卫星基础知识资料

1、卫星通信(wixng tngxn)知识共五十二页利用卫星进行通信的科学设想，是在1945年10月由英国空军雷达专家阿瑟.C.克拉克首先提出的，他在无线电世界杂志上发表的一篇题为地球外的中继站的文章中，提出了在静止轨道上放置3颗卫星来实现全球通信的设想。直到1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，人们才真正(zhnzhng)看到实现卫星通信的希望。共五十二页1962年7月，美国成功地发射了一个颗通信卫星（Telstar），试验了横跨(hn ku)大西洋的电视和电话传输。但是， Telstar并非在静止轨道上运行，而是运行在椭圆轨道上，每157分钟绕地球1周。第一颗静止轨道卫星

2、是在1963年2月由美国发射的SYNCOM实验卫星，它成功地转播了1964年东京奥运会的实况，有力地显示出卫星通信的优越性和实用价值。共五十二页同年8月20日，以美国通信卫星公司为首的国际性组织宣告成立，称为“国际通信卫星组织”，即著名的INTELSAT。该组织于1965年4月6日发射了世界上第一颗商用静止轨道卫星“晨鸟”好。经过20多年的探索和实验，卫星通信终于跨入了实用阶段，渐渐(jinjin)走近我们的生活，走向社会各个领域。共五十二页卫星通信的基本概念 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地面站之间进行的通信。由于作为中继站的卫星离地面很高，所以经过一次中继转接

3、之后即可进行长距离的通信。用于实现通信目的地这种人造卫星被称为通信卫星(tngxn wixng)。卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式，工作在微波频段。 共五十二页 宇宙(yzhu)通信是以宇宙(yzhu)飞行体或通信转发体作为对象的无线电通信。它可分为三种形式： （1） 地球站与宇宙站间的通信； （2） 宇宙站之间的通信； （3）通过宇宙站的转发或反射进行的地球站之间的通信。 人们常把第三种形式称为卫星通信。宇宙站是指地球大气层以外的宇宙飞行体（如人造卫星和宇宙飞船等）或其它星球上的通信站。地球站是指设在地面、海洋或大气层中的通信站，习惯上统称为地面站。共五十二页 卫 星 通 信 原 理：

4、镜面反射原理(yunl)不知谁这么(zh me)讨厌共五十二页 卫 星 通 信 原 理： 面状覆盖(fgi)共五十二页 卫 星 通 信 原 理：同中间距离(jl)无关 A点到卫星再到B点的距离 远远大于A到B的距离 只要A点和B点安全， AB间的任何故障 不会影响通信AB共五十二页卫星通信的常用(chn yn)频率 L、S波段 C 波段（4 6GHz） Ku波段（12 14GHz） Ka波段 （2030GHz）共五十二页 卫星通信的优势(一) 广播功能(gngnng) 一点发送卫星接收 卫星转发多点接收共五十二页 卫星通信的优势(二) 覆盖面广 三颗卫星覆盖整个(zhngg)地球 覆盖面内均可

5、通信共五十二页 卫星通信的优势(yush)(三) 通信与地面距离无关 通信费用与地面距离无关 通信安全与地面距离无关 通信不受地形地貌的影响AB36000+3600040000 共五十二页 卫星通信的缺陷(一) 固定时延(250 270ms/跳) 电磁波速率为380,000km/s 卫星距地球(dqi)赤道36,000kmAB100ms100ms星上处理(chl)时间：50 70ms100ms共五十二页 卫星通信的缺陷(quxin)(二) 水衰 雨衰 雪衰 解决办法 加大天线 加大功放共五十二页 卫星通信的缺陷(三) 日凌 太阳、卫星、天线接收(jishu)中心点在一直线上 时间：春分与秋分共

