第三章衛(wèi)星通信系統(tǒng)3-2

1、第三章第三章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)23.1 衛(wèi)星通信基本概念衛(wèi)星通信基本概念3.2 通信衛(wèi)星與地球站通信衛(wèi)星與地球站3.3 衛(wèi)星通信體制衛(wèi)星通信體制3.4 衛(wèi)星通信線路的設(shè)計(jì)衛(wèi)星通信線路的設(shè)計(jì)3.5 軍事通信衛(wèi)星網(wǎng)軍事通信衛(wèi)星網(wǎng)本章內(nèi)容33.2 通信衛(wèi)星和地球站 衛(wèi)星通信是指利用通信衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信過(guò)程或方式。4 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星是衛(wèi)星通是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最關(guān)鍵信系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。的設(shè)備。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能5 通信衛(wèi)星是一個(gè)設(shè)在空中的微波中繼站，其主要功能是；收到地面一個(gè)地球站發(fā)來(lái)的信號(hào)后（稱為上行信號(hào)），進(jìn)行低噪聲放大、混頻，混

2、頻后的信號(hào)再進(jìn)行功率放大后發(fā)射回地面的另一地球站（這時(shí)的信號(hào)稱作下行信號(hào)）。上行信號(hào)和下行信號(hào)載波頻率是不同的，這是為了避免在衛(wèi)星通信天線中產(chǎn)生同頻率信號(hào)干擾。 3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能6尼日利亞衛(wèi)星尼日利亞衛(wèi)星“中衛(wèi)中衛(wèi)1 1號(hào)號(hào)”通信通信衛(wèi)星衛(wèi)星中星9號(hào)“東方紅四號(hào)”通信衛(wèi)星3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能7通信衛(wèi)星3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能8 通信衛(wèi)星的基本功能是為各個(gè)有關(guān)的地球站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)多址中繼通信。同時(shí)，通信衛(wèi)星還應(yīng)具有一些必要的輔助功能，以保證通信任務(wù)可靠進(jìn)行。 一個(gè)通信衛(wèi)星除星體外，主要由天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、跟蹤遙測(cè)與指令分系統(tǒng)、控制分

3、系統(tǒng)五大部分組成。還應(yīng)該有溫控分系統(tǒng)。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能9通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星的組成的組成該系統(tǒng)在地面測(cè)控該系統(tǒng)在地面測(cè)控站的指令控制下完站的指令控制下完成對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)、成對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)、軌道位置、工作狀軌道位置、工作狀態(tài)、主備用部件切態(tài)、主備用部件切換等各項(xiàng)功能的調(diào)換等各項(xiàng)功能的調(diào)整。整。天線分系統(tǒng)的主要任務(wù)是定向天線分系統(tǒng)的主要任務(wù)是定向發(fā)射和接收無(wú)線電信號(hào)。發(fā)射和接收無(wú)線電信號(hào)。在通信衛(wèi)星在通信衛(wèi)星中直接起中中直接起中繼站作用，繼站作用，完成接收、完成接收、處理、發(fā)射處理、發(fā)射信號(hào)作用。信號(hào)作用。主要包主要包括遙測(cè)括遙測(cè)與指令與指令兩大部?jī)纱蟛糠帧７?。衛(wèi)星上各種電子設(shè)備衛(wèi)星上各種

4、電子設(shè)備所需能量的源泉。所需能量的源泉。10（1 1）天線分系統(tǒng)）天線分系統(tǒng)衛(wèi)星天線有兩種類型： 全方向性天線 此天線完成遙測(cè)、指令和信標(biāo)的發(fā)送、接收。一般是高頻或甚高頻全向天線，以便可靠地接收指令并向地面發(fā)射遙測(cè)數(shù)據(jù)和信標(biāo)。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能11定向天線 用于通信的微波定向天線，主要是接收、轉(zhuǎn)發(fā)地面站的通信信號(hào)。要求對(duì)準(zhǔn)所覆蓋的區(qū)域，按其覆蓋面大小分為： 覆球波束天線：波束能覆蓋衛(wèi)星對(duì)地球的整個(gè)視區(qū)。 點(diǎn)波束天線：此波束很窄，覆蓋地面某一限定的小區(qū)。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能12 賦形波束天線(區(qū)域波束天線)：覆蓋地球通信區(qū)域?yàn)橐惶囟ǖ膮^(qū)域，如為一個(gè)國(guó)家國(guó)土等。其覆蓋區(qū)域

5、可通過(guò)修改天線反射器的形狀或使用多個(gè)饋源從不同方向照射天線反射器，由反射器產(chǎn)生多個(gè)波束的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能1314幾種常見波束覆蓋區(qū)域3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能15穩(wěn)定方式：穩(wěn)定方式： 自旋穩(wěn)定法自旋穩(wěn)定法（角度慣性控制），是早期靜止衛(wèi)星（角度慣性控制），是早期靜止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法，衛(wèi)星的天線要安裝在一個(gè)平臺(tái)常用的姿態(tài)控制方法，衛(wèi)星的天線要安裝在一個(gè)平臺(tái)上。上。 三軸穩(wěn)定法三軸穩(wěn)定法是指衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定穿過(guò)衛(wèi)星重是指衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定穿過(guò)衛(wèi)星重心的三個(gè)軸來(lái)保證的。心的三個(gè)軸來(lái)保證的。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能16 三個(gè)軸分別在衛(wèi)星軌道的切線、法線和

