同步軌道共位衛星位置確定技術

摘要 同步軌道衛星共位是指在一個地球同步軌道±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行分析，得出結論，連接端站干涉測量技術能夠滿足同步軌道共位衛星位置測量的要求。
關鍵詞 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，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、導航和軍事等行業和科學研究服務，并已發揮顯著的應用價值和經濟價值。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。隨著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，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；為提高同一個窗口的衛星數量，避免衛星間發生碰撞，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測量站，通過雙邊距離轉發測量目標到各測量站的距離進行定位。星群、星座等衛星間的相對位置主要采用星問微波、激光測量方式。雙邊距離轉發測量同步衛星的絕對位置，各測量站距離太遠，不利于滿足共視條件和安排觀測任務。星間微波、激光測量方式需要星上裝載測量設備，已經在軌的衛星不能實現。下面介紹一差分連接端站干涉技術(CEI)，可以同時實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。兩個地面站被動接收同一個無線電信號源，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長度，從而獲得導航所需的信號源至基線的方向角θ，利用兩條非平行的基線可以測得飛行器的兩個方向角的測量值，如圖1所示。對于共位衛星的測量可以增加一個測距信息，如采用一主兩副的CEI系統，主站發出上行信號，通過共位衛星轉發后，主站和兩個副站同時接收轉發下來的信號。一方面主站通過收發信號的時延，得到主站到共位衛星的距離R；另一方面，通過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不能過長，站間要求有同一時鐘參考頻率，或要求較高的時鐘同步精度。