衛(wèi)星通信導論上課-第6章衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)ppt課件

1、第6章 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)大 綱n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)概述n衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù)n非靜止軌道衛(wèi)星星座設計n衛(wèi)星星際鏈路特性n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)頻率規(guī)劃n典型衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)引見衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)概述n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)開展過程 第一代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：模擬信號技術第一代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：模擬信號技術 1976年，由3顆靜止衛(wèi)星構成的MARISAT系統(tǒng)成為第1個提供海事移動通信服務的衛(wèi)星系統(tǒng)（艦載地球站40W發(fā)射功率，天線直徑1.2米） 1982年，Inmarsat-A成為第1個海事衛(wèi)星移動電話系統(tǒng)第二代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：數(shù)字傳輸技術第二代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：數(shù)字傳輸技術 1988

2、年，Inmarsat-C成為第1個陸地衛(wèi)星移動數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1993年，Inmarsat-M和澳大利亞的Mobilesat成為第1個數(shù)字陸地衛(wèi)星移動電話系統(tǒng)支持公文包大小的終端 2019年，Inmarsat-3可支持便攜式的膝上型電話終端第三代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：手持終端第三代衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：手持終端 2019年，銥（Iridium）系統(tǒng)成為首個支持手持終端的全球低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 2019年以后，集成了衛(wèi)星通信子系統(tǒng)的全球移動通信系統(tǒng)（UMTS/IMT-2000）衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)概述 續(xù)1n衛(wèi)星與地面挪動通訊系統(tǒng)的比較 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)地面移動通信系統(tǒng)地面移動通信系統(tǒng)易于快

3、速實現(xiàn)大范圍的完全覆蓋覆蓋范圍隨地面基礎設施的建設而持續(xù)增長全球通用多標準，難以全球通用頻率利用率低頻率利用率高（蜂窩小區(qū)小）遮蔽效應使得通信鏈路惡化提供足夠的鏈路余量以補償信號衰落適合于低人口密度、有限業(yè)務量的農(nóng)村環(huán)境適用于該人口密度、大業(yè)務量的城市環(huán)境衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù)n開普勒三定理n 第一定理1602年n小物體衛(wèi)星在圍繞大物體地球運動時的軌道是一個橢圓，并以大物體的質心作為一個焦點n 第二定理1605年n小物體衛(wèi)星在軌道上運動時，在一樣的時間內(nèi)掃過的面積一樣n 第三定理1618年n小物體衛(wèi)星的運動周期的平方與橢圓軌道半長軸的立方成正比關系 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)1n開普勒定理的圖

4、形描畫衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)2n衛(wèi)星軌道外形參數(shù)n 偏心率e ：決議了橢圓軌道的扁平程度，當e =0時，橢圓軌道退化為圓軌道n 軌道半長軸a ：遠地點與橢圓軌道中心C 的間隔n 軌道半短軸b ：近地點與橢圓軌道中心C 的間隔n e 、a 和b 滿足關系21( / )eb a衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)3n衛(wèi)星軌道外形參數(shù)n 半焦距 ：地心與橢圓軌道中心的間隔n r ：衛(wèi)星到地心的瞬時間隔，對橢圓軌道是個時變量，對圓軌道可看作常數(shù)n 遠地點 (apogee)：地心與橢圓軌道中心的間隔n 近地點 (perigee )：地心與橢圓軌道中心的間隔maxmin(1)(1)Raerraerrae半焦距遠

5、地點近地點衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)4n衛(wèi)星軌道的極坐標表達式n衛(wèi)星橢圓軌道的極坐標表達式為n式中：是瞬時衛(wèi)星-地心連線與地心-近地點連線的夾角，是衛(wèi)星在軌道面內(nèi)相對于近地點的相位偏移量；p = a(1-e2)為橢圓半焦弦。2(1)1cos1cosaepree衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)5n衛(wèi)星的軌道速度和周期n根據(jù)機械能守恒原理可以推出：n 橢圓軌道上衛(wèi)星的瞬時速度和軌道周期n 圓軌道上衛(wèi)星的瞬時速度和軌道周期321(/ )2( )aVkm sTsra衛(wèi)星衛(wèi)星 （）3(Re)(/ )2( )hVkm sTsr衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)6例6.1 某采用橢圓軌道的衛(wèi)星，近地點高度近地點到

6、地球外表的間隔為1000km，遠地點高度為4000Km。在地球平均半徑為6378. km的情況下，求該衛(wèi)星的軌道周期T。 解：根據(jù)圖6-1(a)可知，長軸為遠地點和近地點之間的直線間隔，在半長軸為a，地球半徑為Re，近地點高度為hp和遠地點高度為ha時，有： 所以，半長軸a = 8878.km，由此可計算軌道周期： 22Re26378.1371000400017,756.274kmpaahh328325.1703( )aTs衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)7n地心坐標系n 地心O為原點 n X軸指向春分點方向n Z軸與地球的自轉軸重合，n 指向北極點 n X軸和Y軸確定的平面n與赤道平面重合n X、

7、Y、Z軸構成一個右手坐標系 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)8n軌道參數(shù)n 在地心坐標系中，為完好地描畫恣意時辰衛(wèi)星在空間中的位置，通常運用2組6個軌道參數(shù)n 第一組參數(shù)定義了軌道的方位，用于確定衛(wèi)星相對于地球的位置n 第二組參數(shù)定義了軌道的幾何外形和衛(wèi)星的運動特性，用于確定衛(wèi)星在軌道面內(nèi)的位置衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)9n軌道參數(shù)n確定軌道平面方位的三個參數(shù)為：n 右旋升交點赤經(jīng)：赤道平面內(nèi)從春分點方向到軌道面交點線間的角度，按地球自轉方向度量n 軌道傾角i：軌道平面與赤道平面間的夾角n 近地點幅角：軌道平面內(nèi)，升交點與近地點間的夾角，從升交點按衛(wèi)星運轉方向度量衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)10n軌道

8、參數(shù)n確定軌道平面幾何外形和衛(wèi)星的運動特性的三個參數(shù)為：n 軌道偏心率e：反映了軌道面的扁平程度，取值范圍0,1) ；n 軌道半長軸a：橢圓軌道中心到遠地點的間隔；n 平均近點角M或過近地點時間tp ：經(jīng)過平均近點角M或過近地點時間tp可以計算衛(wèi)星的真近點角。 M和tp滿足如下關系式式中Ts為衛(wèi)星軌道周期。2()psMttT衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)11n圓軌道參數(shù)n對圓軌道，通常以為軌道偏心率恒為0，近地點和升交點重合，只需4個參數(shù)就可以完好描畫衛(wèi)星在空間的位置：n 右旋升交點赤經(jīng)n 軌道傾角in 軌道高度hn 初始時辰的真近點角即初始幅角 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)12n衛(wèi)星在圓軌道平面內(nèi)

