現(xiàn)代通信技術(shù)下章衛(wèi)星通信學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1現(xiàn)代通信現(xiàn)代通信(tng xn)技術(shù)下章衛(wèi)星通信技術(shù)下章衛(wèi)星通信(tng xn)第一頁，共44頁。第2頁/共44頁第二頁，共44頁。第3頁/共44頁第三頁，共44頁。1.靜止靜止(jngzh)衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)第4頁/共44頁第四頁，共44頁。（1 1）靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)點）靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)點 通信距離遠，且費用與通信距離無關(guān)通信距離遠，且費用與通信距離無關(guān) 覆蓋面積大，可進行多址通信覆蓋面積大，可進行多址通信 通信頻帶通信頻帶(pndi)(pndi)寬，傳輸容量大寬，傳輸容量大 信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠 建立通信電路靈活、機動性好建立通信電

2、路靈活、機動性好（2 2）靜止衛(wèi)星通信的缺點）靜止衛(wèi)星通信的缺點靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。地球的兩極地區(qū)地球的兩極地區(qū)(dq)(dq)為通信盲區(qū)，而且地球為通信盲區(qū)，而且地球的高緯度地區(qū)的高緯度地區(qū)(dq)(dq)通信效果不好。通信效果不好。存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。有較大的信號傳輸時延和回波干擾。有較大的信號傳輸時延和回波干擾。第5頁/共44頁第五頁，共44頁。第6頁/共44頁第六頁，共44頁。第7頁/共44頁第七頁，共44頁。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(wixng tngxn)系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測及指

3、令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組成大部分組成的的第8頁/共44頁第八頁，共44頁。第9頁/共44頁第九頁，共44頁。驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成第10頁/共44頁第十頁，共44頁。圖圖 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星(tngxn wixng)的組成的組成由各種可控的調(diào)由各種可控的調(diào)整裝置，如各種整裝置，如各種噴氣推進器、各噴氣推進器、各種驅(qū)動種驅(qū)動(q dn)裝置和各裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成成由光電器件由光電器件(qjin)組成組成 硅硅衛(wèi)星上的電源除要求體積小、重量輕、效率高和可靠性之外，還要求電源能在長時間內(nèi)保持足夠的輸出衛(wèi)星上的電源除要求體積小、重量輕、

4、效率高和可靠性之外，還要求電源能在長時間內(nèi)保持足夠的輸出為了使通信衛(wèi)星在星蝕期間也能工作，一般常用可以充、放電的化學(xué)電池作為二次電池與太陽能電池并用。為了使通信衛(wèi)星在星蝕期間也能工作，一般常用可以充、放電的化學(xué)電池作為二次電池與太陽能電池并用。第11頁/共44頁第十一頁，共44頁。圖圖 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星(tngxn wixng)的組成的組成行波管功率行波管功率(gngl)放大器和電源系統(tǒng)等部分產(chǎn)生熱而升溫放大器和電源系統(tǒng)等部分產(chǎn)生熱而升溫地球上的控制站經(jīng)常不斷地需要了解衛(wèi)星內(nèi)部設(shè)備的工作情況地球上的控制站經(jīng)常不斷地需要了解衛(wèi)星內(nèi)部設(shè)備的工作情況(qngkung)，有時要通過遙測指令信號控制衛(wèi)星

5、上設(shè)備產(chǎn)生一定的動作，有時要通過遙測指令信號控制衛(wèi)星上設(shè)備產(chǎn)生一定的動作第12頁/共44頁第十二頁，共44頁。圖圖 衛(wèi)星衛(wèi)星(wixng)轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖5.衛(wèi)星上通信衛(wèi)星上通信(tng xn)分系統(tǒng)又分為分系統(tǒng)又分為:轉(zhuǎn)發(fā)器和星上天線兩部分轉(zhuǎn)發(fā)器和星上天線兩部分第13頁/共44頁第十三頁，共44頁。第14頁/共44頁第十四頁，共44頁。第15頁/共44頁第十五頁，共44頁。第16頁/共44頁第十六頁，共44頁。圖圖 各種各種( zhn)波束覆蓋示意圖波束覆蓋示意圖第17頁/共44頁第十七頁，共44頁。 建設(shè)成本(chngbn)和維護費用不應(yīng)太高。第18頁/共44頁第十八頁

6、，共44頁。（1）地球站的性能指標）地球站的性能指標品質(zhì)因數(shù)（品質(zhì)因數(shù)（G/T） G/T是地球站接收天線的增益是地球站接收天線的增益G與地球站接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度與地球站接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T的比值，它表征了地球站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因數(shù)。的比值，它表征了地球站對微弱信號的接收能力，稱為地球站的品質(zhì)因數(shù)。 （2）有效輻射）有效輻射(fsh)功率及其穩(wěn)定度功率及其穩(wěn)定度 為了保證所傳送信號的質(zhì)量，要求地球站的發(fā)射機能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾百瓦十幾千瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號功率非常穩(wěn)定。為了保證所傳送信號的質(zhì)量，要求地球站的發(fā)射機能夠發(fā)射較大的功率，一般為幾百瓦十幾千

