第1章 衛(wèi)星通信概述課件

衛(wèi)星通信1ppt精選版課程要求考勤：請假需要遞交假條，并由輔導員簽字。無故曠課四次及以上者，不允許參加期末考試。二次遲到折合一次曠課。作業(yè)：按時獨立完成，逾期不予批改?？己耍?/p>

期末考試成績占總成績的80%，其它為作業(yè)和考勤成績。2ppt精選版教材與參考書教材夏克文.衛(wèi)星通信.西安電子科技大學出版社，2008參考書TimothyPratt.衛(wèi)星通信（英文版）.電子工業(yè)出版社，2003.朱立東,吳延勇,卓永寧.衛(wèi)星通信系統(tǒng)（第3版）.電子工業(yè)出版社，20113ppt精選版課程介紹第1章衛(wèi)星通信概述第2章衛(wèi)星通信基本技術第3章衛(wèi)星通信鏈路設計第4章衛(wèi)星通信網第5章移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)4ppt精選版第1章衛(wèi)星通信概述1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點1.2衛(wèi)星通信地球站1.3通信衛(wèi)星1.4衛(wèi)星通信工作頻段的選擇及電波傳播的特點1.5衛(wèi)星通信的發(fā)展動態(tài)5ppt精選版1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點1衛(wèi)星通信的基本概念2衛(wèi)星通信的特點3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類6ppt精選版1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星：指在圍繞行星的軌道上運行的天然天體或人造天體。通信：指帶有信息的信號從一點傳送到另一點的過程，廣義地說，是指任何兩地之間、使用任何方法、通過任何媒質相互傳送信息達到聯(lián)系的過程?，F(xiàn)代通信指在任何時間、任何空間、任何地點、任何對象之間以任何方式進行信息交換的過程。7ppt精選版1衛(wèi)星通信的基本概念通信系統(tǒng)：是指傳遞信息所需的一切技術設備的總和，它包括信源、發(fā)送設備、傳輸媒介、接收設備和信宿等部分。衛(wèi)星通信：指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。無線電波頻率使用微波頻段。8ppt精選版1衛(wèi)星通信的基本概念微波通信：微波是指頻率為300MHz～300GHz電磁波。用微波頻率作載波攜帶信息，通過無線電波空間進行中繼（接力）通信的方式。衛(wèi)星通信可以理解為某種特殊的微波中繼通信。9ppt精選版1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星通信系統(tǒng)：利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進行通信的通信系統(tǒng)，稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)。通信衛(wèi)星：把用于實現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星。相當于離地面很高的中繼站。衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展，是微波接力向太空的延伸。10ppt精選版衛(wèi)星通信的過程圖1-1衛(wèi)星通信過程示意圖11ppt精選版空間通信空間通信的概念：以空間飛行器或通信轉發(fā)體為對象的無線電通信稱為空間通信，它包括三種形式：（1）地球站與空間站之間的通信；（2）各空間站之間的通信；（3）通過空間站轉發(fā)或反射進行的各地球站之間的通信。上述第三種形式的空間通信稱為衛(wèi)星通信。12ppt精選版衛(wèi)星通信的鏈路上行鏈路：從地球站發(fā)射信號到通信衛(wèi)星所經過的通信路徑。下行鏈路：通信衛(wèi)星將信號轉發(fā)到其它地球站的通信路徑。13ppt精選版衛(wèi)星運行軌道較高時衛(wèi)星運行軌道較高時的通信方式：相距較遠的兩個地球站可同時看到衛(wèi)星。