6、五十二页春分(chnfn)秋分(qifn)共五十二页非日凌时刻(shk)的信号日凌发生(fshng)时的信号共五十二页 卫星通信的方式(一) 一跳方式(SCPC) 相当于专线通信(tng xn) 固定占用带宽 适合点对点通信，modem必需成对使用 各终端地位平等、透明传输、价格昂贵 时延最小共五十二页ABCD共五十二页 卫星通信方式(二) 一跳半方式(DAMA_SCPC、TDMA） DAMA_SCPC：电路交换方式 TDMA：固定时隙复用方式 合用(hyng)一定数量的带宽 适用于小型网络 拥有管理站，价格较贵 时延较大(通信建立时间较长)共五十二页DABC共五十二页卫星通信方式(三) 两跳

7、方式(TDM_TDMA) 时分复用方式 带宽合理复用 适用于中、大型网络及运营商 主站价格(jig)较高、用户端站价格(jig)便宜 时延最大(可用技术手段补偿)共五十二页共五十二页 卫星通信的带宽远远低于地面光纤 地面光纤的带宽可达150Mbps 40Gbps 卫星(wixng)转发器为： C波段：36M or 72M Ku波段：54M 卫星上转发器数目： C波段：16 24个 Ku波段：16 24个共五十二页 卫星的种类： 功能上划分： 军事卫星、资源卫星、遥感卫星、通信卫星(tngxn wixng)等等 轨道上划分： 低轨道卫星、同步轨道卫星等共五十二页 目前世界上建成了数以百计的卫星通

8、信系统，归结起来(q li)可进行如下分类： （1）按卫星制式可分为： 静止卫星通信系统、随机轨道卫星通信系统和低轨道卫星（移动）通信系统。 （2）按通信覆盖区域的范围划分为： 国际卫星通信系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统。共五十二页 （3）按用户(yngh)性质可分为： 公用（商用）卫星通信系统、专用卫星通信系统和军用卫星通信系统。 （4）按业务范围可分为： 固定业务卫星通信系统、移动业务卫星通信系统、广播业务卫星通信系统和科学实验卫星通信系统。 （5）按基带信号体制可分为： 模拟制卫星通信系统和数字制卫星通信系统。共五十二页 （6）按多址方式可分为： 频分多址（FDMA）、时分多址

9、（TDMA）、空分多址（SDMA）和码分多址（CDMA）卫星通信系统(xtng)。 （7）按运行方式可分为： 同步卫星通信系统和非同步卫星通信系统。目前国际和国内的卫星通信大都是同步卫星通信系统。共五十二页通信卫星 同步轨道卫星 在地球(dqi)赤道的上方36,000公里 地球赤道的周长约为40000公里共五十二页通信卫星(tngxn wixng)的组成 通信卫星是卫星通信系统的重要组成部分。在卫星通信系统中，所有地面站发出的信号都是经过卫星中继转发到地面接收站的。为了完成这一转发任务，卫星上必须配备转发无线电信号的通信系统（即转发器）与天线系统。除此之外，为了保证(bozhng)通信卫星的正

10、常工作，还必须配备控制系统、遥测系统和电源系统。图5-6是通信卫星的组成框图。共五十二页通信卫星(tngxn wixng)组成框图共五十二页 它的任务是根据地面指令信号来控制卫星姿态和位置等。通信卫星的控制系统包括位置控制和姿态控制两部分。 1. 位置控制 由于太阳和月球的引力(ynl)以及太阳的辐射压力等原因，会破坏卫星对地球的相对位置，使卫星发生缓慢移动，漂出轨道，影响正常通行。位置控制是利用装在卫星上的气体喷射装置由地面控制站发出指令进行工作，以进行位置控制。控制系统(kn zh x tn)共五十二页 2. 姿态控制 卫星仅仅能保持在轨道上的指定位置还不够，还必须使它在这个位置上有一个正

