现代通信技术-卫星CH7

Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所第七章卫星通信系统7.1通信卫星7.2地球站系统7.3传输线路的计算•本章主要内容Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1通信卫星•7.1.1卫星的分类•1、按轨道距地面的高度分•①低轨道(LEO)卫星，卫星轨道距地面的高度•h1500km；movie•②中轨道（MEO）卫星，卫星轨道距地面的高度为8000kmh12000km；(EllipticalOrbits)•③高轨道（HEO）卫星，卫星轨道距地面的高度h20000km。•2、按运转周期分•①静止轨道（GSO\GEO）卫星，公转周期约为24小时，与地球自转周期相同；(GEO)•②准静止卫星，公转周期为24小时/N，其中N=2，3，4，……；•③非静止卫星，公转周期为其它值。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1.1卫星的分类（C1）3、按轨道倾角分：①赤道轨道卫星，卫星运行轨道与地球赤道平面重合；②极地轨道卫星，卫星运行轨道与地球赤道平面垂直；(PolarOrbits)③倾斜轨道卫星，卫星轨道平面与赤道面夹角成锐角。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1.1卫星的分类（C2）4、按卫星的质量分：巨卫星：m3500kg大卫星：3500kg≥m1500kg中卫星：1500kg≥m500kg小卫星：500kg≥m100kg微卫星：100kg≥m10kg纳卫星：m≤10kg5、按卫星的用途分：空间探测卫星、气象卫星、资源勘察卫星、导航卫星、军事卫星等Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1.2卫星的轨道1、卫星覆盖地球制式(1)随机卫星制在距地面几千~几万km上空布放多颗卫星，而地球站设有至少两副天线分别跟踪不同的卫星。因此地球站设备复杂、庞大。(2)相位制卫星在低轨道上（LEO）均匀配置10个左右的卫星供地球站交替使用。(3)静止卫星是最经济、实用的一种卫星通信制式。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所静止轨道卫星的优、缺点优点：①地球站接收天线容易对准卫星，同时天线的跟踪系统比较简单，地球站的成本低。②卫星与地球站的相对位置固定，多普勒频移可以忽略。③服务区域面积较大，一颗静止同步卫星可以覆盖大约地球表面的40%左右。④通信连续，通信过程中不需要频繁更换卫星。⑤信道的绝大部分处在地球外层空间，大气层只占信道很小一部分，外层空间信道性能稳定，通信质量高。缺点：静止卫星也存在一些缺点，除了存在6.1.2节所提及的缺点外，由于静止轨道只有一条，为了避免互相干扰，要求静止卫星间隔的角度为2左右，则在静止同步轨道上一共能容纳卫星的数量不会超过200颗。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所非静止轨道卫星的特点优点：①由于卫星轨道高度低，链路传播损耗小，有利于系统为手持移动终端用户提供服务。②传输延时小，对话音通信不存在回声问题；实时性较好。③采用极地轨道或大倾角轨道时，可以为高纬度地区提供服务。④可利用多普勒频移进行定位。⑤星座能够对用户提供多重覆盖。因此可以采用分集接收技术，同时星座中的个别卫星失效，系统仍可运行。缺点：由于一颗卫星不能对某一地区进行连续覆盖，必须利用多卫星构成星座。星座中任一颗对地面的覆盖时间都是有限的，为保证通信的连续性，可能需要切换，技术复杂。存在多普勒频移问题。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所2、运动轨道由万有引力定律：F=GMm/R2=m/R2（7-1）卫星围绕地球在赤道平面内作匀速圆周运动，设它在轨的切线速度为，则它受到的对地球向心力为F=mv2/R=GMm/R2=m/R2（7-2）而静止卫星在轨的切线速度为v=2R/T（7-3）又已知：公转周期(恒星日)：T=23小时56分4.09秒=86164.09秒地球赤道的平均半径：RE=6378.14kmR=RE+h（7-4）范艾伦辐射带（VanAllenRadiationBelts）的影响（3700km和18500km处达到峰值）（Echo-1失效）可求出静止卫星距地面（星下点）的高度h•可由开普勒三定律描述Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所3.卫星的摄动及在轨姿态变化•摄动定义:•由于某些因素的影响，卫星轨道会发生偏离开普勒定律所确定的理想轨道的现象。•造成摄动的因素•①太阳和月球及其它行星的引力场。这些引力场会使卫星产生转矩，并造成卫星轨道的倾斜和漂移。•②地球引力场的不均匀。•③地球大气阻力。•④太阳辐射压力。•⑤地球磁场对带电卫星的作用等。•后果（对通信的影响）•导致卫星姿态变化•卫星通信的影响非常严重，使地球站天线与卫星天线的指向精度产生较大误差，严重时会造成通信中断，•必须对卫星采取相应的姿态及位置控制措施，使卫星姿态及位置误差始终保持在允许范围内。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所4.静止卫星的观察参数方位角仰角方位线星下点M地球站的位置参数经度纬度偏离角∠MSD表示5.静止卫星的覆盖区和可通信区•覆盖区=0•可通信区5总结how_satellites_workWei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1.3静止卫星的发射1.进入暂停轨道2.变换到过渡轨道3.变换到漂移轨道4.进入静止轨道发射过程•how_satellites_are_launchedWei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1.4通信卫星的基本技术参数GT天线增益24AG2.卫星覆盖波束分布图EIRP覆盖图SINOSAT-1CEIRPSINOSAT-1KuEIRP1.有效全向辐射功率EIRPEIRP=PTGT用分贝表示[EIRP]=[PT]+[GT]Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所3.品质因数G/TG/T分布图SINOSAT-1CG/TSINOSAT-1KuG/T卫星转发器的G/T值是用来衡量卫星转发器灵敏度大小的参量，由下式定义：G/T=G10lg(Ta+Tt)（dB/K）•避免干扰•实现信道复用，提高了频带利用率4.极化方式Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所7.1.6通信卫星的组成五部分：天线分系统通信分系统（转发器）遥测指令分系统控制分系统电源分系统Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所1.天线分系统（1）遥测、指令和信标天线（2）通信天线全球波束（或覆球波束）天线、点波束天线、赋形波束（区域波束）ASIASAT-4Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,SchoolofElectronicandInformationEngineering,DalianUniversityofTechnology(DUT),P.R.China.大连理工大学电子与信息工程学院电子工程系通信所对卫星通信天线的要求①有一定的指向精度；②足够的带宽，以满足大容量通信的要求；③必要的转接功能；④适当的极化方式；⑤必要的消旋措施（对自旋稳定卫星而言）。Wei,dongxingInstituteofCommunicationTechnology,Scho