立即轉發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng)：只用一顆衛(wèi)星通過立即轉發(fā)的方式實現(xiàn)的通信，這種系統(tǒng)稱為立即轉發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。通信鏈路由發(fā)端地球站、上行鏈路、通信衛(wèi)星轉發(fā)器、下行鏈路和收端地球站所組成。14ppt精選版衛(wèi)星通信的鏈路圖1-2單顆衛(wèi)星通信鏈路的組成15ppt精選版衛(wèi)星通信的鏈路當衛(wèi)星運行軌道較低時的通信方式:相距較遠的兩個地球站不能同時看到同一顆通信衛(wèi)星。低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)通過多顆衛(wèi)星轉發(fā)，從而實現(xiàn)遠距離實時通信。星間鏈路（ISL）：同軌道衛(wèi)星間的鏈路星際鏈路（IOL）：不同軌道通信衛(wèi)星的鏈路。延遲式衛(wèi)星通信系統(tǒng)：采用延遲轉發(fā)方式進行通信。16ppt精選版靜止衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）當衛(wèi)星運行軌道在赤道平面內；高度約為35786km；衛(wèi)星運行方向與地球相同；圍繞地球公轉周期與地球自轉周期(24h)相等；夾角為17.34°，兩切線間弧線距離為18100km。若以120°的等間隔在靜止衛(wèi)星軌道上配置三顆衛(wèi)星，則地球表面除南、北兩極是盲區(qū)外，其它區(qū)域均在衛(wèi)星覆蓋范圍之內，而且部分區(qū)域為兩顆衛(wèi)星波束的重疊地區(qū)，因此借助于在重疊區(qū)內地球站的中繼(稱之為雙跳)，可以實現(xiàn)在不同衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內的地球站之間的通信。17ppt精選版圖1-3靜止衛(wèi)星與地球相對位置示意圖18ppt精選版2衛(wèi)星通信的特點(優(yōu)點)（1）通信距離遠，且費用與通信距離無關。（2）覆蓋面積大，可進行多址通信。（3）通信頻帶寬，傳輸容量大。（4）機動靈活。（5）通信鏈路穩(wěn)定可靠，傳輸質量高。由于衛(wèi)星通信具有上述突出的優(yōu)點，因而獲得了迅速的發(fā)展，成為一種強有力的現(xiàn)代化通信手段。19ppt精選版2衛(wèi)星通信的特點(局限性)(1)通信衛(wèi)星使用壽命較短。(2)存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。(3)電波的傳播時延較大且存在回波干擾。(4)衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術復雜。(5)靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)。

20ppt精選版圖1-4靜止衛(wèi)星的日凌中斷和星蝕現(xiàn)象21ppt精選版3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成：通信衛(wèi)星通信地球站分系統(tǒng)跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)監(jiān)控管理分系統(tǒng)圖1-5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成22ppt精選版3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類（1）通信衛(wèi)星由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對發(fā)來的信號起中繼放大和轉發(fā)作用。每顆通信衛(wèi)星均包括收發(fā)天線、通信轉發(fā)器、跟蹤遙測指令、控制和電源等分系統(tǒng)。23ppt精選版通信衛(wèi)星的分類按照衛(wèi)星的結構，可分為有源衛(wèi)星和無源衛(wèi)星。