6、軌道平面的垂線等三個(gè)方向上，分別對(duì)應(yīng)叫做滾動(dòng)軸、偏航軸和俯仰軸。三軸可以采用噴氣、慣性飛輪或電機(jī)等來(lái)直接分別控制每個(gè)軸保持穩(wěn)定。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能17（2 2）通信分系統(tǒng)）通信分系統(tǒng) 通信分系統(tǒng)直接起著轉(zhuǎn)發(fā)各地球站信號(hào)的作用，是通信衛(wèi)星的主體設(shè)備?；疽螅?附加噪聲和失真小、要有足夠的工作頻帶、要有足夠大的總增益、頻率穩(wěn)定度和可靠性盡量高。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器通常分為兩大類： 透明轉(zhuǎn)發(fā)器 處理轉(zhuǎn)發(fā)器3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能18 透明轉(zhuǎn)發(fā)器 接收到地面站發(fā)來(lái)的信號(hào)后，除進(jìn)行低噪聲放大、變頻、功率放大外，不作任何處理，只是單純地完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。也就是說(shuō)，它對(duì)工作頻帶內(nèi)的任何信號(hào)都是“透

7、明”的通路。 分為單、雙變頻兩種轉(zhuǎn)發(fā)器。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能19單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器 此轉(zhuǎn)發(fā)器一直在微波段工作，它把接收到的上行信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大，然后直接變換為下行頻率，再經(jīng)功率放大后，通過(guò)天線發(fā)回地面。雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器 它先把接收到的上行信號(hào)經(jīng)下變頻為中頻，經(jīng)放大限幅以后再上變頻為下行信號(hào)，再功放和發(fā)射。這種轉(zhuǎn)發(fā)器經(jīng)過(guò)兩次變頻，所以稱雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能20合路器合路器21 衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量各不相同，通常把衛(wèi)星的整個(gè)工作頻帶劃分為多個(gè)信道，每個(gè)信道占用不同的頻帶，并且有各自的功放。信道數(shù)目就是該衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目。例如，IS-衛(wèi)星把整個(gè)通信頻帶（500MHz）劃分為1

8、2個(gè)信道，因此該衛(wèi)星共有12個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。 3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能22 處理轉(zhuǎn)發(fā)器 指除了信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)外，還具有信號(hào)處理功能的轉(zhuǎn)發(fā)器。與上述雙變頻透明轉(zhuǎn)發(fā)器相比，處理轉(zhuǎn)發(fā)器只是在兩級(jí)變頻器之間增加了信號(hào)的解調(diào)器、處理單元和調(diào)制器。先將信號(hào)解調(diào)，便于信號(hào)處理，再經(jīng)調(diào)制、變頻、功率放大后發(fā)回地面。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能23衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成合路器合路器24衛(wèi)星上的信號(hào)處理一般分三種情況：o 星上再生：對(duì)信號(hào)本身加工處理。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行判決、再生使噪聲不積累；o 星上交換：在多個(gè)衛(wèi)星天線波束之間進(jìn)行信號(hào)交換與處理；o 更高級(jí)處理：更復(fù)雜的星上處理系統(tǒng)，它包括了信號(hào)的變換、交換和

9、處理等。 IS-號(hào)衛(wèi)星采用處理轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行星上再生和星上交換。是容量大、技術(shù)先進(jìn)的衛(wèi)星。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能25（3）遙測(cè)指令分系統(tǒng) 跟蹤部分：為各地球站發(fā)送信標(biāo)信號(hào),供地球站天線跟蹤衛(wèi)星用。 遙測(cè)部分：用各種傳感器和敏感元件等器件，不斷測(cè)得有關(guān)衛(wèi)星的位置、姿態(tài)和衛(wèi)星上設(shè)備工作的數(shù)據(jù)，如電流、電壓、溫度、傳感器信息、氣體壓力指令證實(shí)等信號(hào)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)處理后送往地面的跟蹤遙測(cè)指令站TT&C。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能26遙控指令部分遙控指令部分： 地球上收到衛(wèi)星遙測(cè)的有關(guān)數(shù)據(jù)，要對(duì)衛(wèi)星的位置、地球上收到衛(wèi)星遙測(cè)的有關(guān)數(shù)據(jù)，要對(duì)衛(wèi)星的位置、姿態(tài)進(jìn)行控制，設(shè)備中的部件轉(zhuǎn)換，大

