导航卫星技术及其发展趋势课件.ppt

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1、中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),导航卫星技术及其发展趋势,中国空间技术研究院,二一年五月,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),导航卫星技术及其发展趋势,一、前言,二、美国,GPS,导航卫星,三、我国导航试验卫星,四、我国区域导航卫星,五、我国未来全球导航卫星设想,六、结束语,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),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

2、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,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,当前世界上已成功建成了三个卫星导航系统,?,美国,GPS,全球定位系统,?,俄罗斯,GLONASS,导航系统,?,中国卫星导航试验系统,正在建设的有二个卫星导航系统,?,中国全球卫星导航系统,?,欧洲,GALILEO,卫星导航系统,计划发展的有两个卫星导航系统,?,日本,QZSS,准天顶增强系统,?,印度,IRNSS,卫星区域导航系统,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),卫星导

3、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。,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，,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。,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,用、技术较先进的,GPS,卫星。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),GPS,星座为,Walker 24/6/1,构型，由,24,颗卫,星组成，分布在,6,个轨道面上。每个轨道,4,颗卫,星，

4、呈非均匀分布，轨道面沿赤道以,60,间隔,分布，倾角,55,，半长轴为,26560,公里的圆形轨,道。,1978,年发射首颗,GPS,卫星，,1993,年组网运,行，至今已研制了两代共六种型号卫星：,GPS,、,GPS,、,GPS,A,、,GPS,R,、,GPS,RM,、,GPS,F,。,目前正在研发第三代,GPS III,导航系统，其,卫星技术在不断改进提高。,二、美国,GPS,导航卫星,GPS,导航卫星星座,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),?,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

5、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,GPS I,卫星,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),GPS,第二代卫星,?,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

6、择可用性（,SA,）措,施和,L2,上反电子欺骗（,AS,）措施,?,共生产了,9,颗卫星。,GPS,A,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,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),GPS IIR,卫星,?,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,NiH,2,蓄电池，提高了容

7、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）,：,6,10,-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,GPS IIR,卫星,中国空间技术研究院,China Academy of S

8、pace Technology(CAST),?,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，以宽带专用单元取代,L,波段阵元,设计寿命,12,年,?,已生产了,16,颗卫星,GPS IIRF,卫星,P(Y),C/,A,M,odernized S,ignal Evolution,C/,P(Y),A,P(Y),P(Y),M,C/,A,M,Present S,ignal,(Block II/,IIA/,

9、IIR),2,2,nd,Civil;M,-,Code,Block IIR,-,M,(IOC:2008;FOC:2010),3,rd,Civil,Block IIF,(IOC:2012;FOC 2014),C/,P(Y),M,A,P(Y),C/,M,A,1176 M,Hz,(L5),1227 M,Hz,(L2),1575 M,Hz,(L1),GPS II,系列卫星频码图,GPS IIRF,卫星,结构图,GPS IIRF,卫星,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),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。

10、,1,、卫星设计寿命,15,年；,2,、仍采用自身变轨方案，采用一箭双,星发射；,3,、定位精度：水平,0.5m,，高程,1m,；,4,、授时精度：,2ns;,5,、增加,L1C,导航信号，,MBOC,（,6,，,1,，,1/11,）调制；,6,、为与,Galileo,兼容互操作,L5,调制方式,改为,A1tBOC(15,10);,7,、星间链路采用,Ka,频段；,8,、点波束天线功率增强,20dB;,9,、采用锂离子电池，提高卫星功率；,10,、自主导航,180,天，,URE 3m,；,11,、具有星,星、星,地通信能力，,100Mbit/s;,12,、具有搜索及救援功能。,GPS III,

11、卫星,GPS,卫星总装生产线,GPS III,卫星,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),GPS,卫星发展历程,(1),卫星,GPS I,GPS II,GPS IIA,GPS IIR,GPS IIRM,GPS IIF,GPS III,卫星构型,（长宽,高）,八面体箱型结构,同左,同左,四面体箱型结构,1.93,1.52,1.91,四面体箱型结构,1.93,1.52,1.91,八面体箱型结构,2.44,1.97,1.97,卫星重量,（,kg,）,1665,1816,2032,2065,2170,太阳翼,共,2,翼,每翼由,2,块弧形板

