利用低轨卫星发播导航增强信息与导航信号,可提高导航系统定位精度与完好性,实现导航系统备份能力,同时较强的低轨卫星信号使得导航系统在强干扰、严遮蔽的复杂环境中提供可信、连续的位置信息服务成为可能。文章围绕低轨卫星增强导航卫星这一主题,内容涉及低轨卫星星座设计及低轨卫星广播星历参数设计。主要工作及成果如下:(1)选取80颗轨道高度为1000km的卫星组成低轨卫星星座,卫星星座构型为W80/8/1,卫星轨道倾角为55°,可实现除高纬地区90%的全球覆盖,南北纬80°范围内低轨卫星单星座PDOP值在1~10之间。同时论证了该星座增强北斗全球系统(3GEO+3IGSO+24MEO)的情况。仿真结果表明,低轨卫星星座的加入使得BDS星座最大PDOP值降低20.5%,最小PDOP值降低13.5%,平均PDOP值降低17%。(2)将GPS 16/18参数应用于500km~1500km轨道低轨卫星,拟合残差在2cm~20cm之间。针对较大的拟合残差,对CHAMP卫星进行谱分析,结果表明,卫星轨道长半轴具有T/2短周期项,轨道偏心率与近地点幅角具有T/3和T周期短周期项。在此基础上设计了22、24参数的低轨卫星广播星历。仿真及实测结果表明,22参数20min拟合时长下,500km轨道高度卫星拟合URE优于6cm,1500km轨道高度卫星拟合URE优于2cm;10min拟合弧长下,拟合URE优于1cm。轨道高度为500km时,20min拟合时长下22参数与24参数拟合精度相当,轨道高度为1500km时,24参数拟合精度优于4mm。出于降低计算复杂度且减少数据占位比的考虑,文中建议采取22参数的低轨卫星广播星历。进一步,依照GPS 16/18参数给出了22参数的占用比特数。(3)提出了SP3形式的低轨卫星广播星历。该星历形式直观,用户算法简单,利用拉格朗日插值算法即可获得卫星位置。1000km低轨卫星插值结果表明,用户需要获得30s、1s时间间隔卫星位置时,10min时长的广播星历,插值阶数大于14阶后可达到cm级精度。5min时长广播星历插值阶数大于8阶后即可达到cm级精度。考虑到数据发播及降低星上处理复杂度,建议采取发播历元间隔为10min的SP3格式星历。对其电文格式分析表明,发播ASCII形式的SP3文件,每历元占用720个比特,采用二进制文件格式时占用比特数为232,减少约66%数据负载量。