卫星英文文献翻译

卫星1、概述卫星是一种射频中继器。新一代卫星再生，也就是说，他们有星上处理的能力使他们不仅仅只是一个中继器智能单元（更多的是说，星上处理2.9秒）决策。这种能力有助于实现卫星条件下，放大，或重新获得上行数据和路由到指定位置的数据，或宇宙飞船上板载的实际数据，而不是仅仅作为一个在两个或多个地面站中继站的角色。一个典型带有板载处理器的卫星是美国宇航局先进的通讯技术卫星（ACTS）在图1.1所示。它是1993年9月12日推出的发现号航天飞机的有效载荷的一部分。据美国航天局，卫星重量为2350英镑（1477.3千克）和衡量47.1英尺（14.36米）从尖端到尖端的太阳能电池阵列和29.9（9.11米）英尺通过主要的接收和发射天线反射器，从航天器分离飞机到天线的最高尖端的高度为15.2（4.63米）。太阳能阵列提供大约1.4千瓦。主要通信天线是一个7.2英尺（2.19米）接收天线和一个10.8英尺（3.29米）的发射天线。我们在本章稍后介绍有关卫星元件的更多设计，一个卫星由若干单个设备包括转发器，发射器和应答器组成。图1.2中的框图可以表示一个转发器单元。正如图中看到，一个转发器可以被描述成一个组成系统，基于一个要求选择特定的频道的频带的带通滤波器，一个从一个到另一个水平变动频率的频率转换器和一个输出放大器。一旦放大，在一个频道传输的返回输出时输出复用器重组。所有这些设备都必须在他们的工作温度范围内保持稳定所需的排斥特性。这些设备的功能（每块组件在图1.2），是在本章后面讨论。一个转发器可以在频率和功率卫星的能力方面纳入卫星容量，并可以由一个或多个运营商进行访问。在大多数系统应用中，一个卫星服务多个地面站。在地球站，固定或移动的协助下，卫星开辟了全球卫星多址信道的数据传输和广播在重大的来自世界各地的新闻事件，生活方面。商业和运作上的需要决定了卫星的设计和复杂性。最常见的卫星属性包括以下方面：1、 提高覆盖范围和优质的服务，和频率重用2、 卫星系统和其他卫星的兼容性和扩大当前系统的未来作战能力3、 高增益，能允许小口径地面站的多波束天线系统4、 日益增长的容量需求要求在用户间几个G每秒的链接5、 竞争力的价格在卫星天线（关于设计和复杂性）的未来趋势很可能是从卫星技术，交通生长状况，新兴的技术和商业活动决定的。在接下来的两节研究天线的种类和卫星相对于地球的路径的主要特性。这些特点如下：1、 轨道偏心率轨道的选择2、 期间的轨道3、 仰角；轨道的平面倾角相对于基准轴线

图1.1卫星几何。（由美国航天局）。图1.2基本转发器的安排。2、卫星的种类在一般情况下，卫星分为类型:地球静止卫星（GEO）高椭圆轨道卫星（GEO）中等地球轨道卫星（MEO）低地球轨道卫星（LEO）地球轨道卫星的轨道是一个专门的轨道，卫星不断波动，非常接近地球，循环到空间，然后通过地球重复地摆动。这是一个大约18,000到35,000公里以上的地球表面的椭圆形轨道，而不是赤道上空。HEO是为了更好地覆盖到北部或南部较高纬度的国家。系统可设计以便使远地点被安排在一个特定领域提供连续覆盖。根据定义，一个最高点是海拔最高点的轨道上，即在轨道点的卫星离地球最远。为了澄清一些术语，我们提供的图1.3,显示了一个椭圆形轨道的几何性质。由几何，ss=aj1-e2 (2.1)ss=f=a(1-e2) (2.2)pa偏心率，就是椭圆偏离圆形的数量是:e=―^ (2.3)图2.3图2.3上的几何性质椭圆轨道sf=半焦长度，p=半参数；Sm二半径轴；r二半径距离，焦点轨道路径;0二位置角度椭圆的一般方程可以写成这样：a（1-e2）r= （2.4）1+ecos0

