CN101743702B - 用于定位地面用户的系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，导航卫星(1)至少部分地由至少三个管理卫星(3.1至3.3)管理，其位于关于赤道(E)倾斜的高轨道上。所述高轨道沿相交直径直线(5.1至5.3)与赤道平面相交，使得两个外部相交直径交线(5.2、5.3)彼此之间形成至少等于90°的经度角(2θ)。

Description

用于定位地面用户的系统
技术领域
本发明涉及基于卫星的用于定位地面用户(terrestrial user)的系统，该用户位于地球上、海上要不然在地面轨道中。
背景技术
已知基于卫星的定位系统包括放置在环绕地球中等高度轨道(大约25000km)中的导航卫星的星座。这些导航卫星和它们的轨道通常在本领域中分别叫做“MEO卫星”和“MEO轨道”为(Medium EarthOrbit)(中等地球轨道)。导航卫星均匀地分布在若干个轨道平面中，这样，在地球的任意点，用户可以看见若干个导航卫星，即是说与它们(至少三个，但如果用户希望知道他的高度则至少四个)处于直线中并且从其中推断出他自己的地面坐标。此外，提供与分布在地球表面上的通信站合作的至少一个地面监测中心以确保导航卫星的星座的例行运作。
为了改进所述导航卫星的星座的管理，已经提出所述监测中心和所述地面通信站补充有放置在高轨道(大约45000km)中的管理卫星，其能够至少部分地管理所述导航卫星并且与地球通信。
不用说这样的在高轨道中的管理卫星的制造、部署、使用和运作呈现相当大的成本，以致限制所述管理卫星的数量是有利的。
发明内容
因此本发明的主题是地面定位系统，其使实现该目标成为可能。
为此，根据本发明，用于定位地面用户的系统，所述系统包括：
第一多个放置在中等高度轨道中的导航卫星；和
第二多个放置在高轨道中的管理卫星，能够至少部分地管理所述导航卫星并且与地球通信，值得注意的是：
所述第二多个包括一组至少三个管理卫星，各放置在高轨道中，其平面关于地球赤道(terrestrial equator)的平面是倾斜的并且沿关于地球的直径相交直线切割所述地球赤道；以及
两个外部直径相交直线使它们自己之间的经度角至少等于90°。
因而，事情被安排成使得在每个导航卫星的视野中至少有两个管理卫星，同时避免地球的遮蔽。
为了确保导航卫星和管理卫星之间通信的规律性，由所述组的管理卫星确定的平面始终在该组所述第一多个中等高度轨道外面是有利的。
实际上，所述的经度角至多等于160°，使得所述管理卫星仍然在相同的监测站的视野中。
优选地，所述组的三个管理卫星的高轨道的平面的倾角是相同的。
为了减少地面通信站的数量，有利的是，所述组的管理卫星的倾斜高轨道是对地同步的。
作为时间的函数，从地球赤道观察的三个管理卫星的视在高度(apparent height)正弦地变化。于是对应的正弦曲线移位等于24/n的小时数是有利的，其中n是所述组的管理卫星的数量。
附图说明
附图的图表将阐明具体表现本发明的方式。在这些图表中，相同的标号指定类似的元件。
图1是包括在高轨道中的管理卫星的基于卫星的定位系统的示意和局部视图。
图2采用示意透视图示出设置在对地同步的高轨道中的管理卫星。
图3图示从地球赤道观察的图2的管理卫星的轨迹。
图4是图示图2和3的管理卫星的作为时间t(按小时)的函数的在赤道上方的视在高度的图表。
图5采用示意和局部透视图图示根据本发明的具有三个管理卫星的定位系统。
图6采用示意图示出图5系统的三个管理卫星的该组视在轨迹。
图7是图示图5的系统的三个管理卫星的作为时间t(按小时)的函数的视在高度的正弦变化的缠结(intertwining)的图表。
具体实施方式
在图1中示意地和部分地呈现的已知基于卫星的定位系统，包括：
放置在环绕地球T的中等高度轨道2(大约25000km)中的导航卫星1；和
放置在环绕地球T的高轨道4(大约45000km)中的管理卫星3。
通过监测中心和地面通信站(没有呈现)，所述管理卫星3能够至少部分地管理导航卫星2，例如(但不是唯一地)采用在2007年5月18日以相同申请者之名提交的法国专利申请号07 03562中描述的方式。
图2、3和4(意在清楚地阐明随后关于图5、6和7描述的本发明)涉及放置在高轨道4中的单个管理卫星3。在该情况(参见图2)下，该高轨道4对地同步并且它的平面P4关于赤道E的平面PE倾斜倾角i的角度。平面P4和PE的相交是直径直线5。此外在图2中呈现的是：