12、,并联构成,共,2,翼,每翼由,2,块平,板并联构成,共,2,翼,每翼由,4,块,平板并联构,成,共,2,翼,每翼由,2,块平板串,联构成,同左,共,2,翼，每翼由,3,块,平板串联构成,功率（,W,）,1100W,硅太阳电池,同左,1959W,硅太阳电池,同左,2610W,砷化镓太阳电池,蓄电池,NiCd,镉镍电池,同左,同左,NiH,2,氢镍电池,同左,同左,锂离子电池,射频功率,EIRP,L1,：,27dBW,L2,：,20dBW,同左,同左,同左,L1,：,28dBW,L2:22dBW,L1:28dBW,L2:22dBW,L5:32dBW,定位精度,C/A:100m,50cm/s,38

13、5ns,P(Y):10m,20cm/s,100ns,同左,同左,C/A,（无,SA,）,:,50m,100ns,P(Y),：同左,C/A(,无,SA):,20m 50ns,P(Y):,10m 20ns,M:,6m 10ns,同左,0.5-1.0m,2ns,设计寿命,5,年,7.5,年,同左,同左,10,年,12,年,15,年,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),卫星,GPS I,GPS II,GPS IIA,GPS IIR,GPS IIRM,GPS IIF,GPS III,导航信号,L,1,：,1575.42MHz,C/A P(Y

14、),L,2,:1227.60MHz,P(Y),共,3,个,同左,同左,同左,L,1,:1575.42MHz,C/A P(Y)M,L,2,:1227.60MHz,P(Y)M L,2,C,共,6,个,L,1,:1575.42MHz,C/A P(Y)M,L,2,:1227.60MHz,P(Y)M L2C,L,5,C:1176.45MHz,P(Y),共,7,个,同左，,增加,L,6,共,8,个,信号增强,无,无,无,无,7dB,7dB,20dB,信号调制,C/A,：,BPSK-R(1),*,P(Y):,BPSK-R(10),*,同左,增加,SA,、,AS,措施,同左,同左,C/A,：,BPSK-R(1

15、),P(Y):,BPSK-R(10),M:,BOC(10,5),*,同左,L,5,C,：,BPSK-R(10),同左,L1C,：,MBOC(6,1,，,1/11),L5C,：,A1tBOC(15,，,10),扩频码位长,C/A,：,1023,P:6187.104,10,9,Y:,加密产生,同左,同左,同左,同左,M:,加密产生,L,2,C:CM 10230,CL 767250,同左,L,5,C:I 10230,Q 10230,同左,L,1,C:10230,星钟,2,台铷钟,1,10,-12,/,天,2,台铯钟,1.5,10,-13,/,天,2,台铷钟,1,10,-13,/,天,2,台铯钟,1,

16、10,-13,/,天,同左,3,台铷钟,6,10,-14,/,天,同左,2,台铷钟,5,10,-14,/,天,2,台铯钟,1,10,-13,/,天,星间链路,无,无,无,UHF,频段,TDMA BPSK-R(5),*,测距精度,2ns,同左,同左,具有跳频功能,Ka,频段,（,23GHz,）,点对点传输,自主运行,无,无,无,自主运行,180,天,URE 7m(1),同左,同左,180,天,URE 3m,GPS,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,10.23Mcps,BOC(10,5),*

17、,副载波频率,10.23MHz,，码速率,5.115Mcps,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),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,继承性好，可靠性高。,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,+,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。,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,靠性。,4,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,不断提高蓄电池容量，由,NiCd,电池改进为

18、,NiH,2,电池，GPS准备采用锂离子电池。,6,测控采用常规,USB,体制，可靠性高。,测控下行遥测可选用两种速率：,4000bps,和,400bps,，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。,7,测控和导航功能有机结合。,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,息，减少了导航的单独注入链路。,GPS,卫星主要技术特点,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),8,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

19、地天线和,双锥体,天线），可以提供,连续的覆盖区。,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。,由,2,个导航频率、,3,个导航信号增加至,3,个导航频率、,7,个导航信号。,增加新的军用,M,码，军民频谱彻底分离，提高安全性和抗干扰能力。,10,选用新的,BOC,信号调制体制。,11,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,1,10,-12,/,天提高至,5,10,-14,/,天。,12,采用信号增强技术（增益,7dB,）。,13,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（,UHF,频率）。,14,不断延长卫星寿命（从,5,年增至,12,年）。,

