倾角下轨道面的进动速度通过以下公式计算得到：
[0102]
[0103] 0一星座轨道进动速度；
[0104] η-星座轨道上卫星的角速度；
[0105] J2一地球非球形摄动的二阶带谐项系数J2 = 1. 0826X10 3 ;
[0106] e一星座轨道上卫星的偏心率；
[0107] Re-地球半径；
[0108] a-星座轨道上卫星的轨道高度，为步骤1确定的轨道高度；
[0109] i一星座轨道上卫星的轨道倾角。
[0110] 考虑与GPS、GLONASS、Galileo三大系统的兼容，可以设计轨道面具有相同的进动 速度，从而使得用户获得最优的卫星构型。
[0111] 步骤3:确定卫星数量；
[0112] 在相同轨道高度和轨道倾角下，卫星数量的选择主要考虑系统建设成本约束和用 户导航性能需求。对于卫星导航系统建设而言，卫星数量与建设成本直接关联，星座数量越 大，系统建设成本也相应较高。因此，应在满足导航性能需求的前提下，尽量减少卫星数量， [0113] 本发明中，计算不同卫星数量下最优构型的roop可用性，以构型roop值可用性作 为优选标准，选择导航性能优于设定值的卫星数量；在导航性能相当的情况下，选择数量最 少的卫星数量；
[0114] 其中，构型roop值可用性通过以下公式计算得到：
[0115]
[0116] CV-PD0P值可用性；
[0117] t〇 一仿真初始时间；
[0118] ΔΤ-仿真总时间；
[0119] L一网格点的总数；
[0120] PD0Pt,i-t时刻i网格点的PD0P值；
[0121] ro〇p_-预先定义的roop值的最大值；
[0122] area^i网格点的面积；
[0123]Area一总服务区面积。
[0124] 步骤4:确定轨道面数与相位因子；
[0125] 选择轨道面数与相位因子。在保证导航系统性能的前提下，选择较少的轨道面数 有利于进行卫星备份，还有利于进行轨道监测和预报，为运行控制提供良好条件。在卫星数 量一定的情况下，计算不同轨道面数与相位因子下构型的roop可用性，以构型roop值可用 性作为优选标准，选择导航性能最优的轨道面数与相位因子。
[0126] 步骤5:确定初始升交点赤经：
[0127] 初始升交点赤经的选择需要考虑与现有GNSS的兼容互操作能力，具体方法如下：
[0128]S5. 1，计算现有GNSS星座构型的轨道面进动速度；
[0129]S5. 2,根据现有GNSS的某一时刻第一轨道面的升交点赤经，计算得到发射时刻设 计星座的初始升交点赤经，以获得与现有GNSS最优的兼容互操作能力。
[0130] 例如：与GPS互操作性能最优的初始升交点赤经的通过以下公式计算得到：
[0131]
[0132]Ωdesign, i-设计星座的初始升交点赤经；
[0133]QspfGPS星座的第一轨道面的升交点赤经
[0134] 星座的第一轨道面的进动速度，单位：° /天；
[0135]t-选择设计星座初始升交点赤经时刻的儒略日；
[0136]?\-选择GPS星座第一轨道面升交点赤经时刻的儒略日；
[0137]Ngps一GPS星座的轨道面；
[0138]Ndesign一设计星座的轨道面。
[0139] 下面列举一个具体的实施例：
[0140]由于GPS星座有 6 个轨道面，在?\ = 16/10/2011，23:59:45. 000UTCG时刻（2011 年第 289. 99982639 天，JulianDate= 2455851.49982639)的第一轨道面升交点赤经 约为Qsps = 2.5247°，轨道面进动速度为13.668814634487980° /年，换算为〇^ = 0.037448807217775° / 天。