按照衛(wèi)星的運動方式，可分為靜止衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）和運動衛(wèi)星（非同步衛(wèi)星），包括相位衛(wèi)星和隨機衛(wèi)星等類型。按照衛(wèi)星的重量，可分為巨衛(wèi)星(大于3500kg)、大衛(wèi)星(1000～3500kg)、中衛(wèi)星(500～1000kg)、小衛(wèi)星(100～500kg)、微小衛(wèi)星(10～100kg)、納衛(wèi)星(1～10kg)、皮衛(wèi)星(0.1～1kg)和飛衛(wèi)星(<0.1kg)。按照衛(wèi)星離地面的高度(h)，通信衛(wèi)星可分為低軌道(h<5000km)衛(wèi)星、中軌道(5000<h<20000km)衛(wèi)星、高軌道(h>20000km)衛(wèi)星和地球同步軌道(h=35786km)衛(wèi)星。24ppt精選版3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類（2）通信地球站分系統(tǒng)：包括地球站和通信業(yè)務控制中心，其中有天饋設備、發(fā)射機、接收機、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。（3）跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)：對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制衛(wèi)星準確地進入靜止軌道上的指定位置，并對衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進行監(jiān)視和校正。（4）監(jiān)控管理分系統(tǒng)：對在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數進行業(yè)務開通前的監(jiān)測和業(yè)務開通后的例行監(jiān)測與控制，其中包括轉發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運行和工作。25ppt精選版3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類（2）通信地球站分系統(tǒng)：包括地球站和通信業(yè)務控制中心，其中有天饋設備、發(fā)射機、接收機、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。（3）跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)：對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制衛(wèi)星準確地進入靜止軌道上的指定位置，并對衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進行監(jiān)視和校正。（4）監(jiān)控管理分系統(tǒng)：對在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數進行業(yè)務開通前的監(jiān)測和業(yè)務開通后的例行監(jiān)測與控制，其中包括轉發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運行和工作。26ppt精選版3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類空間段：包括通信系統(tǒng)中所有的處在地球外層空間的衛(wèi)星，其作用是在空中對地面或其它衛(wèi)星發(fā)來的信號起中繼放大和轉發(fā)作用。地面段：主要由多個承擔不同業(yè)務的地球站組成?？刂贫危河伤械孛婵刂坪凸芾碓O施組成，它既包括用于監(jiān)測和控制(跟蹤遙測及指令系統(tǒng))這些衛(wèi)星的地球站，又包括用于業(yè)務與星上資源管理的地球站。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成還可以分為空間段、地面段和控制段三部分。