1．第二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的體制

　　第二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)與第一代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)在體制上的差別主要是：第二代用戶機可免發(fā)上行信號，不再依靠中心站電子高程圖處理或由用戶提供高程信息，而是直接接收衛(wèi)星單程測距信號自己定位，系統(tǒng)的用戶容量不受限制，并可提高用戶位置隱蔽性。其代價是：測距精度要由星載高穩(wěn)定度的原子鐘來保證，所有用戶機使用穩(wěn)定度較低的石英鐘，其時鐘誤差作為未知數(shù)和用戶的三維未知位置參數(shù)一起由4個以上的衛(wèi)星測距方程來求解。這就要求用戶在每一時刻至少可見4顆以上幾何位置合適的衛(wèi)星進行測距（見圖5），從而使得星座所需衛(wèi)星數(shù)量大大增多，系統(tǒng)投資將顯著增加。建立高精度衛(wèi)星軌道基準(zhǔn)和衛(wèi)星時間基準(zhǔn)是新衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)的核心，需要開展深入的研究工作。為了獲取對中國未來的導(dǎo)航頻率的國際保護，需要加快向國際電聯(lián)申請和協(xié)調(diào)。

　　中國第二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)復(fù)雜，全系統(tǒng)的設(shè)計研制和運行管理尚缺少經(jīng)驗，但中國對衛(wèi)星的測控技術(shù)已有一定基礎(chǔ)。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和廣域差分系統(tǒng)的研發(fā)直接為中國第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和運行鍛煉了技術(shù)隊伍和積累了經(jīng)驗，各地面臺、站設(shè)施等可在第一代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)已有設(shè)備基礎(chǔ)上進行擴建，衛(wèi)星平臺、運載火箭、雙向數(shù)據(jù)移動通信等均可以繼承或采用成熟技術(shù)。國內(nèi)GPS的廣泛應(yīng)用為中國未來的衛(wèi)星導(dǎo)航提供了應(yīng)用基礎(chǔ)和廣闊的市場。發(fā)展新一代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)不僅是必要的，而且在技術(shù)、經(jīng)濟上也是可行的。

　　2．第二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展途徑

　　（1）充分保證民用導(dǎo)航精度

　　提供雙頻信號以消除電離層引起的誤差，不實施SA干擾降低導(dǎo)航精度，C／A碼公眾自由使用并與國際格式兼容，不收費用；對授權(quán)用戶提供雙頻和廣域差分信息，以進一步提高導(dǎo)航精度和提供準(zhǔn)實時完好性信息。GPS廣泛開發(fā)民間應(yīng)用，形成重要產(chǎn)業(yè)，其軍民用之比已達(dá)1∶20。由于民用接收機的普及、批量生產(chǎn)和商業(yè)競爭，民用產(chǎn)品的數(shù)字化、小型化和性能大大提高，價格顯著下降，反過來又促進了GPS的軍事應(yīng)用，更大程度地滿足了需求。相反，俄羅斯沒有開發(fā)民用市場，軍用接收機只生產(chǎn)了2000部，價格昂貴，性能不高。因此，中國在建立第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的同時，應(yīng)發(fā)揮中國導(dǎo)航C／A碼精度高、含有亞洲區(qū)域加強系統(tǒng)的優(yōu)勢，首先開發(fā)國內(nèi)民用市場，開發(fā)出批量生產(chǎn)的廉價國產(chǎn)導(dǎo)航接收機，普及國內(nèi)民間應(yīng)用，逐步取代進口產(chǎn)品，形成產(chǎn)業(yè)，進而開發(fā)中外導(dǎo)航信號雙模式兼容、并可接受區(qū)域加強的高精度高可用性接收機，進一步拓寬需高安全性的中外用戶在亞洲的應(yīng)用市場，逐步建立中國導(dǎo)航系統(tǒng)今后持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，為將來發(fā)展全球性的國際市場做好準(zhǔn)備。建議中國指定相應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)部門加強民用衛(wèi)星導(dǎo)航的開發(fā)和應(yīng)用工作的管理。

　（2）以建立全球?qū)Ш较到y(tǒng)為長遠(yuǎn)目標(biāo)，分步實施

　　中國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)究竟應(yīng)該是區(qū)域的還是全球的，這是中國導(dǎo)航界專家廣泛關(guān)注的一個重要問題。當(dāng)前為了首先確保在國內(nèi)及附近海域的需求（少數(shù)國際民航飛機和航海船只除外），并力求減少初期一次性投資額度，在近期內(nèi)仍以建成北半球約120度經(jīng)度范圍內(nèi)的區(qū)域系統(tǒng)為宜。但從長遠(yuǎn)發(fā)展打算，中國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展離不開衛(wèi)星導(dǎo)航，低軌飛行器的定軌也要求有全球?qū)Ш较到y(tǒng)支撐，要認(rèn)真考慮中國區(qū)域系統(tǒng)今后順利發(fā)展成為全球系統(tǒng)的可能性。這也有利于和俄羅斯、歐洲一起打破美國GPS獨霸世界的局面，有利于民用方面今后開發(fā)導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的國際市場，滿足國際航空、航海和航天器全球?qū)Ш降男枰Ｒ虼耍瑥那罢靶钥紤]，建議以建立全球?qū)Ш较到y(tǒng)為長遠(yuǎn)目標(biāo)，按技術(shù)經(jīng)濟條件采取先區(qū)域后全球的兩步實施方針。實現(xiàn)這一方針的可行性在于當(dāng)前區(qū)域系統(tǒng)必須和未來全球系統(tǒng)在體制上兼容，區(qū)域星座可以擴展為全球星座，今后可根據(jù)中國國力和實際需要，隨著后續(xù)衛(wèi)星的發(fā)射，以最小的代價平穩(wěn)地發(fā)展成全球系統(tǒng)。這一技術(shù)途徑的可行性在于尋找到合適的衛(wèi)星星座，下面為可考慮的幾種區(qū)域星座軌道類型。

