小规模LEO星座与BDS-3联合定轨：解决方案与仿真验证

本文主要探讨了小型化低地球轨道(LEO)星座与北斗三号(BDS-3)全球星座的联合定轨问题。北斗卫星导航系统在全球范围内已完成组网，然而由于地理和政治限制，国内区域的地面测站并不能全面覆盖中高轨道(MEO)卫星，导致对这类卫星的跟踪和定轨精度受限。地球静止轨道(GEO)卫星由于其相对静止的特点，地面观测几何结构差，电离层和对流层效应更加显著，进一步影响了其定位精度。 为解决这些问题，文中提出利用LEO卫星作为辅助手段，通过它们在低轨道上的运动优势提供更全面的观测信息。LEO卫星的加入可以弥补地面站覆盖不足，如IGS的LEO工作组早期研究了LEO与地面测站的联合定轨算法，例如通过整合LEO卫星的激光和DORIS观测数据，或者优化地球自转参数和地心坐标计算，显著提升了导航卫星的定轨精度。例如，在国内测站加入LEO卫星的数据后，GPS和BDS的轨道精度分别提高了70%和80%。 然而，随着LEO卫星数量的增加，卫星间的协同效应逐渐减小，大规模的通信领域LEO星座部署可能会遇到周期长、卫星分布不均以及管理复杂性的问题。因此，本文特别关注的是一个由24颗卫星构成的小型LEO星座的设计与仿真。这个小型星座被选中是因为它能在保持有效增强效果的同时，兼顾了部署效率和卫星管理的可行性。 具体来说，文章的第一部分详细描述了星座仿真的过程，这可能包括卫星轨道设计、轨道动力学建模、以及如何将LEO卫星的观测数据与BDS-3的信号融合，以实现联合定轨。仿真旨在评估这种组合方案在实际应用中的性能，比如定位精度、信号覆盖范围、数据传输速率等因素，以及可能面临的挑战，如星座优化、数据处理算法的复杂度和实时性要求。 通过仿真结果，作者可以评估小型LEO星座与BDS-3的联合定轨方案是否能够有效改善导航系统的整体性能，尤其是在难以覆盖的区域或对精确定位有高要求的应用场景。此外，这项研究还可能为未来其他卫星星座设计和轨道控制策略提供有价值的经验教训和指导原则。