演示文稿衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成

演示文稿衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成當(dāng)前第1頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)（優(yōu)選）衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成當(dāng)前第2頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)第1章衛(wèi)星通信概述1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點(diǎn)

1.2衛(wèi)星通信地球站

1.3通信衛(wèi)星（組成、軌道及星座設(shè)計(jì)）

1.4衛(wèi)星通信工作頻段的選擇及電波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)

1.5衛(wèi)星通信的發(fā)展當(dāng)前第3頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)通信：有線通信和無線通信有線通信：光纖、電纜、明線無線通信：短波通信、微波中繼通信、地面蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)等衛(wèi)星通信是個(gè)人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充。當(dāng)前第4頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)基本概念

通信：信息的傳遞（傳遞含有信息的消息）。

消息：以某種形式對(duì)主、客觀事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的具體描述。語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等在通信中可以認(rèn)為是通信傳輸?shù)木唧w對(duì)象信息：消息中所包含的對(duì)收信者有用的內(nèi)容，或者說是收信者感興趣的那部分內(nèi)容。當(dāng)前第5頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)1.1.1衛(wèi)星通信的基本概念

衛(wèi)星是指在圍繞行星的軌道上運(yùn)行的天然天體或人造天體，如月球是地球的衛(wèi)星。

1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點(diǎn)

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。其無線電波頻率使用微波頻段(300MHz～300GHz，即波段1m～1mm)。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)指利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)。

通信衛(wèi)星指用于實(shí)現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星。

衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展，是微波接力向太空的延伸。當(dāng)前第6頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)當(dāng)前第7頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)

圖1-1衛(wèi)星通信過程示意圖當(dāng)前第8頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)當(dāng)前第9頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)通常以空間飛行器或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對(duì)象的無線電通信稱為空間通信(宇宙通信)，它包括三種形式：

(1)地球站與空間站之間的通信；

(2)各空間站之間的通信；

(3)通過空間站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射進(jìn)行的各地球站之間的通信。

把第三種形式的空間通信稱為衛(wèi)星通信，這里說的地球站是指設(shè)在地球表面(包括地面、海洋或大氣層)的通信站。當(dāng)前第10頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)2、對(duì)地靜止衛(wèi)星：相對(duì)于地球表面上的任一點(diǎn)，衛(wèi)星的位置保持固定不變。1、對(duì)地非靜止衛(wèi)星：相對(duì)于地球表面上的任一點(diǎn)，衛(wèi)星的位置不斷地變化。又稱運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星。幾個(gè)概念當(dāng)前第11頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)

靜止軌道必須具備以下三個(gè)條件：衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的方向和周期與地球自轉(zhuǎn)的方向和周期相同(T=23:56:4.09)；軌道面與赤道面重合；軌道是圓軌道。注意：靜止衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的區(qū)別當(dāng)前第12頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)自然靜止軌道人工靜止軌道（自然靜止軌道：以地心為圓心，半徑為42164.6公里，運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致）

在理想情況下，衛(wèi)星入軌后，無需再為克服地心引力而消耗能量，故稱之為“自然的”。（地球半徑為6378公里，則衛(wèi)星距離地面的高度為35786公里）

其軌道稱為對(duì)地靜止軌道，對(duì)地靜止軌道有自然的和人工的兩種。當(dāng)前第13頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)人工靜止軌道自然靜止軌道

近年來，為了克服衛(wèi)星通信傳輸時(shí)延長的缺點(diǎn)，有人提出了低高度的人工對(duì)地靜止通信衛(wèi)星的設(shè)想，在地面上不斷地向衛(wèi)星發(fā)射激光或微波能量，以供給衛(wèi)星用以克服地心的引力，保持衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)前第14頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)

3、上行鏈路：從地球站發(fā)射信號(hào)到通信衛(wèi)星所經(jīng)過的通信路徑。

4、下行鏈路指通信衛(wèi)星將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到其它地球站的通信路徑。

當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行軌道較高時(shí)，相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)地球站可同時(shí)“看”到衛(wèi)星，這樣就可采用立即轉(zhuǎn)發(fā)方式。

只用一顆衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)立即轉(zhuǎn)發(fā)通信，這種系統(tǒng)稱為立即轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。當(dāng)前第15頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行軌道較低時(shí)，相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)地球站不能同時(shí)“看”到同一顆通信衛(wèi)星，若采用立即轉(zhuǎn)發(fā)方式，就必須利用多顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，才能進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信，其通信鏈路會(huì)增加同軌道通信衛(wèi)星的星間鏈路(InterSatelliteLinks，ISL)或不同軌道通信衛(wèi)星的星際鏈路(Inter-OrbitLinks，IOL)，這種系統(tǒng)就是通常所說的低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。否則，就只能采用延遲轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行通信，這種系統(tǒng)則稱為延遲式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。當(dāng)前第16頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)1.1.2衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。

（2）覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信。

（3）通信頻帶寬，傳輸容量大。

（4）機(jī)動(dòng)靈活。

（5）通信鏈路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。當(dāng)前第17頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)

