Simulation and Analysis of Spatiotemporal Performance of Spaceborne BDS-3-R Polar Observations

SONG Minfeng; HE Xiufeng

doi:10.13203/j.whugis20230262

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Simulation and Analysis of Spatiotemporal Performance of Spaceborne BDS-3-R Polar Observations

更新时间：2026-11-05

- Simulation and Analysis of Spatiotemporal Performance of Spaceborne BDS-3-R Polar Observations
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 51, Issue 1, Pages: 171-181(2026)
- 作者机构：
  
  河海大学地球科学与工程学院，江苏南京,211100
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20230262
  CLC： P228
- Received：09 July 2023，
  
  Published：05 January 2026
- 稿件说明：
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宋敏峰,何秀凤.星载BDS-3-R极地观测时空性能仿真分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(1):171-181.

SONG Minfeng,HE Xiufeng.Simulation and Analysis of Spatiotemporal Performance of Spaceborne BDS-3-R Polar Observations[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(1):171-181.
宋敏峰,何秀凤.星载BDS-3-R极地观测时空性能仿真分析[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(1):171-181. DOI：,10.13203/j.whugis20230262

SONG Minfeng,HE Xiufeng.Simulation and Analysis of Spatiotemporal Performance of Spaceborne BDS-3-R Polar Observations[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(1):171-181. DOI：,10.13203/j.whugis20230262

摘要

针对多种轨道类型的北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 satellite navigation system ，BDS-3）的反射信号进行极地观测具有独特性，对为期10 d的极地BDS-3反射（BDS-3 reflectometry

BDS-3-R）仿真事件进行分析，并提出了新的时空观测性能评估方法。从卫星轨道高度和倾角两个方面，对BDS-3-R技术在极地观测中的时空性能开展研究。结果表明，在极地区域（纬度高于66.34°）随着卫星轨道高度增加，重访周期变长、空间分辨率逐渐降低。当轨道高度为800 km时，重访周期约为35 h，平均空间分辨率约为17.6 km。同时发现，高轨地球静止轨道卫星有利于极地区域掠射观测事件的产生。此外，随着轨道倾角接近90°，重访周期逐渐变长；当倾角小于80°或大于100°时，BDS-3-R在南北极中心区域存在监测盲区。因此，推荐采用[70°

80°]和[80°

90°]倾角的双星组网方式进行极地观测。分析结果也表明，极地观测趋于采用较大反射天线倾角，且指向方位对反射事件数量有明显影响。

Abstract

Objectives

The polar region is a globally critical area

and its environmental monitoring is vital for climate change research. Given the unique application potential of the BeiDou-3 satellite navigation system (BDS-3) reflectometry (BDS-3-R) technology for polar observation

we aim to systematically evaluate and quantify its spatiotemporal observation performance under various orbital configurations to guide future mission planning.

Methods

We take BDS-3 satellites of multiple orbit types as the research objects and conduct a detailed analysis of a 10 d BDS-3-R polar observation simulation event. Based on this analysis

we innovatively propose a new set of spatiotemporal observation performance evaluation methods. Focusing on two core parameters of satellite orbital altitude and orbital inclination

we deeply investigate their influence mechanisms on the polar coverage capability and revisit characteristics of BDS-3-R.

Results

The simulation results reveal a close relationship between the spatiotemporal performance in the polar region (latitudes above 66.34°) and the orbital parameters. As the satellite orbital altitude increases

while the observation range may expand

the revisit period correspondingly lengthens

and the spatial resolution significantly decreases. Quantitative analysis shows that at a typical orbital altitude of 800 km

the revisit period is approximately 35 hours

with an average spatial resolution of about 17.6 km. Notably

high-orbit geostationary Earth orbit (GEO) satellites were found to be conducive to generating grazing angle observation events in the polar region. Regarding orbital inclination

the revisit period gradually lengthens as the inclination approaches 90°. More critically

when the inclination is set below 80° or above 100°

the BDS-3-R observations produce distinct monitoring blind zones in the central Arctic and Antarctic regions. Furthermore

the analysis indicates that polar observation missions tend to adopt a larger reflector antenna tilt angle

and the pointing azimuth has a significant regulatory effect on the number of obtainable reflection events.

Conclusions

The performance evaluation framework and the quantitative results obtained in this study successfully reveal the optimal orbital configuration for the BDS-3-R system in the polar environment. The study recommends a dual-satellite networking approach with inclinations of [70°

80°] and [80°

90°] for comprehensive polar coverage observation

providing an important theoretical basis and technical support for the orbital design

satellite configuration

and mission planning of future GNSS-R-based polar exploration missions.

关键词

Keywords

references

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