很明显，由（2.4）得，如果E=0，由此产生的轨迹是一个圆。MEO是一个圆形的轨道，轨道约8000至18000以上的地球表面公里，也不是在赤道上空。MEO卫星是处于低轨道和地球同步轨道之间。MEO系统设计涉及更多的延误和更高功率水平比在低轨道的卫星。然而，它需要较少的卫星来达到同样的覆盖范围。LEO卫星轨道，大约在160到1600公里以上的地球表面。这些卫星都很小，很容易发射，使它们大规模生产技术。一个低轨道卫星网络通常有能力以极快的速度进行图文传真，电子信箱，批处理文件和广播大量数据和沟通，最终通过地面台站地面链路的用户。随着科技的进步，公用事业公司通过一低地球轨道系统或运输机构住宅抄表和警察正在访问车牌的车辆，监控交通流量，通过低地球轨道测量系统的卡车重量的时间不会很长。在美国，三个卫星类型（高地球轨道，中轨和低轨）统称为低地球轨道卫星，也就是低地球轨道卫星系统。通过频率指定，LEO被归纳为大和小低地球轨道卫星，正如表2.1描述。LEO所受到的空气阻力是地球大气层对卫星通道阻力引起的。由拖曳力所造成的确切值取决于大气密度，卫星的形状，卫星的速度。这个力可以表示为：其中，Fd=-0电Cd膏kg-m/SeC （2-5）其中，P.是大气密度。这个密度是由维度决定的，它的值是指数。Cd是气动阻力系数。Aeq是卫星等效表面积垂直于速度V是在大气层中的卫星速度，这个速度的大小取决于公式2.2.如果卫星的质量ms是已知的，则基于气动阻力的加速度ad可以表述为:(2.6)m/sec(2.6)拖拽力的影响是使轨道的半长轴减少使其能源减少。仍然是一个圆形的轨道，但它的高度降低，而它的速度增加。由于阻力，在椭圆轨道的远地点逐渐降低，作为一个结果，逐渐变为圆形轨道。对轨道的影响时间越长，卫星变得越慢，而且它最终从轨道下降。气动阻力是在低海拔（200至400公里）和只有约3000公里的地方更为重要，因为尽管在卫星高度上遇到大气是低价值，但它们的高轨道速度意味着拖拽力扰动是有重大意义的。TypeFrequencyUsageTypeFrequencyUsageRequiremorespectrums.划凝姓smallamountsofspectrum.^表2.1低地球轨道卫星频率分类[1]一个地球静止轨道是一个在零偏心率和倾角赤道平面上零的圆形轨道。该卫星是固定的（固定），显然是相对于地球的位置，约三五七八四公里远离地球，如果它的仰角是正交（90）到赤道。其公转时间是同步的，在地球的惯性空间。一个地球静止卫星通信系统的几何因素将在下文讨论的文本。在商业项目GEOS提供固定的无线电频谱的C和Ku波段卫星业务（FSS）。有些项目GEOS使用Ku波段提供一定的移动服务。国际电信联盟（国际电联）已经分配从甚高频无线电频谱的不同部分卫星频段到275千兆赫。表2.2显示了卫星通信频段，他们提供的服务，而Table2.3显示了典型的链接频段。UHF频段是用于小型或移动终端广播电视，通信合适，以及军事舰队的通信。某一个地球空间地球适合无线链路频率波段450兆赫之间和20GHz。频率介于20和50GHz可以使用，但会受到降雨衰减。但是，如果大于99.5%的可用性是必须的，如集接收和自适应功率控制的特殊规定将需要就业。更高的频率更适合（ISL）星际链路的可用适当的，并可能成为为轨道交通挤塞在较低的频率出现。另一个更高频率的通信系统的好处是，系统组件通常变小。对于卫星，这是重量轻，功耗低，并降低了成本，更重要的转换，这意味着增加流动性和灵活性。BandFrequencyrange(GHz)ServicesVHF0.03-0.3MessagingUHF0.3-1.0navigationmobileL1-2Mobile,audiobroadcastradioIo-S2-4MobilenavigationC48FixedX8-12MilitaryjKu12-18Fixedvideobroadcast1K18-27FixedKa27-40Fixed,audiobroadcast,intersatel-mmwa^sMOIntersatellite表2.2卫星通信频带分配BandUplinkfrequency(GHz)Downlinkfrequency^(GHz)C5.925-7.0753.742」Ku14.0-14.511.7-12.2pKa27.5-31.017.7-21.2p表2.3典型的频带分配3、天线在函数的基础上，卫星天线可分为下列几类：通信和特殊的卫星天线［8］。