27ppt精選版衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類按照衛(wèi)星制式，可分為隨機、相位和靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)；按通信覆蓋區(qū)的范圍，可分為國際、國內和區(qū)域靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)；按用戶性質，分為公用(商用)、專用和軍用3類衛(wèi)星通信系統(tǒng)按業(yè)務，可分為固定業(yè)務(FSS)、移動業(yè)務(MSS)、廣播業(yè)務(BSS)、科學實驗及其它業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)；按多址方式，分為頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址和混合多址5類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；按基帶信號體制，分為數字式和模擬式兩類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；按所用頻段，分為特高頻(UHF)、超高頻(SHF)、極高頻(EHF)和激光4類衛(wèi)星通信系統(tǒng)。；28ppt精選版1.2衛(wèi)星通信地球站1地球站的分類2地球站的組成3衛(wèi)星通信的基本原理29ppt精選版1地球站的分類按安裝方法及設備規(guī)模，地球站可分為固定站、移動站和可搬動站。按天線反射面口徑大小，地球站可分為20m、15m、10m、7m、5m、3m和1m等類型按傳輸信號的特征，地球站可分為模擬站和數字站。按用途，地球站可分為民用、軍用、廣播、航空、航海、氣象以及實驗等地球站。按業(yè)務性質，地球站可分為遙控、遙測跟蹤站，通信參數測量站和通信業(yè)務站。根據地球站天線口徑尺寸及地球站性能因數G/T(即地球站接收天線增益G與接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度T之比)值大小將地球站分為A、B、C、D、E、F、G、Z等各種類型。A、B、C三種稱為標準站，用于國際通信。30ppt精選版表1-1各類地球站的天線尺寸、性能指標及業(yè)務類型31ppt精選版2地球站的組成圖1-6衛(wèi)星通信地球站的組成方框圖32ppt精選版天饋設備作用：是將發(fā)射機送來的射頻信號經天線向衛(wèi)星方向輻射，同時它又接收衛(wèi)星轉發(fā)的信號送往接收機。收、發(fā)信機共用一副天線。為了使收、發(fā)信號隔離，保證接收和發(fā)射都能同時正常工作，其中還需接入一只雙工器。地球站原則上可以采用拋物面天線、喇叭天線和喇叭拋物面天線等多種形式。一般大、中型天線用卡塞格倫天線，小口徑天線用偏饋(焦)拋物面天線。33ppt精選版34ppt精選版圖1-7卡塞格倫天線結構圖35ppt精選版發(fā)射機由上變頻器和功率放大器組成，其主要作用是將已調制的中頻信號，經上變頻器變換為射頻信號，并放大到一定的電平，經饋線送至天線向衛(wèi)星發(fā)射。目前，大、中型地球站一般采用行波管和調速管，小型地球站一般采用固態(tài)砷化鎵場效應管(FET)。上變頻器主要有一次變頻和二次變頻兩種方式。一次變頻：從中頻(如70MHz)直接變到微波射頻(如6GHz)，其優(yōu)點是設備簡單，組合頻率干擾少，缺點是中頻帶寬有限，不利于寬帶系統(tǒng)的實現(xiàn)，二次變頻，即從中頻(如70MHz)先變到較高的中頻(如950～1450MHz)，然后再由此高中頻變到微波射頻(如6GHz)。它的優(yōu)點是調整方便，易于實現(xiàn)帶寬要求，其缺點則是電路較為復雜。36ppt精選版接收機接收機主要由下變頻器和低噪聲放大器組成。其主要作用是從噪聲中接收來自衛(wèi)星的有用信號，經下變頻器變換為中頻信號，送至解調器。下變頻器可以采用一次變頻，也可以采用二次變頻。

