极轨道卫星星座的特征是每条轨道在参考面上有一对公共交点，相邻的同向轨道之间有相同的相对倾角，如图4-118（a）所示北极俯视图。极轨道星座是典型的星形星座，由于升节点均匀分布于赤道平面π弧度半圆范围内，因此又称作π型星座。π型星座由相同轨道高度和轨道倾角的卫星组成，轨道面沿赤道半圆范围均匀分布，每个轨道面卫星数目相同，相邻轨道相邻卫星之间保持一定的相位差，其同向轨道右升节点间经度差和逆向轨道间不同。由于轨道倾角为90°，极轨道星座第一轨道面上卫星和最后一个轨道面上卫星相向而行，如图4-118（b）所示形成一个明显的缝隙。以缝隙为界，在左半球面内，卫星自南向北运动，在右半球面内，卫星自北向南运动。
图4-118 π型星座结构示意
（a）北极俯视；（b）全景
在两个缝隙两侧的卫星沿着相同的方向运动，卫星之间的位置相对稳定，易于建立星间链路；而在缝隙两侧的卫星相向运动，星间链路建立和保持都具有相当大的难度。另一方面，π型星座卫星所在纬度越低星间距离越大，因此在赤道地区覆盖特性很差，而在两极地区卫星密集分布，经常关闭一些转发器导致星座拓扑变化频繁。π型星座优点是结构简单、易于操作、设计过程简化，是较早的星座设计思想。
图4-119 π型星座逻辑拓扑
（a）北极俯视；（b）两极立体视
极轨道卫星星座中，星座犹如一个球面立体栅格覆盖于天球表面，这个网由不同经度的竖直轨道面和不同纬度的水平环组成。以赤道面为界把南半球和北半球映射为两个平面网，以缝隙面为界把星座分为东西两个半柱面。如图4-119所示，每个平面上虚线环表示极地地区，在此区域内轨道间链路自动关闭，竖直虚线矩形表示缝隙，缝隙两侧的卫星无法建立轨道间链路。轨道分别记为P 1，P 2，…，以北半球为基准同一纬度上的卫星组成一个环，从极地到赤道依次记为r 1，r 2，…。以缝隙为基准轴，顺时针方向建立类似于极坐标的坐标体系来决定每个卫星节点的瞬时位置，ρ=（r，φ），0＜r＜R+H，0≤φ＜2π，ri=rj表示两个节点在同一纬度的环上，所有极径相同的卫星成为“同环节点”。由于极地轨道内所有环内链路都关闭，因此称这个地区内的环为“虚环”，φi=φj表示两个节点在同一轨道面上，所有相角相等的节点称为“同轨节点”。
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