信息科學(xué)與電子工程專業(yè)英語Lecture7衛(wèi)星通信概論

1、1衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡單地說就是利用人造地衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡單地說就是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，溝通地面與地面之球衛(wèi)星作為中繼站，溝通地面與地面之間的各種通信，它利用其通信距離遠(yuǎn)、間的各種通信，它利用其通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大的特點，完成大范圍通信任覆蓋面積大的特點，完成大范圍通信任務(wù)；并作為光纖通信的一種補充和備用務(wù)；并作為光纖通信的一種補充和備用手段。手段。23通信技術(shù)在人類歷史中的作用 通信：在兩個或多個位置實現(xiàn)信息的傳輸、接收和處理。 通信是人類社會的基本需求，每一次通信技術(shù)的變革都會對整個社會以及每一個人帶來極大的影響。 古代： 烽火臺、鼓、鳴“金”、書信等 近代： 電報、電話等 現(xiàn)代 有線通

2、信：光纖、電纜。 無線通信：短波/超短波通信、微波中繼通信、地面移動通信、衛(wèi)星通信。4通信技術(shù)的目標(biāo)及限制 終極目標(biāo)：任意時間、任意地點、任意多任意時間、任意地點、任意多的節(jié)點完成任意大數(shù)據(jù)的交換。的節(jié)點完成任意大數(shù)據(jù)的交換。 通信技術(shù)的發(fā)展總是向著這一理想目標(biāo)靠近，在實現(xiàn)過程中要進行實時性、傳輸距離、傳輸帶寬等各方面的權(quán)衡。 無線通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的一個代表，相對于有線通信網(wǎng)來說，具有使用地點靈活，架設(shè)簡單，建設(shè)成本低等各方面的優(yōu)點。 無線通信最大的約束：地球是圓的。5A點與B點位置足夠遠(yuǎn)時，地球?qū)⒆钃鯚o線信號的直接傳輸。通過C點的信號中繼，A點與B點可以完成信號的間接傳輸。C點信號中繼的作

3、用范圍取決于C點轉(zhuǎn)發(fā)器距離地面的高度。C點轉(zhuǎn)發(fā)器的高度越高，覆蓋范圍越大。人類目前能實現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)發(fā)器：衛(wèi)星678理論上，三顆同步軌道通信衛(wèi)星就能覆蓋全球。9衛(wèi)衛(wèi)星星通通信信原原理理示示意意圖圖10 12 他十分精確的預(yù)他十分精確的預(yù)言，在言，在1969年年6月前月前后，人類將完成登后，人類將完成登月之壯舉。他還預(yù)月之壯舉。他還預(yù)言了電視電話的誕言了電視電話的誕生。這些幻想和預(yù)生。這些幻想和預(yù)言，今天都一一實言，今天都一一實現(xiàn)了。現(xiàn)了?！翱臻g通信之父空間通信之父”13 141516 短 波 通 信 示 意 圖1718微波中繼通信19 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信20212223監(jiān)控管理監(jiān)控管理 分系統(tǒng)分系統(tǒng)

4、 遙測跟蹤指遙測跟蹤指令分系統(tǒng)令分系統(tǒng)地球站地球站通信地球站分系統(tǒng)通信地球站分系統(tǒng)通信測控控制管理分系統(tǒng)控制管理分系統(tǒng)衛(wèi)星分系統(tǒng)衛(wèi)星分系統(tǒng)2425 轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)位置與姿態(tài)位置與姿態(tài) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 遙測指令遙測指令 系統(tǒng)系統(tǒng) 入軌和推進入軌和推進 系統(tǒng)系統(tǒng) 電源系統(tǒng)電源系統(tǒng) 溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng) 天線系統(tǒng)天線系統(tǒng) 通信衛(wèi)星的基本組成通信衛(wèi)星的基本組成26271、天線分系統(tǒng) 發(fā)送和接收通信及測控信號。 用于遙控、遙測和信標(biāo)信號的全向天線，接收地面的指令及向地面發(fā)送遙測數(shù)據(jù)。 用于通信的微波定向天線?？煞譃槿虿ㄊ炀€、點波束天線和區(qū)域波束天線三類。28衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意圖293031跟蹤、遙