局限性：

（1）通信衛(wèi)星使用壽命較短。

*部件故障導(dǎo)致的不可修復(fù)

*推進(jìn)劑攜帶量有限

控制衛(wèi)星入軌

推進(jìn)劑的應(yīng)用軌道位置保持

姿態(tài)保持

（2）存在日凌中斷和

星蝕現(xiàn)象。圖1-4靜止衛(wèi)星的日凌中斷和星蝕現(xiàn)象

當(dāng)前第18頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)靜止衛(wèi)星的星蝕

衛(wèi)星、地球、太陽共處在一條直線上，且地球擋住了陽光,靜止衛(wèi)星處于地球的陰影區(qū)，導(dǎo)致衛(wèi)星上的太陽能電池?zé)o法正常工作。當(dāng)前第19頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)

星蝕現(xiàn)象發(fā)生在每年春分和秋分前后各23天，每天當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間午夜前后。春分秋分當(dāng)前第20頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)靜止衛(wèi)星的日凌中斷

衛(wèi)星處在太陽與地球之間，地球站的天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)，也對(duì)準(zhǔn)了太陽，這樣大量的太陽噪聲進(jìn)入地球站接收設(shè)備，導(dǎo)致通信中斷。當(dāng)前第21頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)春分秋分

日凌中斷現(xiàn)象發(fā)生在每年春分和秋分前后，當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間中午前后。當(dāng)前第22頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)（3）電波的傳播時(shí)延較大且存在回波干擾。

（4）衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜。

（5）靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)。當(dāng)前第23頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)1.1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成和分類

1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由通信衛(wèi)星、通信地球站分系統(tǒng)、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)，以及監(jiān)控管理分系統(tǒng)四部分組成。

圖1-5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對(duì)發(fā)來的信號(hào)起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。每顆通信衛(wèi)星均包括收發(fā)天線、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、跟蹤遙測指令、控制和電源等分系統(tǒng)。其作用是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對(duì)衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正包括地球站和通信業(yè)務(wù)控制中心，其中有天饋設(shè)備、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。其作用是對(duì)在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測與控制，其中包括轉(zhuǎn)發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運(yùn)行和工作。當(dāng)前第24頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)(1)通信衛(wèi)星：由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對(duì)發(fā)來的信號(hào)起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。每顆通信衛(wèi)星均包括收發(fā)天線、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、跟蹤遙測指令、控制和電源等分系統(tǒng)。

(2)通信地球站分系統(tǒng)：包括地球站和通信業(yè)務(wù)控制中心，其中有天饋設(shè)備、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。

(3)跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)：其作用是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對(duì)衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正。

(4)監(jiān)控管理分系統(tǒng)：其作用是對(duì)在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測與控制，其中包括轉(zhuǎn)發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運(yùn)行和工作。

當(dāng)前第25頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)系統(tǒng)組成另一種說法

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成還可以分為空間段、地面段和用戶段三部分。

空間段

主要是衛(wèi)星本身。星體包括兩大子系統(tǒng)：

有效載荷——天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)(轉(zhuǎn)發(fā)器)

空間平臺(tái)——遙測指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)等地面段(地球站群)

典型的地面段即地球站，通信地球站由天線饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備等組成。還包括監(jiān)控中心：地面衛(wèi)星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟蹤、遙測和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用戶段：各種用戶終端當(dāng)前第26頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)監(jiān)控中心監(jiān)控管理分系統(tǒng)——對(duì)在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測和控制，以保證通信衛(wèi)星的正常運(yùn)行和工作；跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)——對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對(duì)在軌衛(wèi)星的軌道、位置及姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正。當(dāng)前第27頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)(3)控制段：由所有地面控制和管理設(shè)施組成，它既包括用于監(jiān)測和控制(跟蹤遙測及指令系統(tǒng))這些衛(wèi)星的地球站，又包括用于業(yè)務(wù)與星上資源管理的地球站。(1)空間段：包括通信系統(tǒng)中所有的處在地球外層空間的衛(wèi)星，其作用是在空中對(duì)地面或其它衛(wèi)星發(fā)來的信號(hào)起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。(2)地面段：主要由多個(gè)承擔(dān)不同業(yè)務(wù)的地球站組成，它們按照業(yè)務(wù)類型，大致分為用戶站(如手機(jī)、便攜設(shè)備、移動(dòng)站和小口徑終端VSAT，可以直接連接到空間段)、接口站(又稱關(guān)口站，它將空間段與地面網(wǎng)絡(luò)互連)和服務(wù)站(如樞紐站和饋送站，它通過空間段從用戶處收集信息或向用戶分發(fā)信息)。當(dāng)前第28頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成空間段：轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)，要求放大，且盡量無失真，無噪聲；地面段：放大、發(fā)射、接收信號(hào)等；監(jiān)控中心：保證通信衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通信網(wǎng)絡(luò)正常工作，對(duì)地球站的方向圖、功率和頻率進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)前第29頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)空間段當(dāng)前第30頁\共有34頁\編于星期日\6點(diǎn)地面段當(dāng)前第31頁\