現(xiàn)代通信技術(shù)下章衛(wèi)星通信

現(xiàn)代通信技術(shù)下章衛(wèi)星通信第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

衛(wèi)星通信與INTERNET國際、國內(nèi)骨干網(wǎng)INTELSAT15％已經(jīng)用于INTERNET骨干網(wǎng)直接到戶

DIRECPC/DIRECWAY

增長溫和但很重要

第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三Internet直接到戶的典范1995年HNS公司DirecPC問世。DirecPC網(wǎng)絡(luò)是目前世界上最大的數(shù)字直播衛(wèi)星接入服務(wù)（DBS）系統(tǒng)，為用戶提供非對稱的衛(wèi)星信道數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)各類信息服務(wù)。

2001年發(fā)展為DIRECWAY2003年北美用戶15.2萬第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三DirecWay網(wǎng)絡(luò)原理大量的DirecWay小站與一個主站共同工作，構(gòu)成衛(wèi)星通信網(wǎng)，為分布在廣闊地域上的成千上萬個工作站提供數(shù)據(jù)、話音、視頻及其它電信服務(wù)。DirecWay網(wǎng)絡(luò)可提供點對點、點對多點的連接以及廣播和組播等功能。可以將數(shù)據(jù)、話音、視頻、Internet/Intranet/多媒體服務(wù)等綜合業(yè)務(wù)于一體。第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三1.靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.32衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成4.32.1系統(tǒng)組成第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三（1）靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)點①通信距離遠，且費用與通信距離無關(guān)②覆蓋面積大，可進行多址通信③通信頻帶寬，傳輸容量大④信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠⑤建立通信電路靈活、機動性好（2）靜止衛(wèi)星通信的缺點① 靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。② 地球的兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，而且地球的高緯度地區(qū)通信效果不好。③ 存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。④ 有較大的信號傳輸時延和回波干擾。第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三目前國際衛(wèi)星通信組織負責(zé)建立的國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)（INTELSAT），簡稱IS，就是利用靜止衛(wèi)星來實現(xiàn)全球通信的。三顆同步衛(wèi)星分別位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它們構(gòu)成的全球通信網(wǎng)承擔(dān)著大約80%的國際通信業(yè)務(wù)和全部國際電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)。第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三衛(wèi)星通信示意圖第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4大部分組成的第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖衛(wèi)星通信線路的組成第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三4.32.2通信衛(wèi)星的組成及其工作原理通信衛(wèi)星各系統(tǒng)的組成由通信分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、遙測與指令分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和溫控分系統(tǒng)5個部分組成。

1.控制分系統(tǒng)控制分系統(tǒng)由各種可控的調(diào)整裝置，如各種噴氣推進器、各種驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖通信衛(wèi)星的組成由各種可控的調(diào)整裝置，如各種噴氣推進器、各種驅(qū)動裝置和各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成由光電器件組成

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。第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖通信衛(wèi)星的組成行波管功率放大器和電源系統(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，有時要通過遙測指令信號控制衛(wèi)星上設(shè)備產(chǎn)生一定的動作第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成的方框圖5.衛(wèi)星上通信分系統(tǒng)又分為:轉(zhuǎn)發(fā)器和星上天線兩部分第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三通信衛(wèi)星的天線系統(tǒng)衛(wèi)星天線有兩種類型。一種是用于遙控、遙測和信標信號的全向天線，接收地面的指令及向地面發(fā)送遙測數(shù)據(jù)。這種天線常用鞭狀、螺旋形、繞桿式或套筒偶極子天線，屬于高頻或甚高頻天線。另一種是用于通信的微波定向天線，根據(jù)波束寬度不同，分為三類。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三（1）全球波束天線：波束寬度約為17°～18°。（2）點波束天線：其波束比全球波束窄得多，故增益較高，但其輻射的區(qū)域比全球波束小得多。（3）區(qū)域波束天線：如果地面要求覆蓋的區(qū)域形狀不規(guī)則，就要用區(qū)域波束天線，也稱賦形波束天線。其覆蓋區(qū)域可通過修改天線反射器的形狀或使用多個饋源從不同方向照射天線反射器，由反射器產(chǎn)生多個波束的組合來實現(xiàn)。第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意圖第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖各種波束覆蓋示意圖第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三4.32.3地球站的組成及其工作原理1.對地球站的技術(shù)要求①發(fā)送的信號應(yīng)是寬頻帶、穩(wěn)定、大功率的信號，能接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)來的微弱信號。②可以傳輸多路電話、電報、傳真，以及高速數(shù)據(jù)、電視等多種業(yè)務(wù)的信號。③性能穩(wěn)定、可靠，維護、使用方便④建設(shè)成本和維護費用不應(yīng)太高。第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三（1）地球站的性能指標——品質(zhì)因數(shù)（G/T）G/T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)。