9、的定位 n 對圓軌道，以升交點替代近地點作為面內(nèi)相位參考點n 衛(wèi)星以近似恒定的速度Vs飛行，因此瞬時衛(wèi)星與升交點間的夾角 Vt衛(wèi)星衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)13n衛(wèi)星在橢圓軌道平面內(nèi)的定位n 由于橢圓軌道上衛(wèi)星的在軌n飛行速度是時變的，因此確定衛(wèi)n星在軌道內(nèi)的位置的方法相對復雜n 通常采用右側所示幾何方法n來間接計算衛(wèi)星的瞬時真近點角n 圖中，E稱為偏心近點角，n是真近點角衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)14n衛(wèi)星在橢圓軌道平面內(nèi)的定位n 根據(jù)開普勒第二定理，可以推導偏心近點角E與平均近點角M之間滿足關系n上式通常稱為開普勒方程Keplers equation，在偏心率e 0時沒有實際解，通常運用數(shù)

10、值方法如牛頓迭代法和線性迭代法來計算E的值 sinMEeE 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)15n牛頓迭代法n 迭代公式n 迭代終止條件n其中為允許的最大誤差 n 運用數(shù)值方法計算出瞬時的偏心近點角E后，可以經(jīng)過高斯方程計算真近點角：n 經(jīng)過如下方程計算瞬時衛(wèi)星到地心的間隔r 1sin1sinkkkkkkkMEeEMMEEeE 1kkMM12 arctan(tan)12eEe(1cos)raeE 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)16n衛(wèi)星星下點軌跡n 衛(wèi)星的星下點指衛(wèi)星地心連線與地球外表的交點n 星下點隨時間在地球外表上的變化途徑稱為星下點軌跡n 星下點軌跡是最直接地描畫衛(wèi)星運動規(guī)律的方法n 由于衛(wèi)星在空

11、間沿軌道繞地球運轉，而地球又在自轉，因此衛(wèi)星運轉一圈后，其星下點普通不會再反復前一圈的運轉軌跡 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)17n衛(wèi)星星下點軌跡n 假定0時辰，衛(wèi)星經(jīng)過其右升交點，那么衛(wèi)星在恣意時辰t0的星下點經(jīng)度用s表示和緯度用s表示由以下方程組確定： 0180 ( 18090 )( )arctan(costan )0 ( 9090 )180 (90180 )( )arcsin(sinsin )sestitti 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)18n衛(wèi)星星下點軌跡n 一顆軌道高度為92km，軌道傾角60，初始位置0E，0N的衛(wèi)星24小時的星下點軌跡如以下圖所示 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)19n單顆衛(wèi)

12、星覆蓋特性計算n 單顆衛(wèi)星對地覆蓋的幾何關系如以下圖所示 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)20n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n E：察看點對衛(wèi)星的仰角，以察看點的地平線為參考，可取值范圍為-90, 90n：衛(wèi)星和察看點間的地心角，可取值范圍為0, 180n ：衛(wèi)星的半視角或半俯角，可取值范圍為0, 90n d ：衛(wèi)星到察看點的間隔 n X：衛(wèi)星覆蓋區(qū)的半徑 n Re：地球平均半徑n h ：是衛(wèi)星軌道高度 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)21n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n 衛(wèi)星和察看點間的地心角n 當察看點和衛(wèi)星的地理位置以經(jīng)緯度坐標方式給出時，以(u，u)表示察看點的瞬時經(jīng)緯度，(s，s)表示衛(wèi)星的瞬時經(jīng)緯度，那么兩者

13、所夾的地心角由下式確定 ReRearccoscosarcsinsinReRehEEharccos sin() sin()cos() cos() cos()ususus衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)22n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n 衛(wèi)星的半視角n 察看點的仰角n ReRe sinarcsincosarctanRe(Re)Re cosEhh(Re) cosReRearctanarccossin(Re) sinRehhEh衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)23n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n 星地間隔n 覆蓋區(qū)半徑 n 22222Re(Re)2 Re (Re) cos= Re sin2ReRe sindhhEhhE Re

14、sinX衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)24n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n 察看點的最小仰角Emin：系統(tǒng)的一個給定目的。根據(jù)Emin和衛(wèi)星軌道高度 h 便可以計算衛(wèi)星的最大覆蓋地心角、最小星下點視角和最大星地傳輸間隔，從而確定衛(wèi)星的瞬時覆蓋區(qū)的直徑和面積、覆蓋區(qū)內(nèi)不同地點的衛(wèi)星天線輻射增益和邊沿覆蓋區(qū)的最大傳輸損耗等 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)25n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n 仰角E10時，地心角和衛(wèi)星半視角隨衛(wèi)星軌道高度h的變化情況如右圖n 地心角隨軌道高度的添加而增大，衛(wèi)星半視角隨軌道高度的添加而減小，靜止軌道衛(wèi)星的地心角約72，星下半視角約8.5 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)26n單顆衛(wèi)星覆蓋特性計算n

15、 仰角E10時，星地間隔 d 隨衛(wèi)星軌道高度h的變化情況如右圖n星地間隔隨軌道高度的添加而增大，靜止軌道衛(wèi)星的最大星地間隔約為41000km 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)27例6.2：知某衛(wèi)星的軌道高度為1450km，系統(tǒng)允許的最小接入仰角為10，試計算該衛(wèi)星可以提供的最長延續(xù)效力時間。解：假設衛(wèi)星恰好經(jīng)過察看點上空。隨著衛(wèi)星運動，察看點的仰角閱歷從最小接入值增大到最大值90再減小到最小接入值的過程。該過程中衛(wèi)星可以提供最長延續(xù)的效力，此期間衛(wèi)星運動掃過的地心角為：2max。衛(wèi)星的最大覆蓋地心角：衛(wèi)星的在軌運動角速度 所以，最長延續(xù)效力時間max6378.137arccoscos101026.6

