第1章 卫星通信概述

1、卫星通信卫星通信计算机学院计算机学院联系方式联系方式nE-mail: n答疑时间：周二下午16:30-18:00n地址：三号实验楼一层105室课程要求课程要求n考勤：考勤： 请假需要递交假条，并由辅导员签字。无故旷课四次及以上者，不允许参加期末考试。二次迟到折合一次旷课。n作业：作业： 按时独立完成，逾期不予批改。n考核：考核： 期末考试成绩占总成绩的80%，其它为作业和考勤成绩。教材与参考书教材与参考书n教材教材n夏克文. 卫星通信. 西安电子科技大学出版社，2008 n参考书参考书nTimothy Pratt. 卫星通信（英文版）. 电子工业出版社，2003.n朱立东, 吴延勇, 卓永宁.

2、 卫星通信系统（第3版）. 电子工业出版社，2011 课程介绍课程介绍n第1章 卫星通信概述n第2章 卫星通信基本技术n第3章 卫星通信链路设计n第4章 卫星通信网n第5章 移动卫星通信系统 第第1章章 卫星通信概述卫星通信概述n1.1 卫星通信的基本概念和特点n1.2 卫星通信地球站n1.3 通信卫星n1.4 卫星通信工作频段的选择及电波传播的特点n1.5 卫星通信的发展动态1.1 卫星通信的基本概念和特点卫星通信的基本概念和特点n1 卫星通信的基本概念n2 卫星通信的特点n3 卫星通信系统的组成与分类1 卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念n卫星：卫星：n指在围绕行星的轨道上运行的天然天体

3、天然天体或人造天体人造天体。n通信：通信：n指带有信息的信号从一点传送到另一点的过程，广义地说，是指任何两地之间、使用任何方法、通过任何媒质相互传送信息达到联系的过程联系的过程。n现代通信现代通信n指在任何时间、任何空间、任何地点、任何对象之间以任何方式进行信息交换信息交换的过程。1 卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念n通信系统通信系统：n是指传递信息所需的一切技术设备的总和，它包括信源、发送设备、传输媒介、接收设备和信宿等部分。n卫星通信卫星通信：n指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波中继站转发无线电波，在两个或多个地球站地球站之间进行的通信。n无线电波频率使用微波微波频段。1 卫星通

4、信的基本概念卫星通信的基本概念n微波通信：微波通信：n微波是指频率为300MHz300GHz 电磁波。n用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。n卫星通信可以理解为某种特殊的微波中继通信卫星通信可以理解为某种特殊的微波中继通信。1 卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念n卫星通信系统：卫星通信系统：n利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，称为卫星通信系统。n通信卫星：通信卫星：n把用于实现通信目的的人造卫星称为通信卫星。n相当于离地面很高的中继站。n卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力向太空的延伸。卫星通信的过程卫星通信的过程图1-1 卫星通

5、信过程示意图空间通信空间通信n空间通信的概念：空间通信的概念： 以空间飞行器或通信转发体空间飞行器或通信转发体为对象的无线电通信称为空间通信，它包括三种形式：n（1）地球站与空间站之间的通信；n（2）各空间站之间的通信；n（3）通过空间站转发或反射转发或反射进行的各地球站之间的通信。n上述第三种形式的空间通信称为卫星通信卫星通信。卫星通信的链路卫星通信的链路n上行链路：上行链路： 从地球站发射信号到通信卫星所经过的通信路径。n下行链路：下行链路： 通信卫星将信号转发到其它地球站的通信路径。卫星运行轨道较高时卫星运行轨道较高时n卫星运行轨道较高时的通信方式：卫星运行轨道较高时的通信方式：n相距较