10、功率電源開關(guān)姿態(tài)進(jìn)行控制，設(shè)備中的部件轉(zhuǎn)換，大功率電源開關(guān)等，都要由遙控指令來(lái)進(jìn)行。等，都要由遙控指令來(lái)進(jìn)行。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能27基本工作過(guò)程： 由遙測(cè)設(shè)備測(cè)得有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及星內(nèi)各分系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，經(jīng)放大、多路復(fù)用、編碼、調(diào)制等處理后，通過(guò)專用的發(fā)射機(jī)和天線發(fā)給地面的跟蹤遙測(cè)指令點(diǎn)(TT&C站)，也可稱測(cè)控站。測(cè)控站接收并檢測(cè)出衛(wèi)星發(fā)來(lái)的遙測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)送給衛(wèi)星監(jiān)控中心進(jìn)行分析處理；需要實(shí)施指令控制時(shí)，再將指令信號(hào)回送給測(cè)控站，由測(cè)控站向衛(wèi)星發(fā)出有關(guān)姿態(tài)和位置校正、星體內(nèi)溫度調(diào)節(jié)、主備用部件切換、轉(zhuǎn)發(fā)器增益調(diào)整等控制指令信號(hào)。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能28 指

11、令設(shè)備專門用來(lái)接收地面測(cè)控站發(fā)給衛(wèi)星的指令，并進(jìn)行解調(diào)和譯碼， 然后將其暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，同時(shí)又經(jīng)遙測(cè)設(shè)備發(fā)回地面TT&C進(jìn)行校對(duì)，地面測(cè)控站在核對(duì)無(wú)誤后再發(fā)出“指令執(zhí)行”信號(hào)。衛(wèi)星指令設(shè)備收到“指令執(zhí)行”信號(hào)后， 將存儲(chǔ)的指令送到控制分系統(tǒng)，使有關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正確地完成控制動(dòng)作。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能29地面部分地面部分衛(wèi)星的跟蹤遙測(cè)指令衛(wèi)星的跟蹤遙測(cè)指令分系統(tǒng)分系統(tǒng)地面的跟蹤遙測(cè)指令站地面的跟蹤遙測(cè)指令站衛(wèi)星監(jiān)控中心衛(wèi)星監(jiān)控中心轉(zhuǎn)送轉(zhuǎn)送分析和處理分析和處理（異常）（異常）轉(zhuǎn)送轉(zhuǎn)送控制指令控制指令指令暫存指令暫存校對(duì)校對(duì)（無(wú)誤）（無(wú)誤）“執(zhí)行指令執(zhí)行指令”衛(wèi)星數(shù)據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)控制分系統(tǒng)

12、控制分系統(tǒng)取指令取指令衛(wèi)星部分衛(wèi)星部分30（4 4）控制分系統(tǒng)）控制分系統(tǒng) 當(dāng)通信衛(wèi)星進(jìn)入靜止軌道的預(yù)定位置后，必須長(zhǎng)期當(dāng)通信衛(wèi)星進(jìn)入靜止軌道的預(yù)定位置后，必須長(zhǎng)期地對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行各種控制。地對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行各種控制。 在跟蹤、遙測(cè)指令系統(tǒng)的指令控制下完成對(duì)衛(wèi)星的在跟蹤、遙測(cè)指令系統(tǒng)的指令控制下完成對(duì)衛(wèi)星的各種控制。包括對(duì)衛(wèi)星的各種控制。包括對(duì)衛(wèi)星的位置控制、姿態(tài)控制、溫度位置控制、姿態(tài)控制、溫度控制、各設(shè)備的工作狀態(tài)控制及主備用切換控制、各設(shè)備的工作狀態(tài)控制及主備用切換等。等。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能31 位置控制位置控制系統(tǒng)用來(lái)消除系統(tǒng)用來(lái)消除“攝動(dòng)攝動(dòng)”的影響，以便使的影響，以便使衛(wèi)星與地

13、球的相對(duì)位置固定。衛(wèi)星與地球的相對(duì)位置固定。 姿態(tài)控制姿態(tài)控制是使衛(wèi)星對(duì)地球或其它基準(zhǔn)物保持正確是使衛(wèi)星對(duì)地球或其它基準(zhǔn)物保持正確的姿態(tài)。的姿態(tài)。 控制分系統(tǒng)由一系列機(jī)械的或者電子的可控調(diào)整裝置組成，如各種噴氣推進(jìn)器、驅(qū)動(dòng)裝置、加熱及散熱裝置、各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等。 3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能32（5）電源分系統(tǒng)）電源分系統(tǒng) 電源分系統(tǒng)是用來(lái)給衛(wèi)星上的各種電子設(shè)備提供電能的。通信衛(wèi)星的電源除了要求體積小，重量輕。效率高外，還要求能在衛(wèi)星壽命期間內(nèi)保持輸出足夠的電能。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能33 電源分系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池組、穩(wěn)壓控制電路等組成。電能主要由太陽(yáng)能電池提供，輔助以原

