随着航天技术的发展,卫星星座得到了大量运用,使得星座设计成为一个十分重要的课题,其结果直接决定了系统覆盖性能(覆盖率,平均仰角,覆盖时间,最小中断时间)的好坏和系统投资的大小。好的星座方案应该是用最简单的和最少数量的卫星达到最佳的覆盖性能。首先,文中分析了人造地球卫星轨道运动所对应的基本力学模型二体问题及其解的形式,介绍了卫星轨道的基本参数,并针对不同轨道参数的卫星对其星下点轨迹的特性做了仿真和比较,并在此基础上提出卫星的一种星下点轨迹为水平“∞”字形及其应用。其次,文中着重介绍了卫星星座设计准则,详细阐述了各种卫星星座的构成,并从不同的角度分析了各种卫星星座的性能要点,力求解决一些实际问题。卫星星座的选择和设计现在越来越多地运用共地面轨迹卫星构成区域性星座或全球性星座。当星座中的卫星“走”相同星下点轨迹时,对特定区域的覆盖更加“紧凑”,一方面使星座的卫星数大大降低,系统更加经济;另一方面使系统空间段实现更为简单。最后,针对这一问题,文中研究了共轨迹卫星星座中的卫星轨道参数,提出了初始卫星和时差的概念,它对该星座的覆盖性能(单星覆盖率,连续覆盖时间,中断次数等)起了决定性的作用,并从这一角度结合相关文献作了深入分析。在此基础上,对我国区域进行了设计,提出了一种中轨卫星星座,卫星采用回归轨道,保证每天的某个时段或者全天对特定地区提供服务。同时利用该星座所具有的较好的二重覆盖特性,又提出了综合运用静止卫星(GEO)和MEO星座组成卫星区域导航系统的方案,并通过仿真模拟确认了该方案的可行性。