[0141] 由此考虑互操作性的设计星座在发射时间t的轨道面升交点赤经应选择与GPS轨 1 360 道面相差?=3()。为最优：
[0142]算例：2012 年 4 月 1 日 0:0:0· 000UTCG的JulianDate= 2456018. 50000000,距 离1\为167. 0002天，GPS轨道面进动-6.254°，变为-3. 7293°。由此，设计星座的六个 轨道面升交点赤经依次为 26. 2707°、86· 2707°、146· 2707°、206· 2707°、266· 2707° 或 326.2707。。
[0143] 步骤6:判断用户是否有采用GE0卫星进行区域增强的设计需求，如果没有，则直 接转到步骤8;如果有，则执行步骤7;
[0144] 步骤7,在确定GE0卫星数量的前提下，优化GE0卫星的站位，以构型的覆盖性能作 为优选标准，选择覆盖性能最优的GE0卫星站位；其中，考虑国际谈判可用性确定GE0卫星 的轨位频率；然后转到步骤8;
[0145] 步骤8,判断用户是否有采用IGS0卫星进行区域增强的设计需求，如果没有，则直 接转到步骤9;如果有，则执行S8. 1-S8. 2;
[0146]S8. 1，根据用户需求，选定IGS0卫星的轨道倾角、轨道偏心率和升交点地理经度；
[0147]S8. 2,以覆盖性能、星间链路性能最优为优化目标，优化S8. 1所选定的IGS0卫星 的相位角，进而确定IGS0卫星的轨道面；其中，考虑国际谈判可用性确定IGS0卫星的轨位 频率；
[0148] 优化S8. 1所选定的IGS0卫星的相位角的方法为：
[0149] 利用VC驱动STK计算不同卫星的星间链路性能、统计服务区的roop可用性，运用 isight软件调用VC驱动STK计算软件的可执行程序，以覆盖性能、星间链路性能最优作为 优化目标，采用自适应模拟退火算法，优化IGS0卫星的相位角。
[0150] 步骤9 :制定星座分阶段部署策略：
[0151] 首先，明确运载火箭的发射能力；其次，以构型roop值可用性作为优选标准，以服 务区的性能提升最优为优化目标，确定组网顺序和卫星站位，得到星座分阶段部署策略；
[0152] 步骤10:制定星座备份策略，包括星座组网阶段备份策略和星座运行阶段备份策 略；
[0153] 其中，星座组网阶段备份策略通过以下方法获得：
[0154] 首先考虑运载火箭的发射成功率；其次，根据步骤9制定的星座分阶段部署策略， 计算不同备份方式下的组网成功概率；最后，根据组网成功概率标准，优化各种备份策略， 得到最终制定得到的组网阶段备份策略；
[0155] 星座运行阶段备份策略通过以下方法获得：
[0156] 首先，确定边界约束条件，包括卫星可靠性、可恢复故障平均间隔、可恢复故障平 均修复时间、卫星操作维持平均间隔以及卫星操作维持平均持续时间因素；
[0157] 其次，以所确定的边界约束条件为变量建立星座可用性模型，分别制定星座运行 阶段的地面备份策略和在轨备份策略。
[0158] 综上所述，本发明提供的导航卫星星座的工程设计方法，充分考虑了导航星座设 计每个阶段需要考虑的因素，给出了导航卫星星座设计的步骤，按照所述设计方法，能够设 计出满足用户需求、星座性能优、卫星数目少、而且与现有GNSS具有较好兼容互操作能力 的导航星座。具体具有以下优点：
[0159] (1)在星座轨道高度和轨道倾角的选择过程中，综合考虑了现有GNSS轨道面的 进动特性，使设计的星座拥有与现有GNSS相同的轨道面进动速度，从而提高星座间的兼容 性。
[0160] (2)给出了星座初始升交点赤经的选择方法，可以实现与现有GNSS系统最佳的互 操作性能。
[0161] (3)本发明涉及了星座设计方法、GE0区域增强站位设计方法以及IGS0区域增强 轨位设计方法，在设计星座时