37ppt精選版信道終端設備信道終端設備組成：主要由基帶處理與調制解調器、中頻濾波及放大器組成。主要作用將用戶終端送來的信息加以處理，成為基帶信號，對中頻進行調制；對接收的中頻已調信號進行解調以及進行與發(fā)端相反的處理，輸出基帶信號送往用戶終端。38ppt精選版天線跟蹤設備手動跟蹤：根據預知的衛(wèi)星軌道位置數據隨時間變化的規(guī)律，通過人工按時調整天線的指向，使接收衛(wèi)星信號最強。程序跟蹤：根據衛(wèi)星預報的數據和從天線角度檢測器收集來的天線位置值，通過計算機處理，計算出角度誤差值，然后輸入伺服回路，驅動天線，消除誤差角。自動跟蹤則：根據衛(wèi)星所發(fā)的信標信號，檢測出誤差信號，驅動跟蹤系統(tǒng)，使天線自動地對準衛(wèi)星。

天線跟蹤設備主要用來校正地球站天線的方位和仰角，以便使天線對準衛(wèi)星，通常有手動跟蹤、程序跟蹤和自動跟蹤三種，根據使用場合和要求確定使用哪一種。39ppt精選版電源設備地球站電源設備要供應站內全部設備所需的電能，因此電源設備的性能優(yōu)劣會影響衛(wèi)星通信的質量及設備的可靠性。為了滿足地球站的供電需要，一般設有兩種電源設備，即交流不間斷電源設備和應急電源設備。40ppt精選版3衛(wèi)星通信的基本原理圖1-8多路電話信號的傳輸41ppt精選版1.3通信衛(wèi)星1衛(wèi)星與軌道2衛(wèi)星覆蓋與星座設計3通信衛(wèi)星的組成4通信衛(wèi)星舉例42ppt精選版1衛(wèi)星與軌道衛(wèi)星運行的基本規(guī)律衛(wèi)星軌道的分類衛(wèi)星軌道的攝動衛(wèi)星位置保持與姿態(tài)控制43ppt精選版衛(wèi)星運動的基本定律衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星圍繞地球運行的軌跡，可以是圓形或橢圓形。軌道面：軌道位置都在通過地球中心的一個平面內。衛(wèi)星運動所在的平面叫做軌道面?；疽?guī)律：假設地球是質量均勻分布的圓球體，忽略太陽、月球和其它行星的引力作用，衛(wèi)星運動服從開普勒三大定律。

44ppt精選版開普勒第一定律（軌道定律）衛(wèi)星以地心為一個焦點做橢圓運動。在極坐標中，衛(wèi)星運動方程可以表示為：圖1-9地球衛(wèi)星軌道（a）橢圓軌道（b）圓軌45ppt精選版開普勒第一定律（軌道定律）如果，則軌道為圓形；如果，則軌道為一個橢圓線；如果，則軌道為一個拋物線；如果，則軌道為一個雙曲線。46ppt精選版開普勒第二定律（面積定律）衛(wèi)星與地心的連線在相同時間內掃過的面積相等。橢圓軌道上衛(wèi)星運行的瞬時速度為：開普勒第二定律示意圖47ppt精選版開普勒第三定律（周期定律）衛(wèi)星運轉周期的平方與軌道半長軸的3次方成正比。衛(wèi)星圍繞地球飛行的周期為：48ppt精選版【例題】已知對地靜止衛(wèi)星的周期T=24恒星時，即23時56分4.09054秒，地球的半徑為6378公里，求衛(wèi)星離地面的高度和瞬時速度。49ppt精選版作業(yè)：某采用橢圓軌道的衛(wèi)星，近地點高度（近地點到地球表明的距離）為1000km，遠地點高度為4000km。在地球平均半徑為6378.137km的情況下，求該衛(wèi)星的軌道周期，以及近地點和遠地點的速度。50ppt精選版地心赤道坐標系天文學的幾個術語：升節(jié)點：衛(wèi)星從地球的南半球向北半球飛行的時候經過地球赤道平面的點。春分點：假定地球不動，則太陽繞地球運行，當太陽從地球的南半球向北半球運行時，穿過地球赤道平面的那個點稱為春分點。地心赤道坐標系：坐標系以地心O為原點，X軸與Y軸確定的平面與赤道平面重合，X指向春分點；z軸與地球自轉軸重合。指向北極；X、Y、Z軸構成一個右手坐標系。51ppt精選版圖1-10地心赤道坐標系52ppt精選版衛(wèi)星軌道參數軌道平面的傾角i，即衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角軌道的半長軸a軌道的偏心率e升節(jié)點位置Ω，指從春分點到地心的連線與從升節(jié)點到地心的連線之間的夾角近地點幅角w，指從升節(jié)點到地心的連線與從衛(wèi)星近地點到地心的連線之間的夾角。從升節(jié)點順軌道運行方向度量，0°≤w≤90°衛(wèi)星初始時刻的位置w＋v，是衛(wèi)星在初始時刻到地心的連線與升節(jié)點到地心的連線之間的張角。其中v是初始時刻衛(wèi)星在軌道內的幅角，從升節(jié)點位置開始計算53ppt精選版星下點軌跡星下點：衛(wèi)星和地心的連線在地面上的交點。星下點軌跡：衛(wèi)星與地心的連線切割地面形成的軌跡。星下點的軌跡方程為（假定0時刻衛(wèi)星經過其升節(jié)點）：54ppt精選版衛(wèi)星星下點軌跡舉例