20、15,不断提高系统定位精度（小于,10m,）。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),16,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,功能。,GPS还进一步考虑搜索与求援、通信等功能。,17,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GPSA、GPSR、GPSRM、GPSF 等几种型,号卫星。,GPS,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。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAS

21、T),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,140,E,、,80,E,和,110.5,E,（备份星）。三星分别于,2000,年,10,月、,12,月和,2003,年,5,月成功发射、运行，至今,仍在工作。,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。,对地板装有,C,频段全向测控天线和,地球敏感器。,导航试验卫星组成,卫星在轨工作示意图,卫

22、星外形示意图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),?,卫星由结构、电源、姿轨控、推进、测控、热控、导航载荷,和天线共,8,个分系统组成。,卫星组成框图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),导航试验卫星主要技术性能,1,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。,2,定位精度：水平,20m,（无标校,100m,）高程,10m,。,授时精度：单向,100ns,，双向,20ns,。,报文通信：每次,120,个字，每小时,54,万次。,3,

23、服务区域：我国及周边地区，沿海及太平洋部分海域（东经,70,145,，北纬,5,55,）,4,卫星重量：,2320kg,，其中有效载重,168kg,。,5,最大外形尺寸（在轨展开）,X,向,:5.7m Y,向,:18.1m Z,向,:1.72m,。,6,卫星功率：寿命初期：,2049W,寿命末期：,1688W,7,位置保持精度：东西,0.1,南北,0.1,8,工作寿命,8,年,卫星展开示意图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),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,身变轨和定点。,2,卫星

24、采用,DFH-3,公用平,台成熟技术，结构由碳纤维,复合材料中心承力筒和,24,块,蜂窝夹层板组成的四边形箱,体。箱体尺寸：,2.2,1.72,2.0m,，结构比为,7%,左右。,卫星结构示意图,通信舱,推进舱,服务舱,太阳翼,对背地板,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),3,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。,控制系统原理框图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),4,卫星采用了先进的双,组元统一推进系统，自带,490N

25、,双组元发动机，加,速入轨、定点。变轨机动,和在轨姿态控制均采用一,甲基肼（,MMH,）和四氧,化二氮（,MON-1,）推进,剂,提高了推进剂使用效,率。,推进分系统原理框图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),5,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,线采用顺序线性部分分流调节，光,照期母线电压保持在,42V,0.5V,范围。,电源分系统原理框图,:,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAS

26、T),6,两个太阳翼，每翼由三块碳纤维蜂窝夹层板串连展开组成，,采用效率,12%,的硅太阳能电池。,7,蓄电池采用,45Ah,容量的镉镍电池（,NiCd,）,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),有效载荷,转发器分系统原理框图,8,有,效,载,荷,采,用,接,收,放大,转发工,作模式，即用户经上行,L,波段申请信号，星上,L/S,天线接收后，经变,频放大，用,C,波段天线,发给地面中心，地面中,心经计算处理后，通过,C,波段发向卫星，由,C,天线接收，变频放大后，,用,S,波段经,L/S,天线发给,用户、实现定位。,中国空间技术研究

27、院,China Academy of Space Technology(CAST),9,下行发射功率大，首次采用具有自动电平控制功能的,120W,高,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（,2.6m,2.44m,）,L/S,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。,天线示意图：,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),区域导航卫星由,5GEO+3IGSO+4MEO,混合星座组成。,5,颗地球静止轨道卫星（,GEO,）分别定点于东经,60,、,80,、,11

28、0.5,、,140,、,160,。,3,颗倾斜同步轨道卫星（,IGSO,）分别在间隔,120,的三个轨道上，倾角,55,，星下点轨,道重合，交叉点为东经,118,，相位差,120,。,4,颗中轨道卫星（,MEO,）为,Walker 24/3/1,星座的第一轨道面第,7,、,8,相位，第二轨道面,第,3,、,4,相位，轨道高,21528,公里，倾角,55,。,四、我国区域导航卫星,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),2007.4.14,2007,年,4,月已成功发射了一颗,MEO,卫星，,已完成了多项在轨技术试验，卫星至今运,行正常