16、414506378.137 433398601.582/9.12 10/0.0522 /(Re)(14506378.137)STrad ssh衛(wèi)星maxmax2/1020.6917minSts衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)28n非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的軌道和高度選擇 n 衛(wèi)星軌道外形和高度是確定完成對指定區(qū)域覆蓋所需的衛(wèi)星數(shù)量和系統(tǒng)特性的一個非常重要的要素n 衛(wèi)星軌道的分類：n1按外形：橢圓軌道和圓軌道n2按傾角：赤道軌道、極軌道和傾斜軌道n3按高度：低地球軌道LEO、中地球軌道MEO、靜止/同步軌道GEO/GSO和高橢圓軌道HEO 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)29n衛(wèi)星軌道按外形分類n 橢圓軌道通常只

17、在衛(wèi)星相對地面運動速度較慢即位于遠地點附近時才提供通訊效力，因此更加適宜于為特定的區(qū)域提供效力特別是高緯度區(qū)域 n圓軌道衛(wèi)星可以提供較均勻的覆蓋特性，通常被提供較均勻的全球覆蓋的系統(tǒng)采用 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)30n衛(wèi)星軌道按傾角分類n 赤道軌道：傾角為0，軌道上衛(wèi)星的運轉方向與地球自轉方向一樣，且衛(wèi)星相對于地面的運動速度隨著衛(wèi)星高度的添加而降低。當軌道高度為35786 km時，衛(wèi)星運動速度與地球自轉的速度一樣。假設此時軌道傾角為0，那么衛(wèi)星對地的運動速度為0，這種軌道就是靜止Geostationary軌道；假設衛(wèi)星的傾角不為0，那么衛(wèi)星依然存在對地的相對運動，這樣的軌道稱為地球同步Geo

18、synchronous軌道，其星下點軌跡呈現(xiàn)出“8字型。 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)31n衛(wèi)星軌道按傾角分類n 極軌道的軌道面垂直與赤道平面，軌道傾角為90，衛(wèi)星穿越地球的南北極 n 傾斜軌道又可以根據(jù)衛(wèi)星的運動方向和地球自轉方向的差別分為順行和逆行軌道n 順行傾斜軌道傾角在0到90之間，軌道上衛(wèi)星在赤道面上投影的運轉方向與地球自轉方向一樣n 逆行傾斜軌道的傾角在90到180之間，軌道上衛(wèi)星在赤道面上投影的運轉方向與地球自轉方向相反 衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)32n衛(wèi)星軌道按傾角分類衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)33n衛(wèi)星軌道按高度分類n 各種軌道的可用高度范圍如下表軌道類型可用高度（km）LEO

19、7002000MEO800020000GEO/GSO35786HEO遠地點可達40000衛(wèi)星運動規(guī)律與軌道參數(shù) 續(xù)34非靜止軌道衛(wèi)星星座設計n衛(wèi)星星座的定義n具有類似的類型和功能的多顆衛(wèi)星，分布在類似的或互補的軌道上，在共享控制下協(xié)同完成一定的義務 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)1n星座設計時的根本思索n 用戶仰角應盡能夠大n 信號的傳輸延時應盡能夠低n 衛(wèi)星有效載荷的能量耗費要盡能夠低 n 假設系統(tǒng)采用星際鏈路，那么面內(nèi)和面間的星際鏈路干擾必需限制在可以接納的范圍內(nèi)n 多重覆蓋問題 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)2n極軌道星座設計方法n 當衛(wèi)星軌道平面相對于赤道平面的傾角為90時，軌道穿越地球南北極

20、上空，稱這種類型的軌道為極軌道。n 利用圓極軌道星座實現(xiàn)全球單重覆蓋的思想最早由美國科學家R.D.Lder提出；D.C.Beste在Lder的任務根底上進展了進一步的分析和優(yōu)化；W.S.Adams和L.Rider給出了目前被廣泛采用的優(yōu)化極軌道星座優(yōu)化設計方法。 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)3n衛(wèi)星覆蓋帶(Street of Coverage) n 覆蓋帶是基于同一軌道面內(nèi)多顆衛(wèi)星的相鄰重疊覆蓋特性，在地面上構成的一個延續(xù)覆蓋區(qū)域n 覆蓋帶半地心角寬度c n式中，為單顆衛(wèi)星覆蓋的半地心角寬度，S為每個軌道面內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量，/S為衛(wèi)星之間的半地心角寬度cosarccoscos(/ )cS非靜止軌道衛(wèi)

21、星星座設計 續(xù)4n 極軌道星座極點察看投影圖n 星座n 星座軌道面間的經(jīng)度差不同 n 順行軌道面間的間隔較大n 逆行軌道面間的間隔較小非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)5n相鄰軌道面覆蓋的幾何關系 n 順行軌道面的衛(wèi)星之間堅持固定的空間相位關系n 逆行軌道面的衛(wèi)星之間的空間相位關系那么是變化的n 極軌道星座中順行和逆行軌道面之間的經(jīng)度差1和2滿足 122cc 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)6n極軌道星座的衛(wèi)星分布特性n由于極軌道星座的特殊軌道構造90傾角，一切軌道面交于南北極點，星座中的衛(wèi)星在天球上的分布是不均勻的：衛(wèi)星在赤道平面上最稀疏，相互間的間隔間隔最大；在兩極處最密集，相互間的間隔間隔最小。n因此

22、，在思索極軌道星座對全球的覆蓋時，只需思索對赤道實現(xiàn)延續(xù)覆蓋；在思索對球冠區(qū)域的覆蓋時，只需思索對球冠的最低緯度圈實現(xiàn)延續(xù)覆蓋。 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)7n極軌道星座實現(xiàn)全球覆蓋n極軌道星座實現(xiàn)全球覆蓋時，星座參數(shù)應滿足方程n相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星之間的相位差 應滿足 12(1) (1)(1) cos(1)(1)arccoscos(/ )PPPcPPS /S非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)8n極軌道星座實現(xiàn)極冠覆蓋n極軌道星座實現(xiàn)全球覆蓋時，星座參數(shù)應滿足方程n式中， 為極冠覆蓋區(qū)的最低緯度n相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星之間的相位差與全球覆蓋時的一樣(1)(1)cos cos(1)(1)arccoscosco