6、远的两个地球站可同时看看到卫星。n立即转发式卫星通信系统：立即转发式卫星通信系统：n只用一颗卫星通过立即转发的方式实现的通信，这种系统称为立即转发式卫星通信系统立即转发式卫星通信系统。n通信链路由发端地球站、上行链路、通信卫星转发器、下行链路和收端地球站所组成。卫星通信的链路卫星通信的链路图1-2 单颗卫星通信链路的组成卫星通信的链路卫星通信的链路n当卫星运行轨道较低时的通信方式当卫星运行轨道较低时的通信方式:n相距较远的两个地球站不能同时看看到同一颗通信卫星。n低轨道移动卫星通信系统低轨道移动卫星通信系统n通过多颗卫星转发，从而实现远距离实时通信。n星间链路星间链路（ISL）：同轨道卫星间的

7、链路n星际链路星际链路（IOL） ：不同轨道通信卫星的链路。n延迟式卫星通信系统：延迟式卫星通信系统：n采用延迟转发方式进行通信。静止卫星（同步卫星）静止卫星（同步卫星）n当卫星运行轨道在赤道平面内；当卫星运行轨道在赤道平面内；n高度约为高度约为35786 km；n卫星运行方向与地球相同；卫星运行方向与地球相同；n围绕地球公转周期与地球自转周期围绕地球公转周期与地球自转周期(24 h)相等；相等；n夹角为17.34，两切线间弧线距离为18100 km。n若以120的等间隔在静止卫星轨道上配置三颗卫星，则地球表面除南、北两极是盲区外，其它区域均在卫星覆盖范围之内，而且部分区域为两颗卫星波束的重叠

8、地区，因此借助于在重叠区内地球站的中继(称之为双跳)，可以实现在不同卫星覆盖区域内的地球站之间的通信。图1-3 静止卫星与地球相对位置示意图2 卫星通信的特点卫星通信的特点(优点优点)n（1）通信距离远，且费用与通信距离无关。n（2）覆盖面积大，可进行多址通信。n（3）通信频带宽，传输容量大。n（4）机动灵活。n（5）通信链路稳定可靠，传输质量高。 由于卫星通信具有上述突出的优点，因而获得了迅速的发展，成为一种强有力的现代化通信手段。2 卫星通信的特点卫星通信的特点(局限性局限性)n(1) 通信卫星使用寿命较短。n(2) 存在日凌中断和星蚀现象。n(3) 电波的传播时延较大且存在回波干扰。n(

9、4) 卫星通信系统技术复杂。n(5) 静止卫星通信在地球高纬度地区通信效果不好，并且两极地区为通信盲区。图1-4 静止卫星的日凌中断和星蚀现象3 卫星通信系统的组成与分类卫星通信系统的组成与分类卫星通信系统的组成：卫星通信系统的组成：n通信卫星n通信地球站分系统n跟踪遥测及指令分系统n监控管理分系统图1-5 卫星通信系统的组成3 卫星通信系统的组成与分类卫星通信系统的组成与分类（1）通信卫星）通信卫星n由一颗或多颗通信卫星组成，在空中对发来的信号起中继放大和转发作用。n每颗通信卫星均包括收发天线、通信转发器、跟踪遥测指令、控制和电源等分系统。通信卫星的分类通信卫星的分类n按照卫星的结构，可分为

10、有源卫星和无源卫星。n按照卫星的运动方式，可分为静止卫星（同步卫星）和运动卫星（非同步卫星），包括相位卫星和随机卫星等类型。n按照卫星的重量，可分为巨卫星(大于3500 kg)、大卫星(10003500 kg)、中卫星(5001000 kg)、小卫星(100500 kg)、微小卫星(10100 kg)、纳卫星(110 kg)、皮卫星(0.11 kg)和飞卫星(0.1 kg)。n按照卫星离地面的高度(h)，通信卫星可分为低轨道(h5000 km)卫星、中轨道(5000h20000 km)卫星和地球同步轨道(h=35786 km)卫星。3 卫星通信系统的组成与分类卫星通信系统的组成与分类（2）通信

11、地球站分系统：）通信地球站分系统： 包括地球站和通信业务控制中心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与伺服系统等。（3）跟踪遥测及指令分系统：）跟踪遥测及指令分系统： 对卫星进行跟踪测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫星的轨道、位置、姿态进行监视和校正。（4）监控管理分系统：）监控管理分系统： 对在轨道上的卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测与控制，其中包括转发器功率、天线增益、地球发射功率、射频频率和带宽等，以保证通信卫星正常运行和工作。3 卫星通信系统的组成与分类卫星通信系统的组成与分类（2）通信地球站分系统：）通信地球站分系统： 包括