7、瓦，而且要求所發(fā)射的射頻信號功率非常穩(wěn)定。 （3）射頻頻率的穩(wěn)定度）射頻頻率的穩(wěn)定度 地球站所發(fā)射的射頻信號的頻率必須很精確，如果有較大漂移，不但要影響衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的有效利用，還會在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。地球站所發(fā)射的射頻信號的頻率必須很精確，如果有較大漂移，不但要影響衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的有效利用，還會在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中產(chǎn)生交調(diào)噪聲。（4）射頻能量的擴散）射頻能量的擴散 為減小交調(diào)干擾，必須對地球站在負載輕（即通話數(shù)少）的時候所發(fā)射的射頻頻譜能量密度加以限制。為減小交調(diào)干擾，必須對地球站在負載輕（即通話數(shù)少）的時候所發(fā)射的射頻頻譜能量密度加以限制。（5）干擾波輻射）干擾波輻射(fsh)的限制的限

8、制 為防止干擾波對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和其他微波通信系統(tǒng)形成干擾，規(guī)定地球站因多載波引起的交調(diào)干擾及帶外總的有效全向幅射功率應(yīng)小于限定值。為防止干擾波對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和其他微波通信系統(tǒng)形成干擾，規(guī)定地球站因多載波引起的交調(diào)干擾及帶外總的有效全向幅射功率應(yīng)小于限定值。第19頁/共44頁第十九頁，共44頁。2.地球地球(dqi)站的組成站的組成天線分系統(tǒng)、發(fā)射機分系統(tǒng)、接收機分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)、信道天線分系統(tǒng)、發(fā)射機分系統(tǒng)、接收機分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)、信道(xn do)終端設(shè)備分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)終端設(shè)備分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)6個分系統(tǒng)組成。個分系統(tǒng)組成。第20頁/共44頁第二十頁，共44頁。第21頁/共44頁

9、第二十一頁，共44頁。地球站天線采用地球站天線采用(ciyng)的反射型面式天線，如拋物面的反射型面式天線，如拋物面天線，卡塞格林天線，改進型或修正型的拋物面天線及環(huán)天線，卡塞格林天線，改進型或修正型的拋物面天線及環(huán)焦天線焦天線天線天線(tinxin)系統(tǒng)的主要技術(shù)要求：系統(tǒng)的主要技術(shù)要求：（）高增益（）高增益（）低噪聲溫度（）低噪聲溫度（）寬頻帶特性（）寬頻帶特性（）旋轉(zhuǎn)性好（）旋轉(zhuǎn)性好（）機械精度高（）機械精度高第22頁/共44頁第二十二頁，共44頁。卡塞格林天線是由初級喇叭卡塞格林天線是由初級喇叭(l b)輻射器、雙曲面副反射器和輻射器、雙曲面副反射器和拋物面主反射面三部分組成拋物面主反

10、射面三部分組成 地球站的天線是衛(wèi)星通信中地球站的天線是衛(wèi)星通信中最具特色的設(shè)備，是一個龐大最具特色的設(shè)備，是一個龐大(pngd)的系統(tǒng)。當衛(wèi)星通信的系統(tǒng)。當衛(wèi)星通信用用C頻段和頻段和Ku頻段時，根據(jù)地頻段時，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為球站天線的口徑大小可劃分為大、中、小三種站型。大、中、小三種站型。第23頁/共44頁第二十三頁，共44頁。 典型(dinxng)的饋電設(shè)備由饋源喇叭(一次輻射器),波導(dǎo)元件(定向耦合器,極化變換器和雙工器)以及饋線組成饋電設(shè)備的損耗必須足夠小天線天線(tinxin)系統(tǒng)由天線系統(tǒng)由天線(tinxin)主體設(shè)備主體設(shè)備,饋電設(shè)備和跟蹤設(shè)備三部分組成饋電設(shè)備和跟

11、蹤設(shè)備三部分組成.饋電設(shè)備接在天線主體設(shè)備與發(fā)射機，接收機之間它的作用是把饋電設(shè)備接在天線主體設(shè)備與發(fā)射機，接收機之間它的作用是把發(fā)射機輸出的射頻發(fā)射機輸出的射頻(sh pn)信號饋送給天線，同時將天線接收到的信號饋送給天線，同時將天線接收到的電磁波饋送給接收機，即起著傳輸能量和分離收發(fā)電波的作用電磁波饋送給接收機，即起著傳輸能量和分離收發(fā)電波的作用第24頁/共44頁第二十四頁，共44頁。圖圖 地球站天線饋線地球站天線饋線(ku xin)系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成多了天線多了天線(tinxin)跟蹤跟蹤衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)手動跟蹤手動跟蹤(gnzng)程序跟蹤程序跟蹤(gnzng)自動跟蹤自動跟蹤(gn