5、測、指令分系統(tǒng)（TT&C） 跟蹤部分用來為地球站跟蹤衛(wèi)星發(fā)送信標(biāo)。 遙測部分用來在星上測定并給地面的TT&C (Tracking Telemetry &Command)站發(fā)送有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及衛(wèi)星各部件工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)。 指令部分用于接收來自地面的控制命令，處理后送給控制分系統(tǒng)執(zhí)行。323334電源分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)v為衛(wèi)星提供電能。為衛(wèi)星提供電能。v星上電源分系統(tǒng)由一次能源星上電源分系統(tǒng)由一次能源(太陽能太陽能)，二次，二次能源能源(蓄電池蓄電池)，以及供配電設(shè)備組成。，以及供配電設(shè)備組成。電源系統(tǒng)重要作用 衛(wèi)星電源系統(tǒng)是衛(wèi)星的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，它擔(dān)負(fù)著為衛(wèi)星的其它分系統(tǒng)和有效

6、載荷供電的重要任務(wù)。電源分系統(tǒng)供電質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響衛(wèi)星整星的工作狀態(tài)。 通常衛(wèi)星的電源系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池以及供配電設(shè)備組成。光照區(qū)太陽能為蓄電池充電，陰影區(qū)由蓄電池供電。 若衛(wèi)星中只有蓄電池（出現(xiàn)在早期的試驗衛(wèi)星以及一些短期航天任務(wù)中），則蓄電池耗盡就意味著衛(wèi)星壽命的結(jié)束，如“斯科爾號”。 若衛(wèi)星中只有太陽能電池，則整星必須在光射區(qū)才能保持工作。35電源系統(tǒng)的效率 太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率 太陽能電池帆板對太陽的跟蹤 太陽能電池的總功率與其面積相關(guān)，目前衛(wèi)星上一般采用展開式的太陽能電池帆板，以提高整星的能源供應(yīng)。但太陽能電池帆板對太陽光角度的跟蹤將直接影響太陽能電池的輸出功率。 太陽能電池

7、的光電轉(zhuǎn)換效率 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與太陽能電池的材料、工藝等相關(guān)。目前效率最高的是多結(jié)砷化鎵電池，效率在33%以上.普通的硅太陽能電池效率在8-16%之間.36電源系統(tǒng)的重量考慮 作為在軌衛(wèi)星的重要子系統(tǒng)，重量總是越小越好。要減小能源系統(tǒng)的重量主要通過以下幾方面入手：太陽能電池的選型：通過選擇輕質(zhì)的材料以降低太陽能電池的重量。對帆板的展開及跟蹤機構(gòu)采用輕量的設(shè)計。選用比能量更高的蓄電池，如鋰電池，以降低蓄電池組的重量。373839溫控分系統(tǒng)溫控分系統(tǒng)v溫控分系統(tǒng)的作用就是控制衛(wèi)星各部分的溫控分系統(tǒng)的作用就是控制衛(wèi)星各部分的溫度，保證星上各種儀器設(shè)備正常工作。溫度，保證星上各種儀器設(shè)備正常

8、工作。v通?？煞譃楸粍訙囟瓤刂坪椭鲃訙囟瓤刂仆ǔ？煞譃楸粍訙囟瓤刂坪椭鲃訙囟瓤刂苾煞N形式。兩種形式。40通信衛(wèi)星舉例鑫諾三號 鑫諾衛(wèi)星通信有限公司的“鑫諾3號”衛(wèi)星是一顆專門為我國滿足中央臺、各省會城市、各直轄市衛(wèi)星廣播電視傳輸需要的廣播電視傳送衛(wèi)星 。41v目前我國首目前我國首顆直播通信顆直播通信衛(wèi)星。衛(wèi)星。42鑫諾三號衛(wèi)星性能參數(shù)：鑫諾三號衛(wèi)星性能參數(shù)：設(shè)計制造設(shè)計制造 中國空間技術(shù)研究院中國空間技術(shù)研究院衛(wèi)星平臺衛(wèi)星平臺 東方紅三號東方紅三號發(fā)射時間發(fā)射時間 2007年年6月月1日日設(shè)計壽命設(shè)計壽命 8年年軌道位置軌道位置 125E 穩(wěn)定方式穩(wěn)定方式 三軸穩(wěn)定三軸穩(wěn)定有效載荷有效載荷 1

