北斗有35顆衛星,而GPS有24顆,為什麼二者數量不同?

由於地球曲率的原因,軌道上每一顆導航衛星訊號只能覆蓋地面一定區域。導航系統實現對地球任意地點、在任意時刻的訊號全覆蓋,需要由眾多衛星按一定的方式配置組成一個衛星網,也就是“星座”。

不同的導航系統,功能指標不同,技術路徑不同,執行軌道不同,因此所需的衛星數量也有差異。

總的來說,現有四大導航系統,基本都執行在地球中軌道(MEO),軌道高度從高到低為:歐洲>中國>美國>俄羅斯。

美國GPS系統,共24顆衛星,6個軌道,每條軌道4顆衛星。

GPS需要24顆衛星只是最基本的數量。24顆衛星可以保證全球任何地方、任何時刻至少能看見4顆衛星,可以解算空間三維座標和時間四個變數。GPS系統的接收機採用無源定位方式,接收機不需要傳送訊號。

俄羅斯GLONASS系統,共24顆衛星(其中3顆備用),3個軌道,每條軌道8顆衛星。

歐洲Galileo系統,共30顆衛星(其中3顆備用),3個軌道,每條軌道10顆衛星。

中國北斗導航系統,由於具備了更加獨特的能力,因而星座佈局比較複雜。系統由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成,30顆非靜止軌道衛星包括27顆中軌道衛星和3顆傾斜同步衛星。

27顆中軌道衛星,分佈在三個軌道面,每條軌道9顆衛星。這與歐洲Galileo系統非常相似。

3顆傾斜同步衛星,作用可能不太好理解。由於衛星導航系統配套完成周期較長,從發射第一顆到最後一顆的時間跨度會長達十幾年,為了讓系統儘快投入導航工作,就先發射3顆傾斜同步軌道衛星,這些衛星繞地球一週也是24小時,但是軌道與地球赤道面有個夾角。這3顆衛星雖然不是完全同地面靜止(從地面固定位置看,執行軌道類似於8),但是大部分時候中國境內仍然能看到。有了這3顆衛星的加盟,使得導航系統用不到10顆衛星就能覆蓋中國全境,提供定位和簡訊服務,大大縮短了系統組網投用的時間。

另外5顆地球同步軌道衛星,主要應用於有源接收機(接收機主動發訊號給衛星)和收發短報文(衛星簡訊)兩項功能。

同步靜止軌道一般是通訊衛星使用的軌道,因此這5顆衛星主要用途就是通訊中繼。我國與某強國面臨的情況不同,並沒有全球分佈的衛星地面站系統,通過同步軌道衛星為其他衛星提供與地面站的通訊和資訊中轉服務,能夠解決與地面進行實時通訊的問題。另外,軌道高度足夠高(35860公里),因此也更安全,這點也很重要~

總的來說:為了能夠儘早發揮導航作用,北斗系統的三種衛星,實際上是按照地球同步軌道、地球傾斜軌道、中軌道的順序進行發射部署的(並不太嚴格),甚至傾斜同步軌道衛星發了4顆(規劃3顆)。從理論上來說,只要27顆中軌道衛星部署完成,就能實現全球任意地點、任意時刻的定位,但是地球同步軌道、地球傾斜軌道兩部分衛星主要覆蓋中國及周邊國家,對於提高國內的定位精度和提供特殊服務(如衛星簡訊)有重要作用。事實上,GPS當前在網的衛星不止24顆,而是32顆;而GLONASS實際上有29顆。這些多出來的星除了做備份,還可以增加系統精度。

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