12、地球站和通信业务控制中心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与伺服系统等。（3）跟踪遥测及指令分系统：）跟踪遥测及指令分系统： 对卫星进行跟踪测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫星的轨道、位置、姿态进行监视和校正。（4）监控管理分系统：）监控管理分系统： 对在轨道上的卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测与控制，其中包括转发器功率、天线增益、地球发射功率、射频频率和带宽等，以保证通信卫星正常运行和工作。3 卫星通信系统的组成与分类卫星通信系统的组成与分类n空间段：空间段：包括通信系统中所有的处在地球外层空间的卫星，其作用是在空中对地面或其它卫

13、星发来的信号起中继放大和转发作用。n地面段：地面段：主要由多个承担不同业务的地球站组成。n控制段：控制段：由所有地面控制和管理设施组成，它既包括用于监测和控制(跟踪遥测及指令系统)这些卫星的地球站，又包括用于业务与星上资源管理的地球站。 卫星通信系统的组成还可以分为空间段、地面段和控卫星通信系统的组成还可以分为空间段、地面段和控制段三部分。制段三部分。卫星通信系统的分类卫星通信系统的分类n按照卫星制式，按照卫星制式，可分为随机、相位和静止卫星通信系统；n按通信覆盖区的范围，按通信覆盖区的范围，可分为国际、国内和区域静止卫星通信系统；n按用户性质按用户性质，分为公用(商用)、专用和军用3类卫星通

14、信系统n按业务按业务，可分为固定业务(FSS)、移动业务(MSS)、广播业务(BSS)、科学实验及其它业务卫星通信系统；n按多址方式按多址方式，分为频分多址、时分多址、码分多址、空分多址和混合多址5类卫星通信系统；n按基带信号体制按基带信号体制，分为数字式和模拟式两类卫星通信系统；n按所用频段按所用频段，分为特高频(UHF)、超高频(SHF)、极高频(EHF)和激光4类卫星通信系统。；1.2 卫星通信地球站卫星通信地球站n1 地球站的分类n2 地球站的组成n3 卫星通信的基本原理1 地球站的分类地球站的分类n按安装方法及设备规模安装方法及设备规模，地球站可分为固定站、移动站和可搬动站。n按天线

15、反射面口径大小天线反射面口径大小，地球站可分为20 m、15 m、10 m、7 m、5 m、3 m和1 m等类型n按传输信号的特征传输信号的特征，地球站可分为模拟站和数字站。n按用途用途，地球站可分为民用、军用、广播、航空、航海、气象以及实验等地球站。n按业务性质业务性质，地球站可分为遥控、遥测跟踪站，通信参数测量站和通信业务站。n根据地球站天线口径尺寸及地球站性能因数地球站天线口径尺寸及地球站性能因数G/T(即地球站接收天线增益G与接收系统的等效噪声温度T之比)值大小将地球站分为A、B、C、D、E、F、G、Z等各种类型。A、B、C三种称为标准站，用于国际通信。表表1-1 各类地球站的天线尺寸

16、、性能指标及业务类型各类地球站的天线尺寸、性能指标及业务类型2 地球站的组成地球站的组成图图1-6 卫星通信地球站的组成方框图卫星通信地球站的组成方框图天馈设备天馈设备n作用：是将发射机送来的射频信号经天线向卫星方向辐射，同时它又接收卫星转发的信号送往接收机。n收、发信机共用一副天线。n为了使收、发信号隔离，保证接收和发射都能同时正常工作，其中还需接入一只双工器。n地球站原则上可以采用抛物面天线、喇叭天线和喇叭抛物面天线等多种形式。一般大、中型天线用卡塞格伦天线，小口径天线用偏馈(焦)抛物面天线。图图1-7 卡塞格伦天线结构图卡塞格伦天线结构图发射机发射机n由上变频器和功率放大器组成，其主要作