一顆軌道高度為13892km，軌道傾角60o，初始位置（0oE，0oN）的衛(wèi)星24小時的星下點軌跡如下圖所示。55ppt精選版衛(wèi)星軌道的分類衛(wèi)星軌道按其與赤道平面的夾角(即衛(wèi)星軌道的傾角i)分為：赤道軌道(i＝0°)、傾斜軌道(順行傾斜軌道0°<i<90°，逆行傾斜軌道90°<i<180°)和極地軌道(i＝90°)。衛(wèi)星軌道按偏心率(e)可以分為：圓軌道(e＝0或接近于零)、橢圓軌道(0<e<1，包括大橢圓軌道(0.2<e<1))、拋物線軌道(e=1)和雙曲線軌道(e>1)。衛(wèi)星軌道按衛(wèi)星離地面的高度(h)分為：低軌道(LEO，700～1500km)、中軌道(MEO，h≈10000km)、高橢圓軌道(HEO，最近點為1000～21000km，最遠點為39500～50600km)和地球同步軌道(GEO，h≈35786km)。56ppt精選版衛(wèi)星軌道分類圖1-11衛(wèi)星軌道傾角示意圖(a)赤道軌道；(b)順行傾斜軌道；(c)極地軌道；(d)逆行傾斜軌道57ppt精選版衛(wèi)星軌道高度的劃分圖1-12衛(wèi)星軌道高度的劃分58ppt精選版

衛(wèi)星軌道的攝動攝動因一些次要因素的影響，衛(wèi)星的實際軌道不斷發(fā)生不同程度地偏離開普勒軌道而產生一定的漂移，這種現(xiàn)象稱為攝動。引起衛(wèi)星軌道攝動的原因：太陽、月亮引力的影響地球引力場不均勻的影響太陽輻射壓力的影響地球大氣阻力的影響59ppt精選版衛(wèi)星的位置保持位置保持就是使衛(wèi)星在運行軌道平面上的位置保持不變。位置控制主要靠星體上的軸向噴嘴和橫向噴嘴來完成。60ppt精選版圖1-13位置控制示意圖61ppt精選版衛(wèi)星的姿態(tài)控制姿態(tài)控制控制衛(wèi)星保持一定的姿態(tài)，以便使衛(wèi)星的天線波束始終指向地球表面的服務區(qū)，同時，對采用太陽能電池帆板的衛(wèi)星，還應使帆板始終朝向太陽。姿態(tài)控制的一般步驟：先測定衛(wèi)星姿態(tài)；然后將測定結果與所需值進行比較，計算出修正量；最后操作相應的發(fā)動機單元，引入修正量進行姿態(tài)修正。衛(wèi)星的姿態(tài)控制方法有自旋穩(wěn)定、三軸穩(wěn)定、磁力穩(wěn)定和重力梯度穩(wěn)定等方法。62ppt精選版自旋穩(wěn)定法原理：根據陀螺旋轉原理，將衛(wèi)星做成軸對稱的形狀，并使衛(wèi)星以對稱軸(自旋軸)為中心不斷旋轉，利用旋轉時產生的慣性轉矩使衛(wèi)星姿態(tài)保持穩(wěn)定。缺點：天線和衛(wèi)星一起旋轉時，天線的波束將繞衛(wèi)星的對稱軸做環(huán)形掃描，功率浪費很大。解決方案采用雙自旋穩(wěn)定方式，即在衛(wèi)星上安裝消旋天線，以保證天線波束的指向始終不變。消旋天線可以是機械的，也可以是電子的。63ppt精選版三軸穩(wěn)定法圖1-14三軸穩(wěn)定方式64ppt精選版2衛(wèi)星覆蓋與星座設計單顆衛(wèi)星覆蓋范圍的確定方位角、仰角和站星距的計算星座設計65ppt精選版單顆衛(wèi)星覆蓋范圍的確定單顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域：在空間軌道上的某一位置對地面的覆蓋。衛(wèi)星的地面覆蓋帶：沿空間軌道運行對地面的覆蓋情況。圖1-15全球波束覆蓋區(qū)的幾何關系示意圖66ppt精選版衛(wèi)星的全球波束寬度：覆蓋區(qū)邊緣所對的最大地心角：衛(wèi)星到覆蓋區(qū)邊緣的距離：覆蓋區(qū)的絕對面積S與相對面積S/S0分別為：67ppt精選版方位角、仰角和站星距的計算圖1-16靜止衛(wèi)星觀察參數圖解68ppt精選版方位角、仰角和站星距的計算正南方向為基準：正北方向為基準：星站距：69ppt精選版星座設計：覆蓋方式衛(wèi)星星座：由多顆衛(wèi)星按照一定的規(guī)律組成的衛(wèi)星群。