11、确的姿态。对通信卫星而言，为了保证正常通信，要求卫星天线波束始终指向地球中心或覆盖中心区域；同时，要求卫星上太阳能电池板始终朝向太阳。这就要对卫星的姿态进行控制(kngzh)。 为了对卫星的姿态进行控制，必须了解卫星的姿态是否正确，通常利用装在卫星上的传感器来完成这一任务。共五十二页 它是用来完成(wn chng)通信卫星上所有信号的接收和发射任务。通信卫星天线系统包括通信天线和遥测指令天线两种。他们的作用和其他地面通信设备中的天线是一样的，但由于它们是装在卫星上，所以又有与地面天线不同的特点：体积小、重量轻，有便于在卫星上组装的结构即可可靠性高个寿命长等。另外，由于卫星天线是设在卫星壳体外面

12、，所以要求天线材料必须耐高温和辐射。天线(tinxin)系统共五十二页 1. 通信天线 通信天线必须作到增益高，以增加卫星的有效辐射功率。同时，更重要的是应使天线波束永远指向地球。对于采用自旋稳定方式以保持姿态稳定的静止卫星，由于(yuy)卫星是旋转的，故要采用消旋天线，才能使波束始终对准地球。 常用的有机械消旋天线和电子消旋天线，其消旋原理是用机械的方法或电子的方法，让天线的旋转方向与卫星自旋方向相反，而两者的旋转速度相等，以保证天线波束始终朝着地球上需要通信的区域。共五十二页 2. 遥测(yoc)指令天线 遥测指令天线用于卫星进人静止轨道之前和之后，能向地面控制中心发射遥测信号和接收地面的

13、指令信号。这种天线为甚高频全方向性天线，通常采用倾斜式绕杆天线和螺旋天线等天线。共五十二页 为了保证卫星的正常运转和通信，需要及时了解卫星内部的各种情况和设备的工作是否正常。在必要时，应该通过遥测信号（即指令信号）去控制卫星上某些设备的动作；另外，当一些部件发生故障(gzhng)时，还需自动将备份文件转换上去等。所有这些工作都是通过卫星上的遥测系统来完成。 1.遥测部分 其作用是在地球上测试卫星的各种设备的工作情况，包括表示有关部分电流、电压、温度等工作状态的信号；来自各传感器的信息；指令证实信号以及作控制用的气体压力等等。遥测(yoc)指令系统共五十二页 上述各种数据通过遥测系统送往地面监测

14、中心，这些数据传送的方法与通信过程相似，即先通过多路复用、放大、编码等处理后，再调制和传输(chun sh)。 2. 指令系统 指令系统包括对卫星进行姿态和位置控制的喷射推进装置的点火控制指令，行波管高压电源的开、关控制指令，发生故障的部件与备用部件的转换指令，以及其它由地面对卫星内部各种设备的控制指令等等。指令信号由地面的控制站发出，在卫星转发器内被分离出来。经检波、解码后送至控制设备，以控制各种执行机构实施指令。共五十二页 卫星转发器是通信卫星中最重要的组成部分，它能起到卫星通信中继站的作用，其性能直接影响到卫星通信系统的工作质量。对卫星转发器的基本要求是附加噪声和失真小，要有足够的工作频

15、带(pndi)，有足够大的总增益，频率稳定度和可靠性尽量高。 卫星转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。卫星(wixng)转发器共五十二页 通信卫星的电源要求体积小、重量轻和寿命长。常用的电源有太阳能电池和化学能电池。 平时主要使用太阳能电池，当卫星进入地球的阴影区（即星蚀）时，则使用化学能电池。 太阳能电池由光电器件组成。由太阳能电池直接供出的电压是不稳定的，必须经电压调整后才能供给负载(fzi)。化学能电池可以进行充电和放电。如镍镉蓄电池。平时由大阳能电池给它充电，当卫星发生星蚀时，由太阳能电池转换为化学能电池供电。电源(dinyun)系统共五十二页VSAT卫星通信系统 VSAT是V