17、用是将已调制的中频信号，经上变频器变换为射频信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线向卫星发射。n目前，大、中型地球站一般采用行波管和调速管，小型地球站一般采用固态砷化镓场效应管(FET)。n上变频器主要有一次变频和二次变频两种方式。n一次变频：从中频(如70 MHz)直接变到微波射频(如6 GHz)，其优点是设备简单，组合频率干扰少，缺点是中频带宽有限，不利于宽带系统的实现，n二次变频，即从中频(如70 MHz)先变到较高的中频(如9501450 MHz)，然后再由此高中频变到微波射频(如6 GHz)。它的优点是调整方便，易于实现带宽要求，其缺点则是电路较为复杂。接收机接收机n接收机主要由下

18、变频器和低噪声放大器组成。n其主要作用是从噪声中接收来自卫星的有用信号，经下变频器变换为中频信号，送至解调器。n下变频器可以采用一次变频，也可以采用二次变频。 信道终端设备信道终端设备n信道终端设备组成：n主要由基带处理与调制解调器、中频滤波及放大器组成。n主要作用n将用户终端送来的信息加以处理，成为基带信号，对中频进行调制；n对接收的中频已调信号进行解调以及进行与发端相反的处理，输出基带信号送往用户终端。天线跟踪设备天线跟踪设备n手动跟踪手动跟踪：根据预知的卫星轨道位置数据随时间变化的规律，通过人工按时调整天线的指向，使接收卫星信号最强。n程序跟踪：程序跟踪：根据卫星预报的数据和从天线角度检

19、测器收集来的天线位置值，通过计算机处理，计算出角度误差值，然后输入伺服回路，驱动天线，消除误差角。n自动跟踪则：自动跟踪则：根据卫星所发的信标信号，检测出误差信号，驱动跟踪系统，使天线自动地对准卫星。 天线跟踪设备主要用来校正地球站天线的方位和仰天线跟踪设备主要用来校正地球站天线的方位和仰角，以便使天线对准卫星，通常有手动跟踪、程序跟踪角，以便使天线对准卫星，通常有手动跟踪、程序跟踪和自动跟踪三种，根据使用场合和要求确定使用哪一种。和自动跟踪三种，根据使用场合和要求确定使用哪一种。电源设备电源设备地球站电源设备要供应站内全部设备所需的电能，因此电源设备的性能优劣会影响卫星通信的质量及设备的可靠

20、性。为了满足地球站的供电需要，一般设有两种电源设备，即交流不间断电源设备和应急电源设备。3 卫星通信的基本原理卫星通信的基本原理图1-8 多路电话信号的传输1.3 通信卫星通信卫星n1 卫星与轨道n2 卫星覆盖与星座设计n3 通信卫星的组成n4 通信卫星举例1 1 卫星与轨道卫星与轨道n卫星运行的基本规律n卫星轨道的分类n卫星轨道的摄动n卫星位置保持与姿态控制卫星运动的基本定律卫星运动的基本定律n卫星轨道：卫星轨道：n卫星围绕地球运行的轨迹，可以是圆形或椭圆形。n轨道面：轨道面：n轨道位置都在通过地球中心地球中心的一个平面内。n卫星运动所在的平面叫做轨道面。n基本规律：基本规律：n假设地球是质

21、量均匀分布的圆球体，忽略太阳、月球和其它行星的引力作用，卫星运动服从开普勒三大定律。 开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第一定律（轨道定律）卫星以地心为一个焦点做椭圆运动。卫星以地心为一个焦点做椭圆运动。在极坐标中，卫星运动方程可以表示为：22,1b/a,(1)1cosPrePaee其中：图1-9地球卫星轨道 （a）椭圆轨道 （b）圆轨开普勒第一定律（轨道定律）开普勒第一定律（轨道定律）n如果 ，则轨道为圆形 ；n如果 ，则轨道为一个椭圆线；n如果 ，则轨道为一个抛物线；n如果 ，则轨道为一个双曲线。0,evr1,2evr1,2evr1,2evr开普勒第二定律（面积定律）开普勒第二定律（面积定律