（2）有效輻射功率及其穩(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。（3）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。（4）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。（5）干擾波輻射的限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。第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三地球站的總體方框圖2.地球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)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)6個分系統(tǒng)組成。第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三地球站組成第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三2.地球站的天線系統(tǒng)地球站天線采用的反射型面式天線，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)焦天線天線系統(tǒng)的主要技術(shù)要求：（１）高增益（２）低噪聲溫度（３）寬頻帶特性（４）旋轉(zhuǎn)性好（５）機械精度高第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三3.卡塞格林天線卡塞格林天線是一種具有雙反射器的拋物面天線，可以把大功率或低噪聲接收機直接與饋源喇叭相接，從而降低了因饋電波導(dǎo)過長而引起的損耗．同時，從饋源喇叭中輻射出來經(jīng)過反射鏡邊緣泄露出來的電波是射向天空而不是地面，降低了大地反射噪聲卡塞格林天線是由初級喇叭輻射器、雙曲面副反射器和拋物面主反射面三部分組成地球站的天線是衛(wèi)星通信中最具特色的設(shè)備，是一個龐大的系統(tǒng)。當(dāng)衛(wèi)星通信用C頻段和Ku頻段時，根據(jù)地球站天線的口徑大小可劃分為大、中、小三種站型。第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

典型的饋電設(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?。炀€系統(tǒng)由天線主體設(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．第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖地球站天線饋線系統(tǒng)的組成多了天線跟蹤衛(wèi)星系統(tǒng)手動跟蹤程序跟蹤自動跟蹤第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖發(fā)射機分系統(tǒng)的組成由小功率行波管功率放大器或速調(diào)管功率放大器組成。采用參量變頻器晶振倍頻鎖相振蕩源3.發(fā)射機分系統(tǒng)第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖晶振倍頻鎖相振蕩源無論是上變頻器或接收機分系統(tǒng)中用的下變頻器，都要有本機振蕩器第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三4.接收機分系統(tǒng)由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率較小，只有幾瓦至幾十瓦，而且天線的增益也不高，經(jīng)200dB左右的下行線路損耗之后，到達地球站的信號極微弱。（1）低噪聲放大器在微波頻段使用的低噪聲放大器主要是低噪聲晶體管放大器、場效應(yīng)管放大器和參量放大器等。(2）下變頻器經(jīng)低噪聲放大器放大的微波信號，要送到下變頻器變換成中頻，再經(jīng)過中頻放大后送到解調(diào)器。第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖天線系統(tǒng)與機房的連接衛(wèi)星信號弱-140～-130dBm.為了保證Ｓ／Ｎ，要求整個系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲系數(shù)盡量?。壜?lián)的接收系統(tǒng)主要取決于第一級放大器系數(shù)．第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三5.信道終端設(shè)備分系統(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。（1）上行部分即發(fā)端信道終端設(shè)備:分別對多路電話,電視和勤務(wù)信號進行基帶處理,用合成的基帶信號對70MHz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）(2)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70MHz信號，經(jīng)過中放、解調(diào)和基帶處理后，輸出基帶信號，然后再送到終端接口設(shè)備，把基帶信號進行分解。第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三7.電源分系統(tǒng)

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。當(dāng)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)波動。6.通信控制分系統(tǒng)地球站相當(dāng)復(fù)雜和龐大，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。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三4.32.4靜止衛(wèi)星的運行軌道與觀察參數(shù)1.靜止衛(wèi)星的發(fā)射要使衛(wèi)星進入運行軌道，必須依靠運載火箭。要想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，還必須使衛(wèi)星的初始速度大于8km/s。但單級火箭的速度只能達到2.5km/s，因此，發(fā)射靜止衛(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大火箭的第一級上，用以提高發(fā)射的飛行速度，衛(wèi)星裝在第三級火箭的前端.第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三第一宇宙速度：7.9km/s

地球11.2km/s>v>7.9km/sV2=11.2km/s第二宇宙速度：11.2km/sV3=16.7km/s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，分別稱為第一、第二、第三宇宙速度

第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三要想使衛(wèi)星繞地球運轉(zhuǎn)，必須使衛(wèi)星的初始速度大于8km/s。但單級火箭的速度只能達到2.5km/s，因此，發(fā)射靜止衛(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大火箭的第一級上，用以提高發(fā)射的飛行速度。同步軌道衛(wèi)星發(fā)射第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三發(fā)射過程進入初始軌道進入轉(zhuǎn)移軌道進入漂移軌道進入靜止軌道一顆自旋穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星的發(fā)射過程大體可分為如下幾個階段第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三開始發(fā)射后，依次點燃三級火箭的一、二級火箭，把衛(wèi)星送到初始軌道。衛(wèi)星在初始軌道上只飛行一小段，當(dāng)衛(wèi)星快要到達初始軌道與赤道平面的交點時，要點燃第三級火箭，以使衛(wèi)星脫離初始軌道而進入轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上運行了幾圈，完成了上述各項準備工作后，當(dāng)再次到達遠地點時，就要啟動遠地點發(fā)動機，使衛(wèi)星進入漂移軌道第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三圖遠地點的軌道變換第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三２.通信衛(wèi)星的姿態(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)指向地球中心或某覆蓋區(qū)的中心。（1）角度慣性控制角度慣性控制也叫自旋穩(wěn)定法，是早期靜止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法。采用自旋穩(wěn)定法的衛(wèi)星，如IS-Ⅲ，IS-Ⅳ等，衛(wèi)星的天線要安裝在一個平臺上。（2）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上，分別對應(yīng)叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸，三