业余卫星通信简介

1、u业余卫星发展史业余卫星发展史u业余卫星的分类业余卫星的分类u业余卫星的操作业余卫星的操作u19571957年年1010月月4 4日，人类第一颗人造地球卫星日，人类第一颗人造地球卫星sputniksputnik由原苏联发射升空，这颗卫星的球体由原苏联发射升空，这颗卫星的球体直径为直径为5555厘米，重厘米，重8383公斤，绕地球一周需公斤，绕地球一周需1 1小小时时3535分，距地面的最大高度为分，距地面的最大高度为900900公里，用两公里，用两个频道连续发送信号。个频道连续发送信号。u19581958年年1 1月月3131日，美国探险者日，美国探险者1 1号卫星发射升号卫星发射升空。空。1

2、9701970年年4 4月月2626日日，中国第一颗人造地球卫星，中国第一颗人造地球卫星“东方东方红一号红一号”成功发射。卫星运行轨道近地点成功发射。卫星运行轨道近地点439439公里，公里，远地点远地点23842384公里，轨道平面和地球赤道平面的夹公里，轨道平面和地球赤道平面的夹角为角为68.568.5度，绕地球一周度，绕地球一周114114分钟；卫星重分钟；卫星重173173公公斤，用斤，用20.009MHz20.009MHz的频率，播送的频率，播送东方红东方红乐曲。乐曲。东方红东方红乐曲装置和短波发射机连续工作了乐曲装置和短波发射机连续工作了2828天。天。听一听当年的声音u与此同时，

3、美国的一些爱好者萌生了发射与此同时，美国的一些爱好者萌生了发射业余无线电通信卫星的设想。他们组织起业余无线电通信卫星的设想。他们组织起来并将这个计划命名为来并将这个计划命名为OSCAROSCAR（Orbiting Orbiting Satellite Carrying Amateur RadioSatellite Carrying Amateur Radio），），目标就是制造和发射业余无线电通信卫星。目标就是制造和发射业余无线电通信卫星。4 4年之后，他们的努力获得成功，世界上年之后，他们的努力获得成功，世界上第一颗业余通信卫星第一颗业余通信卫星OSCAR-1OSCAR-1号在美号在美国加利

4、福尼亚的范登伯格空军基地由发现国加利福尼亚的范登伯格空军基地由发现者者3636号火箭携带升空。号火箭携带升空。u OSCAR-1OSCAR-1拥有一个信号发生器，连续用拥有一个信号发生器，连续用CWCW发射发射“hi”hi”，使用频率，使用频率144.983 MHz144.983 MHz，发，发射功率射功率140mW140mW。u2222天后，卫星电池耗尽，停止发射信号。天后，卫星电池耗尽，停止发射信号。5050天后，卫星落入大气层。天后，卫星落入大气层。u自自2020世纪世纪8080年代以来发射的业年代以来发射的业余卫星已具相当水平，现在在余卫星已具相当水平，现在在轨道中运行的业余无线电通信

5、轨道中运行的业余无线电通信卫星约卫星约2020颗，过半携带有颗，过半携带有BBSBBS系统。系统。 u业余卫星促进了商业微卫星和业余卫星促进了商业微卫星和纳卫星的发展，提高了卫星使纳卫星的发展，提高了卫星使用的灵活性。例如用的灵活性。例如GPSGPS系统、铱系统、铱星系统。星系统。u业余卫星组织发明了火箭副载业余卫星组织发明了火箭副载荷承载设备（星环），现已广荷承载设备（星环），现已广泛应用于泛应用于 一箭多星的大型商业一箭多星的大型商业卫星发射活动，业余卫星也从卫星发射活动，业余卫星也从中受益。例如中受益。例如ESAESA的阿里亚娜火的阿里亚娜火箭箭ASAPASAP。u业余卫星组织与各国高校