通信天线用于整个任务阶段运载火箭分离后的跟踪，遥测和指挥操作。一个无方向性（即全方位）和圆极化天线必须保证连续覆盖在任务操作时。两个或更多宽束天线可以被使用，而不是一个定向天线，提供连续覆盖。特殊的卫星天线，在另一方面，定向为特定目的，如气象，交联，地球覆盖，自动跟踪。简单地说，天线自由空间电磁波和导波界面的借口。有许多不同种类的天线和在基本类型上的不同变化，但他们的运作模式基本上是相同的。也就是说，一个射频发射器激发在天线表面层的电流传导，辐射电磁波。如果同一个天线与一个接收器使用，反之过程也适用，即无线电波激发的事件在天线电流，这会传导到接收器。天线的工作能力被称为双向对等的原则。天线的辐射变化从全向到高度的定向，可固定或改变，以满足特定需求随着他们的发动。三种基本的天线的通用类型是反射器，镜头，和相控阵，但是，螺旋天线已被部署在太空，特别是军事系统。反射器天线是最理想的卫星天线，因为它重量轻，结构简单，设计成熟。号角是常常被用作照亮反射面天线，它通常提供窄波束。号角天线可以单独使用，通常用于地球的广角覆盖面。反射器，但是，可能需要为多波束天线系统失调，避免饲料堵塞。堵塞破坏表面的旋转对称性，并限制范围扫描前像差的扫描性能。透镜天线是从光学的角度反射对应属性点。它可旋转对称保持良好的光学特性。它没有饲料堵塞和紧，但它是在低频率的应用，并与重镜片表面不匹配。相控阵天线是提供一个连续散热器之间的连续改变的光束灵活性的一类阵列天线。天线阵列是一类由散热器的几何位置、振幅和它们的激发相决定的个体散热器的集合。相控阵天线的优点在于透镜或反射面天线数目。这是由于功放在初步的辐射水平上的分布，较高的光圈效率，没有外溢的损失，没有光圈（饲料）堵塞，以及更好的可靠性。螺旋天线有其内在的宽带特性，拥有了一个相对理想的模式频率范围宽，极化和阻抗特性，并可能辐射的多种模式。每一种天线都是一个单独的主要研究领域。然后，在后面的小节每一个都简要介绍。3.1喇叭喇叭是一个稍微的爆发的结束于波导片。取代电动电流，波导片进行了紧聚焦电磁波伴随着在平行墙间电动组件的延伸。喇叭可以被分段规矩（称为椎体号角）和在两个（称为E面和H面牛角）正交平面呈长方形，如图3.1（A），或在横截面圆形，如图3.1（b）。在图中，A和B分别是H和E面的孔径长度，a和b是长度和匹配波导宽度，如果号角的最短长度L1可能是必需的；D为圆锥喇叭的孔径;L是轴向顶点到圆锥喇叭光圈的长度。图3.1喇叭：（a）椎体；（b）圆锥形3.2相控阵天线阵列天线从喇叭到反射面天线是不同的物理学和电子学，尽管有几个喇叭元素可以用于形成一个阵列。在增益行为中是不同的结果。一个阵列天线的形状可以是圆形，六角形，或长方形，或任何其他几何配置所需。图3.2显示了一些天线阵列的形状。对任意元素的数组的理论是古典与发达在许多文本，包括Schekunoff和斯特拉顿。通过采取通过线性数组元素的电流为正弦的时间和连续的，我们可以写出远场（弗劳恩霍夫区）辐射模式为.DsinK[ (S0i巡0sin)]兀(sin0-sin0)y p其中，0是线性辐射元件的角度。0是转向角。D是孔径，也就是说，数组的实际长度。人是波长的传播方向图3.2典型的阵列天线形状：（a）长方形3）圆形3）八角形。如果在转向角度看方向，0p=0,该指令的增益可写为G=10log（竺^）+L2T其中A是数组面积，LT是包括量化损耗，插入损耗，频率扫描损失，损失的不均匀光照的总损失。估计的波束宽度可在一个小角度近似值申请，提出(3.2)入(3.2)0BW-51D用于卫星天线系统使用的相控阵天线的发展部署进展缓慢，主要由于制造成本高以及缺乏负担得起的电子产品。