14、子能電池和化學(xué)電池。平時(shí)主要使用太陽(yáng)能電池，同時(shí)蓄電池被充電。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入地球的陰影區(qū)（即星蝕）時(shí)，則使用輔助的化學(xué)能電池。 為保證衛(wèi)星上的設(shè)備供電，在衛(wèi)星上特別設(shè)置了電源控制電路，在特定情況下進(jìn)行電源的控制。 3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能34 太陽(yáng)能電池是把太陽(yáng)輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。大多用NP型單晶硅薄片貼在星體表面的絕緣膜上或?qū)Ｓ玫姆迳?，將各片的電極適當(dāng)分組串、并聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成輸出功率較大的太陽(yáng)能電池陣。但它的輸出的電壓很不穩(wěn)定，須經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后才能使用。 3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能35 化學(xué)電池大多采用鎳鎘蓄電池，與太陽(yáng)能電池并接。非星蝕期間，由太陽(yáng)能電池給負(fù)載供電，并

15、通過(guò)充電控制器給蓄電池充電；星蝕時(shí)，由于衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)，太陽(yáng)輻射的光不能直接照射到貼在星體表面的絕緣膜上的單晶硅薄片或?qū)Ｓ玫姆迳?，此時(shí)太陽(yáng)能電池陣不能輸出功率較大的電能。此時(shí)由蓄電池供電，保證衛(wèi)星正常工作。 3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能36二極管V1用來(lái)阻止蓄電池放電電流流向太陽(yáng)能電池；二極管V2則為蓄電池提供放電通路。穩(wěn) 壓V2充電控制V1太陽(yáng)能電池方陣負(fù)載蓄電池組通信衛(wèi)星電源3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能37（6 6）溫控分系統(tǒng)）溫控分系統(tǒng) 通信衛(wèi)星里的設(shè)備都是在密閉的環(huán)境下工作的。往往會(huì)因?yàn)樾胁ü芄β史糯笃骱碗娫聪到y(tǒng)等部分產(chǎn)生熱而升溫。電器設(shè)備工作, 特別是本振設(shè)備, 要求溫

16、度恒定, 因此就必須對(duì)星上溫度進(jìn)行控制。衛(wèi)星上的溫度傳感器, 隨時(shí)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的溫度并把信號(hào)送回監(jiān)測(cè)站, 如果發(fā)生了異常, 地面通過(guò)遙控指令進(jìn)行控制, 以恢復(fù)保持預(yù)定的溫度。3.2.1 通信衛(wèi)星的組成和功能383.2.2 通信衛(wèi)星舉例o 目前已有衛(wèi)星數(shù)千顆，靜止衛(wèi)星也達(dá)目前已有衛(wèi)星數(shù)千顆，靜止衛(wèi)星也達(dá)100100多顆多顆o IS-V IS-V 為例介紹一些技術(shù)為例介紹一些技術(shù)o （1 1）在）在6-4G6-4G和和14-11GHZ14-11GHZ利用利用空間分隔空間分隔和和極化極化隔離隔離進(jìn)行進(jìn)行頻率復(fù)用頻率復(fù)用?？墒?。可使帶寬達(dá)到帶寬達(dá)到2137MHZ2137MHZ。o （2 2）增加轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目

17、增加轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目和和天線波束類型天線波束類型。除。除 C C段外增加了段外增加了KuKu段和段和C C及及KuKu段轉(zhuǎn)發(fā)器互連的能力段轉(zhuǎn)發(fā)器互連的能力。天線波束類型有：。天線波束類型有：全球全球、區(qū)域區(qū)域或或半球半球和和點(diǎn)波點(diǎn)波束束。39IS-V衛(wèi)星太平洋覆蓋區(qū)的波束配置3.2.2 通信衛(wèi)星舉例40IS-V衛(wèi)星天線系統(tǒng)采用三軸穩(wěn)定方式三軸穩(wěn)定方式，以獲得最大的太陽(yáng)電池功率3.2.2 通信衛(wèi)星舉例通信衛(wèi)星舉例（通信衛(wèi)星舉例（IS系列衛(wèi)星的主要參數(shù)）系列衛(wèi)星的主要參數(shù)）表1-2 IS-V通信衛(wèi)星的主要特性天線的極化（電磁波的極化）天線的極化（電磁波的極化）極化的定義：迎著電磁波的傳播方向，觀察瞬間電

18、場(chǎng)矢極化的定義：迎著電磁波的傳播方向，觀察瞬間電場(chǎng)矢量端點(diǎn)所描繪的軌跡曲線。量端點(diǎn)所描繪的軌跡曲線。線極化線極化水平極化水平極化：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就稱為水平極化波。稱為水平極化波。垂直極化垂直極化：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱為垂直極化波；稱為垂直極化波；圓極化圓極化（含橢圓極化）（含橢圓極化）左旋圓極化左旋圓極化 右旋圓極化右旋圓極化473.2.3 衛(wèi)星通信地球站481. 地球站的分類地球站的分類（1）按站址特征分類：可分為固定站、移動(dòng)站（如艦載 站、機(jī)載站和車載站等）、可拆卸站（短時(shí)間能拆卸

