已經單獨和分組發射了大量的衛星用於各種應用，包括通信和其他目的，如遙感、氣象、導航等。地球靜止軌道中的單個衛星全天候地提供相對較大的固定覆蓋面積，而在較低軌道（比如低地球軌道）中的那些衛星在任何給定時間提供以特定週期重複的較小的覆蓋面積。在這兩種情況下，單個衛星不提供全天候全球覆蓋或近全球覆蓋，但可以通過具有衛星星座的衛星群來克服這個問題。衛星星座是一組衛星，它們的操作非常同步，能全天候地提供協調的地面覆蓋。當然，這意味著星座中不同衛星的覆蓋足夠重疊，可以在 24×7 的基礎上提供不間斷的全球或近全球覆蓋。目前已有許多已在用的衛星星座，為了滿足各種應用的需要，還有更多的衛星星座有待開發，包括語音和資料通信、衛星廣播、消息和導航。從星座幾何的要求開始，在下面的段落中簡要描述主要衛星星座。
星座幾何學
存在多種不同的星座幾何形狀以滿足預期的任務要求。衛星星座幾何學的3個最重要的軌道參數是高度、傾斜角和偏心率。軌道高度可以根據物理和幾何形狀來選擇，包括覆蓋區域、衛星可見和再訪週期的時間、信號傳播延遲、信號功率和避免Van Allen輻射帶。軌道傾斜角是衛星星座的第二個重要參數。軌道傾斜角的選擇受限於全球覆蓋和最小仰角的要求，例如較高的傾斜角提供更多的覆蓋區域。類似地，大約 45°的傾斜度允許覆蓋溫帶和地球的人口密集區域。軌道偏心率確定軌道的形狀，這又可能影響星座中的衛星在地面上某個特定區域上的駐留時間。例如，對於偏心橢圓軌道中的衛星，通過調整遠地點的位置，衛星的駐留時間可以在感興趣的區域上最大化。
衛星星座通常被設計為具有相似軌道、偏心率和傾斜角，其優點是任何攝動以或多或少相同的方式影響每顆衛星。這還有助於保持星座幾何形狀，從而最小化位置保持和燃料使用的要求。此外，在相同軌道平面中的相鄰衛星之間要保持足夠的分離，以避免干擾並防止衝突。
存在兩種主要類型的衛星星座：極地星座和 Walker 星座。Walker 星座採用由John Walker提出的相關聯的表示方式，根據該表示方式，星座表示為i： tiplf。在這種表示中， i是軌道傾斜角， t是衛星的總數， p是等間隔平面的數量，f是相鄰平面中的衛星之間的相對間距。此外，還有Walker Delta星座和近極地Walker Star星座。伽利略導航系統屬於前一類，而銥星衛星星座採用近極地Walker Star幾何形狀（見圖9.14），極地星座和Walker星座都被設計成以最小數量的衛星提供全球覆蓋或接近全球覆蓋。然而，每個星座都有優點和缺點。極地星座提供包括兩極區的全球覆蓋； Walker星座僅提供對特定緯度以下區域的覆蓋，對於全球星系統的星座來說，這個緯度是±70。。因此，對於給定數量的衛星， Walker星座能夠提供比極地星座更高的分集。分集是與地面上的用戶同時可見的衛星的平均數量。更高的分集帶來更高的可用性，即更少的中斷連接和多徑衰落的減少。
主要衛星星座
衛星星座用於各種應用，包括語音通信（例如銥星和全球星星座）、衛星電臺（例如SiriusXM 電臺）、寬頻網路（例如 Teledesic 和 SkyBridge 星座）、消息傳遞（例如Orbcomm 星座）和導航（例如全球定位系統（GPS）、全球導航衛星系統（GLONASS）、伽利略星座）。除了衛星星座的這些示例之外，對於不同類別的應用還有更多的衛星星座。下面幾章將討論衛星應用的一些主要衛星星座，並簡要描述重點突出的星座。但此處還將介紹後續章節中討論的內容。
銥星衛星星座
銥星衛星星座是一個全球衛星網路，旨在提供語音通信、資料、傳真和尋呼服務，無論使用者在世界上的任何位置，無論用戶是否能使用傳統的電信網路。星座的空間段包括66個活動衛星和14個冗余的備用衛星，在6個軌道平面中以780 km的高度軌道運行。地面段包括閘道和系統控制段。銥星使用者產品包括電話和尋呼機，允許用戶訪問相容的蜂窩電話網絡或者銥星網路。
全球星衛星星座
美國的全球星衛星星座提供全球語音、資料、傳真和資訊服務。星座包括48顆衛星和另外 4 顆在軌備用衛星，軌道高度為 1410 km，軌道傾斜角為 52°。衛星被放置在 8 個軌道平面上，每個平面上有6顆衛星，如圖9.15所示。該星座覆蓋了地球上從北緯70″到南緯70的區域，給美國和120個其他國家提供服務。