6、和科业余卫星组织与各国高校和科研机构开展了紧密的合作，培研机构开展了紧密的合作，培养了大量的高级技术人才。养了大量的高级技术人才。u和大部分商业卫星一样，现代业余卫星主和大部分商业卫星一样，现代业余卫星主要的用途是把信号从一个地方要的用途是把信号从一个地方“搬迁搬迁”到到另一个地方。另一个地方。u轨道中的卫星在某一时刻能看到一大片区轨道中的卫星在某一时刻能看到一大片区域，我们把这块区域叫做域，我们把这块区域叫做“覆盖区覆盖区”。u所有在同一时刻能被卫星看到的电台都能所有在同一时刻能被卫星看到的电台都能够通过卫星互相通联够通过卫星互相通联 。传统短波通讯传统短波通讯业余卫星通讯业余卫星通讯当波段

7、开通时可用当波段开通时可用当进入覆盖范围可用当进入覆盖范围可用宽带宽宽带宽带宽由业余卫星决定带宽由业余卫星决定传播开通有随机性传播开通有随机性卫星有周期性轨道卫星有周期性轨道通联范围取决于传播的开通通联范围取决于传播的开通通联范围取决于卫星的高度通联范围取决于卫星的高度需要大型的天线需要大型的天线小型天线即可，哪怕只是一根小型天线即可，哪怕只是一根GPYAGI用大型的水平旋转器用大型的水平旋转器YAGI用小型的水平用小型的水平/垂直旋转器垂直旋转器通联模式取决于频段和频率规划通联模式取决于频段和频率规划通联模式取决于卫星设计通联模式取决于卫星设计信标用于监测传播的开通情况信标用于监测传播的开通

8、情况信标用于监测卫星可用与否信标用于监测卫星可用与否一级至四级操作员均可操作一级至四级操作员均可操作一级、二级操作员可操作，三级部一级、二级操作员可操作，三级部分可操作，四级不可操作分可操作，四级不可操作按照卫星的大小：按照卫星的大小：1.1.PicoSatPicoSat 皮卫星皮卫星( (微微微微卫星卫星) )1kg 1kg 以下以下2.2.NanoSatNanoSat 纳卫星纳卫星( (极极微微卫星卫星) )1kg-10kg1kg-10kg3.3.MicroSatMicroSat 微微卫星卫星10kg-100kg10kg-100kg4.4.MiniSatMiniSat 小型小型卫星卫星10

9、0kg100kg以上以上n业余卫星的重量，业余卫星的重量，大都在大都在10kg-70kg10kg-70kg之之间间，属于属于微卫星的范围微卫星的范围u按照卫星轨道类按照卫星轨道类型：型：1.1. LEO LEO （Low Low Altitude Earth Altitude Earth OrbitOrbit），低轨），低轨道卫星道卫星2.2. HEO HEO （High High Altitude Earth Altitude Earth OrbitOrbit），高轨），高轨道卫星道卫星LEO 运行一圈大约运行一圈大约90到到120分钟分钟HEO 运行一圈大约运行一圈大约19.6小时（小时（

10、AO-40 ）u轨道高度大约在轨道高度大约在400km400km至至2000km2000km。u每次过顶时间最长在每次过顶时间最长在1212分钟至分钟至2222分钟之间。分钟之间。u大多有线性转发器或者大多有线性转发器或者FMFM模式中继器。模式中继器。u常使用常使用2m2m、70cm70cm波段。波段。u使用极地轨道或者高倾角轨道。使用极地轨道或者高倾角轨道。u所需所需发射发射成本成本较低。较低。u600-1000km600-1000km的高度地球引力很小，卫星信号覆的高度地球引力很小，卫星信号覆盖范围的直径约为盖范围的直径约为5000km5000km，绝大多数人造卫星，绝大多数人造卫星工作