19、 轉(zhuǎn)移地點(diǎn)的站）。（2）按天線口徑分類：天線口徑有30-20m的大型站; 也有18-7.5m的中型站，甚至有6m以下的小型站。（3）按用途分類：可分為民用、軍用、廣播、航海、實(shí)驗(yàn) 等地面站。3.2.3 衛(wèi)星通信地球站49(4)按傳輸信號(hào)的特征分類：可分為模擬通信站和數(shù)字通信站。(5)按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類：各國(guó)有不同的分類方法。 3.2.3 衛(wèi)星通信地球站20m15m.1m按安裝方法及設(shè)備規(guī)模地球站分類 按傳輸信號(hào)特征固定站（大、中、小型站）移動(dòng)站（船載、車載、機(jī)載）可搬動(dòng)站（短時(shí)間內(nèi)可拆卸轉(zhuǎn)移）按天線反射面口徑大小模擬站數(shù)字站民用軍用廣播按用途 航空航海氣象實(shí)驗(yàn)遙控、遙測(cè)跟蹤站（遙測(cè)衛(wèi)星工作參數(shù)，控

20、制衛(wèi)星位置、姿態(tài)）通信參數(shù)測(cè)量站（監(jiān)視轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站通信系統(tǒng)工作參數(shù)按業(yè)務(wù)性質(zhì)）通信業(yè)務(wù)站（電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)、電視）3.2.3 衛(wèi)星通信地球站凡符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的地球站均稱為標(biāo)準(zhǔn)地球站。512. 對(duì)地球一般要求對(duì)地球一般要求一般來(lái)說(shuō)，對(duì)地球站應(yīng)有以下幾方面的要求 發(fā)送的信號(hào)應(yīng)是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率的信號(hào)，能接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的微弱信號(hào)。 可以傳輸多路電話、電報(bào)、傳真，以及高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務(wù)的信號(hào)。 性能穩(wěn)定、可靠，維護(hù)、使用方便。 建設(shè)成本和維護(hù)費(fèi)用不應(yīng)太高。3.2.3 衛(wèi)星通信地球站52o 具體技術(shù)指標(biāo)包括：具體技術(shù)指標(biāo)包括： （1）工作頻率范圍）工作頻率范圍 工作頻率范圍主要是指地球

21、站正常工作的射頻范圍，如6/4GHz地面站，其上行頻率應(yīng)工作在5.925-6.425GHz，下行頻率應(yīng)工作在3.7-4.2GHz，除此之外，還應(yīng)考慮便于系統(tǒng)的頻率規(guī)范化或必要時(shí)載頻的更換，以及便于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。3.2.3 衛(wèi)星通信地球站53（2）性能指數(shù)）性能指數(shù)G/T值值 地面站性能指數(shù)G/T值是反映地面站接收系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)性能指標(biāo)。其中G為接收系統(tǒng)天線增益，T為表示接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度。G/T值越大，說(shuō)明地面站接收系統(tǒng)的性能越好。T的高低嚴(yán)重影響接收信號(hào)的實(shí)際效果，因此必須在G中減去T的影響才能正確反映接收系統(tǒng)的實(shí)際質(zhì)量, G/T值的計(jì)算公式如下: G/T=G(dB)-10lg

22、T (dB/K)3.2.3 衛(wèi)星通信地球站54（3） 全向有效輻射功率全向有效輻射功率 (EIRP)及其穩(wěn)定度及其穩(wěn)定度 EIRP的定義是地球站或衛(wèi)星的天線發(fā)送出的功率 (P)和該天線增益(G)的乘積, 即EIRP=PG。EIRP表示了發(fā)送功率和天線增益的聯(lián)合效果。它代表為了使接收天線接收到相同的功率，一個(gè)各向同性天線必須發(fā)射的等效功率。這一指標(biāo)數(shù)值越大，標(biāo)志著地球站的發(fā)射能力越強(qiáng)，但也意味著該站體積越大，成本越高。3.2.3 衛(wèi)星通信地球站(4) 載波頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度載波頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度 準(zhǔn)確度是指實(shí)測(cè)值與規(guī)定值的最大差值，穩(wěn)定度是指一定時(shí)間內(nèi)由于各種因素變化而引起的載頻漂移的最大值

23、。這兩個(gè)性能指標(biāo)必須穩(wěn)定，否則會(huì)使得轉(zhuǎn)發(fā)器產(chǎn)生交調(diào)干擾，造成能量損失和對(duì)其他相鄰頻道的干擾。(5) 帶外輻射及寄生輻射的允許電平帶外輻射及寄生輻射的允許電平 為減小交調(diào)干擾，地球站發(fā)射機(jī)的帶外輻射及寄生輻射應(yīng)有足夠的抑制能力。3.2.3 衛(wèi)星通信地球站563.2.3 衛(wèi)星通信地球站573.2.3 衛(wèi)星通信地球站58 典型的地球站由典型的地球站由天線分系統(tǒng)、大功率發(fā)射天線分系統(tǒng)、大功率發(fā)射分系統(tǒng)、高靈敏度接收分系統(tǒng)、終端分系統(tǒng)、分系統(tǒng)、高靈敏度接收分系統(tǒng)、終端分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和監(jiān)控分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)和監(jiān)控分系統(tǒng)等六部分組成。等六部分組成。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能593.2.3

