同步轨道共位卫星位置确定技术

摘要 同步轨道卫星共位是指在一个地球同步轨道±0．1°的窗口上放置两颗或两颗以上的卫星。文中介绍了同步轨道卫星多星共位的必要性和连接端站干涉测量的原理。对同步轨道共位卫星位置测量精度进行分析，得出结论，连接端站干涉测量技术能够满足同步轨道共位卫星位置测量的要求。
关键词 地球同步轨道卫星；多星共位；连接端站干涉；同波束干涉

地球同步轨道卫星具有相对地球为“静止”的特点，可以有效地利用其为通讯、数据传输、电视广播、气象、海洋探测、导航和军事等行业和科学研究服务，并已发挥显著的应用价值和经济价值。截至2005年，地球同步轨道附近约60 km宽的区域内共有卫星1 120个。随着各国对同步轨道卫星需求的增加，同步轨道位置日趋紧张，提高地球同步轨道弧段利用率越来越受重视。
同步轨道多星共位可以解决同步轨道卫星需求的增长，可以提高地球同步轨道弧段利用率。所谓“多星共位”，就是在东西、南北方向均为±0．1°窗口放置两颗或两颗以上同步卫星。20世纪80年代末到90年代初，ESA的Olympus通信卫星和德国一颗、法国两颗卫星共位运行。1992年德国科学家提出了在同一轨道窗口内放置7颗同步卫星的方案设想。为避免卫星飘出共位窗口，需要对窗口内的卫星确定绝对位
置；为提高同一个窗口的卫星数量，避免卫星间发生碰撞，需要精密测量卫星间的相对位置。

1 共位卫星位置确定原理
目前，国内同步轨道卫星绝对位置高精度确定主要采用相距几千公里的多个测量站，通过双边距离转发测量目标到各测量站的距离进行定位。星群、星座等卫星间的相对位置主要采用星问微波、激光测量方式。双边距离转发测量同步卫星的绝对位置，各测量站距离太远，不利于满足共视条件和安排观测任务。星间微波、激光测量方式需要星上装载测量设备，已经在轨的卫星不能实现。下面介绍一差分连接端站干涉技术(CEI)，可以同时实现同步轨道共位卫星绝对位置和相对位置测量。
CEI属于角度测量系统，可用于航天器的导航测量。两个地面站被动接收同一个无线电信号源，参照共同的参考频率得两站所收信号的相位差，由此导出信号源到两站的距离差(DOR)，结合两站的高精度基线长度，从而获得导航所需的信号源至基线的方向角θ，利用两条非平行的基线可以测得飞行器的两个方向角的测量值，如图1所示。对于共位卫星的测量可以增加一个测距信息，如采用一主两副的CEI系统，主站发出上行信号，通过共位卫星转发后，主站和两个副站同时接收转发下来的信号。一方面主站通过收发信号的时延，得到主站到共位卫星的距离R；另一方面，通过比较主副站接收信号的相位延迟，得到共位卫星到主副站的距离差r，从而形成Rr1r2测量体制。该测量体制要求站间基线不能过长，站间要求有同一时钟参考频率，或要求较高的时钟同步精度。