11、在这个高度。工作在这个高度。u卫星轨迹过地球两极卫星轨迹过地球两极附近。附近。u卫星运行在阳光下和卫星运行在阳光下和地影中的时间取决于地影中的时间取决于轨道高度。轨道高度。u每天在同一时刻过同每天在同一时刻过同一地点。一地点。u在地影中运行时需要在地影中运行时需要电池供电。电池供电。u地球所有地方接收到地球所有地方接收到的信号强度相同。的信号强度相同。FO-29, AO-51u由日本业余无线电联盟（由日本业余无线电联盟（JARLJARL）制）制作作u在在19961996年发射升空，为太阳同步轨年发射升空，为太阳同步轨道道u星上搭载一星上搭载一JAJA模式线性转发器模式线性转发器u上行频率上行频

12、率145.900-146.000 LSB/CW 145.900-146.000 LSB/CW u下行频率下行频率435.800-435.900 USB/CW435.800-435.900 USB/CWu存贮转发的存贮转发的BBSBBS系统（目前停止使系统（目前停止使用）用）u语音合成器语音合成器u目前该卫星故障无法使用目前该卫星故障无法使用Fuji-OSCAR 29 (FO-29)u20042004年年6 6月月2828日在俄罗斯拜日在俄罗斯拜科努尔宇航中心发射科努尔宇航中心发射u卫星为卫星为25cm x 25cm x 25cm25cm x 25cm x 25cm的立方体，重的立方体，重11K

13、g11Kg uAnalog Uplink:145.920 Analog Uplink:145.920 MHz FM (PL - 67Hz)MHz FM (PL - 67Hz)Downlink:435.300 MHz FMDownlink:435.300 MHz FMAMSAT-OSCAR 51 (AO-51 ECHO)u一种特殊的太阳同步一种特殊的太阳同步卫星，它顺着地球的卫星，它顺着地球的黄昏线运行。黄昏线运行。u卫星轨迹过地球两极卫星轨迹过地球两极附近。附近。u基本上所有时间都在基本上所有时间都在阳光下，但也有时候阳光下，但也有时候在地影中。在地影中。u电池还是需要的，不电池还是需要的，不

14、过充电过充电/ /放电比很低放电比很低 。u地球所有地方接收到地球所有地方接收到的信号强度相同。的信号强度相同。AO-7, AO-27u19741974年年1111月发射升空，太阳同步轨道月发射升空，太阳同步轨道uA A模式的线性转发器模式的线性转发器下行频率下行频率29.450 USB/CW29.450 USB/CW上行频率上行频率145.900 USB/CW145.900 USB/CWuB B模式的线性转发器模式的线性转发器下行频率下行频率145.950 USB/CW 145.950 USB/CW 上行频率上行频率432.150 LSB/CW 432.150 LSB/CW uAO-7AO-

15、7是是一颗传奇性的卫星，一颗传奇性的卫星，19741974年年1111月月1515日日发射之后，运转发射之后，运转到到19811981年年7 7月月卫星电池失效，卫星寿命终止。没想到卫星电池失效，卫星寿命终止。没想到20022002年年6 6月月2121日日英国的英国的HAM HAM Pat GowenPat Gowen偶然间收到了它的偶然间收到了它的beaconbeacon，从而，从而发现了它的复活，目前该卫星仍然在运转中。发现了它的复活，目前该卫星仍然在运转中。u因这颗卫星太老了，电池早已失效，所以只能在阳光照射期因这颗卫星太老了，电池早已失效，所以只能在阳光照射期间工作。间工作。AMSA

16、T OSCAR-7 (AO-7)u19931993年年9 9月在法属圭亚那发射月在法属圭亚那发射u卫星为卫星为15cm x 15cm x 15cm15cm x 15cm x 15cm的立方的立方体，重体，重12Kg 12Kg uMode V/U (J) FM Voice Repeater:Mode V/U (J) FM Voice Repeater:Uplink: 145.8500 MHz FM Uplink: 145.8500 MHz FM Downlink 436.7950 MHz FMDownlink 436.7950 MHz FM AMRAD-OSCAR 27 (AO-27)u卫星轨道

