經過近半個世紀的發展，空間技術的應用已經滲透到通訊、航海、氣象、資源、科學、軍事應用、星際探測等領域，對人類社會的經濟發展和社會文明的進步產生了巨大而深遠的影響。 早期，任務主要由單顆衛星完成，但隨著衛星應用的不斷擴大和任務複雜度的增加，越來越多的任務不再能單靠一顆衛星完成。 已經開發了一系列產品，以滿足通訊、導航、偵察、監視和地球觀測領域的廣泛需求衛星星座成功部署後，其中乙個比較知名的用於通訊領域銥星系統（銥）和Starlink系統（Starlink）等，美國全球定位系統（GPS）、俄羅斯全球導航衛星系統（GLONASS）和中國北斗衛星導航系統在導航領域。 此外，正在開發和部署大量衛星星座。
衛星星座的設計和實現它是星座系統的頂層、核心和最重要的工作它是影響系統效能、規模、成本、工期等的首要因素，與其他系統技術存在相互影響和制約的耦合關係，貫穿於工程開發和施工的全過程。 開展星座優化設計研究，不僅可以在指定覆蓋區域內實現系統效能的最優，而且可以節省系統建設成本和星座的長期維護成本，這對系統效能指標的合理配置、星座衛星的增設、星座的在軌備份策略、星座的在軌備份、 以及星座配置的改進和擴充套件。
在20世紀工程技術的進步中，衛星導航技術是最重要的技術變革之一，對加強國防實力和發展國民經濟具有重要意義。 目前，美國正在積極推進GPS的現代化，俄羅斯的GLONASS系統在不斷公升級和完善，歐洲也在積極部署伽利略衛星N**igation系統（伽利略系統），該系統主要由民用和商業用途開發和利用。 面對複雜的國際國內形勢，中國正在積極發展自己的衛星導航系統。 我國已完成北斗一號雙衛星導航系統和北斗二號區域導航系統的部署和執行，在國防、經濟、科研等領域表現出重大戰略意義，發揮了巨大作用，中國北斗三號全球導航系統於2020年7月31日部署，系統正式建成並開放， 為世界提供衛星導航服務。此外，日本和印度等國家正在積極開發和部署其區域導航系統。
北斗三號系統星座示意圖。
縱觀衛星導航技術的發展，從GPS中可以學到很多經驗教訓GPS星座方案在專案啟動後經歷了兩次重大變化，到GPS正式建成時，在軌衛星數量已達24顆，分布在6個軌道平面上。 到2023年底，GPS在軌衛星超過30顆，提供正常服務，其星座方案不再是沃克的分布，而是基於優化。
為實現我國衛星導航系統建設中低投入、快效、效能優的任務目標，北斗衛星導航系統在原有導航星座設計成熟理論的基礎上，緊密結合我國技術水平、工程能力和經濟條件，進行了創新設計全球首個多軌道混合導航星座，並完成了北斗衛星導航系統星座的工程實現。 由於北斗衛星導航系統星座設計的獨特性，新型多軌道混合星座在衛星導航技術中的應用，必然會面臨理論研究、分析和工程實踐中亟待解決的大量問題。 因此，開展我國北斗衛星導航系統發展的相關理論和應用研究具有重要意義。 這些問題的解決將為我國衛星導航系統的建設和應用奠定堅實的基礎。
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北斗衛星導航系統星座設計與實現（楊輝等，北京：科學出版社，2024）。1）一本書基於筆者近20年來在該領域的研究和應用成果。首先，系統地引進了北斗衛星導航系統星座的設計約束，擬建北斗衛星導航系統星座績效考核體系；然後，全面總結了北斗一號雙星導航系統、北斗二號區域導航系統和北斗三號全球導航系統在星座設計和工程實施方面的成果研究成果主要包括北斗衛星導航系統星座任務分析、建模、網路維護、效能評估和備份策略等。 最後，為保證軌道的持續可用性和飛行器的安全性，詳細論述了北斗衛星導航系統的傾斜地球同步軌道（IGSO）和中地球軌道（MEO）衛星的報廢問題離軌處置原則和策略。作者團隊。
北斗衛星導航系統星座設計與實現筆者是國內率先將理論與實踐緊密結合的先行者，也是星座設計、部署和實施完成的主要參與者。