　　1、地球靜止軌道（GEO）：衛(wèi)星星座可一天24小時靜止在規(guī)定的赤道位置上空，提供本區(qū)域?qū)Ш椒?wù)，衛(wèi)星利用率高。這就是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)采用的星座，而且地球靜止衛(wèi)星也廣泛應(yīng)用于全球?qū)Ш较到y(tǒng)的區(qū)域增強系統(tǒng)。由于地球靜止軌道衛(wèi)星都處于赤道面內(nèi)，受導(dǎo)航定位所需幾何構(gòu)形的限制，每個用戶只能最多利用2顆相間隔30度以上經(jīng)度的衛(wèi)星。全區(qū)域究竟布設(shè)幾顆地球靜止軌道衛(wèi)星則取決于導(dǎo)航服務(wù)區(qū)域大小，但單用地球靜止軌道衛(wèi)星是不夠的，還必須有相對于地球移動的高緯度衛(wèi)星參與導(dǎo)航星座。

　　2、大橢圓軌道衛(wèi)星星座：最典型的是俄羅斯用于高緯度地區(qū)廣播衛(wèi)星的“閃電”12小時衛(wèi)星軌道。這是一種大偏心率（通常取0．7左右）軌道，軌道傾角63．43度，其遠(yuǎn)地點在北半球本國高緯度上空，星下點軌跡移動緩慢，5日內(nèi)可保持近10小時有效運行。一個軌道面內(nèi)均勻分布3顆星，即可保持一個高緯度星位的連續(xù)存在。其近地點在南半球，停留時間很短，衛(wèi)星高度很低，用戶可見區(qū)域范圍小，對用戶的導(dǎo)航貢獻小。另有一個遠(yuǎn)地點在地球背面，經(jīng)度上遠(yuǎn)離服務(wù)區(qū)，本區(qū)域系統(tǒng)不能加以利用。另外，這種軌道的衛(wèi)星高度變化劇烈，對信道設(shè)計很不利。因此，對大橢圓軌道不予考慮。

　　 3、傾斜地球同步軌道（IGSO）：衛(wèi)星星座的軌道傾角為55～63．43度的24小時地球同步軌道，即所謂的大“8”字形軌道，中心位于赤道某設(shè)定的經(jīng)度上，高度與地球靜止軌道衛(wèi)星相同，衛(wèi)星星下點24小時軌跡在本服務(wù)區(qū)內(nèi)南北來回運動，也是一種利用效率較高的區(qū)域星座，但只限于在本經(jīng)度區(qū)域內(nèi)使用。在立足于國內(nèi)臺站測控的條件下，中國采用9顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星與4顆地球靜止軌道衛(wèi)星相結(jié)合可以建立區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，但接近服務(wù)區(qū)邊緣處因衛(wèi)星定軌精度下降導(dǎo)致導(dǎo)航精度明顯惡化。歐洲曾對這種軌道星座方案作了多年研究，并企圖在全球?qū)ふ規(guī)讉€區(qū)域系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成全球系統(tǒng)的合作伙伴未果，最終放棄了這種方案。如果中國采用這種軌道星座，將來發(fā)展成為全球系統(tǒng)是不可能的。

　　 4、中高度圓軌道（MEO）衛(wèi)星星座：這是一種周期為12小時，傾角為55～63．43度的軌道，是經(jīng)過GPS和GLONASS系統(tǒng)成功運行證明性能優(yōu)良的全球星座軌道。分析計算證明，24顆傾角為55度的MEO衛(wèi)星分布在3個軌道面內(nèi)，可滿足全球?qū)Ш骄龋?個傾角為54．74度的軌道面通過地心相互正交，衛(wèi)星在全球分布最均勻，明顯優(yōu)于GPS的6個軌道面）。這種單一由MEO衛(wèi)星組成的星座必須布滿全部24顆衛(wèi)星才能有效地投入運行，如要滿足民航可用性要求和精密近進，則必須增加地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）進行區(qū)域加強，或大量增加MEO衛(wèi)星。由于每一MEO衛(wèi)星星下點軌跡歷經(jīng)全球，其優(yōu)點是可立足于本國國土內(nèi)測控所有衛(wèi)星。中國服務(wù)區(qū)地處北緯55度以南（實際上南半球地區(qū)同樣可以服務(wù)），東西經(jīng)度范圍很大，占全球1／3，平均每顆星約有2／3的時間可為本區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)的用戶服務(wù)。采用其12顆星的子星座與4顆地球靜止軌道衛(wèi)星相結(jié)合（12MEO＋4GEO），可滿足區(qū)域系統(tǒng)的導(dǎo)航要求。如果后續(xù)布滿24顆衛(wèi)星，則發(fā)展成為高精度區(qū)域加強的全球系統(tǒng)，可達(dá)到民航精密近進導(dǎo)航要求。下表為各類軌道星座HDOP與VDOP值的比較，其中HDOP為水平幾何放大因子，VDOP為垂直幾何放大因子，它們和測距精度相乘可分別獲得水平與垂直定位精度。比較數(shù)據(jù)表明所建議的軌道和GLONASS型軌道都可滿足要求。前者，全球星座的精度更好；后者，所有中高度圓軌道衛(wèi)星都?xì)v經(jīng)同一星下點軌跡，有利于消除地球重力異常對星座內(nèi)各衛(wèi)星影響的差異，同一地面站可以分時監(jiān)控到所有軌道面的衛(wèi)星。