17、倾角很大卫星轨道倾角很大u卫星在一段时间内卫星在一段时间内阳光照射时间较长，阳光照射时间较长，一段时间内处在地一段时间内处在地影在地影中的时间影在地影中的时间较长。较长。u在地影中运行时需在地影中运行时需要电池供电。要电池供电。u地球所有地方接收地球所有地方接收到的信号强度相同。到的信号强度相同。SO-41, SO-50, RS-15, ISSuLaunched into high inclined Launched into high inclined orbit December 2002orbit December 2002uSingle Channel FM RepeaterSingl

18、e Channel FM Repeater 145.850 uplink 145.850 uplink 436.795 downlink 436.795 downlinkuMust be manually turned on by aMust be manually turned on by a control operatorcontrol operatoruRequires PL-67 to access theRequires PL-67 to access the repeaterrepeaterSaudisat 1C (SO-50)u具有高具有高辐射辐射能的能的范亚伦范亚伦带带( (

19、Van Allen beltVan Allen belt) )也在这也在这个高度。个高度。u除非具有良好屏蔽，很少卫星工作在此高度，但椭除非具有良好屏蔽，很少卫星工作在此高度，但椭圆轨道卫星会穿越此带。圆轨道卫星会穿越此带。u俄罗斯的业余卫星俄罗斯的业余卫星RS-15RS-15高度约高度约2000km2000km，运转不久之后即近乎运转不久之后即近乎失效。失效。u最长的最长的passpass时间约时间约3030分钟，卫星信号覆盖分钟，卫星信号覆盖的地面范围直径可达的地面范围直径可达8500km8500km。u轨道远地点高度在轨道远地点高度在35000km35000km以上。以上。u每次过顶时间

20、最长在每次过顶时间最长在1212小时至小时至1818小时之间。小时之间。u只有线性转发器（只有线性转发器（SSB/CWSSB/CW）。）。u使用多个波段。使用多个波段。u使用倾斜椭圆轨道或者地球同步轨道。使用倾斜椭圆轨道或者地球同步轨道。u所需所需发射发射成本成本较高。较高。u椭圆轨道的业余卫星有椭圆轨道的业余卫星有AO-10(AO-10(最高最高36000km)36000km)和和 AO-40(AO-40(最高最高58000km) 58000km) u高倾角偏心椭圆轨高倾角偏心椭圆轨道。道。u大多数时间在阳光大多数时间在阳光下。下。u当在地影中运行时当在地影中运行时需要电池。需要电池。u地球

21、上不同地区接地球上不同地区接收到的信号强度不收到的信号强度不同。同。AO-40、AMSAT-EaglePhase 3D (AO-40)u升空日期：升空日期：2000-11-162000-11-16u轨道高轨道高度：度：1151 1151 x 58665 kmx 58665 kmu周期周期：11461146分钟分钟 ( (椭圆轨道椭圆轨道) )u工作模式：工作模式：cw/ssbcw/ssb ( (U-S1U-S1 mode) mode)u这是一颗伟大的卫星，不过在一次事故后这颗卫星再也没有这是一颗伟大的卫星，不过在一次事故后这颗卫星再也没有发出过声音。发出过声音。Phase-3DAMSAT-OS

22、CAR-40u业余卫星通信，在特性上的限制有：通信业余卫星通信，在特性上的限制有：通信时间短、可用频带窄、有多普勒频移等，时间短、可用频带窄、有多普勒频移等，与一般地面上的模式稍有不同与一般地面上的模式稍有不同u卫星信号内容大约可分为下列五类：卫星信号内容大约可分为下列五类： (1)(1)话务话务(FM (FM 、SSB) SSB) (2) (2)国际电码国际电码(CW) (CW) (3) (3)合成语音合成语音(FM) (FM) (4) (4)数字数字(FSK (FSK 、 PSK) PSK) (5) (5)图像图像(SSTV (SSTV 、 FAX)FAX)uFMFM模式模式(Repeat