赤道E的点6位于经过所述管理卫星3的地球子午面中并且视线7连接所述点6到管理卫星3；和
对地静止轨道8，设置在赤道E的平面PE中，具有二十四小时的周期和等于42000km的半径，该对地静止轨道对应于高轨道4到平面PE上的正交投影。
因为高轨道4是对地同步的，视线7保持指向管理卫星3，因为后者沿所述高轨道4行进并且赤道点6随地面围绕后者的北(N)-南(S)轴线转动。
因而，因为对地同步高轨道4的平面P4关于赤道E的平面PE倾斜，对于处于赤道E上并且能够观察到管理卫星3的观察者，所述管理卫星3的视在高度h在地球T和所述卫星3的转动过程中以正弦方式变化。代表作为时间t(按小时)的函数的视在高度h的变化的正弦曲线10已经在图4中呈现。
如果如在图4中假设管理卫星3在0小时时与直径直线5对齐，该视在高度h在0小时以及在12小时时是零、在6小时时是最大值(值hmax)并且在18小时时是最小值(值-hmax)(参见图4)。
由此得出，对于处于赤道E上的观察者，管理卫星3画出具有北-南轴线的8字形视在轨迹9，其设置在与所述对地同步高轨道4正切的平面中并且包括两个对称叶(其的交点位于直径相交直线5上)(参见图3)。对于该观察者，因此可以认为在二十四小时中管理卫星3画出围绕直径相交直线5的视在轨迹9。
根据本发明并且在图5中呈现的，用于定位地面用户的系统除放置在中等高度轨道2中的多个导航卫星1之外，还包括各放置在高轨道中的三个管理卫星3.1、3.2和3.3(类似于卫星3)。这三个高轨道为了图清楚而没有呈现，但它们每个类似于关于图2描述的高轨道4。
正如图2的高轨道4那样，分别放置管理卫星3.1、3.2和3.3的三个对地同步高轨道(分别类似于轨道4)位于关于赤道E的平面PE倾斜的平面(分别类似于平面P4)中并且分别沿直径相交直线5.1、5.2和5.3(每个类似于直径相交直线5)切割所述平面PE。包含所述管理卫星3.1、3.2和3.3的高轨道的平面关于所述平面PE的倾角i是相等的并且位于中间的直径相交直线5.1两侧的两个直径相交直线5.2和5.3与5.1所成的经度角θ至少等于45°并且至多等于80°。
此外，由三个管理卫星3.1、3.2和3.3确定的平面P3在放置导航卫星1的该组中等高度轨道2外面。
因而，以类似于上文关于卫星3说明的方式，每个卫星3.1、3.2和3.3对于处于赤道E上并且观察它的观察者来说画出具有北-南轴线的8字形视在轨迹9.1、9.2或9.3，它们设置在与所述对地静止轨道8正切的平面中，每个视在轨迹9.1、9.2或9.3的两个叶分别在直径相交直线5.1、5.2或5.3上交叉。这由图6的图所示，其中已经面朝上呈现三个视在轨迹9.1、9.2或9.3。
所述管理卫星3.1、3.2和3.3的视在高度h因此作为时间t的函数以正弦方式变化。对应的三个正弦曲线10.1、10.2、10.3(它们中的每个类似于图4的正弦曲线10)已经在图7中呈现。
在图6和7的示例中，管理卫星3.2关于管理卫星3.1具有八小时的相位滞后并且关于卫星3.3具有八小时的相位超前。

Claims (1)

1.一种用于定位地面用户的系统，所述系统包括：
第一多个放置在中等高度轨道(2)中的导航卫星(1)；和
第二多个放置在高轨道(3)中的管理卫星(3)，能够至少部分地管理所述导航卫星(1)并且与地球(T)通信，特征在于：
所述第二多个包括一组至少三个管理卫星(3.1、3.2、3.3)，各放置在高轨道中，它们的平面关于地球赤道(E)的平面(PE)是倾斜的并且沿关于地球(T)的直径相交直线(5.1、5.2、5.3)切割该地球赤道(E)的平面(PE)，其中由所述组的管理卫星(3.1、3.2、3.3)确定的平面始终在所述第一多个的中等高度轨道(2)外面，所述组的管理卫星(3.1、3.2、3.3)的高轨道的平面的倾角(i)是相同的，而所述组的管理卫星的高轨道是对地同步的；
两个外部直径相交直线(5.2、5.3)使它们自己之间的经度角至少等于90°且至多等于160°；以及
从地球(T)观察的所述三个管理卫星(3.1、3.2、3.3)的正弦视在高度(h)相位差为等于24/n的小时数，其中n是所述组的管理卫星的数量。
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