衛(wèi)星環(huán)的覆蓋帶：由多顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星環(huán)沿空間軌道運行對地面的覆蓋。星座種類：星狀星座（“銥”系統(tǒng)）和網狀星座，即Walker星座（“全球星”系統(tǒng)）。衛(wèi)星覆蓋地區(qū)以及覆蓋的持續(xù)時間，主要取決于星座內的衛(wèi)星數量、高度和軌道傾斜度。70ppt精選版圖1-17星座示意圖(a)星狀星座；(b)網狀星座71ppt精選版星座設計：覆蓋方式持續(xù)性全球覆蓋(ContinuousGlobalCoverage)：對全球的不間斷連續(xù)覆蓋；持續(xù)性地帶覆蓋(ContinuousZonalCoverage)：對特定的緯度范圍之間的地帶進行不間斷的連續(xù)覆蓋；持續(xù)性區(qū)域覆蓋(ContinuousRegionalCoverage)：對某些區(qū)域（如一個國家的版圖）進行連續(xù)的覆蓋；部分覆蓋(PartialorRevisitCoverage)：是指覆蓋區(qū)域為局部區(qū)域，而覆蓋的時間是間斷的。72ppt精選版圖1-18星座覆蓋的四種方式(a)持續(xù)性全球覆蓋；(b)持續(xù)性地帶覆蓋；(c)持續(xù)性區(qū)域覆蓋；(d)部分覆蓋73ppt精選版星座設計最佳星座設計原則：通過選取最佳的軌道傾角和升節(jié)點的位置，從而在高度盡可能低的軌道上，采用數量盡可能少的衛(wèi)星，使最小仰角盡可能大，并對指定區(qū)域進行全天候的持續(xù)性覆蓋。覆蓋的定義（通常采用第一種定義）：通過標定具有最小仰角的地面點的軌跡確定覆蓋的具體范圍；地面上處于衛(wèi)星天線波束半功率角范圍內的區(qū)域為覆蓋區(qū)域。在衛(wèi)星星座的設計中，一般使用覆蓋的第一種定義方法。74ppt精選版星座類型按照是否對星座中衛(wèi)星的相互位置關系進行控制，衛(wèi)星星座可分為相位(Phasing)星座和隨機(Random)星座兩種。相位星座由時間上具有相對固定位置的衛(wèi)星組成。優(yōu)點是可以用較少的衛(wèi)星達到要求的性能；缺點是由于需要燃料和推進器，因此衛(wèi)星較大，另外系統(tǒng)還需要一個衛(wèi)星軌道控制網絡。隨機星座由軌道高度和傾角均不同的衛(wèi)星組成。其優(yōu)點是沒有軌道控制，衛(wèi)星發(fā)射入軌后不用采取任何措施，節(jié)約了發(fā)射后在衛(wèi)星有效期內軌道糾正和軌道控制的成本，但需要較多的衛(wèi)星來達到相同的性能。75ppt精選版星座的表示及主要參數描述星座參數：軌道面數、每個軌道面內的衛(wèi)星數、軌道平面的傾角、軌道面的升節(jié)點位置Ω、初始相位角、半長軸、偏心率和近地點幅角w等參數；若采用圓軌道，則去掉了偏心率和近地點幅角這兩個參數。對于采用傾斜圓軌道的衛(wèi)星星座，通常采用Walker代碼(T/P/F)來表示其星座結構。其中，T為系統(tǒng)中的總衛(wèi)星數，P為軌道面數，F(xiàn)為相鄰軌道面鄰近衛(wèi)星之間的相位因子(PhasingFactor)。任何衛(wèi)星星座要連續(xù)覆蓋整個地球(含兩極)，至少需要5顆衛(wèi)星(單星覆蓋)；如果任何時候都要求能同時看到2顆衛(wèi)星，則至少需要7顆衛(wèi)星。76ppt精選版星座中參數的優(yōu)化衛(wèi)星星座的優(yōu)化設計需要考慮因素：系統(tǒng)需要的總衛(wèi)星數、衛(wèi)星的復雜度和成本、衛(wèi)星壽命、要求的最低通信仰角、范倫帶輻射的影響、衛(wèi)星發(fā)射的靈活性、傳播時延和系統(tǒng)可靠性等。軌道高度軌道偏心率與傾角軌道面數與每面衛(wèi)星數的選擇多星/單星覆蓋要求。77ppt精選版3通信衛(wèi)星的組成空間平臺維持通信轉發(fā)器和通信天線在空中正常工作的保障系統(tǒng)，主要包括結構，溫控，電源，控制，跟蹤、遙測和指令(TT&C)等分系統(tǒng)，對靜止軌道衛(wèi)星還包括遠地點發(fā)動機等。有效載荷通信衛(wèi)星的有效載荷包括天線分系統(tǒng)和通信轉發(fā)器。