23、er(Repeater，中继器，中继器) ) 音质较好，受都卜勒频移的影响也较小，音质较好，受都卜勒频移的影响也较小，但因需要较大的功率输出，在大型卫星上但因需要较大的功率输出，在大型卫星上才会有才会有FMFM中继器，如：中继器，如：UO-14UO-14、AO-27AO-27、ISSISS等，其缺点是只有单一通信频道等，其缺点是只有单一通信频道uSSBSSB模式模式(Transponder(Transponder，转发器，转发器) ) 因因SSBSSB所需频宽小，转发器上能同时提供所需频宽小，转发器上能同时提供多组不同的通信频道，效率较高，但因易多组不同的通信频道，效率较高，但因易受多普勒频移

24、的影响，通信中需随时修正受多普勒频移的影响，通信中需随时修正频率。大部份的业余卫星使用这种模式频率。大部份的业余卫星使用这种模式u将莫尔斯电码将莫尔斯电码(Morse code)(Morse code)使用在使用在CWCW模式，是模式，是最古老的通信方法，只要很小的输出功率就可最古老的通信方法，只要很小的输出功率就可以长距离通信。以长距离通信。 u大多数的业余卫星会发送大多数的业余卫星会发送CWCW模式的信标模式的信标(beacon)(beacon)作为识别，信标内容包含有卫星呼号和遥测数作为识别，信标内容包含有卫星呼号和遥测数据据(telemetry) (telemetry) ，以提供工程人

25、员判断卫星的，以提供工程人员判断卫星的健康状况。健康状况。u在具有在具有SSBSSB转发器的卫星上，也可以使用转发器的卫星上，也可以使用CWCW模式模式来通信。来通信。u业余卫星普遍体积不大，无法有效地把接收和发射天业余卫星普遍体积不大，无法有效地把接收和发射天线隔离开。所以大部分的业余卫星都使用跨段模式工线隔离开。所以大部分的业余卫星都使用跨段模式工作。作。u传统模式命名传统模式命名（下行（下行/ /上行）上行）Mode A = 10m/2mMode A = 10m/2mMode B = 2m/70cmMode B = 2m/70cmMode J = 70cm/2mMode J = 70cm

26、/2mu新式模式命名新式模式命名（上行（上行/ /下行）下行）如：如： U/V, L/SU/V, L/S等等. .V=2m C=7.5cmV=2m C=7.5cmU=70cm X=3cmU=70cm X=3cmL=23cm K=1.5cmL=23cm K=1.5cmS=13cm Q=5mmS=13cm Q=5mmu进行业余卫星通信的设备建议：进行业余卫星通信的设备建议：1.1.计算机计算机2.2.多波段多模式的收发信机多波段多模式的收发信机3.3.较高增益的指向天线较高增益的指向天线4.4.用于天线的水平用于天线的水平/ /垂直旋转器及控制器垂直旋转器及控制器5.5.前置放大器前置放大器6.6

27、.电源电源7.7.耐心耐心u计算机的作用计算机的作用1.计算及预测卫星轨迹，卫星的方位角和仰计算及预测卫星轨迹，卫星的方位角和仰角角2.进行频率的多普勒修正进行频率的多普勒修正3.控制旋转器自动转向对准卫星控制旋转器自动转向对准卫星4.控制收发信机修正收、发频率控制收发信机修正收、发频率5.数据通讯模式的使用数据通讯模式的使用6.做电台日志做电台日志u卫星跟踪程序卫星跟踪程序常用的卫星跟踪软件有常用的卫星跟踪软件有NOVANOVA、OrbitronOrbitron等等u要实时调整收发信机的接收频率以便听清信号。要实时调整收发信机的接收频率以便听清信号。u如果是以如果是以FM模式通联，偶尔调整以下发射频率即可。模式通联，偶尔调整以下发射频率即可。u如果是以如果是以SSB模式通联，必须时刻将发射频率对准卫星接收频率。模式通联，必须时刻将发射频率对准卫星接收频率。u收发信机的选择收发信机的选择1.Icom 910H：2m 1