12、zng)第25頁/共44頁第二十五頁，共44頁。由小功率由小功率(gngl)行波管功率行波管功率(gngl)放大器或速調(diào)管功率放大器或速調(diào)管功率(gngl)放大器組成。放大器組成。采用采用(ciyng)參量變頻器參量變頻器晶振倍頻鎖相振蕩源晶振倍頻鎖相振蕩源3.發(fā)射機分系統(tǒng)發(fā)射機分系統(tǒng)第26頁/共44頁第二十六頁，共44頁。無論是上變頻器或接收機分系統(tǒng)中用無論是上變頻器或接收機分系統(tǒng)中用(zhngyng)的下變頻器，都要有本機振蕩器的下變頻器，都要有本機振蕩器第27頁/共44頁第二十七頁，共44頁。第28頁/共44頁第二十八頁，共44頁。圖圖 天線系統(tǒng)天線系統(tǒng)(xtng)與機房的連接與機房的連

13、接衛(wèi)星信號弱衛(wèi)星信號弱-140-140-130dBm.-130dBm.為了保證為了保證，要求整個，要求整個(zhngg)(zhngg)系統(tǒng)系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲系數(shù)盡的內(nèi)部噪聲系數(shù)盡量小而級聯(lián)的接量小而級聯(lián)的接收系統(tǒng)主要取決于收系統(tǒng)主要取決于第一級放大器系數(shù)第一級放大器系數(shù)第29頁/共44頁第二十九頁，共44頁。5. 信道信道(xn do)終端設(shè)備分系終端設(shè)備分系統(tǒng)統(tǒng)信道終端設(shè)備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩個部分。信道終端設(shè)備分系統(tǒng)可以分為上行和下行兩個部分。（1）上行部分）上行部分即發(fā)端信道終端設(shè)備即發(fā)端信道終端設(shè)備:分別分別(fnbi)對多路電話對多路電話,電視和勤務(wù)信號進行基電視和勤務(wù)信號進行基帶

14、處理帶處理,用合成的基帶信號對用合成的基帶信號對70MHz載波進行調(diào)制，成為調(diào)頻信號，載波進行調(diào)制，成為調(diào)頻信號，然后送到發(fā)射機系統(tǒng)進行變頻（其中要預(yù)加重）然后送到發(fā)射機系統(tǒng)進行變頻（其中要預(yù)加重）(2)下行部分下行部分 信道終端設(shè)備下行部分的任務(wù)是把從低噪聲接收機送來的信道終端設(shè)備下行部分的任務(wù)是把從低噪聲接收機送來的70MHz信信號，經(jīng)過中放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號，然后再送到終端號，經(jīng)過中放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號，然后再送到終端接口設(shè)備，把基帶信號進行分解。接口設(shè)備，把基帶信號進行分解。第30頁/共44頁第三十頁，共44頁。7. 電源分系統(tǒng)電源分系統(tǒng) 地球站電源分系統(tǒng)要

15、供應(yīng)站內(nèi)全部設(shè)備所需用的電能，它關(guān)系地球站電源分系統(tǒng)要供應(yīng)站內(nèi)全部設(shè)備所需用的電能，它關(guān)系到通信的質(zhì)量及設(shè)備的可靠性。到通信的質(zhì)量及設(shè)備的可靠性。 當利用公用交流市電來對地球站供電時，通過電力傳輸線路，必當利用公用交流市電來對地球站供電時，通過電力傳輸線路，必然會同時引進許多雜波干擾，而且公用交流市電也會出現(xiàn)然會同時引進許多雜波干擾，而且公用交流市電也會出現(xiàn)(chxin)波動。波動。6. 6. 通信控制分系統(tǒng)通信控制分系統(tǒng)地球站相當復(fù)雜和龐大地球站相當復(fù)雜和龐大(pngd)(pngd)，為了保證各部分正常工作，為了保證各部分正常工作，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和測試。，必須在站內(nèi)集中監(jiān)視、控制和

