北斗有35颗卫星,而GPS有24颗,为什么二者数量不同?

北斗有35颗卫星,而GPS有24颗,为什么二者数量不同?

由于地球曲率的原因,轨道上每一颗导航卫星信号只能覆盖地面一定区域。导航系统实现对地球任意地点、在任意时刻的信号全覆盖,需要由众多卫星按一定的方式配置组成一个卫星网,也就是“星座”。

不同的导航系统,功能指标不同,技术路径不同,运行轨道不同,因此所需的卫星数量也有差异。

总的来说,现有四大导航系统,基本都运行在地球中轨道(MEO),轨道高度从高到低为:欧洲>中国>美国>俄罗斯。

美国GPS系统,共24颗卫星,6个轨道,每条轨道4颗卫星。

GPS需要24颗卫星只是最基本的数量。24颗卫星可以保证全球任何地方、任何时刻至少能看见4颗卫星,可以解算空间三维坐标和时间四个变量。GPS系统的接收机采用无源定位方式,接收机不需要发送信号。

俄罗斯GLONASS系统,共24颗卫星(其中3颗备用),3个轨道,每条轨道8颗卫星。

欧洲Galileo系统,共30颗卫星(其中3颗备用),3个轨道,每条轨道10颗卫星。

中国北斗导航系统,由于具备了更加独特的能力,因而星座布局比较复杂。系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成,30颗非静止轨道卫星包括27颗中轨道卫星和3颗倾斜同步卫星。

27颗中轨道卫星,分布在三个轨道面,每条轨道9颗卫星。这与欧洲Galileo系统非常相似。

3颗倾斜同步卫星,作用可能不太好理解。由于卫星导航系统配套完成周期较长,从发射第一颗到最后一颗的时间跨度会长达十几年,为了让系统尽快投入导航工作,就先发射3颗倾斜同步轨道卫星,这些卫星绕地球一周也是24小时,但是轨道与地球赤道面有个夹角。这3颗卫星虽然不是完全同地面静止(从地面固定位置看,运行轨道类似于8),但是大部分时候中国境内仍然能看到。有了这3颗卫星的加盟,使得导航系统用不到10颗卫星就能覆盖中国全境,提供定位和短信服务,大大缩短了系统组网投用的时间。

另外5颗地球同步轨道卫星,主要应用于有源接收机(接收机主动发信号给卫星)和收发短报文(卫星短信)两项功能。

同步静止轨道一般是通讯卫星使用的轨道,因此这5颗卫星主要用途就是通讯中继。我国与某强国面临的情况不同,并没有全球分布的卫星地面站系统,通过同步轨道卫星为其他卫星提供与地面站的通讯和信息中转服务,能够解决与地面进行实时通信的问题。另外,轨道高度足够高(35860公里),因此也更安全,这点也很重要~

总的来说:为了能够尽早发挥导航作用,北斗系统的三种卫星,实际上是按照地球同步轨道、地球倾斜轨道、中轨道的顺序进行发射部署的(并不太严格),甚至倾斜同步轨道卫星发了4颗(规划3颗)。从理论上来说,只要27颗中轨道卫星部署完成,就能实现全球任意地点、任意时刻的定位,但是地球同步轨道、地球倾斜轨道两部分卫星主要覆盖中国及周边国家,对于提高国内的定位精度和提供特殊服务(如卫星短信)有重要作用。事实上,GPS当前在网的卫星不止24颗,而是32颗;而GLONASS实际上有29颗。这些多出来的星除了做备份,还可以增加系统精度。