在天线设计，材料，生产过程，以及固体电子学的进步，提供强大的动力提供了一个开发通信卫星相控阵系统。在已知的部署卫星通信相控阵天线发展包括美国宇航局Seasat-甲和全球星卫星。相控阵天线的商业通信卫星的新车型使用有可能加快，这是由于其电子灵活性，有能力在轨道上的重新配置。相控阵天线通常有大量活动的发送和接收遍布的天线面板的表面，而不是传统的固体或部署的网角反射器的安排。一个透镜或反射镜的其它优点是由于在初级的的辐射水平的能量分配放大，高孔径效率，不外溢的损失，没有光圈（饲料）堵塞，以及更好的可靠性和精确的能力，满足特殊需要在航天器的覆盖范围。3.3螺旋天线螺旋天线具有固有的宽带如拥有在一个比较宽的频率范围可取的模式，极化和阻抗特性和辐射特性的几种模式。在本节只描述轴向辐射模式。在这种模式下，地面反射面是用来限制辐射到前进方向。该领域在螺旋轴（图3.3）方向最大，几乎是圆极化。螺旋天线的轴向模式增益可以写为：其中，cu螺旋周长QD（米）。N匝数As匝间间距L螺旋长度（m）人波长（m）限制条件是：NN30.75人忍c^1.33人As=0.12人;u从地面反射到第一转的距离52人39BW一个螺旋天线的3dB52人39BWcNAs螺旋天线已被部署在FLTSATCOM卫星进行传送和接收功能，具有波长范围内的以下尺寸，75cmW人^133.3cmL=386厘米接收天线和安装在76厘米直径的杯上的地面反射L=340厘米作为发射天线，488厘米直径的抛物面反射镜反射式地平面N=18两种配置图3.3图3.3螺旋天线尺寸4、卫星电源系统关于卫星的主要制约因素就是电源。太阳能电源或放射性材料的卫星转发器可都以当电源。由于核燃料的固有风险，太阳能能源发电成为有吸引力的项目。下一节将着重于一个简单的使用太阳能系统的电源的设计。Ps=Aa^aPs=Aa^afelksm(4.1)其中，P是有效的太阳能系统功率（w）。ks是太阳常数二1370W/m2Aa是太阳能电池阵列面积二ixb（m2）af是损耗因子发现（未使用）阵列领域。它几乎可以覆盖太阳能电池阵列面板上的所有领域（图4.1）。元件之间的差距并不产生电力。另外，在某些角

度，航天器可能遮盖太阳，因此这方面的损失系数估算。很好的估计这方面的损失因素大约是20%。勺是电力损耗，这对于在面板接线损失的帐户，并在兀件盖玻片传输损耗。很好的估计大约是20%的电力损耗。图4.1太阳能电池板的视图门w太阳能电池的转换效率，取决于所使用的材料。例如:门m=26%时是神化镓（GaAs）半导体门m=23%时是单晶硅门m=10%时是多晶硅。系统设计者可以选择用来提供所需的电源系统的材料。研究不断的增加可以利用的日照量，能达到约37%至40太阳的能量。飞轮技术可以提供先进的比化学电池系统寿命更长的和更紧凑的能量储存的电力系统。日食期间，太阳能电池是惰性的。为了让通讯系统保持操作，备份电池组成电源系统。5、星上处理和交换系统新一代卫星技术要求在卫星转播之前更复杂的载波信号的处理：一个被称为星上处理的区域。有了这个处理能力，更有效的总体卫星链路可实现，而且可能导致要求目前的地球站简化。正如本章引言部分指出，机载处理功能使卫星的条件，放大，或重新格式化数据和接收上行线（或交换机）到指定位置的数据，或实际上再生船上的航天器的数据。板上的处理器可以提供数据的存储设备的切换波束系统必需的，还可以对上行数据纠错。一个卫星系统，进行星上处理的卫星称为再生卫星。板载处理大致分为两部分：携带处理和基带处理。携带加工技术的基本概念就是从不同来源调制载波的上行直接分配到输出端口（下行）在卫星天线采用固定或可重构（固态）电路和交换机，见图5.1。一个开关可重构时在其输入和输出端口（通道过滤器）的互连模式可以在回应中源目的地对不断变化的模式改变。通过这种技术，在处理时没有试图恢复基带数据，而且在调制格式被允许的情况下没有改变。在基带处理时，上行载波解调到基带的第一数据位（或包），然后解复用，交换（路由），复调制，并复输出，每到一个不同的下行天线。