16、測試。第31頁/共44頁第三十一頁，共44頁。星裝在第三級火箭的前端.第32頁/共44頁第三十二頁，共44頁。第一第一(dy)宇宙速度：宇宙速度：7.9km/s 地球(dqi)11.2km/sv7.9km/sV2=11.2km/s第二宇宙速度第二宇宙速度：11.2km/sV3=16.7km/s第三宇宙速度第三宇宙速度：16.7km/s所謂宇宙速度就是從地球表面發(fā)射飛行器，飛行器環(huán)繞地球、脫離地球和飛出太陽系所需要的最小速度，分別稱為(chn wi)第一、第二、第三宇宙速度 第33頁/共44頁第三十三頁，共44頁。要想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，必須使衛(wèi)星的要想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，必須使衛(wèi)星的初始速度大于初

17、始速度大于8km/s。但單級火箭的速度。但單級火箭的速度只能達到只能達到(d do)2.5km/s，因此，發(fā)射，因此，發(fā)射靜止衛(wèi)星必須采用帶有捆綁技術(shù)的三級靜止衛(wèi)星必須采用帶有捆綁技術(shù)的三級火箭。捆綁技術(shù)就是把幾支小火箭捆在火箭。捆綁技術(shù)就是把幾支小火箭捆在大火箭的第一級上，用以提高發(fā)射的飛大火箭的第一級上，用以提高發(fā)射的飛行速度。行速度。同步(tngb)軌道衛(wèi)星發(fā)射第34頁/共44頁第三十四頁，共44頁。第35頁/共44頁第三十五頁，共44頁。發(fā)射過程發(fā)射過程進入初始軌道進入初始軌道進入轉(zhuǎn)移進入轉(zhuǎn)移(zhuny)軌軌道道進入漂移軌道進入漂移軌道進入靜止軌道進入靜止軌道一顆自旋穩(wěn)定的靜一顆自旋

18、穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程止衛(wèi)星的發(fā)射過程大體可分為如下大體可分為如下(rxi)幾個階段幾個階段第36頁/共44頁第三十六頁，共44頁。l開始發(fā)射后，依次點燃三級開始發(fā)射后，依次點燃三級火箭火箭(hujin)的一、二級火的一、二級火箭箭(hujin)，把衛(wèi)星送到初，把衛(wèi)星送到初始軌道。始軌道。l衛(wèi)星在初始軌道上只飛行衛(wèi)星在初始軌道上只飛行一小段，當衛(wèi)星快要到達一小段，當衛(wèi)星快要到達(dod)初始軌道與赤道平初始軌道與赤道平面的交點時，要點燃第三級面的交點時，要點燃第三級火箭，以使衛(wèi)星脫離初始軌火箭，以使衛(wèi)星脫離初始軌道而進入轉(zhuǎn)移軌道道而進入轉(zhuǎn)移軌道l衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運行行(yn

19、xng)了幾圈，完了幾圈，完成了上述各項準備工作成了上述各項準備工作后，當再次到達遠地點后，當再次到達遠地點時，就要啟動遠地點發(fā)時，就要啟動遠地點發(fā)動機，使衛(wèi)星進入漂移動機，使衛(wèi)星進入漂移軌道軌道第37頁/共44頁第三十七頁，共44頁。圖遠地點的軌道圖遠地點的軌道(gudo)變換變換第38頁/共44頁第三十八頁，共44頁。. .通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星(tngxn wixng)(tngxn wixng)的姿態(tài)控制的姿態(tài)控制衛(wèi)星上裝有通信用的定向天線，要求定向天線的波束應(yīng)指衛(wèi)星上裝有通信用的定向天線，要求定向天線的波束應(yīng)指向地球中心或某覆蓋區(qū)的中心。向地球中心或某覆蓋區(qū)的中心。（1 1）角度慣性控制）角

20、度慣性控制 角度慣性控制也叫自旋穩(wěn)定角度慣性控制也叫自旋穩(wěn)定(wndng)(wndng)法，是早期靜法，是早期靜止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法。止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法。 采用自旋穩(wěn)定采用自旋穩(wěn)定(wndng)(wndng)法的衛(wèi)星，如法的衛(wèi)星，如IS-IS-，IS-IS-等，衛(wèi)星的天線要安裝在一個平臺上。等，衛(wèi)星的天線要安裝在一個平臺上。 （2 2）三軸穩(wěn)定）三軸穩(wěn)定(wndng)(wndng)法法 三軸穩(wěn)定三軸穩(wěn)定(wndng)(wndng)法是指衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定法是指衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定(wndng)(wndng)穿過衛(wèi)星重心的三個軸來保證的。這三個軸分穿過衛(wèi)星重心的三個軸來保證的。這三個軸分別在衛(wèi)星軌道的切線、法線和軌道平面的垂線等三個方向別在衛(wèi)星軌道的切線、法線和軌道平面的垂線等三個方向上，分別對應(yīng)叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸，三軸可以采上，分別對應(yīng)叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸，三軸可以采用噴氣、慣性飛輪或電機等來直接分別控