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百川东到海，何时复西归?少壮不努力，老大徒伤悲。——汉乐府

2025····控制工程

小卫星星座与编队飞行三维定位系统和控制

林来兴

北京控制工程研究所

摘要文章根据无线电探测原理，探讨了利用星上无线电探测设备测知地

面目标如雷达、舰船的三维位置优势。文章以美国“白云”电子型海洋监视卫

星（星座）系统为例，具体分析比较了这种星座电子侦察和作者提出的小卫星

编队飞行侦察的优劣。文章明确指出，星座式侦察的优点是发射组网简单，运

行时受摄动影响小，缺点是在高纬度地区定位精度差。编队飞行式侦察的优点

是定位精度不受纬度影响，而且定位精度高，缺点是编队队型易受摄动影响，

燃耗高。发射组网较复杂。

关键词小卫星编队飞行星座三维定位

ｌ引言

应用多颗低轨道小卫星组成星座，实现星上电子侦察，对地面雷达进行三维无源高精度

定位。研究表明，这种方案使用制约条件少，经费投资低，应用效果高，且具有全方位、全

天候和高速军事侦察功能，是当前高技术战争强有力的支持手段。

本文研究两种电子侦察星座方案，并且比较它们各自的优势，以便提供应用参考。

２电子侦察卫星星座

２．１星座轨道设计

美国白云电子侦察卫星基本星座设计原则是两颗星在同一个轨道平面，一前一后。第三

颗卫星布置在另一个轨道平面。所有卫星轨道高度相同，而且是圆轨道，轨道倾角相同。两

个轨道平面仅相差一个Ｑ（升交点赤经）。所以这样设计，目的就是让许多轨道要素相同，

从而在运行时摄动最少，确保三重覆盖队形。

根据对雷达定位精度研究分析，当三星组成队形是等腰三角形时，定位精度最高。当三

颗卫星通过赤道平面时就可以达到这样队形。

这种电子侦察卫星对地面雷达定位精度与ＧＰＳ相似。也就是定位精度可表示为：

定位精度＝ＨＤＯＰ×测距精度

其中ＨＤＯＰ为几何精度衰减因子，它由三重覆盖的星座形状大小所确定。

星座各星之间距离越大，定位精度越高，但是星间距离也不能无限增大，因为当星间距

离增加时，三星公共覆盖的区域减少，而且无线电信号模糊度也增加。

白云电子侦察卫星星座存在一个严重缺点，即当三颗卫星通过赤道面后，随着纬度增

学而不知道，与不学同；知而不能行，与不知同。——黄睎

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

饭疏食，饮水，曲肱而枕之，乐亦在其中矣。不义而富且贵，于我如浮云。——《论语》

去留无意，闲看庭前花开花落；宠辱不惊，漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》