Sirius XM 電臺（天狼星 XM 電臺）
Sirius XM廣播電臺是2008年7月由XM衛星廣播與Sirius衛星廣播公司合併而成。公司在美國提供兩個衛星無線電業務，即天狼星衛星廣播和XM衛星廣播。一家名為加拿大XM的附屬公司在加拿大提供這些服務。目前，該公司為聽眾提供音樂、體育、新聞和娛樂頻道。用於天狼星廣播業務的衛星是包括Radiosat—1至Radiosat—4的Radiosat系列，以避免與瑞典的天狼星衛星系列混淆。該系列的前三顆衛星是在2000年使用Proton—K Block—DM3運載火箭發射的。Radiosat—4是作為備用衛星建造的。三顆Radiosat衛星直接向用戶的接收機進行廣播。這些衛星運行的軌道是近地點高度為 23 975 km、遠地點高度為46 983 km、傾斜角為63.4° （苔原tundra軌道），以便在北美洲北部地方提供更高的仰角。由於這種高度橢圓軌道，三顆衛星中只有兩顆在任何給定時間進行廣播。
Teledesic 衛星星座
Teledesic衛星星座是一個全球衛星網路，包括924顆低軌道衛星，軌道高度為700 km，位於21個傾斜角為98.2°的軌道平面上，相鄰軌道平面間隔為9.5° （見圖9.16）。該星座提供廣泛的服務，包括多媒體會議、視訊會議、語音通信、視頻電話和遠端學習，並為全球100%的人口提供全天候的無縫覆蓋。該星座具有2000 000個同時全雙工16 kb/s連接的峰值負載能力，具有與當今地面通信系統相當的服務品質。
SkyBridge 衛星星座
SkyBridge是一個80顆低地球軌道衛星的星座，分為兩個對稱的Walker子星座，每個子星座有 40 顆衛星。衛星軌道的高度是 1 457 km。每顆衛星提供一個半徑為 3 000 km 的覆蓋，分為 350 km半徑的固定點波束。SkyBridge衛星星座旨在為全方位的寬頻服務提供通信基礎設施，包括互動式多媒體通信、高速資料通信和互聯網接入。
SkyBridge 星座中的所有業務管理和路由在地面上處理，衛星之間沒有直接鏈路。關口站處理與本機伺服器和地面網路的互聯。作為低地球軌道衛星星座，傳播延遲為20ms的量級，類似於在陸地寬頻系統的情況下。這允許現有寬頻網路當前使用的各種應用通過SkyBridge進行無縫傳輸。
Orbcomm 衛星星座
Orbcomm是位於4個軌道平面A、B、C和 D 中的 32 顆衛星的衛星星座，每個平面具有8 顆衛星。平面 A、B 和 C 與赤道傾斜 45°，這些平面中的衛星在 825 km 高度的軌道運行。每個平面中的相鄰衛星間隔45″，平面D的傾斜角為0°，並且該軌道平面中的衛星也在825 km高度的軌道運行。有兩個補充的軌道平面，即平面F和平面G，每個平面包含兩顆衛星，高度為780 km。平面F和G分別傾斜70°和80″。這兩個平面中的每個平面中的兩顆衛星相隔180″。Orbcomm已經獲得許可，可以發射多達48顆衛星。
Orbcomm系統包括用於管理整個系統操作的網路控制中心（NCC）和 3 個操作段：衛星的空間段、地面段（包括閘道地面站以及控制中心）和用戶段。完全部署的星座能夠在全世界提供近乎即時的無線資料通信服務。
全球定位系統
GPS是基於衛星的美國全球導航系統。GPS星座包括24顆衛星和地面支持設施，以24×7為基礎向世界各地的使用者提供三維位置、速度和定時資訊。該星座將在第13章中詳細描述。
全球導航衛星系統
GLONASS 是俄羅斯的基於衛星的導航系統。星座包括 21 個活動衛星，提供連續的全球服務，類似於GPS。該星座將在第13章中詳細討論。
伽利略衛星導航系統
伽利略衛星導航系統是由歐洲聯盟和歐洲航天局建造的全球衛星導航系統。它旨在為歐洲國家提供完全自主和可靠的衛星定位、導航和定時能力，獨立於美國 GPS 和俄羅斯GLONASS系統。雖然伽利略系統旨在獨立於GPS和GLONASS系統，但它們之間是完全可交互操作的，從而使其成為全球衛星導航系統中一個完全集成的新元件。伽利略星座將在第13章中詳細描述。