23、s(/ )PPcPPS非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)9n近極軌道星座n 衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角為80100除90時的軌道n 由于近極軌道星座的傾角接近90，因此，仍可以采用覆蓋帶分析的方法，思索在赤道區(qū)域延續(xù)覆蓋時的要求，采用解析方法確定最優(yōu)星座參數(shù)。 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)10n近極軌道星座實現(xiàn)全球覆蓋n 根據(jù)近極軌道的傾角特性，近極軌道星座中順行和逆行軌道面之間的經(jīng)度差 和 滿足：nn 相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星之間的相位差 滿足112222arcsin(sin/sin )coscosarccos()siniii 121/arctan(cos( ) tan()Si非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)1

24、1n近極軌道星座實現(xiàn)全球覆蓋n因此，在實現(xiàn)全球覆蓋時，近極軌道星座的參數(shù)應滿足方程：22sinarccoscos/cos(/ )(1) arcsinsincos2 arccoscos/cos(/ )cosarccossinSPiSii非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)12n傾斜圓軌道星座設計 Walker Delta星座 Ballard玫瑰Rosette星座非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)13n傾斜圓軌道星座的根本特性nn 多個傾角和高度一樣的軌道平面 n 各軌道平面具有一樣數(shù)量的衛(wèi)星n 各軌道平面內(nèi)衛(wèi)星在面內(nèi)均勻分布n 各軌道平面的右旋升交點在參考平面內(nèi)均勻分布n 相鄰軌道相鄰衛(wèi)星間存在確定的相位關系非靜

25、止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)14nDelta星座n Delta星座運用相鄰軌道面內(nèi)，相鄰衛(wèi)星的初始相位差來確定星座中各衛(wèi)星的相對空間位置關系n 相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星相位差的物理意義如以下圖 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)15nDelta星座標識法nWalker采用3個參數(shù)來描畫Delta星座：T/P/F。n T 代表星座的衛(wèi)星總數(shù)；n P 代表星座的軌道面數(shù)量；n F 稱為相位因子，n Delta星座按下式確定相鄰軌道相鄰衛(wèi)星的初始相位差 2/fF T非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)16例6.3 知某星座的Delta標識為：9/3/1:10355:43，假設初始時辰星座的第一個軌道面的升交點赤經(jīng)為0，面上第一顆

26、衛(wèi)星位于0E, 0N，試確定星座各衛(wèi)星的軌道參數(shù)。解：根據(jù)Delta星座特性，可知星座多個軌道面的右旋升交點在赤道平面內(nèi)均勻分布，每個軌道面內(nèi)的衛(wèi)星在面內(nèi)均勻分布，再根據(jù)相位因子F 可以確定各衛(wèi)星的軌道參數(shù)： 相鄰軌道面的升交點經(jīng)度差：360/3=120； 面內(nèi)衛(wèi)星的相位差：360/(9/3)=120； 相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星的相位差：3601/9=40； 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)17例6.3 (續(xù))再根據(jù)第一顆衛(wèi)星的初始位置，可以得到一切衛(wèi)星的初始軌道參數(shù)如下表 軌道面衛(wèi)星編號升交點赤經(jīng)（）初始幅角（）1SAT1-100SAT1-20120SAT1-302402SAT2-112040SAT2-

27、2120160SAT2-31202803SAT3-124080SAT3-2240200SAT3-3240320非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)18nWalker的最優(yōu)Delta星座 TPFi ()min ()h (km)55143.769.22714366453.166.42033477555.760.31225588661.956.59374.299770.254.88374.2105257.152.27089.71111453.847.65344.4123150.747.95442.11313558.443.84257.1147454.042.03824.3153153.542.13847.1需

28、求指出，該表中的數(shù)據(jù)是由Walker手工計算得到的非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)19n玫瑰星座n Rosette星座中，衛(wèi)星的初始相位與其所在軌道面的右旋升交點赤經(jīng)或經(jīng)度值成一定的比例關系n Ballard運用3個不變的方向角和一個時變的相位角來確定衛(wèi)星在運轉天球面上的瞬時位置非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)20nBallard的衛(wèi)星位置以及相互關系表示圖 2 /jjjjjijT為第 個軌道平面的右旋升交點為軌道面傾角為第 顆衛(wèi)星在軌道面內(nèi)的初始相位，從右旋升交點順衛(wèi)星運行方向測量為衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)的時變相位非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)21n玫瑰星座標識法nBallard采用3個參數(shù)來描畫玫瑰星座: (N

29、, P, m)n N 代表星座的衛(wèi)星總數(shù)；n P 代表星座的軌道面數(shù)量；n m 稱為協(xié)因子，確定了衛(wèi)星在軌道面內(nèi)的初始相位。n 協(xié)因子m是一個非常重要的玫瑰星座參數(shù)，它不僅影響衛(wèi)星初始時辰在運轉天球上的分布，也影響衛(wèi)星組成的圖案在天球上的旋進速度。 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)22n衛(wèi)星方向角與玫瑰星座參數(shù)的關系n對衛(wèi)星總數(shù)為N，軌道面數(shù)量為P，每軌道面內(nèi)衛(wèi)星數(shù)量為S的玫瑰星座，衛(wèi)星的方向角具有如下的對稱方式： 2/0 1(0 1)/2/(2/)jjjjj PjNiimNSmmj PmSj NNP S非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)23n協(xié)因子m的特性n 協(xié)因子m可以是整數(shù)也可以是不可約分數(shù)；n 假設

30、m是0到N1的整數(shù)，即意味著S1，表示星座中每一個軌道平面上只需一顆衛(wèi)星；n 假設協(xié)因子m為不可約分數(shù)，那么一定以S為分母，表示星座中每一個軌道平面上有S顆衛(wèi)星。 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)24n最優(yōu)玫瑰星座的優(yōu)化準那么n Ballard優(yōu)化戰(zhàn)略：最壞察看點的n最大地心角最小化準那么n 任一時辰地球外表上的最壞n察看點是某3顆衛(wèi)星的星下點所構成n的球面三角形的中心，該點到3顆衛(wèi)n星星下點的地心角間隔一樣n 為保證星座的全球覆蓋，衛(wèi)星n的最小覆蓋地心角min必需大于或n等于最壞察看點與衛(wèi)星間的最大地心角 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)25n最優(yōu)玫瑰星座參數(shù)NPmi ()min ()h (km)T (

31、hour)55143.6669.1526992.2816.9066453.1366.4220371.7712.1377555.6960.2612220.517.0388661.8656.529388.625.495.4999770.5454.818380.874.971010847.9351.536799.094.191111453.7947.625344.883.521231/4, 7/450.7347.905440.553.561313558.4443.764247.843.0414711/253.9841.963814.132.851531/5, 4/5, 7/5, 13/553.514