22、）卫星与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等。卫星与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等。椭圆轨道上卫星运行的瞬时速度为：53221( )(km/s)3.986013 10 km /sv rra式中： 为开普勒常数，取值为开普勒第二定律示意图开普勒第三定律（周期定律）开普勒第三定律（周期定律）卫星运转周期的平方与轨道半长轴的卫星运转周期的平方与轨道半长轴的3次方成正比。次方成正比。卫星围绕地球飞行的周期为：卫星围绕地球飞行的周期为：32aT 【例题】已知对地静止卫星的周期T=24恒星时，即23时56分4.09054秒，地球的半径为6378公里，求卫星离地面的高度和瞬时速度 。作业：作业：n某采

23、用椭圆轨道的卫星，近地点高度（近地点到地球表明的距离）为1000km，远地点高度为4000km。在地球平均半径为6378.137km的情况下，求该卫星的轨道周期，以及近地点和远地点的速度。地心赤道坐标系地心赤道坐标系n天文学的几个术语：n升节点：卫星从地球的南半球向北半球飞行的时候经过地球赤道平面的点。n春分点：假定地球不动，则太阳绕地球运行，当太阳从地球的南半球向北半球运行时，穿过地球赤道平面的那个点称为春分点。n地心赤道坐标系：n坐标系以地心O为原点，X轴与Y轴确定的平面与赤道平面重合，X指向春分点；z轴与地球自转轴重合。指向北极；X、Y、Z轴构成一个右手坐标系。图1-10 地心赤道坐标系

24、卫星轨道参数卫星轨道参数n轨道平面的倾角i，即卫星轨道平面与赤道平面的夹角n轨道的半长轴an轨道的偏心率en升节点位置，指从春分点到地心的连线与从升节点到地心的连线之间的夹角n近地点幅角w，指从升节点到地心的连线与从卫星近地点到地心的连线之间的夹角。从升节点顺轨道运行方向度量，0w90n卫星初始时刻的位置wv，是卫星在初始时刻到地心的连线与升节点到地心的连线之间的张角。其中v是初始时刻卫星在轨道内的幅角，从升节点位置开始计算星下点轨迹星下点轨迹n星下点：卫星和地心的连线在地面上的交点。n星下点轨迹：卫星与地心的连线切割地面形成的轨迹。n星下点的轨迹方程为（假定0时刻卫星经过其升节点）：0000

25、00s0000( )arcsin(sin sin )180 ( 18090 )( )arctan(costan )0(9090 )180(90180 )setitit 0/ssett其中：、 分别为星下点的地心纬度和经度(单位是度)；是升节点的地心经度； 是飞行时间(单位是秒)；是 时刻卫星与升节点之间的角距(从升节点开始度量，顺行方向取正，逆行方向取负)；是地球自转速度(单位是度 秒)；号分别表示顺行轨道和逆行轨道。卫星星下点轨迹举例卫星星下点轨迹举例 一颗轨道高度为13892km，轨道倾角60，初始位置（0E，0N）的卫星24小时的星下点轨迹如下图所示。卫星轨道的分类卫星轨道的分类n卫星轨

26、道按其与赤道平面的夹角按其与赤道平面的夹角(即卫星轨道的倾角i)分为：赤道轨道(i0)、倾斜轨道(顺行倾斜轨道0i90，逆行倾斜轨道90i180)和极地轨道(i90)。n卫星轨道按偏心率按偏心率(e)可以分为：圆轨道(e0或接近于零)、椭圆轨道(0e1，包括大椭圆轨道(0.2e1)。n卫星轨道按卫星离地面按卫星离地面的高度(h)分为：低轨道(LEO，7001500 km)、中轨道(MEO，h10000 km)、高椭圆轨道(HEO，最近点为100021000 km，最远点为3950050600 km)和地球同步轨道(GEO，h35786 km)。卫星轨道分类卫星轨道分类图1-11 卫星轨道倾角示