24、.3. 地球站的組成和各部分的功能60地球站的總體方框圖由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的微波信號(hào)很微弱，所以天由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的微波信號(hào)很微弱，所以天線尺寸做得大一些，天線直徑一般線尺寸做得大一些，天線直徑一般2020m m到到3030m m，使接收弱信號(hào)的本領(lǐng)強(qiáng)一些。使接收弱信號(hào)的本領(lǐng)強(qiáng)一些。61 發(fā)基帶處理單元調(diào)制器上變頻器合路器功率放大器極化變換極化分離跟蹤信號(hào)檢測(cè)發(fā)射分系統(tǒng)用戶接口分系統(tǒng)收基帶處理單元解調(diào)器下變頻器接收波分離低噪聲放大器信道終端設(shè)備分系統(tǒng)天饋分系統(tǒng)程序跟蹤角度檢測(cè)跟蹤接收機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置伺服跟蹤分系統(tǒng)地面通信線路監(jiān)控分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)至各分系統(tǒng)至各分系統(tǒng)市電接收分系統(tǒng)地球站組成框圖62v 天線分

25、系統(tǒng)天線分系統(tǒng) 天線分系統(tǒng)包括天線分系統(tǒng)包括天線主體天線主體、饋電設(shè)備饋電設(shè)備和和天線跟天線跟蹤設(shè)備蹤設(shè)備三個(gè)部分。地球站天線分系統(tǒng)完成三個(gè)部分。地球站天線分系統(tǒng)完成發(fā)送信號(hào)、發(fā)送信號(hào)、接收信號(hào)和跟蹤衛(wèi)星接收信號(hào)和跟蹤衛(wèi)星的任務(wù)，的任務(wù)，即將發(fā)射系統(tǒng)送來(lái)的即將發(fā)射系統(tǒng)送來(lái)的大功率微波信號(hào)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星發(fā)射出去；同時(shí)接收衛(wèi)星大功率微波信號(hào)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星發(fā)射出去；同時(shí)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的微波信號(hào)送到接收系統(tǒng)。轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的微波信號(hào)送到接收系統(tǒng)。是決定地面站容是決定地面站容量與通信質(zhì)量的關(guān)鍵組成部分之一。量與通信質(zhì)量的關(guān)鍵組成部分之一。 3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能63 對(duì)天線饋線系統(tǒng)的主要技術(shù)要求有工作

26、頻率范圍合乎規(guī)定，具有足夠的帶寬；天線具有較高的增益與合乎要求的輻射波瓣（方向圖）。盡可能低的等效噪聲溫度和良好的旋轉(zhuǎn)性能以及足夠的機(jī)械精密度等。 地球站天線的軸要始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星方向。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能64（1 1）天線主體）天線主體 是地面站最具特色的設(shè)備, 是地面站射頻信號(hào)的輸入和輸出通道。 衛(wèi)星通信大都工作于微波波段，所以地球站天線通常是地面天線，目前主要用性能較好的卡塞格倫天線。 3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能65 卡塞格倫天線包括一個(gè)拋物面形的主反射鏡和一個(gè)雙曲面形的副反射鏡，副反射鏡放在主反射鏡的焦點(diǎn)處。由一次輻射器(即饋源喇叭)輻射出來(lái)的電波

27、，首先投射到副反射鏡上，而副反射鏡又將電波反射到主反射鏡上，主反射鏡把副反射鏡反射來(lái)的波束變成平行波束反射出去。即把向四面八方輻射的球面波變成了朝一定方向輻射的平面波，這就顯著地增加了方向性。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能66卡塞格倫天線原理圖（發(fā)射信號(hào)）卡塞格倫天線原理圖（發(fā)射信號(hào)）主反射鏡(拋物面)發(fā)射機(jī)或接收機(jī)饋源喇叭副反射鏡(雙曲面)(b)(a)初級(jí)饋源拋物面普通卡塞格倫天線射束雙曲面成形副反射鏡不均勻照射均勻照射準(zhǔn)拋物面成形波束卡塞格倫天線射束3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能673.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能68(2) 饋電設(shè)備（饋線）饋電設(shè)備

28、（饋線） 為了把發(fā)射機(jī)輸出的微波信號(hào)送到天線，而將天線接收到的微波信號(hào)送到接收機(jī)，在天線和發(fā)射機(jī)、接收機(jī)之間均接有饋線設(shè)備，指從饋源喇叭至收、發(fā)信機(jī)之間的設(shè)備，它的作用主要是饋送信號(hào)和分離信號(hào)。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能69 饋電設(shè)備主要由雙工器、極化交換器、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)等波導(dǎo)元件以及一些波導(dǎo)傳輸線組成。 雙工器是用來(lái)解決地球站收、發(fā)共用一個(gè)天線的問(wèn)題，盡量保證接收和發(fā)射信號(hào)很好地分離而不造成相互間干擾。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能70 極化變換器用來(lái)把天線接收的圓極化波變換成線極化波，通過(guò)波導(dǎo)傳輸線送往接收設(shè)備，同時(shí)把發(fā)射機(jī)輸出的沿波導(dǎo)傳輸線傳輸?shù)木€極化波轉(zhuǎn)換成