32、2.133852.392.87非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)26n玫瑰星座與Delta星座的等價性 n Ballard在其研討結果中指出：玫瑰星座與Walker的Delta星座是等價的n 玫瑰星座的協(xié)因子m和Delta星座的相位因子F可以相互轉換，轉換時F 和m之間滿足關系 mod(,)mod( , )FmS Px yxy是對 進行模 運算非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)27例6.4 ICO星座的Delta標識為10/2/0，試寫出其等價的玫瑰星座標識。解：知軌道面數(shù)量P=2，每軌道面衛(wèi)星數(shù)量S=10/2=5，相位因子F=0，有根據(jù)玫瑰星座特性，協(xié)因子m的分子部分取值應不等于0并且小于星座衛(wèi)星數(shù)量即02

33、n10，可以斷定n的能夠取值為1、2、3和4。所以，協(xié)因子為： ICO星座的玫瑰星座標識為：10, 2, 2/5, 4/5, 6/5, 8/5 mod(5 ,2)0522 /5mmnmn2 /5(2/5,4/5,6/5,8/5)mn非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)28n共地面軌跡星座的特性n 包含多個軌道高度和傾角一樣軌道面；n 每軌道面一顆衛(wèi)星；n 一切衛(wèi)星沿不變得地面軌跡運轉；n 適宜于實現(xiàn)區(qū)域覆蓋衛(wèi)星通訊系統(tǒng)。非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)29n共地面軌跡星座的參數(shù)約束關系n 由圖可見，假設衛(wèi)星j從當前位置n運轉到其升交點j用去的時間和地球n自轉用去的時間一樣，那么衛(wèi)星j和n衛(wèi)星i具有一樣的星下點

34、軌跡n因此，共地面軌跡星座中相鄰軌n道面衛(wèi)星應滿足/eS 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)30n共地面軌跡星座的參數(shù)約束關系n 為維持地面軌跡的不變性，共地面軌跡星座通常采用回歸或準回歸軌道n 回歸/準回歸軌道的周期可經(jīng)過下式確定。式中，M為回歸周期，N為回歸周期內(nèi)衛(wèi)星繞地球旋轉的圈數(shù)。n由此可知采用回歸/準回歸軌道衛(wèi)星的在軌角速度與地球自轉的角速度之間滿足關系 /seTTMN/seN M非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)31n共地面軌跡星座的參數(shù)約束關系n 綜上可推出：采用回歸/準回歸軌道的共地面軌跡星座中，相鄰軌道面間的升交點經(jīng)度差和相鄰衛(wèi)星間的相位差滿足簡單的線性關系：n 必需留意，此處的衛(wèi)星間相位差

35、 與Delta星座所定義的衛(wèi)星間相位差f不同：是按逆衛(wèi)星運轉方向丈量得到，而f那么是順衛(wèi)星運轉方向丈量得到，因此它們之間滿足2互補關系 /N M 2f非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)32n共地面軌跡星座的編碼標識方法n可以仿照Walker對Delta星座的標識方法，將共地面軌跡星座的各參數(shù)標識為n其中：n T為星座中衛(wèi)星數(shù)量，也即軌道面數(shù)量；n 為星座中相鄰軌道面間的升交點經(jīng)度差；n N/M稱為調相因子，確定了相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星間的相位差和f ，以及衛(wèi)星軌道高度h；n i為星座中一切軌道面的傾角。 /(/): /:TN Mh iTN h i或非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)32n共地面軌跡星座與Delta

36、星座的等價性n Delta星座中相鄰軌道面的經(jīng)度差和相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星的相位差分別為n n 要使得Delta星座與共地面軌跡星座等價，那么首先要滿足T =P即每軌道面一顆衛(wèi)星 ，再結合前頁的等式，可以推出n由于T和F均是整數(shù)，Delta星座與共地面軌跡星座等價時，必然采用回歸軌道M1。 2/ 2/fPF T/TFN M非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)33n共地面軌跡星座與Delta星座的等價性n 最終，可以確定參數(shù)T、F和N之間滿足關系式n Delta星座 T/T/(T-N) 與共地面軌跡星座 T/(2/T)/N 是等價的。 (1)FTN NT非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)34例6.5 試確定與共地面軌

37、跡星座6/60/2:20214:28.5等價的Delta星座參數(shù)。解：根據(jù)共地面軌跡星座標識方法可知： 星座衛(wèi)星數(shù)量 T=6； 回歸周期內(nèi)衛(wèi)星旋轉圈數(shù)N=2。根據(jù)Delta星座與共地面軌跡星座的等價關系式可知等價的Delta星座標識為：6/6/4:20184:28.5非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)35n太陽同步軌道n 由于地球的偏平度和內(nèi)部密度的不均勻性，將引起軌道平面圍繞地球極軸旋轉，所以軌道面的右旋升交點經(jīng)度將在赤道平面上自西向東漂移，產(chǎn)生所謂軌道平面的“進動，進動的平均角速度為：nn式中：Re為地球半徑，e為軌道偏心率，h為瞬時衛(wèi)星間隔地球外表的高度，i為軌道傾角。 3.522Re9.964

38、 ()(1)cos( /)Redeidth 天非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)36n太陽同步軌道n 地球在一年時間365.25天內(nèi)繞太陽旋轉360，公轉的平均角速度為360/365.25=0.9856/天 。n 假設選擇適宜的軌道參數(shù)，使得軌道面進動的平均角速度與地球繞太陽公轉的平均角速度一樣，這樣的軌道稱為太陽同步軌道。n 由于太陽同步軌道與地球有一樣的旋轉平均角速度，使得軌道平面一直與太陽堅持固定的幾何關系。 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)37n太陽同步軌道n 軌道平面與太陽間幾乎固定的幾何關系表征在：軌道平面與黃道面的交線與地心-日心連線的夾角堅持固定的一個角度n 這種固定的空間幾何關系使得太陽同

39、步軌道的衛(wèi)星總是在一樣的本地時LST經(jīng)過某一區(qū)域的上空 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)38n太陽同步軌道n 圓太陽同步軌道的軌道高度和軌道傾角之間的制約關系n 根據(jù)上式可知：n 由于cosi的取值一直為負，因此傾角i的取值范圍為 ( 90, 180，所以太陽同步軌道一定是逆行軌道；n 由| cosi |=4.77310-15(h+Re)3.51，可知圓軌道太陽同步軌道的高度是受限的，最高高度為5974.9 km。 3.5157/2Re0.98569.964coscos4.773 10(Re)Rediihdth 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)39n太陽同步軌道星座n 由于太陽同步軌道衛(wèi)星總是在一樣的本地