16、ery Small Aperture Terminals（小天线地面站卫星通信系统）的英文缩写。一般的卫星通信系统用户在利用卫星通信的过程中，必须要通过地面通信网汇接到地面站后才能进行。对于有些用户，如银行、航空公司、汽车运输公司、饭店等就显得很不方便，这些用户希望能自己组成一个更为灵活(ln hu)的卫星通信网，并且各自能够直接利用卫星来进行通信，把通信终端直接延伸到办公室和私人家庭，甚至面向个人进行通信。这样就产生了VSAT系统。 共五十二页Vsat卫星通信： Vsat：甚小口径天线终端(zhn dun) 天线直径：3.0米 Usat：超小口径天线终端 天线直径： 1.2米 Vsat终端系

17、统的构成 天线 室外单元(LNB、功放) 室内单元(卫星MODEM) 用户应用系统共五十二页 VSAT卫星通信系统由空间和地面两部分组成。 空间VSAT卫星通信系统的空间部分就是卫星，一般使用地球静止轨道通信卫星，卫星可以工作在不同的频段，如C、ku和Ka频段。卫星上转发器的发射功率应尽量大，以使VSAT地面终端的天线尺寸尽量小。 地面VSAT卫星通信系统的地面部分由中枢站、远端站和网络控制单元组成，其中中枢站的作用是汇集卫星来的数据然后向各个远端站分发数据，远端站是卫星通信网络的主体，VSAT卫星通信网就是由许多的远端站组成的，这些站越多每个站分摊的费用就越低。一般远端站直接安装(nzhun

18、g)于用户处，与用户的终端设备连接。共五十二页低轨道(gudo)移动卫星通信系统（LEO） 为了实现全球个人通信，人们研究了很多方法，其中的一个方案就是利用低轨道卫星移动通信系统。美国摩托罗拉公司在1991年提出用77颗卫星，覆盖全球的移动电话系统，这个方案和铱原子外围包围着77个电子的原子结构很相似，所以被称为“铱系统”。这77颗卫星分成7组，每组11颗，分布围绕在地球上空、经度上距离相等的7个平面内的低轨道上；后又改为66颗小型(xioxng)智能卫星在地面上空765km处围绕6条极地轨道运行，卫星与卫星之间可以接力传输，从而使卫星天线的波束覆盖全球表面。这样，在地面的任何地点、任何时间，

19、总有一颗卫星在视线范围内，以此来实现全球个人通信。共五十二页 这种系统中的卫星离地面高度较低，约为765km，所以叫做低轨道卫星。由于卫星离地球表面较近，每颗卫星能够覆盖的地球表面就比静止卫星小得多，但是仍然比地面上移动通信的基站覆盖的面积大得多，从而使系统中卫星的覆盖区域能布满整个地球表面。这时，卫星与移动通信用户之间的最大通信距离不超过2315km，在这样的距离内，可以(ky)使用小天线、小功率、重量轻的移动通信电话机，通过卫星直接通话。共五十二页 低轨道卫星移动通信系统与地面蜂窝式移动电话系统的基本原理相似(xin s)，都采用划分小区和重复使用频率的方法进行通信；不同的是低轨道卫星移动

20、通信系统相当于把地面蜂窝式移动电话系统的基站安装在卫星上。低轨道卫星体积小，重量轻，只有500kg左右，利用小型火箭就可以发射，便于及时更换有故障的卫星，有利于提高系统的通信质量和可靠性。共五十二页 摩托罗拉所属的“铱星”公司因市场定位及营销体制失误等原因，已于2000年5月宣布倒闭，投入运行仅仅两年的“铱”系统已终止服务。但是低轨道卫星移动通信系统并没有被丢弃，许多(xdu)国家和公司还在继续研究开发这一系统。提出低轨道卫星方案的公司有近10家，除了“铱星”外，目前还有全球星（Globalstar）系统，8个轨道，48个卫星；白羊（Aries）系统，48颗卫星；柯斯卡（Coscon）系统，4个轨道，32颗卫星；卫星通信网络（Teledesic）系统，21个轨道，840颗卫星。共五十二页 目前，海事卫星（INMARSAT）系统是世界上能对海、陆、空中的移动体提供静止卫星通信的惟一系统。INMARSAT网的卫星分布在大西洋、印度洋和太平洋上空，形成全