29、圓極化波。 天線跟蹤衛(wèi)星時(shí)要進(jìn)行方位和俯仰兩方面的轉(zhuǎn)動(dòng)。利用轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)來(lái)解決天線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的饋線設(shè)備不影響電磁波的傳送。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能71(3) 跟蹤設(shè)備跟蹤設(shè)備 靜止通信衛(wèi)星實(shí)際上并非完全靜止。雖然星上有位置控制設(shè)備，但它還是有一定的漂移，而一般地球站天線的波來(lái)很窄，因此衛(wèi)星的漂移可能導(dǎo)致地球站天線瞄準(zhǔn)的方向不是最佳指向。從而大大減弱衛(wèi)星收到的信號(hào)能量。為使地球站天線始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，需要跟蹤設(shè)備。 3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能72 天線跟蹤設(shè)備通常由信標(biāo)接收機(jī)、伺服控制設(shè)備和驅(qū)動(dòng)設(shè)備組成。 地球站天線跟蹤衛(wèi)星的方法有三種： 手動(dòng)跟蹤、程序跟蹤、自動(dòng)跟蹤。

30、 手動(dòng)跟蹤：根據(jù)預(yù)知的衛(wèi)星軌道位置數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的規(guī)律，用人工按時(shí)調(diào)整天線的指向。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能73 程序跟蹤：將衛(wèi)星軌道預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)(即在地球站所在地觀察衛(wèi)星的方位角和仰角隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù))和從天線角度檢測(cè)器來(lái)的天線位置角度值，一并輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算、比較，得出衛(wèi)星軌道和天線實(shí)際角度在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的角度差值，然后將此值送入伺服回路，驅(qū)動(dòng)天線，消除誤差角。不斷地比較、驅(qū)動(dòng)，使天線一直指向衛(wèi)星。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能74 自動(dòng)跟蹤：根據(jù)地球站接收到衛(wèi)星所發(fā)的信標(biāo)信號(hào)，檢測(cè)出誤差信號(hào)，驅(qū)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，使天線自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。 由于

31、衛(wèi)星位置受影響的因素太多，無(wú)法長(zhǎng)期預(yù)測(cè)衛(wèi)星軌道，故目前大中型地球站都采用自動(dòng)跟蹤為主，手動(dòng)跟蹤和程序跟蹤為輔的方式。大型地球站還可以使用較簡(jiǎn)單的步進(jìn)跟蹤方式。3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能75自動(dòng)跟蹤自動(dòng)跟蹤3.2.3.3. 地球站的組成和各部分的功能76v 發(fā)射分系統(tǒng)發(fā)射分系統(tǒng) 地球站發(fā)射分系統(tǒng)的主要作用是地球站發(fā)射分系統(tǒng)的主要作用是將終端將終端系統(tǒng)送來(lái)的基帶信號(hào)對(duì)中頻進(jìn)行調(diào)制，再系統(tǒng)送來(lái)的基帶信號(hào)對(duì)中頻進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)過(guò)上變頻和功率放大后饋送給天線發(fā)往經(jīng)過(guò)上變頻和功率放大后饋送給天線發(fā)往衛(wèi)星衛(wèi)星。 由調(diào)制器、中頻放大器、上變頻器、發(fā)由調(diào)制器、中頻放大器、上變頻器、發(fā)射波合成裝置

32、、激勵(lì)器和高功率放大器等射波合成裝置、激勵(lì)器和高功率放大器等組成。組成。77中頻中頻70MHz射頻射頻對(duì)地球站發(fā)射系統(tǒng)的主要要求有：對(duì)地球站發(fā)射系統(tǒng)的主要要求有：發(fā)射功率大、頻帶寬度發(fā)射功率大、頻帶寬度500MHz以上、增益穩(wěn)定以以上、增益穩(wěn)定以及功率放大器的線性度高。及功率放大器的線性度高。 功率放大器可以是單載波工作，功率放大器可以是單載波工作，也可以是多載波工作。也可以是多載波工作。 78v 接收分系統(tǒng)接收分系統(tǒng) 接收系統(tǒng)的主要作用是接收系統(tǒng)的主要作用是將天線系統(tǒng)收到將天線系統(tǒng)收到的由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、下的由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、下變頻和解調(diào)，并將解調(diào)后的基帶信號(hào)

33、送至終變頻和解調(diào)，并將解調(diào)后的基帶信號(hào)送至終端系統(tǒng)端系統(tǒng)。 它的組成主要包括低噪聲放大器、分路它的組成主要包括低噪聲放大器、分路器、下變頻器、中頻放大器和解調(diào)器。器、下變頻器、中頻放大器和解調(diào)器。 接收機(jī)的前級(jí)一般都要采用低噪聲放大器。接收機(jī)的前級(jí)一般都要采用低噪聲放大器。79 解解 調(diào)調(diào) 器器對(duì)接收分系統(tǒng)的基本要求包括：對(duì)接收分系統(tǒng)的基本要求包括： 噪聲溫度要低、頻帶要寬、增益要大、動(dòng)態(tài)噪聲溫度要低、頻帶要寬、增益要大、動(dòng)態(tài)范圍要大、失真要小等。范圍要大、失真要小等。80 地球站接收系統(tǒng)的噪聲可分為地球站接收系統(tǒng)的噪聲可分為內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲和和外部噪聲外部噪聲兩大類。兩大類。 接收系統(tǒng)的內(nèi)部