40、時間經(jīng)過同一區(qū)域上空，因此廣泛地運用于對地察看和監(jiān)測衛(wèi)星系統(tǒng)中，以提供在幾乎一樣的日照條件下對一樣地域的觀測結果。n 在實踐的察看和監(jiān)測衛(wèi)星系統(tǒng)中，衛(wèi)星的軌道高度通常低于1000km如加拿大的RADARSAT1衛(wèi)星高度為798 km、美國的Landsat7衛(wèi)星高度為705 km里，其低軌道特性為地球觀測提供優(yōu)良的觀測條件和軌道條件 非靜止軌道衛(wèi)星星座設計 續(xù)40n太陽同步軌道星座n 太陽同步軌道也可以用于實現(xiàn)n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)，如由288顆衛(wèi)n星構成的Teledesic系統(tǒng) 衛(wèi)星星際鏈路n在衛(wèi)星之間建立星際通訊鏈路激光鏈路或毫米波鏈路，每顆衛(wèi)星將成為空間網(wǎng)的一個節(jié)點，使通訊信號能不依賴于地面通

41、訊網(wǎng)絡進展傳輸，提高傳輸?shù)男屎拖到y(tǒng)的獨立性，對于組建全球性通訊網(wǎng)將是非常方便和靈敏的。n星際鏈路的特性的描畫n 仰角的時變特性 天線的動態(tài)指向特性n 方位角的時變特性 天線的動態(tài)指向特性n 星間間隔的時變特性 功率的動態(tài)控制特性衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)1n一樣軌道高度衛(wèi)星間的星際鏈路n 同一軌道平面內(nèi)的軌內(nèi)星際鏈路Intra-Orbit ISL：同一軌道面內(nèi)的兩顆衛(wèi)星可以根本堅持不變的相對位置，軌內(nèi)星際鏈路的星間間隔、方位角和仰角變化很小，建立相對容易 n 不同軌道平面之間的軌間星際鏈路Inter-Orbit ISL：由于不同軌道面內(nèi)兩顆衛(wèi)星存在著相對運動，軌間星際鏈路的方位角、仰角和星間間隔普通隨

42、時間而變化，建立相對比較困難 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)2n星際鏈路的仰角和間隔計算n 根據(jù)右圖所示的幾何關系容易推出 max22max/22 (Re) sin(/2)Re2arccosRe2 (Re)(Re)ABsPsPEEDhHhDhH 仰角：星間距離：最大地心角：最大星間距離：衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)3n知衛(wèi)星位置時的仰角計算n 假設兩顆衛(wèi)星的瞬時經(jīng)緯度位置知，分別以s1，s1和s2，s2表示，那么衛(wèi)星所夾的地心角為 n根據(jù)前頁的式子可以確定衛(wèi)星間的仰角和間隔121212arccos sin() sin()cos() cos() cos()ssssss衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)4例例6.6某一星座采用的軌道高度為某

43、一星座采用的軌道高度為1414km。某一時辰，衛(wèi)星。某一時辰，衛(wèi)星A的位置為的位置為0E，20N，衛(wèi)星，衛(wèi)星B的位置為的位置為50E，15S，問在最小余隙為問在最小余隙為50km時，衛(wèi)星時，衛(wèi)星A和和B間能否建立星際鏈路？假間能否建立星際鏈路？假設能，此時星際鏈路的仰角是多少？設能，此時星際鏈路的仰角是多少？解：根據(jù)知條件可以計算該星座衛(wèi)星可以建立星際鏈路時對解：根據(jù)知條件可以計算該星座衛(wèi)星可以建立星際鏈路時對應的最大地心角：應的最大地心角：在知兩顆衛(wèi)星瞬時經(jīng)緯度坐標位置時，可計算星間的地心角：在知兩顆衛(wèi)星瞬時經(jīng)緯度坐標位置時，可計算星間的地心角：由于由于max，所以衛(wèi)星間可以建立星際鏈路，此

44、時星際鏈路，所以衛(wèi)星間可以建立星際鏈路，此時星際鏈路的仰角和間隔為：的仰角和間隔為： maxRe506378.1372arccos2 arccos68.83Re14146378.137PHharccos sin( 15 )sin(20 )cos( 15 )cos(20 )cos(500 )60.34 /230.172 (14146378.137) sin(60.34 /2)7831.6()ABsEEDkm 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)5n知衛(wèi)星軌道參數(shù)時的仰角計算n 對于星座系統(tǒng)而言，更多時候給出的是衛(wèi)星的軌道參數(shù)包括軌道高度、仰角、升交點赤經(jīng)和初始幅角等n 根據(jù)Ballard的衛(wèi)星位置以及相互關系表征方

45、法圖6-15，可以確定衛(wèi)星i對j的地心角間隔Rij即衛(wèi)星間的地心角：24222242222sin ()cos ( /2) sin ()/2/22 sin ( /2) cos ( /2) sin ()/2sin ( /2) sin ()/2/22 sin ( /2) cos ( /2) sin (/2) cos(2)i jjijijijiRiiiiii 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)6n星際鏈路的方位角計算n 方位角的度量以衛(wèi)星運動方向為基準，沿順時針方向旋轉到衛(wèi)星連線方向。 n 根據(jù)Ballard的衛(wèi)星位置以及相互關系表征方法圖6-15，t時辰衛(wèi)星i對j的方位角ij由下式確定 nn經(jīng)過下標位置互換可以獲得計

46、算j對i的方位角ji的公式 222222arctansinsin() cos()sin(2 ) sin (/2) sin()/sinsin (/2) sin(2)cossin() cos()(cos (/2)cossin (/2) sin()ijjjjijijiiiiii衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)7n星際鏈路性能隨軌道高度的變化衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)8n星際鏈路性能隨軌道高度的變化n 方位角的變化周期與衛(wèi)星軌道周期一樣；仰角和星間間隔的變化周期為衛(wèi)星軌道周期的一半n 在其他軌道參數(shù)不變的情況下，添加軌道高度將降低方位角和仰角的變化速度，可以改善星載天線的捕獲、鎖定和跟蹤性能；但同時會導致星間間隔增大，將會提高

