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浩瀚星河遥相望，星间链路搭桥梁

浩瀚星河遥相望，星间链路搭桥梁
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今天是太空与您相伴的【第723期】
3月底 ， 第54颗北斗卫星进入长管模式 ， 这意味着距离北斗三号（BDS-3）组网成功还差一颗卫星 ， 距离2020年全面建成北斗全球系统 ， 并向用户提供服务的目标更近一步 。
与BDS-2卫星相比 ， BDS-3卫星“量身定制”了许多新装备 ， 这其中比较亮眼的是实现卫星间互联互通的星间链路技术 。
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【浩瀚星河遥相望，星间链路搭桥梁】01
星间探索路漫漫
星间链路是实现导航星座自主导航的核心 ， 是提升卫星导航系统自主运行能力的关键 。
自上世纪80年代 ， Ananda等科学家针对GPS提出了自主导航框架 ， 并采用仿真数据对其可行性进行了验证 。 随后 ， ITT空间与通讯部改进了Ananda的方案 ， 设计了自主导航原型系统 ， 并由美国宇航公司进行了地面验证试验 ， 于1990年进行了飞行搭载试验 。
GPS在随后的Block-IIR、Block-IIF系列卫星上均搭载了UHF星间链路载荷 。
我国对于星间链路和自主定轨研究起步相对较晚 ， 早期研究主要集中在算法理论和仿真实验分析 。
2015年 ， 拥有我国自主产权的星间链路载荷在北斗试验卫星上首次亮相 ， 对建链方式、测距精度和数据传输时延及效率等多项内容进行了实验验证 。
北斗星间链路通过高-中轨、中-中轨卫星链路和星-地（地面锚固站设备）链路 ， 实现“一星通 ， 星星通” 。
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图北斗三号卫星建链示意图（杨宇飞 ， 2018）
02
星间建链好处多
提出星间链路这一概念的目的是降低导航卫星对地面运控系统的依赖 ， 通过星间测距、星间通信和星上数据处理 ， 实现导航星历的自主更新 。 但对于我国北斗卫星导航系统而言 ， 意义绝不仅限于此 。
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图一星通 ， 星星通
意义之一：弥补地面测站分布稀疏性缺陷
受各方因素限制 ， 北斗系统不可能像GPS一样实现全球布站以支持系统日常运行和控制 。
有了星间链路 ， 导航卫星也成为移动的观测站 ， 弥补监测站分布局限性和稀疏性对星座精密星历确定的不利影响 。
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图星间链路支持区域监测站精密轨道确定
意义之二：提高导航星历更新频度
常规地面运控模式下 ， 导航星历更新需要经过监测站数据采集、主控站数据处理以及导航星历上注三个阶段 ， 需要经过远程地面站之间数据传输、星地之间数据传输等过程 ， 受地面注入站与卫星之间可见性的影响 ， 降低导航星历更新频度的受限因素更多 。
自主导航直接利用星间测量和星载处理更新导航星历 ， 减少了星地之间数据传输环节 ， 相比而言 ， 导航星历数据龄期可以更短 。 此外 ， 通过境内注入、星间转发的方式 ， 可以解决境外卫星星历的难题 。
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图BDS-2、BDS-3导航星历数据龄期对比
意义之三：提高导航系统可靠性
自主导航产生的导航星历作为一种相对独立的数据源可用于在轨评估地面运控系统上注星历 ， 为地面预报星历精度在轨实时评估提供了一种新的手段 ， 增强了系统运行稳定性 。 另外 ， 星间测量的高可见性及测量频度 ， 可有效提高卫星可监测弧段 ， 增强系统完好性监测能力 。
03
星间连着你我他
星间链路是北斗三号的亮点 ， 但绝不是导航星座的专利 。
。 星间链路不仅是导航星座内卫星沟通的桥梁 ， 更是打破不同类型卫星通信壁垒的利器 。
遥想未来 ， 导航卫星、遥感卫星、通信卫星、甚至空间站都可以通过星间链路进行联通 ， 实现“太空一星通 ， 星星通” 。
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