34、噪聲，主要來(lái)自饋線、接收系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲，主要來(lái)自饋線、 放放大器和變頻器等部分。大器和變頻器等部分。 在衛(wèi)星通信線路中，地球站接收的信號(hào)極其在衛(wèi)星通信線路中，地球站接收的信號(hào)極其微弱。而且，在接收信號(hào)的同時(shí)，還有各種噪微弱。而且，在接收信號(hào)的同時(shí)，還有各種噪聲進(jìn)入接收系統(tǒng)。由于地球站使用了低噪聲放聲進(jìn)入接收系統(tǒng)。由于地球站使用了低噪聲放大器，接收機(jī)的大器，接收機(jī)的內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲影響已經(jīng)很小，因此，影響已經(jīng)很小，因此，其它各種其它各種外部噪聲外部噪聲就必須加以考慮了。就必須加以考慮了。 81地球站接收機(jī)輸入端系統(tǒng)噪聲地球站接收機(jī)輸入端系統(tǒng)噪聲宇宙噪聲大氣噪聲降雨噪聲太陽(yáng)噪聲天電噪聲輸入信號(hào)噪聲

35、天線罩噪聲人為噪聲干擾噪聲地面噪聲無(wú)損耗天線無(wú)損耗饋線理想接收機(jī)接收機(jī)噪聲饋線損耗噪聲天線損耗噪聲輸出信號(hào)噪聲82v 終端分系統(tǒng)終端分系統(tǒng) 終端系統(tǒng)的作用是把一切經(jīng)由地球站終端系統(tǒng)的作用是把一切經(jīng)由地球站上行或下行的信號(hào)（電報(bào)、電話、傳真、電上行或下行的信號(hào)（電報(bào)、電話、傳真、電視、數(shù)據(jù)等）進(jìn)行加工、處理，例如對(duì)上行視、數(shù)據(jù)等）進(jìn)行加工、處理，例如對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行加入報(bào)頭、擾碼、信道糾錯(cuò)編碼等，信號(hào)進(jìn)行加入報(bào)頭、擾碼、信道糾錯(cuò)編碼等，對(duì)下行的信號(hào)進(jìn)行信道解碼、去擾碼、去報(bào)對(duì)下行的信號(hào)進(jìn)行信道解碼、去擾碼、去報(bào)頭，對(duì)接收國(guó)際電視節(jié)目的衛(wèi)星信號(hào)可能還頭，對(duì)接收國(guó)際電視節(jié)目的衛(wèi)星信號(hào)可能還要進(jìn)行制式轉(zhuǎn)

36、換等。要進(jìn)行制式轉(zhuǎn)換等。 83可見，終端分系統(tǒng)有兩個(gè)作用：可見，終端分系統(tǒng)有兩個(gè)作用：第一第一個(gè)作用是對(duì)經(jīng)地面接口線路傳來(lái)的各種個(gè)作用是對(duì)經(jīng)地面接口線路傳來(lái)的各種用戶信號(hào)分別用相應(yīng)的終端設(shè)備對(duì)其進(jìn)行用戶信號(hào)分別用相應(yīng)的終端設(shè)備對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換、編排及其它基帶處理，形成適合衛(wèi)轉(zhuǎn)換、編排及其它基帶處理，形成適合衛(wèi)星信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)；星信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)；第二第二個(gè)作用是將接收系統(tǒng)收到并解調(diào)的基帶個(gè)作用是將接收系統(tǒng)收到并解調(diào)的基帶信號(hào)進(jìn)行與上述相反的處理，然后經(jīng)地面信號(hào)進(jìn)行與上述相反的處理，然后經(jīng)地面接口線路送到各有關(guān)用戶。接口線路送到各有關(guān)用戶。84485 電視信號(hào)包括圖像信號(hào)和伴音信號(hào)。圖電視信號(hào)包括圖像信號(hào)和伴音信號(hào)。圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)電視通道的視頻處理單元和調(diào)制器，像信號(hào)經(jīng)過(guò)電視通道的視頻處理單元和調(diào)制器，成為成為70MHz的中頻調(diào)頻波，再經(jīng)過(guò)中頻放大、的中頻調(diào)頻波，再經(jīng)過(guò)中頻放大、上變頻以及功率放大，然后送往天線。上變頻以及功率放大，然后送往天線。 伴音信號(hào)有時(shí)要利用多路電話的通道進(jìn)行伴音信號(hào)有時(shí)要利用多路電話的通道進(jìn)行傳送。傳送。 接收信號(hào)時(shí)，過(guò)程與上述相反。并且在接收信號(hào)時(shí)，過(guò)程與上述相反。并且在接收分離裝置中把電視圖像信號(hào)與多路電話信接收分離裝置中把