GEO/IGSO混合区域导航星座的设计与优化算法

徐哲宇，杜兰，刘志豪

信息工程大学 地理空间信息学院，郑州 450001

地球同步轨道(GEO和IGSO)具有高轨和对地运动慢变特性，是连续覆盖特定区域(不含极区)的通信、遥感和导航卫星的首选轨道类型[1-2]。基于地球同步轨道的区域卫星导航系统的星座优化布设对实现特定地域的基本卫星导航定位服务至关重要。与全球导航卫星星座相比，区域导航星座的建设成本低、周期短，却能够达到对目标区域的独立导航能力。若进一步拓展为全球导航星座，仍可发挥对重点地区的GNSS导航增强作用[3-4]。目前，建成和在建的具有独立导航能力的区域导航星座有中国的BDS和印度的IRNSS，两者均包含了地球同步轨道的混合星座[1-8]。

导航卫星星座的常用设计方法有两大类。一是基于卫星轨位在惯性空间分布特性的方法，如GPS采用的Walker星座，常见于对空间对称分布有需求的全球导航星座设计[9]；另一种则是基于卫星星下点轨迹分布特性的方法，如Flower星座[10]。由于地球同步轨道的星下点轨迹特性简单，因此更适用于相应的区域导航星座的设计方法。

基于GEO和IGSO卫星的区域星座设计已有大量研究。帅平等提出了区域导航星座的半分析式设计方法[11]，通过固定其他参数，分析单一参数对导航能力的影响，不足是需要大量的试算确定参数，且不能保证参数的全局优化。曾喻江提出了基于遗传算法的无构型约束卫星星座设计方法[12]，可用于通信、导航、遥感等领域的卫星星座设计，但是设计参数无针对性，不适合区域导航星座设计。……