29、。,2010,年,1,月成功发射了一颗,GEO-1,星，,定点于东经,144.5,。目前已完成在轨测试，,星上各系统工作正常。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),区域导航卫星组成,?,GEO,卫星采用,DFH-3,卫星,的改进型平台（,DFH-3A,），,由,8,个分系统组成。,GEO,卫星,展开示意图,GEO,卫星组成框图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),?,IGSO,、,MEO,卫星继承导航试验,卫星平台技术，各由,10,个分系统,组成。,MEO/IGSO,

30、卫星,展开示意图,MEO/IGSO,卫星组成框图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),区域导航卫星主要技术性能,1,、,IGSO,、,MEO,卫星采用无线电导航体制（,RNSS,），,GEO,卫星则同时具有无线,电导航（,RNSS,）和无线电测定导航（,RDSS,）定位功能，,RDSS,技术性能同导,航试验星。,2,、定位精度（,RNSS,）,平面：,10m,，高程：,10m,（东经,75,135,，北纬,10,55,）,平面：,20m,，高程：,20m,（东经,55,180,，南北纬,55,）,3,、测速精度：,0.2m/s,4

31、,、授时精度：单向,50ns,，双向,10ns,5,、卫星重量,GEO,：,3050kg,（其中有效载荷重：,350kg,）,IGSO,：,2300kg,（其中有效载荷重：,247kg,）,MEO,：,2160kg,（其中有效载荷重：,249kg,）,6,、外形尺寸（收拢状态）,GEO,：,2.2,1.72,2.4m,3,IGSO/MEO,：,2.2,1.72,2.0m,3,7,、卫星功率（,EOL,）,GEO,：,2500W,IGSO,：,2065W,MEO,：,2005W,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),8,、,IGSO/

32、MEO,相位保持精度：,5,9,、工作寿命,GEO,、,IGSO,、,MEO,卫星均为,8,年,10,、,RNSS,工作频率,B1,：,15xx,xx MHz,B2,：,12xx,xx MHz,B3,：,12xx,xx MHz,上行,L,：,13xx,xxMHz,11,、导航信号及调制,共,6,个导航信号,B1,、,B2,、,B3,：,UQPSK(I:Q=x,：,x,，,x,：,x),调制,上行,L,：,QPSK,调制,12,、码速率,B1 B2 B3 L,I,支路,x Mcps x Mcps xx Mcps x Mcps,Q,支路,x Mcps xx Mcps xx Mcps x Mcps,

33、13,、信息速率,B1I,、,B2I,、,B3I,：,xx bps,，,LI,：,xxx bps,B1Q,、,B2Q,、,B3Q,：,xxx bps,，,LQ,：,x Kbps,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),14,、,EIRP(dBW),中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),区域导航卫星主要技术特点,1.,MEO,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,用,490N,双组元发动机自身变轨定点。,2.,IGSO,、,MEO,卫星平

34、台充分继承,DFH-3,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，增设了天线舱；,GEO,卫星平台采用,DFH-3A,改,进型卫星平台，卫星总高度（,X,向）增长,400mm,。,GEO,卫星结构示意图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),3.,GEO,卫星推进剂贮箱各增长,200mm,，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,干扰。,5.,三类卫星均采用了,USB,测控和扩频测控体制。

35、设置了一台,USB,应答机和,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,统冗余和可靠性。,测控原理框图,遥控天线,遥测天线,输,入,多,工,器,扩频应答机,A,扩频应答机,B,USB,应答机,测控固放,1,测控固放,2,测控固放,3,输,出,多,工,器,遥控单元,遥测单元,遥测远置单元,遥控子系统,遥测子系统,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),6.,IGSO,、,MEO,卫星增设了数管分系统，通过,1553B,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。,数管原理框图,测控,分系统,遥控

36、单元,远置单元,A,数管,计算机,远置单元,B,远置单元,C,远置单元,D,AOCC,激光,计时器,直接指令,直接遥测,直,接,指,令,/,间,接,指,令,数,据,指,令,/,数,字,量,导航任务,单元,波控机,。,业务注入数据,1553B,数据总线,10.23M,有效载荷,控制分系统,激光测量子系统,R,S,4,2,2,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),7.,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,次采用了,60AH,的氢镍（,NiH,2,）蓄电池。,IGSO,，,MEO,卫星采用,40AH,氢

