文档介绍：第7章    卫星通信系统组成原理
 通信卫星
地球站系统
传输线路的计算
本章主要内容
   通信卫星
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 h <12000km;(Elliptical Orbits)
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。
(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;(Polar Orbits)
③倾斜轨道卫星,卫星轨道平面与赤道面夹角成锐角。
(C2)
4、按卫星的质量分:
巨卫星:m >3500kg
大卫星:3500kg ≥m >1500kg
中卫星:1500kg ≥ m >500kg
小卫星:500kg ≥ m > 100kg
微卫星: 100kg ≥ m > 10kg
纳卫星:m ≤ 10kg
5、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
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。
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,,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。
非静止轨道(主要指低轨道LEO)卫星的特点
LEO卫星的优点:
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。
⑥可以使用VHF和UHF频段,无线设备成本低。
⑦发射卫星所需的火箭推力小,发射费用低,可以用一箭多星方式发射卫星。
非静止轨道(主要指低轨道LEO)卫星的特点
LEO卫星的缺点:
①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。
②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。
③对地非静止运动,地球站天线需要对卫星进行跟踪,驱动伺服系统复杂,成本高,而且传输无线射频信号存在多普勒频移问题。
④每天卫星都有若干段时间处于太阳阴影区,产生星蚀,对星载电池提出了更高的容量要求。
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=2R/T (7-3)
又已知:
公转周期(恒星日):
T==
地球赤道的平均半径:RE=
R=RE+h (7-4)
范艾伦辐射带(Van Allen Radiation Belts)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
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