在轨导航卫星系统构造的方法

技术领域：

该发明属于航天技术，特别是用于地球表面创立卫星系统定位工程。

背景技术：

从宇宙中观察地球的方法是众所周知的，这种观察方法包括了以下内 容：引导人造卫星到n倍数的与地球同步的轨道上，轨道的倾角为i＝ arccos(n/m)，m的位置在哪，相应地n就是每一个卫星使用交点的周期数 据，就是在一个卫星航线重复的周期内，地球自传的有效周期的数据；就 是按照宽度180°/m，在成比例的视野范围内，地面物体的图像在卫星船 上显示的结果。

在提出的规定的视野宽度条件下，随着人造卫星需要的数据的降低， 这个已知的方法使地球表面无法穿透的视野的开发得到了保障。

这个已知方法的缺点所在是相对较大地需要视野范围的宽度如果保 持该方法其他的优点，只有人造卫星在轨道上专门的分布排列，才能够 使这个视野范围的宽度降低。(证书号：RU297930分类号64G1/10，1988.)

已知的从宇宙观察地球表面的方法，包括：引导人造卫星到n倍数的 与地球同步的轨道上，轨道的倾角为i＝arccos(n/m)，m的位置在哪，相应 地n就是每一个卫星使用交点的周期内的数据，就是在一个卫星航线重 复的周期内，地球自传的有效周期的数据，就是按照宽度180°/m，在成 比例的视野范围内，地面物体的图像在卫星船上显示的结果，该方法优 点在于：在观察地球表面无法穿透状态的条件下，成比例地降低对于他 们视野范围中的每一个所需要的人造卫星总数n；同时把这些卫星引到轨 道上，这些轨道的特点是它同时也通过地球赤道，和所有卫星相互间的 距离是相等的；

在N2K条件下是180°/(mN)，N 2K+1条件下是360°/(mN)，K 是自然数(证书号RU2058917，分类号64G1/10，1996)。

卫星在轨道上的布局体系，对于地面工程的发射也是已知的。 (US6727850，G01S5/14，27.04.2004；CA249014，B60R11/02，11.03.2004； WO200431909，G06F，15.04.2004；TW539865。G01S1/00，2003)

按照技术要领伽利略(全欧洲体系)的轨道上的体系建设方法与我们 提出的方法是最近似的，在这个方法(伽利略的)条件下，实现了人造 地球卫星在三个轨道平面上的发射，平均每个平面有10颗卫星，其中9 颗是活动着的，另一颗是后备。9颗活动的卫星在同一轨道上每隔40°分 布一个，1颗后备卫星也在这一轨道上，它可以在任何一个位置上，因此， 这些轨道的平面沿着赤道(每隔120°)的分布是均匀的，相等的。

需要具备人造地球卫星在轨道上的相当多的重要数据，是这个解决方 法的缺点。

发明内容：

我们所提供的这项发明的技术效果在于在地面上目标的定位装置的 系统参数不受到任何影响的情况下可以减少人造地球卫星的数量。

为此，需要导航作用的人造卫星系统的轨道分配的方法，这个方法可 以推断出环行的和其它的N个人造地球卫星轨道，这些人造地球卫星运 行在N个平面(n大于2的整数)，沿着mi，i＝1，......n，在每一个平面上 的卫星，他的特点在于人造地球卫星处在基准平面的轨道上，和处于两 两对称的并且对着基准平面的平面上，在这种情况下，人造地球卫星的 轨道所指定的平面通过夹角对着基准平面，而这个角不等于360°/N，而 平面中的轨道上的人造卫星同基准人造卫星非成对对称的状态。(卫星系 统周期性视野轨道结构尤.恩.辛带兹，莫斯科，MTTY出版社，2000 104 页)

下面解释整个航空系统的构造学说的特殊性。

现代的系统基本上是按照有规律的系统的运动学规则建立起来的，在 时间的初始时刻，人造地球卫星处在某个对称的伽利略系统的高峰状态。 从理论上看，随着人造地球卫星数量的增加，这个系统的曲线有所改善， 但是我们所提出的范例，在人造地球卫星数目增加的时候，从11到12， 从14到15，从20到21，系统的评定恶化了。这样，轨道体系的最优化 参数的选择，只能在所选出的构造等级界限之内的有限的数量之内选择， 而不是在整个系统构造之内进行优选。

我们所申请的航空系统的体系方法建立在微分学和数学的程序设计 的思想基础之上，而这些思想是一个或几个人造卫星系统的最初状态； 经过不断增加连续的定义而形成的，为了在最终能够保障系统中最好的 质量指标能够发挥作用。

从理论中得知，为了保证所有人造卫星轨道的弹道稳定性，系统就应 当保持处于相同的高度和一样的倾斜角，在相反的情况下，由于地球引 力向心力的影响，轨道平面将沿着赤道的不同速度旋转，这就会产生轨 道平面相互之间是呈现夹角的相对位置将会持续不断地发生变化，而系 统也就不可能完成指定的任务。

按照我们提供的方法，需要把人造卫星推到平面上的轨道，而这个 平面同基准平面的不等于360°/n，并且位于对称平衡状态(例如：在三维 二维情况下，同基准平面的夹角一样是不等于120°，同加利略系统的区 别，在加利略系统中人造卫星被安排在相互之间夹角120°的平面上，也 就是说平面的分布是均匀一致的)。我们提供的方法要求轨道平面的布置 沿着赤道不均匀的安排，而是成对的对称，为了完成地面目标的定位装 置的指定任务，轨道平面的布置在不均匀的情况下，人造卫星的布局在 每一个轨道平面的范围内应当也是不均匀地。根据我们申请的方法需要 把人造卫星安排成相对基准人造卫星呈成对对称的状态，为了核对《基 准平面》《基准人造卫星》的术语使用情况必须建立专用术语的说明书。

基准平面一人造地球卫星轨道平面随机地安排，相对于基准平面以 成对对称的方式安排其他的轨道平面，如果轨道平面数n是偶数，那么 基准平面是虚拟的，也就是说平面上一个人造卫星也没有，而为对称中 心服务的是其他的成对的轨道平面。

基准人造卫星-轨道上卫星之中的一颗，相对于基准卫星，其它的 人造地球卫星系统的卫星在开始时刻都是成相对对称分布的，基准卫星 可以说是虚拟的，也就是轨道平面上的某个点，和其它所有卫星一样， 沿着轨迹运动，而相对于基准卫星的其他卫星在最初时刻也是两两成对 并对称的，基准卫星一定是虚拟的。如果中心平面是虚拟的，也就是说如 果轨道平面数量是偶数的话，除此之外，如果平面上卫星数量是偶数， 基准卫星也可能是虚拟的。

在示意图1、2、3上绘出了三个平面上轨道上的人造地球卫星相应的 布置，球面的人造卫星系统(数字资料)最优化的配置方法刊登在《飞 行》杂志2001年2期的20-20页。

在表格中列出了伽利略系统和我们申请的专利的数据对比：

    名称   规定的方式方法   新的方法     人造卫星数量   30   28     运载火箭发射数量   5   5     轨道的平面数量   3   3     在轨道上的人造卫星数量   10+10+10   10+10+8

    在平面上备用的人造卫星量     1+1+1     1+1+1     在系统创造上的消耗     100％     93.33％     相对精确度的鉴定、评定     100％     96-97％     系统安全性的相对指数     100％     109.5％

证明研究的结果，按照我们申请专利的方法，该系统需要较少的财务 支出费用，并保障更安全地提供质量水平。也就是说，性价比超出众所 周知的系统。