37、镍蓄,电池。,8.,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,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,段上下发给地面，共有,6,个导航信号。,RNSS,导航原理框图,与综合电子分系统接口,基准频率,合成器,功分放大网络,原子频标,时频子系统,导航信号发射组件,导航发射天线,导,航,任,务,处,理,子,系,统,L,波段子系统,L,上行注入,接收天线,上行注入子系统,预选耦合器,L,调制器,L,注入测距接收机,1553B,接口,10.23MHz,10MHz,RS422,同步串口,SAIM,滤波器组件,中国空间技术研究院

38、,China Academy of Space Technology(CAST),9.,GEO,卫星除具有,RNSS,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。,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,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。,11.,IGSO,、,MEO,卫星增设了空间探测与激光测量分系统。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,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),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

39、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。,全球导航卫星系统在区域导航基础上，增加,MEO,卫星，,由,24 MEO+3GEO+3IGSO,混合星座组成。,24,颗,MEO,卫星为,Walker,24/3/1,星座，三个轨道面，各,8,颗卫星均匀分布。,全球导航卫星星座示意图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),1,、定位精度：,重点地区,水平,2.5m,，高程,4m,全球,水平,10m,，高程,15m,（与其他系统兼容使用：水平,2.5m,，高程,4m,）,2,、测速精度：重点地区,0.1m/

40、s,，全球,0.2 m/s,3,、授时精度：重点地区,10ns,，全球,20ns,4,、导航信号：,a.,与,GPS L1C/Galileo E1,频谱实现兼容互操作，增加,B1C,信号。,调制方式为,MBOC,（,6,，,1,，,1/11,），码速率,1.023Mcps,b.,与,GPS L5/Galileo E5,频谱实现兼容互操作，增加,B2b,信号。,调制方式为,Alt BOC,（,15,，,10,），码速率,10.23Mcps,5,、自主运行：,60,天，定位精度,50m,6,、星间链路：,UHF,或,Ka,，测距精度,0.3m,7,、系统完好性要求：满足民用航空一类精密进近要求（完

41、好性风险,1,10,-7,/h,）,8,、,GEO/IGSO,具备报文通信功能，单次通信不少于,120,个汉字，容量增加至,500,万次,/,小时,9,、,MEO,卫星增加搜索救援功能,10,、卫星寿命：,GEO/IGSO,卫星,12,年，,MEO,卫星,10,年,全球导航卫星主要技术性能,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),1,、,MEO,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,MEO,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,2200Kg,，功率,3000W,。,自身变轨,

42、MEO,卫星示意图,（收拢状态）,全球导航卫星方案设想,MEO,卫星,自身变轨,MEO,卫星示意图,（展开状态）,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),3,、直接入轨卫星需要研制,MEO,专用卫星平台，采用桁架,+,壁板式结构，可采用一,箭双星或一箭,4,星发射，卫星重量小于,1000Kg,，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,行,8,个分系统组成，有效载荷由,RNSS,导航、天线、搜索救援,3,个分系统组成，,卫星共有,11,个分系统。,直接入轨,MEO,卫星示意

43、图,（收拢状态）,直接入轨,MEO,卫星示意图,（展开状态）,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),5,、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,合，实现信息共享和资源共享。具有控制计算和逻辑处理，电源、热控的自主,管理，遥测遥控和故障诊断与隔离等多项功能。,SMU,（星载管理单元）,PLDIU,（载荷舱数,据与接口单元）,PCU,PLDIU,（载荷舱数,据与接口单元）,PFDIU,（服务舱数据与接,口单元）,SCIU,（控制接口单元）,1553B,总线,TM1,TM2,TC1,TC2,控制测,量部件,

44、蓄电池组,RF,开关,RF,开关,载荷舱,加热器,载荷舱,加热器,执行机,构,应答机,P/L,设备,平台,加热器,火工品,。,可动,天线,P/L,设备,天线,控制专用接口,综合电子分系统功能框图,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),6,、为提高供电效率，供配电采用,S3R,体制的,42V,全调节母线方案。采用三结砷化镓,太阳能电池和锂离子蓄电池，提高卫星电源功率。,一次电源原理框图,太,阳,电,池,电,路,n,A,组,蓄,电,池,组,B,组,蓄,电,池,组,太,阳,电,池,电,路,遥测、遥控,母,线,分,流,模,块,n,滤,波,电