27、意图(a)赤道轨道；(b)顺行倾斜轨道；(c)极地轨道；(d)逆行倾斜轨道卫星轨道高度的划分卫星轨道高度的划分图1-12 卫星轨道高度的划分 卫星轨道的摄动卫星轨道的摄动n摄动摄动n因一些次要因素的影响，卫星的实际轨道不断发生不同程度地偏离开普勒轨道而产生一定的漂移，这种现象称为摄动。n引起卫星轨道摄动的原因：引起卫星轨道摄动的原因：n太阳、月亮引力的影响n地球引力场不均匀的影响n太阳辐射压力的影响n地球大气阻力的影响卫星的位置保持卫星的位置保持n位置保持n就是使卫星在运行轨道平面上的位置保持不变。n位置控制主要靠星体上的轴向喷嘴和横向喷嘴来完成。图1-13 位置控制示意图卫星的姿态控制卫星的

28、姿态控制n姿态控制n控制卫星保持一定的姿态，以便使卫星的天线波束始终指向地球表面的服务区，同时，对采用太阳能电池帆板的卫星，还应使帆板始终朝向太阳。n姿态控制的一般步骤：n先测定卫星姿态测定卫星姿态；然后将测定结果与所需值进行比较，计算出修正量计算出修正量；最后操作相应的发动机单元，引入修正量进行姿态修正进行姿态修正。n卫星的姿态控制方法n有自旋稳定、三轴稳定自旋稳定、三轴稳定、磁力稳定和重力梯度稳定等方法。自旋稳定法自旋稳定法n原理：n根据陀螺旋转原理，将卫星做成轴对称的形状，并使卫星以对称轴(自旋轴)为中心不断旋转，利用旋利用旋转时产生的惯性转矩使卫星姿态保持稳定转时产生的惯性转矩使卫星姿

29、态保持稳定。n缺点：n天线和卫星一起旋转时，天线的波束将绕卫星的对称轴做环形扫描，功率浪费很大。n解决方案n采用双自旋稳定方式，即在卫星上安装消旋天线，以保证天线波束的指向始终不变。消旋天线可以是机械的，也可以是电子的。三轴稳定法三轴稳定法图1-14 三轴稳定方式2 卫星覆盖与星座设计卫星覆盖与星座设计n单颗卫星覆盖范围的确定n方位角、仰角和站星距的计算n星座设计单颗卫星覆盖范围的确定单颗卫星覆盖范围的确定n单颗卫星的覆盖区域：单颗卫星的覆盖区域：在空间轨道上的某一位置某一位置对地面的覆盖。n卫星的地面覆盖带：卫星的地面覆盖带：沿空间轨道运行对地面的覆盖情况。图1-15 全球波束覆盖区的几何关

30、系示意图hRR/arcsin221hRRAOBarccos221)(hRRhRdhRRRRRRRHS12)cos(222卫星的全球波束宽度：覆盖区边缘所对的最大地心角：卫星到覆盖区边缘的距离：覆盖区的绝对面积S与相对面积S/S0分别为：hRRSS1210方位角、仰角和站星距的计算方位角、仰角和站星距的计算图1-16 静止卫星观察参数图解方位角、仰角和站星距的计算方位角、仰角和站星距的计算211coscos10.151coscosarctan仰角e1sintanarctan方位角a)(180)(18000卫星位于地球站西侧卫星位于地球站东侧，方位角当地球站位于北半球时aa)(360)(0卫星位于

31、地球站西侧卫星位于地球站东侧，方位角当地球站位于南半球时aacoscos30200231422381.d正南方向为基准正南方向为基准：正北方向为基准：正北方向为基准：星站距：星站距：星座设计：覆盖方式星座设计：覆盖方式n卫星星座卫星星座：由多颗卫星按照一定的规律组成的卫星群。n卫星环的覆盖带卫星环的覆盖带：由多颗卫星组成的卫星环沿空间轨道运行对地面的覆盖。n星座种类：星座种类：星状星座（“铱”系统）和网状星座，即Walker星座（“全球星” 系统）。n卫星覆盖地区以及覆盖的持续时间，主要取决于星座内的卫星数量、高度和轨道倾斜度卫星数量、高度和轨道倾斜度。图1-17 星座示意图(a)星状星座；(

