衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成

衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成第1章衛(wèi)星通信概述1、1衛(wèi)星通信得基本概念與特點(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)星通信工作頻段得選擇及電波傳輸?shù)锰攸c(diǎn)

1、5衛(wèi)星通信得發(fā)展通信:有線通信與無線通信有線通信:光纖、電纜、明線無線通信:短波通信、微波中繼通信、地面蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)等衛(wèi)星通信就是個人通信網(wǎng)得組成部分,就是地面通信網(wǎng)得補(bǔ)充?；靖拍?/p>

通信:信息得傳遞(傳遞含有信息得消息)。

消息:以某種形式對主、客觀事物運(yùn)動狀態(tài)得具體描述。語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等在通信中可以認(rèn)為就是通信傳輸?shù)镁唧w對象信息:消息中所包含得對收信者有用得內(nèi)容,或者說就是收信者感興趣得那部分內(nèi)容。1、1、1衛(wèi)星通信得基本概念

衛(wèi)星就是指在圍繞行星得軌道上運(yùn)行得天然天體或人造天體,如月球就是地球得衛(wèi)星。

1、1衛(wèi)星通信得基本概念與特點(diǎn)衛(wèi)星通信就是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波,在兩個或多個地球站之間進(jìn)行得通信。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)行通信得通信系統(tǒng)。

通信衛(wèi)星指用于實(shí)現(xiàn)通信目得得人造衛(wèi)星。

衛(wèi)星通信就是地面微波中繼通信得繼承與發(fā)展,就是微波接力向太空得延伸。

圖1-1衛(wèi)星通信過程示意圖通常以空間飛行器或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對象得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得通信;

(2)各空間站之間得通信;

(3)通過空間站得轉(zhuǎn)發(fā)或反射進(jìn)行得各地球站之間得通信。

把第三種形式得空間通信稱為衛(wèi)星通信,這里說得地球站就是指設(shè)在地球表面(包括地面、海洋或大氣層)得通信站。2、對地靜止衛(wèi)星:相對于地球表面上得任一點(diǎn),衛(wèi)星得位置保持固定不變。1、對地非靜止衛(wèi)星:相對于地球表面上得任一點(diǎn),衛(wèi)星得位置不斷地變化。又稱運(yùn)動衛(wèi)星。幾個概念

靜止軌道必須具備以下三個條件:衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)得方向與周期與地球自轉(zhuǎn)得方向與周期相同(T=23:56:4、09);軌道面與赤道面重合;軌道就是圓軌道。注意:靜止衛(wèi)星與同步衛(wèi)星得區(qū)別大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(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“自然得”。(地球半徑為6378公里,則衛(wèi)星距離地面得高度為35786公里)

其軌道稱為對地靜止軌道,對地靜止軌道有自然得與人工得兩種。人工靜止軌道自然靜止軌道

近年來,為了克服衛(wèi)星通信傳輸時延長得缺點(diǎn),有人提出了低高度得人工對地靜止通信衛(wèi)星得設(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)星用以克服地心得引力,保持衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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

4、下行鏈路指通信衛(wèi)星將信號轉(zhuǎn)發(fā)到其它地球站得通信路徑。

當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行軌道較高時,相距較遠(yuǎn)得兩個地球站可同時“瞧”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)衛(wèi)星運(yùn)行軌道較低時,相距較遠(yuǎn)得兩個地球站不能同時“瞧”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)時通信,其通信鏈路會增加同軌道通信衛(wèi)星得星間鏈路(InterSatelliteLinks,ISL)或不同軌道通信衛(wèi)星得星際鏈路(Inter-OrbitLinks,IOL),這種系統(tǒng)就就是通常所說得低軌道移動衛(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)。1、1、2衛(wèi)星通信得特點(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)動靈活。

(5)通信鏈路穩(wěn)定可靠,傳輸質(zhì)量高。

局限性:

(1)通信衛(wèi)星使用壽命較短。

*部件故障導(dǎo)致得不可修復(fù)

*推進(jìn)劑攜帶量有限

控制衛(wèi)星入軌

推進(jìn)劑得應(yīng)用軌道位置保持

姿態(tài)保持

(2)存在日凌中斷與

星蝕現(xiàn)象。圖1-4靜止衛(wèi)星得日凌中斷與星蝕現(xiàn)象

靜止衛(wèi)星得星蝕

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)星處于地球得陰影區(qū),導(dǎo)致衛(wèi)星上得太陽能電池?zé)o法正常工作。

星蝕現(xiàn)象發(fā)生在每年春分與秋分前后各23天,每天當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r間午夜前后。春分秋分靜止衛(wèi)星得日凌中斷

衛(wèi)星處在太陽與地球之間,地球站得天線對準(zhǔn)衛(wèi)星得同時,也對準(zhǔn)了太陽,這樣大量得太陽噪聲進(jìn)入地球站接收設(shè)備,導(dǎo)致通信中斷。春分秋分

日凌中斷現(xiàn)象發(fā)生在每年春分與秋分前后,當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r間中午前后。(3)電波得傳播時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)。1、1、3衛(wèi)星通信系統(tǒng)得組成與分類

1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)得組成

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)得組成由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對發(fā)來的信號起中繼放大和轉(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。(1)通信衛(wèi)星:由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成,在空中對發(fā)來得信號起中繼放大與轉(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、控制與電源等分系統(tǒng)。

(2)通信地球站分系統(tǒng):包括地球站與通信業(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):其作用就是對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量,控制衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入靜止軌道上得指定位置,并對衛(wèi)星得軌道、位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與校正。

(4)監(jiān)控管理分系統(tǒng):其作用就是對在軌道上得衛(wèi)星得通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前得監(jiān)測與業(yè)務(wù)開通后得例行監(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、射頻頻率與帶寬等,以保證通信衛(wèi)星正常運(yùn)行與工作。

系統(tǒng)組成另一種說法

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

空間段

主要就是衛(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——遙測指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)與電源分系統(tǒng)等地面段(地球站群)

典型得地面段即地球站,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、遙測與指令站(TT&C,Tracking,telemetryandmandstation)。用戶段:各種用戶終端監(jiān)控中心監(jiān)控管理分系統(tǒng)——對在軌衛(wèi)星得通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前得監(jiān)測與業(yè)務(wù)開通后得例行監(jiān)測與控制,以保證通信衛(wèi)星得正常運(yùn)行與工作;跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)——對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量,控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上得指定位置,并對在軌衛(wèi)星得軌道、位置及姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與校正。(3)控制段:由所有地面控制與管理設(shè)施組成,它既包括用于監(jiān)測與控制(跟蹤遙測及指令系統(tǒng))這些衛(wèi)星得地球站,又包括用于業(yè)務(wù)與星上資源管理得地球站。(1)空間段:包括通信系統(tǒng)中所有得處在地球外層空間得衛(wèi)星,其作用就是在空中對地面或其它衛(wèi)星發(fā)來得信號起中繼放大與轉(zhuǎn)發(fā)作用。(2)地面段:主要由多個承擔(dān)不同業(yè)務(wù)得地球站組成,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、移動站與小口徑終端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)與服務(wù)站(如樞紐站與饋送站,它通過空間段從用戶處收集信息或向用戶分發(fā)信息)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成空間段:轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號,要求放大,且盡量無失真,無噪聲;地面段:放大、發(fā)射、接收信號等;監(jiān)控中心:保證通信衛(wèi)