45、,容,阵,充电,调节,放电调,节,MEA,Vref,连接,开关,A,组,蓄电,池均,衡控,制,充电,调节,放电调,节,B,组,蓄电,池均,衡控,制,分,流,模,块,1,连接,开关,充电,调节,下位机,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),7,、自身变轨,MEO,卫星推进分系统继承区域导航卫星推进分系统方案；直接入轨卫,星改用常规单组元肼推进方案，系统更简化、安全。,8,、自主运行分系统是新增分系统，完成星间测距、数据传输、全球测控、自主导,航和故障诊断，由星间链路天线、测距和数据收、发设备、自主导航算法软件,等组成，星间链路可以考虑

46、,UHF,或,Ka,两种方案。,9,、高稳定时频设备：采用高精度铷原子钟和高稳定度铯原子钟或氢钟。稳定度：,3,10,-12,/s,、,5,10,-14,/d,，漂移率：,1,10,-14,/d,。,10,、控制、推进、测控、热控等分系统以及有效载荷方案与区域导航卫星基本相同。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),1,、卫星均采用自身变轨方案，一箭一星发射。,2,、卫星均采用,DFH-3B,增强型平台，结构由碳纤维蜂窝结构,中心承力筒和蜂窝夹层结构板组成。,GEO,卫星重量小于,4600Kg,，功率,6800KW,。,IGSO,卫

47、星重量小于,4200Kg,，功率,6200KW,。,全球导航卫星方案设想,GEO/IGSO,卫星,GEO,卫星示意图,（收拢状态）,IGSO,卫星示意图,（收拢状态）,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),3,、,IGSO,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,8,个分系统组成，有效载荷由,RDSS,导航、,RNSS,导航及,天线,3,个分系统组成，卫星共有,11,个分系统。,GEO,卫星上还有用于站间时间同步、差分广播用的通信转发分系,统，共,12,个分系统组成。,4,、,GEO/IGSO,卫星中的

48、综合电子、测控、控制、推进、热控、自主运行,以及,RNSS,导航等分系统方案与,MEO,卫星基本相同。,5,、,GEO/IGSO,卫星供配电采用,S3R,体制的,100V,全调节母线方案，可减少,线路损耗。,6,、为了提高报文通信容量和降低用户机发射功率，,GEO,卫星,RDSS,天线,口径增大至,2.4,3.2m,，,IGSO,卫星,RDSS,天线口径增大至,4.2m,。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),六、结束语,?,我国已成功发射了,3,颗北斗导航卫星，建成了北斗导航试验系统，并已成功,应用于国民经济各个领域、各个部门。

49、近年来又成功发射了,MEO,和,GEO,区域导,航卫星，具有,RDSS,和,RNSS,导航能力的区域卫星导航系统也正在建设之中，卫,星导航事业取得了很大成绩。但是和国外的卫星导航系统、先进的导航卫星,相比，技术上还存在很大差距，远不能满足广大用户需求。为了尽快建成我,国的全球卫星导航系统，我们还必须自主创新，及早开展导航卫星核心技术,的攻关，迎头赶上世界先进水平。,?,我们要尽快研制长寿命、高可靠的,DFH-3B,公用卫星平台，满足,GEO/IGSO,导,航卫星要求；研制集成度高、重量轻的,MEO,直接入轨卫星专用平台；掌握一箭,多星发射技术；我们要尽快突破星间链路、自主导航、高精度高稳定性原

50、子,钟以及大型展开式功率增强天线等项关键技术；要采用先进的导航信号生成,和调制技术，满足系统间的兼容操作要求；大幅提升定位精度和导航系统的,完好性、连续性和可用性；提高系统的安全性和抗干扰能力，并迅速实现关,键部件和元器件的国产化。,?,我们坚信具有我国自主知识产权、先进的、高精度的全球卫星导航系统,（,Compass,）必将建成。,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),谢,谢！,中国空间技术研究院,China Academy of Space Technology(CAST),此课件下载可自行编辑修改，供参考！,感谢您的支持，我们