32、b)网状星座星座设计：覆盖方式星座设计：覆盖方式n持续性全球覆盖持续性全球覆盖(Continuous Global Coverage)：对全球的不间断连续覆盖；n持续性地带覆盖持续性地带覆盖(Continuous Zonal Coverage)：对特定的纬度范围之间的地带进行不间断的连续覆盖；n持续性区域覆盖持续性区域覆盖(Continuous Regional Coverage) ：对某些区域（如一个国家的版图）进行连续的覆盖；n部分覆盖部分覆盖(Partial or Revisit Coverage)：是指覆盖区域为局部区域，而覆盖的时间是间断的。图1-18 星座覆盖的四种方式(a)持续性

33、全球覆盖；(b)持续性地带覆盖；(c)持续性区域覆盖；(d)部分覆盖星座设计星座设计n最佳星座设计原则：最佳星座设计原则：n通过选取最佳的轨道倾角轨道倾角和升节点的位置升节点的位置，从而在高度高度尽可能低尽可能低的轨道上，采用数量尽可能少的卫星数量尽可能少的卫星，使最小最小仰角尽可能大仰角尽可能大，并对指定区域进行全天候的持续性覆盖全天候的持续性覆盖。n覆盖的定义（通常采用第一种定义）：覆盖的定义（通常采用第一种定义）：n通过标定具有最小仰角的地面点的轨迹确定覆盖的具体范围；n地面上处于卫星天线波束半功率角范围内的区域为覆盖区域。n在卫星星座的设计中，一般使用覆盖的第一种定义方法。星座类型星座

34、类型n按照是否对星座中卫星的相互位置关系进行控制按照是否对星座中卫星的相互位置关系进行控制，卫星星座可分为相位(Phasing)星座和随机(Random)星座两种。n相位星座由时间上具有相对固定位置的卫星组成。相位星座由时间上具有相对固定位置的卫星组成。优点是可以用较少的卫星达到要求的性能；缺点是由于需要燃料和推进器，因此卫星较大，另外系统还需要一个卫星轨道控制网络。n随机星座由轨道高度和倾角均不同的卫星组成。随机星座由轨道高度和倾角均不同的卫星组成。其优点是没有轨道控制，卫星发射入轨后不用采取任何措施，节约了发射后在卫星有效期内轨道纠正和轨道控制的成本，但需要较多的卫星来达到相同的性能。星座

35、的表示及主要参数星座的表示及主要参数n描述星座参数：描述星座参数：轨道面数、每个轨道面内的卫星数轨道面数、每个轨道面内的卫星数、轨道平面的倾角、轨道面的升节点位置、初始相位角、半长轴、偏心率和近地点幅角w等参数；若采用圆轨道，若采用圆轨道，则去掉了偏心率和近地点幅角这两个参数则去掉了偏心率和近地点幅角这两个参数。n对于采用倾斜圆轨道的卫星星座，通常采用对于采用倾斜圆轨道的卫星星座，通常采用Walker代码代码(T/P/F)来表示其星座结构。来表示其星座结构。其中，T为系统中的总卫星数，P为轨道面数，F为相邻轨道面邻近卫星之间的相位因子(Phasing Factor)。n任何卫星星座要连续覆盖整

36、个地球任何卫星星座要连续覆盖整个地球(含两极含两极)，至少需要，至少需要5颗卫星颗卫星(单星覆盖单星覆盖)；如果任何时候都要求能同时看到；如果任何时候都要求能同时看到2颗颗卫星，则至少需要卫星，则至少需要7颗卫星。颗卫星。星座中参数的优化星座中参数的优化n卫星星座的优化设计需要考虑因素： 系统需要的总卫星数、卫星的复杂度和成本、卫星寿系统需要的总卫星数、卫星的复杂度和成本、卫星寿命、要求的最低通信仰角、范伦带辐射的影响、卫星命、要求的最低通信仰角、范伦带辐射的影响、卫星发射的灵活性、传播时延和系统可靠性等。发射的灵活性、传播时延和系统可靠性等。n轨道高度n轨道偏心率与倾角n轨道面数与每面卫星数

