星导航技术，必然面临理论研究、仿真分析与工程实践中亟待解决的大量问题。因此，开展相关的理论与应用研究，对于发展我国北斗卫星导航系统具有重要意义。这些问题的解决，将为我国卫星导航系统建设与应用奠定坚实的基础。

转载自中国卫星导航年会