78ppt精選版空間平臺結構分系統(tǒng)：由輕合金材料組成，外層涂有保護層。常用的衛(wèi)星結構有自旋穩(wěn)定式的軸對稱(陀螺)形狀和三軸穩(wěn)定式的立方體(箱體)形狀。溫控分系統(tǒng)：控制衛(wèi)星各部分的溫度，保證星上各種儀器設備正常工作。通常采用消極溫度控制和積極溫度控制兩種方式?？刂品窒到y(tǒng)：控制分系統(tǒng)由各種可控的調整裝置組成。它是一個執(zhí)行機構，即執(zhí)行遙測和指令分系統(tǒng)的指令的機構。79ppt精選版空間平臺跟蹤、遙測和指令分系統(tǒng)：跟蹤部分用來為地球站跟蹤衛(wèi)星發(fā)送信標，而遙測、指令分系統(tǒng)的主要任務是把衛(wèi)星上的設備工作情況原原本本地告訴地面上的衛(wèi)星測控站，同時忠實地接收地面測控站發(fā)來的指令信號。電源分系統(tǒng)：星上電源有太陽能電池和化學能電池兩種。通常，要求電源系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、壽命長。遠地點發(fā)動機：把衛(wèi)星推入圓形軌道，消除原軌道平面的傾斜。80ppt精選版有效載荷天線分系統(tǒng)天線分系統(tǒng)包括通信天線和遙測指令天線，其作用是定向發(fā)射與接收無線電信號。通信天線一般采用定向的微波天線，按其波束覆蓋區(qū)域的大小，可分為全球波束天線、區(qū)域波束天線和點波束天線。遙測、遙控和信標采用的是高頻或甚高頻天線，這些天線一般是全向天線，以便可靠地接收來自地面控制站的指令和向地面發(fā)射遙測數據。81ppt精選版通信轉發(fā)器衛(wèi)星上的通信系統(tǒng)又叫轉發(fā)器或中繼器，是一部高靈敏度的寬帶收、發(fā)信機，其性能直接影響到衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作質量。衛(wèi)星轉發(fā)器通常分為透明轉發(fā)器和處理轉發(fā)器兩大類。透明轉發(fā)器：接收地面站發(fā)來的信號后，在衛(wèi)星上不做任何處理，只是進行低噪聲放大、變頻和功率放大，并發(fā)向各地球站。按其在衛(wèi)星上變頻的次數，透明轉發(fā)器可分為單變頻轉發(fā)器和雙變頻轉發(fā)器處理轉發(fā)器。處理轉發(fā)器除了能轉發(fā)信號外，主要還具有信號處理的功能。82ppt精選版圖1-19透明轉發(fā)器的組成框圖(a)單變頻轉發(fā)器；(b)雙變頻轉發(fā)器83ppt精選版圖1-20處理轉發(fā)器的組成框圖84ppt精選版圖1-21通信衛(wèi)星的一般組成框圖85ppt精選版4通信衛(wèi)星舉例IS系列衛(wèi)星的主要參數（表1-2和表1-3）提供的服務主要有國際電話服務、國際電視服務、國內通信服務、國際通信衛(wèi)星組織商業(yè)服務和國際互聯(lián)網服務等。IS-Ⅹ衛(wèi)星的主要特點（表1-4和表1-5）功率更強，容量更大，覆蓋增快、技術先進。86ppt精選版87ppt精選版88ppt精選版1.4工作頻段的選擇及電波傳播特點1工作頻段的選擇2電波的傳播特點3移動衛(wèi)星通信電波傳播的衰落現(xiàn)象4多普勒頻移89ppt精選版1工作頻段的選擇——原則工作頻段的電波應能穿透電離層；電波傳輸損耗及其它損耗要??；天線系統(tǒng)接收的外界噪聲要小；設備重量要輕，耗電要省；可用頻帶要寬，以滿足通信容量的需要；與其它地面無線系統(tǒng)(如微波中繼通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)等)之間的相互干擾要盡量??；能充分利用現(xiàn)有技術設備，并便于與現(xiàn)有通信設備配合使用。90ppt精選版可供選擇的頻段91ppt精選版微波頻段的劃分92ppt精選版衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作頻段UHF頻段：400/200MHz；L頻段：1.6/1.5GHz；C頻段：6/4GHz；X頻段：8/7GHz；Ku頻段：14/12GHz、14/11GHz；Ka頻段：30/20GHz。93ppt精選版2電波的傳播特點自由空間的傳播損耗大氣吸收損耗移動衛(wèi)星通信電波的衰落現(xiàn)象多普勒頻移94ppt精選版自由空間的傳播損耗自由空間：理想介質空間。