9、036MHz C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器頻段轉(zhuǎn)發(fā)器覆蓋范圍覆蓋范圍中國全境及周邊國家和地區(qū)中國全境及周邊國家和地區(qū)衛(wèi)星衛(wèi)星EIRP 中國國土中國國土40dBW東南亞等周邊國家和地區(qū)東南亞等周邊國家和地區(qū)36dBW 工作頻率工作頻率上行：上行：5.925-6.425GHz 下行：下行：3.700-4.200GHz 鑫諾三號衛(wèi)星性能參數(shù)鑫諾三號衛(wèi)星性能參數(shù)43天線與人天線與人444546 用用 戶戶 長途電話局長途電話局 基帶設(shè)備基帶設(shè)備 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)變變 頻頻 功率放大功率放大天線天線47484950515253545556575859606162636465666768697071727374東方紅東方

10、紅1號號757677 1972年2月21日，尼克松一行抵達(dá)北京，對中國進行為期七天的歷史性訪問。 歷史的瞬間歷史的瞬間78798081828384858687888990919293949596未來通信衛(wèi)星的發(fā)展趨勢未來通信衛(wèi)星的發(fā)展趨勢97寬帶業(yè)務(wù)的需求寬帶衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)將在未來幾年中得到快速發(fā)展。轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星有效載荷設(shè)計將以傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器為基礎(chǔ)，星上交換和處理有效載荷設(shè)計將利用寬帶衛(wèi)星和頻率資源。衛(wèi)星可以有效彌補地面通信網(wǎng)之不足，但必須是提供通過太空傳輸所能提供的效果更好的服務(wù)。未來衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的市場需求將與地面通信面臨的一樣，即帶寬更寬，功能更強，價格更低。通信容量最大和終端最簡便的寬帶系統(tǒng)將有

11、市場優(yōu)勢。但是，寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)的靈活性已具有自身的優(yōu)勢。用戶將把始終在線的高速數(shù)據(jù)連接作為日常生活的一部分。但是，地面寬帶鏈路的有效距離，無論有線還是無線，一般都小于它們將要替代的話音系統(tǒng)的有效距離。這就有可能在城市中產(chǎn)生許多寬帶“孤島”，在人煙稀少的地區(qū)情況會更加嚴(yán)重，而且沉重的系統(tǒng)費用會使專用的地面系統(tǒng)非常不經(jīng)濟。在這些地區(qū)，衛(wèi)星自然成為應(yīng)該選擇的寬帶通信手段。98通信衛(wèi)星星上路由需求 目前的寬帶衛(wèi)星一般被看作是接入技術(shù)，也就是專門在用戶和Internet之間通過傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星或彎管式衛(wèi)星提供寬帶連接，與用調(diào)制解調(diào)器通過地面線路提供連接很相似。無論那種連接方式，每條線路每次都是接納一個用戶，而

12、且數(shù)據(jù)的傳送路由選擇都是在中央設(shè)備中進行的。隨著寬帶業(yè)務(wù)的增加需要將通信路由功能從地面中央設(shè)備轉(zhuǎn)移到空間衛(wèi)星上，系統(tǒng)設(shè)計人員可以將來自許多猝發(fā)用戶的通信量在到達(dá)衛(wèi)星下行鏈路發(fā)射機之前進行組合，從而大大提高了效率并圍，使系統(tǒng)每年產(chǎn)生更多的收益。99微小衛(wèi)星的發(fā)展需求 革命性的新技術(shù)將大幅度地增強衛(wèi)星的功能，并大大地降低衛(wèi)星的成本。這些年以來，衛(wèi)星體積越來越大，功率越來越高，通信容量越來越大。然而，在今后二十年中，低地球軌道（LEO）和中地球軌道（MEO）的衛(wèi)星卻可能會向另外一個方向發(fā)展，即小型化，從而使衛(wèi)星發(fā)展回歸到起點。每顆衛(wèi)星都擁有強大的計算能力，并與幾十顆、甚至幾百顆相似的衛(wèi)星互聯(lián)，對地球進行不間斷的地毯式覆蓋。這些衛(wèi)星可以是通