37、的选择n多星/单星覆盖要求。3 通信卫星的组成通信卫星的组成n空间平台空间平台 维持通信转发器通信转发器和通信天线天线在空中正常工作的保障系统，主要包括结构，温控，电源，控制，跟踪、遥测和指令(TT&C)等分系统，对静止轨道卫星还包括远地点发动机等。n有效载荷有效载荷 通信卫星的有效载荷包括天线分系统和通信转发器。空间平台空间平台n结构分系统：结构分系统：由轻合金材料组成，外层涂有保护层。常用的卫星结构有自旋稳定式的轴对称(陀螺)形状和三轴稳定式的立方体(箱体)形状。n温控分系统：温控分系统：控制卫星各部分的温度，保证星上各种仪器设备正常工作。通常采用消极温度控制和积极温度控制两种方式

38、。n控制分系统：控制分系统：控制分系统由各种可控的调整装置组成。它是一个执行机构，即执行遥测和指令分系统的指令的机构。空间平台空间平台n跟踪、遥测和指令分系统：跟踪、遥测和指令分系统：跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标，而遥测、指令分系统的主要任务是把卫星上的设备工作情况原原本本地告诉地面上的卫星测控站，同时忠实地接收地面测控站发来的指令信号。n电源分系统：电源分系统：星上电源有太阳能电池和化学能电池两种。通常，要求电源系统体积小、重量轻、效率高、寿命长。n远地点发动机：远地点发动机：把卫星推入圆形轨道，消除原轨道平面的倾斜。有效载荷有效载荷天线分系统天线分系统n天线分系统包括通信天线通信天

39、线和遥测指令天线遥测指令天线，其作用是定向发射与接收无线电信号。n通信天线一般采用定向的微波天线，按其波束覆盖区域的大小，可分为全球波束天线、区域波束天线和点波束天线。n遥测、遥控和信标采用的是高频或甚高频天线，这些天线一般是全向天线，以便可靠地接收来自地面控制站的指令和向地面发射遥测数据。通信转发器通信转发器n卫星上的通信系统又叫转发器或中继器，是一部高灵敏度的宽带收、发信机，其性能直接影响到卫星通信系统的工作质量。n卫星转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。n透明转发器：接收地面站发来的信号后，在卫星上不做任何处理，只是进行低噪声放大、变频和功率放大，并发向各地球站。按其在卫星上变频

40、的次数，透明转发器可分为单变频转发器和双变频转发器n处理转发器。处理转发器除了能转发信号外，主要还具有信号处理的功能。图1-19 透明转发器的组成框图(a)单变频转发器；(b)双变频转发器图1-20 处理转发器的组成框图图1-21 通信卫星的一般组成框图4 通信卫星举例通信卫星举例nIS系列卫星的主要参数（表1-2和表1-3 ）n提供的服务主要有国际电话服务、国际电视服务、国内通信服务、国际通信卫星组织商业服务和国际互联网服务等。nIS-卫星的主要特点（表1-4和表1-5）n功率更强，容量更大，覆盖增快、技术先进。1.4 工作频段的选择及电波传播特点工作频段的选择及电波传播特点n1 工作频段的

41、选择n2 电波的传播特点n3 移动卫星通信电波传播的衰落现象n4 多普勒频移1 工作频段的选择工作频段的选择原则原则n工作频段的电波应能穿透电离层；n电波传输损耗及其它损耗要小；n天线系统接收的外界噪声要小；n设备重量要轻，耗电要省；n可用频带要宽，以满足通信容量的需要；n与其它地面无线系统(如微波中继通信系统、雷达系统等)之间的相互干扰要尽量小；n能充分利用现有技术设备，并便于与现有通信设备配合使用。可供选择的频段可供选择的频段微波频段的划分微波频段的划分卫星通信系统的工作频段卫星通信系统的工作频段nUHF频段：400/200 MHz；nL频段：1.6/1.5 GHz；nC频段：频段：6/4 GHz；nX频段：8/7 GHz；nKu频段