楊輝，北京航天總設計部研究員、博士生導師。 他是中國衛星導航與應用領域的專家，北斗二號衛星系統總司令兼總工程師，中國航天科技集團公司、第五科學院學術技術帶頭人。 長期從事衛星導航及其應用領域的研究，取得了一系列顯著成果。 在20多年的科研工作中，創新性地完成了北斗二號、北斗三號混合導航星座的設計與實現，大力推動北斗導航星座系統在各個領域的應用。 先後完成首顆備用導航衛星高精度光壓擾動建模研究專案3項，其他橫向專案10餘項。 在國內外期刊會議、國防報刊上發表文章40餘篇; 出版專著《北斗衛星導航可靠性工程》，制定國家標準1項; 獲得國家和國防授權專利20餘項，其中“多約束多太空飛行器飛行距離預測與防撞方法”榮獲2016年度中國專利金獎; 獲國家科技進步特等獎1項、衛星導航定位科學技術特等獎1項、軍事科技進步一等獎1項、國防科技進步二等獎2項、國防科技進步三等獎3項。並榮獲國家級獎項"女性立功"國家創新獎1項、航天創新獎1項、航天貢獻獎1項、北斗二號衛星工程建設突出貢獻個人1項、2012年度科技人物特別獎等，享受**特殊津貼。
周靜北京太空飛行器總設計部研究員，從事航天動力學與控制領域的科研工作，主要負責完成北斗二號、北斗三號星座和軌道設計，先後完成航天部前期攻關專案1項等橫向課題2項。 在國內外期刊和會議上發表文章20餘篇，其中EI指數2項**; 獲得國家和國防授權專利20餘項，榮獲2016年度中國專利金獎和2022年度中國專利優秀獎; 曾獲衛星導航定位科學技術獎一等獎1項，軍事科技進步一等獎1項，國防科技進步獎三等獎1項。
孟一楠北京跟蹤通訊技術研究所助理研究員，從事衛星導航總體設計，主要負責星座設計、系統測試評估等工作，獲部級科技進步一等獎2項、二等獎1項。
李帆浙江大學湖州研究院智慧型航天系統中心主任，研究員，主持北斗、載人航天等多項國家重大專項，成果獲國家科技進步二等獎1項（排名第二），部級科技進步獎一等獎3項，三等獎2項; 航天獎1項，二等功，發表文章40餘篇，獲得專利40餘項，獲得軟體著作權20餘項。
本書的特點：主要表現在三個方面：
創新完成全球首個多軌道混合導航星座的設計與工程實施，完善現有星座設計理論，在我國衛星導航系統建設中實現了投資少、效果快、效能優的任務目標; 針對北斗衛星導航系統（IGSO）和MEO衛星，首次提出了壽命末期離軌的原理和策略，有效保證了星座的執行安全。
系統本文系統介紹了基於我國技術水平、工程能力和經濟條件的導航星座設計的多維約束，並全面總結了筆者團隊近年來在北斗一號雙星導航系統、北斗二號區域導航系統和北斗三號全球導航系統星座頂層設計研究和工程實施方面取得的成果。
實用性研究成果已應用於北斗衛星導航系統的工程實踐，並在軌得到驗證，具有較強的理論研究和工程應用價值。
程式碼來購買書籍。 本書適合從事衛星導航技術研究設計的工程技術人員，也可作為高校相關專業研究生的參考書。
本文節選自《北斗衛星導航衛星系統星座的設計與實現》（楊輝等，北京：科學出版社，2024）。1）本書的“前言”和“第一章導言”，有刪減和修改，標題由編輯新增。
北斗衛星導航系統系列）。
“十四五”期間，國家重點出版物出版專項規劃專案。
isbn 978-7-03-076796-7
責任編輯：姚慶霜。
本書是衛星導航工程技術領域的專著。 本書結合我國國情，系統介紹了北斗衛星導航系統星座的設計約束和效能評價體系，全面收集了北斗一號雙星導航系統、北斗二號區域導航系統和北斗三號全球導航系統在星座設計和工程實現中的研究成果，主要包括北斗衛星導航系統星座任務分析、建模、網路維護、效能評估和備份策略。詳細論述了北斗衛星導航系統斜向地球同步軌道和中地球軌道衛星壽命末期離軌處置的原理和策略。
本文編輯：劉思丹）。