47、對發(fā)射功率的要求。 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)9n星際鏈路性能隨軌道傾角的變化 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)10n星際鏈路性能隨軌道傾角的變化 n 在其他軌道參數(shù)不變的情況下，添加軌道傾角將有利于減小星間間隔，節(jié)省發(fā)射功率；但會添加方位角和仰角的變化速度，對星載天線捕獲、鎖定和跟蹤性能的要求添加。 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)11n星際鏈路性能與升交點經(jīng)度差的關系 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)12n星際鏈路性能與升交點經(jīng)度差的關系n 衛(wèi)星軌道間升交點經(jīng)度差的變化不會影響方位角、仰角和星間間隔取值的周期特性，但會影響它們?nèi)≈档拇笮∫约叭≈档膭討B(tài)變化范圍。方位角、仰角和星間間隔的取值大小以及取值的動態(tài)變化范圍均隨著升交點經(jīng)度差的增大而添加。

48、n 當面內(nèi)衛(wèi)星數(shù)量一定時，衛(wèi)星軌道面間的間隔越小，星際鏈路的實現(xiàn)越容易 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)13n星際鏈路性能與初始輻角差的關系 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)14n星際鏈路性能與初始輻角差的關系 n 減小衛(wèi)星間的初始幅角差雖然可以減小星間間隔，但會添加方位角和仰角的動態(tài)變化范圍，添加指向的變化速度，對星載天線的捕獲、鎖定和跟蹤性能要求提高。 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)15n不同軌道高度衛(wèi)星間的星際鏈路n 據(jù)圖，容易推出衛(wèi)星的仰角滿足關系式n 可見：軌道高度較高的衛(wèi)星將n一直有負的仰角值，而高度較低的n衛(wèi)星的仰角那么可正可負 Rearctan (cos( )/sin( )ReAABBAhEhEE 衛(wèi)星星際鏈路 續(xù)16n不

49、同軌道高度衛(wèi)星間的星際鏈路n 在計算出衛(wèi)星所夾地心角后，可以根據(jù)余弦公式計算瞬時星間間隔n 不同軌道高度衛(wèi)星間的最大星間地心角max和最長的星際鏈路間隔Dsmax max2222maxReRearccosarccosReRe(Re)(Re)(Re)(Re)PPABsAPBPHHhhDhHhH22max(Re)(Re)2 (Re) (Re) cossABABDhhhh 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)的根本網(wǎng)絡構造衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)1nETSI建議的衛(wèi)星個人通訊網(wǎng)絡構造 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)2nETSI建議的衛(wèi)星個人通訊網(wǎng)絡構造n 構造a中，空間段采用透明轉發(fā)器，系統(tǒng)

50、依賴于地面網(wǎng)絡來銜接信關站，衛(wèi)星沒有建立星際鏈路的才干，挪動用戶間的呼叫傳輸延時至少等于非靜止軌道衛(wèi)星兩跳的傳輸延時加上信關站間的地面網(wǎng)絡傳輸延時。全球星系統(tǒng)采用該構造方案為挪動用戶提供效力。 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)3nETSI建議的衛(wèi)星個人通訊網(wǎng)絡構造n 構造b同樣沒有采用星際鏈路，運用靜止軌道衛(wèi)星提供信關站之間的銜接。靜止衛(wèi)星的運用減少了系統(tǒng)對地面網(wǎng)絡的依賴，但會帶來數(shù)據(jù)的長間隔傳輸。該構造中，挪動用戶間的呼叫傳輸延時至少等于非靜止軌道衛(wèi)星兩跳的傳輸延時加上靜止軌道衛(wèi)星一跳的傳輸延時。 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)4nETSI建議的衛(wèi)星個人通訊網(wǎng)絡構造n 構造c運用了星際鏈路來實現(xiàn)一

51、樣軌道構造的衛(wèi)星進展互連。系統(tǒng)依然需求信關站來完成一些網(wǎng)絡功能，但對其的依賴性曾經(jīng)下降。挪動用戶間的呼叫傳輸延時是變化的，依賴于在衛(wèi)星和星際鏈路構成的空中骨干網(wǎng)絡路由選擇。銥系統(tǒng)采用該構造方案為挪動用戶提供效力。 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)5nETSI建議的衛(wèi)星個人通訊網(wǎng)絡構造n 構造d中運用了雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡構建的混合星座構造。非靜止軌道衛(wèi)星運用星際鏈路進展互連，運用軌間鏈路IOL：Inter-Orbit Links與靜止軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星互連。挪動用戶間的呼叫傳輸延時等于兩個非靜止軌道衛(wèi)星半跳的延時加上非靜止軌道衛(wèi)星到靜止軌道衛(wèi)星的一跳的延時。在該構造中，為保證非靜止軌道衛(wèi)星的全球性互連，需求

52、至少3顆靜止軌道中繼衛(wèi)星。 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)6n系統(tǒng)空間段n 空間段提供網(wǎng)絡用戶與信關站之間的銜接；n 空間段由1個或多個衛(wèi)星星座構成，每個星座又涉及到一系列軌道參數(shù)和獨立的衛(wèi)星參數(shù)；n 空間段軌道參數(shù)通常根據(jù)指定覆蓋區(qū)規(guī)定的效力質量QoS要求，在系統(tǒng)設計的最初階段便確定；n 空間段的設計可采用多種方法，取決于軌道類型和星上有效載荷所采用的技術。衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)7n系統(tǒng)地面段n 通常包括：信關站也稱為固定地球站FES、網(wǎng)絡控制中心NCC和衛(wèi)星控制中心SCCn 用戶信息管理系統(tǒng)CIMS是擔任維護信關站配置數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)計費、生成用戶賬單并記錄呼叫概略的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，與信關站

53、、網(wǎng)絡控制中心和衛(wèi)星控制中心協(xié)同任務n 可以將網(wǎng)絡控制中心、衛(wèi)星控制中心和用戶信息管理系統(tǒng)合在一同稱為控制段 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)8n系統(tǒng)地面段信關站n 信關站經(jīng)過本地交換提供系統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡空間段到地面現(xiàn)有中心網(wǎng)絡如公用交換網(wǎng)PSTN和公用地面挪動網(wǎng)絡PLMN的固定接入點n 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)與地面挪動網(wǎng)絡如GSM和CDMA網(wǎng)絡的集成帶來了一些附加的問題，必需在信關站中處理 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)9n系統(tǒng)地面段網(wǎng)絡控制中心n 又稱為網(wǎng)絡管理站NMS，與用戶信息管理系統(tǒng)CIMS相連，協(xié)同完成衛(wèi)星資源的管理、網(wǎng)絡管理和控制相關的邏輯功能，按照功能又可以劃分為網(wǎng)絡管理功能組和呼叫控制功能組

