高轨航天器，特别是地球同步轨道（GEO）卫星，以其独特的高轨和静地特性而成为地球重要的轨道资源。将导航接收应用于高轨航天器测控系统有广阔的需求前景。
图4-33 不同轨道高度空域说明
2000年，美国针对GPS星座发布的运营需求文件，首次纳入了空间用户需求，并对卫星导航的服务区域进行了划分（图4-33），规定从地表到其上海拔为3 000 km的区域为近地服务空域（TSV），3 000～36 000 km的区域为空间服务空域（SSV）。2008年，NASA对空间服务空域进行了进一步划分，将3 000～36 000 km空域分为两个部分：MEO空间服务空域（3 000～8 000 km）和HEO/GEO空间服务空域（8 000～36 000 km）。
对于近地服务空域，服务对象不但包括一切地表用户（如车辆）、大气层中的用户（如飞机），还包括低地球轨道（LEO）卫星。导航卫星大多数位于MEO轨道以上，因此低轨航天器上的GPS接收机可观测的GPS卫星平均数目和接收到的GPS信号电平均与地面GPS接收机相似，实现的定轨精度可与地面用户相当。而在3 000 km以上的高度上，由于GPS卫星天线发射的信号主波束受到地球遮挡，只能接收GPS卫星的旁瓣或后瓣信号，因此，对接收GPS信号的天线应该进行特殊设计。从图4-33中可以看出，当航天器轨道高度高于GPS星座轨道时，需要接收天线指向地心，接收来自地球对面的GPS卫星信号，而且一般为GPS卫星的旁瓣信号。
在中国某GEO轨道遥感卫星的GNSS天线研制中，结合国外星载高轨GNSS天线的设计经验，选取PEC天线作为GNSS天线方案。采用三个贴片形式实现，四点圆极化馈电，利用馈电结构自身的电抗平衡实现电小天线的宽带匹配设计。为了使方向图相位中心稳定，天线设计为平板结构，通过利用反射杯，提高方向图的滚降和前后比，抑制多径效应。与低轨GNSS天线不同的是，该天线增加了引向器，在保证圆极化辐射的同时提高主向增益。天线结构如图4-34所示。天线的馈电网络由威尔金森功分器组成，可实现0°、90°、180°和270°不同相位的激励。整个网络被全部封闭在天线底板腔内，因此具有良好的抗电磁干扰性和整体集成性。(www.xing528.com)
图4-34 高轨GNSS天线
天线方向图设计结果如图4-35所示。从中可以看出，该天线在所要求的频带范围内，副瓣低于-18 dB；在±37°范围内，增益≥5.41 dBi。
此种天线方案的设计优点：交叉极化较螺旋天线大幅度提高；后瓣辐射非常小，能有效抑制多径效应。
图4-35 高轨GNSS天线性能结果
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