基带处理器的示意图如图所示5.2。多路复用是能够为多个用户访问一个转发器电路，也被合并成一个复合流过程称为独立的信号通道。复用可以用时间分割模式，在其中的各种信息来源被分配到一个特定的信息，定期经常性维持较大传输帧。在一个传统的同步时分变复用，个人的消息来源可能会维持分割成固定或可变长度的数据包，它的头字段标识符每个带有唯一的源的信息内容。当然，频分复用技术可以用来作为一种时分复用的选择。在频分复用，每个源的身份是由调节该源的一个独特的载波频率上，或信道的多载波传输系统，信息。解调是通过从调制信号载波恢复的过程。解调是调制的反向，就是一个信号是在一个更高频率的载波留下深刻印象的逆过程。这种技术用一个已知的方法修改一个基带信号，去编码基带信号。对这样一个衡量任何属性的信号可以用来传输，通过用一些已知的方式改变它的属性，然后在接收端检测任何变化的信息。调制信号称为载波信号，因为它承载着从一个通信信道的另一端数字信息。在沟通渠道发送端改变信号的装置称为调制器。在它的通道可以检测从调制信号的数字信息接收终端设备，被称为解调器。热，设备，宇宙，地面噪音和干扰，破坏其他卫星的卫星频道。这是解调器，解码器的功能，并解压缩功能恢复的信号，并产生了传输信号所需的副本。编码器（编码器及解码器）可作为独立设备，也可以集成到一个模块化的调制解调器：一种调制解调收缩（更多的是说调制解调器3.3.1。）。前向纠错的主要功能（FEC）的编码方法是确保在卫星链路的较低错误率。图5.1载波处理。图5.2基带处理。6、频率转换频率转换器是需要避免来自高功率卫星的带内输出干扰来输出卫星输入。频率转换转变的上行频率到下行频率以便一些在频带间的分离，以防止地球站接收到不必要的从下行天线进入地球站的反馈。在那些没有使用频率的设计，输出和输入之间的高隔离将是必要的设计。一个典型的通信系统的隔离要求是27分贝圆极化和线极化为33分贝。一个频率转换可以被表示通过在图6.1的排列。一个频率转换器是由一个混频器和振荡器组成的。一个混频器结合了伴随了提前扩增的局部振荡器频率f的输入信号f。混合过程中（称为外差，或简称外差）产生频率的总和与振荡器频率f的输入信号f差异。这个过程如果输出是一个转换器则是总和，如果输出的是降压转换器则是差异。在通信卫星的情况下，混频器会将较高频率上行信号转换为较低频率的下行信号。局部振荡器是一个稳定的类似于石英晶体的频率源。在一般情况下，星上处理提供了一种灵活的消息路由系统当各种信息有特定的目的地，重要的是，它也提供了改进的抗干扰保护在军事系统方面。图6.1一个简单的频率转换框图。7、参考文献Schulz,J.P.(1995).LittleLEOsandtheirlaunchers,Comm.LawConspectus,3,185-186.Clarke,A.C.(1945).Extra-terrestrialrelays,WirelessWorld.Campbell,D.(2000).Veildrawnaroundbase'srole,TheSundayAgeof. ,M^^.^^F^^^^，. ^^^^^■..^^■■>^^^^^^^^^^・^^・^^,I 1 \ / ' J\J23July.IridiumLCC(1997).IridiumSystemFacts.http:===whatsnew=iridium=facts.htmlTeledisic(1998).TechnicaloverviewoftheTeledesicnetwork.http:===tech=details.htmlPorcelli,G.(1986).Effectsofatmosphericrefractiononsuninterference,INTELSATTechnicalMemorandum,IOD-E-86-05.Kitsuregawa,T.(1990).AdvancedTechn