54、。 n 網(wǎng)絡管理功能組的主要義務包括：管理呼叫通訊流的整體概略；系統(tǒng)資源管理和網(wǎng)絡同步；運轉和維護OAM功能；站內(nèi)信令鏈路管理；擁塞控制；提供對用戶終端試運轉的支持n 呼叫控制功能組的主要義務包括 ：公共信道信令功能 ；挪動呼叫發(fā)起端的信關站選擇；定義信關站的配置 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)10n系統(tǒng)地面段衛(wèi)星控制中心 n 擔任監(jiān)視衛(wèi)星星座的性能，控制衛(wèi)星的軌道位置。與衛(wèi)星有效載荷相關的特殊呼叫控制功能也可以由衛(wèi)星控制中心來完成，按照功能又可以劃分為衛(wèi)星控制功能組和呼叫控制功能組 n 衛(wèi)星控制功能組的主要義務包括：產(chǎn)生和分發(fā)星歷；產(chǎn)生和傳送對衛(wèi)星有效載荷和公用艙的命令；接納和處置遙測信息；傳

55、輸波束指向命令；產(chǎn)生和傳送變軌操作命令；執(zhí)行間隔校正n 呼叫控制功能組完成挪動用戶到挪動用戶呼叫的實時交換衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡構造 續(xù)11n系統(tǒng)用戶段n 用戶段由各種用戶終端組成；n 主要分為兩個主要的類別：挪動Mobile終端 和便攜Portable終端 n 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)頻率規(guī)劃n衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)可以任務于多個頻段n頻段的選取主要取決于系統(tǒng)提供的效力類型n衛(wèi)星挪動通訊業(yè)務頻率分配是先后經(jīng)過87年和92年的世界無線電行政大會WARC-87、92，95、97和2000年世界無線電大會WRC-95、97、2000分配衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)頻率規(guī)劃 續(xù)1nWARC-87分配的MSS頻譜 頻率（MHz）

56、傳輸方向業(yè)務類型1530.0-1533.0LMSS和MMSS1533.0-1544.0MMSS和低速率LMSS1545.0-1555.0AMSS（可公用）1555.0-1559.0LMSS1626.5-1631.5MMSS和低速率LMSS1631.5-1634.5LMSS和MMSS1634.5-1645.5MMSS和低速率LMSS1646.5-1656.5AMSS（可公用）1656.5-1660.5LMSS衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)頻率規(guī)劃 續(xù)2nWARC-92為全球3個頻率區(qū)域分配了NGEO衛(wèi)星挪動通訊業(yè)務和衛(wèi)星無線定位業(yè)務RDSS的運用頻段，包括VHF、UHF，L和S波段 衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)頻率規(guī)劃

57、續(xù)3nWRC-95思索了C、Ku和Ka多個頻段。并對Ka頻段的衛(wèi)星挪動通訊饋送鏈路頻段和NGEO的FSS固定衛(wèi)星業(yè)務頻段進展了分配n假設干大LEO和MEO系統(tǒng)的用戶業(yè)務和饋送鏈路頻段如下表 IridiumGlobalstarNew ICOConstellationEllipso上行用戶鏈路MHz）1616-1626.51610-1626.51985-20192483.5-25001610-1626.5下行用戶鏈路MHz）1616-1626.52483.5-25002170-22001610-1626.52483.5-2500上行饋送鏈路GHz）29.1-29.35.091-5.2505.150

58、-5.2505.091-5.25015.45-15.65下行饋送鏈路GHz）19.4-19.66.875-7.0556.975-7.0756.924-7.0756.875-7.075衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)頻率規(guī)劃 續(xù)4nWRC-2000在衛(wèi)星挪動通訊和GEO FSS方面頻率規(guī)劃包括 n 關于IMT-2000衛(wèi)星部分的問題，會議充分思索到IMT-2000衛(wèi)星運用與其他非IMT-2000的業(yè)務間共用性研討沒有完成，因此決議由各國主管部門自愿思索運用這些頻段，其中包括16101626.5/2483.52500MHz頻段n 關于在13GHz頻段，會議決議開展包括能夠用于MSS的15181525MHz、168

59、31690MHz頻段與現(xiàn)有業(yè)務的共用研討，為MSS頻率的劃分做預備n關于NGEO FSS的問題：1為維護GEO FSS和GEO BSS靜止衛(wèi)星廣播業(yè)務系統(tǒng)對來自多個NGEO FSS系統(tǒng)的總干擾不超越規(guī)定要求，操作NGEO FSS的主管部門應采取相應措施包括對本身系統(tǒng)的修正。當其總干擾超越規(guī)定規(guī)范時，NGEO FSS系統(tǒng)主管部門應采取一切必要手段減少總的干擾電平，直至到達要求為止。2原劃分給FSS的12.212.5GHz頻段，規(guī)定其只能用于國內(nèi)或區(qū)域性子系統(tǒng)的限制被取消 典型衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)引見n銥Iridium系統(tǒng)n 第一個全球覆蓋的LEO衛(wèi)星蜂窩系統(tǒng)，支持話音、數(shù)據(jù)和定位業(yè)務n 由于采用了星

60、際鏈路，系統(tǒng)可以在不依賴于地面通訊網(wǎng)的情況下支持地球上任何位置用戶之間的通訊。 n 銥系統(tǒng)于上世紀八十年代末由Motorola推出，九十年代初開場開發(fā)，耗資37億美圓，于2019年11月開場商業(yè)運轉n “銥公司于2000年3月宣告破產(chǎn)。目前，美國國防部出資維持銥系統(tǒng)的運轉 典型衛(wèi)星挪動通訊系統(tǒng)引見 續(xù)1n銥系統(tǒng)空間段n 銥系統(tǒng)星座最初的設計由77顆LEO衛(wèi)星組成，它與銥元素的77個電子圍繞原子核運轉類似，系統(tǒng)因此得名n 實踐星座包括66顆衛(wèi)星，它們分布在6個圓形的、傾角86.4的近極軌道平面上，面間間隔27，軌道高度780kmn 每個軌道平面上均勻分布11顆衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星的分量為689kg，衛(wèi)星設計壽