概论05：卫星通信概论

《概论05：卫星通信概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《概论05：卫星通信概论（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、卫星通信系统1卫星通信概论 一、卫星通信的基本概况 二、卫星通信发展的历史 三、我国卫星通信发展史 四、卫星通信主要特点 五、卫星通信主要难点 六、卫星通信应用范围2一、卫星通信概述 、卫星通信概 念 、卫星通信可行性 、卫星通信组 成 卫星空间部分 卫星地球站 地面测控站34卫 星 通 信 原 理 示 意 图1、卫星通信概念的提出 概念的产生： 时间1945年10月；人物英国物理学家 、空军雷达军官克拉克； 克拉克设想： 把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上 ，每隔120度设一个静止卫星这样不仅能够实现 远距离通信，甚至能够实现全球通信。5克拉克设想，把中继站克拉克设想，把中继站 用火箭

2、发射到赤道上空用火箭发射到赤道上空 的静止轨道上，每隔的静止轨道上，每隔 120120度设一个静止卫星度设一个静止卫星 ，这样不仅能够实现远，这样不仅能够实现远 距离通信，而且还能够距离通信，而且还能够 实现全球通信。实现全球通信。7他十分精确的预 言，在1969年6月前 后，人类将完成登 月之壮举。他还预 言了电视电话的诞 生。这些幻想和预 言，今天都一一实 现了。 “空间通信之父”阿波罗登月计划 起因与时间： 前苏联宇航员加加林进入太空。 时间：1961年4月12日乘东方一号 宇宙飞船。 人类登月成功： “阿波罗”11号飞船于1969年7月20-21日首次 实现人登上月球的理想。此后，美国

3、又相继6次发射“阿波罗”号飞船，其中5次成功。总共有12名航天员登上月球。8加加林加加林阿姆斯特朗阿姆斯特朗阿波罗登月计划 对登月计划的质疑： 代表人物：著名物理学教授哈姆雷特。 质疑内容： 1、阿波罗登月照片纯属伪造 2、阿波罗登月录像带在地球上摄制 3、月球表面干燥脚印却非常清晰 4、阿波罗计划进展速度可疑 5、对土星五号火箭和登月舱的质疑 6、温度对摄影器材的影响 9背景1：短波通信 短波通信： 当时远距离通信尤其是移动通信，主要采用短 波，短波通信是利用电离层的反射来实现信息 的传输。 缺点： 由于电离层的高度和反射率随季节、昼夜而变 化，因而短波通信信号不稳定。要求使用者具 有丰富的

4、经验才能正常使用。 缺点： 可用频段有限，不足30MHz，且全球共用。1011短 波 通 信 示 意 图背景2：微波中继接力通信 微波通信 由于微波是直线传输的，地面对微波吸收很 严重，因此每隔50到80公里，需要架设很高 的铁塔（80100米）来建造中继站，进行逐 段接力通信，实现远距离通信。 优缺点： 微波通信较稳定、通信容量较大，但随着远 距的增加费用也成倍加大，有些地区不便架 设，超远距离通信困难很多。1213微波中继通信14卫星通信2、卫星通信的可行性 引起关注 克拉克的设想发表后，受到了各国科学家的重 视，尤其是二战后火箭技术已经达到了一定的 水平，纷纷开展了卫星技术的研究。 可行

5、性 1957年10月，前苏联成功地发射了世界上第一 颗人造地球卫星，证实了上述理论的可行性。152、卫星通信的可行性 二战后期的V-2火箭 设计者：德国科学家冯.布劳恩 性能指标：长13.5米，重13吨，载荷1吨，射程322千米。 投入使用：1944年9月，目标伦敦。 冯.布劳恩美国第一颗卫星的发射成功，以及第一艘载人 登月飞船“阿波罗11号”登上月球作出突出贡献， 而航天飞机的研制也是自他手中开始。162、卫星通信的可行性 实现卫星通信的两个条件 1 1、运载工具、运载工具具有足够推力和精度的多级火箭。 2 2、人造卫星、人造卫星集电子、机械、控制等多学科综合能力 。 3 3、具备能力的国家

6、、具备能力的国家前苏联、美国、法国、日本、中国、英国（印度、 以色列、伊朗）朝鲜？1718监控管理 分系统遥测跟踪指 令分系统地球站通信地球站分系统通信测控、卫星通信、卫星通信 系统的组成系统的组成控制管理分系统卫星分系统1）通信卫星（卫星分系统） 位置和姿态控制系统 天线系统 空间转发器系统 遥测指令系统 电源系统 温控系统 入轨和推进系统1920转发器系统位置与姿态 控制系统遥测指令系统入轨和推进系统电源系统温控系统天线系统通信卫星的基本组成位置和姿态控制系统 功能： 它是卫星的“平衡器官”，用于保持和控制卫 星在轨道上的正确位置和姿态。21星上天线系统 天线的作用 它是卫星的“耳目”，收

7、发无线电信号的出入口。 天线分类： 根据通信需要，天线有全球波束天线、区域波束天线、国内波束天线和点波束天线等多种。22空间转发器 转发器功能 它是卫星的“喉舌”，用于放大、变频进而转发天线收到的无线电信号。 转发系统 一颗通信卫星上有几个到几十个转发器，每个 转发器能同时接收和转发多个地球站的信号。23遥测指令系统 报告卫星状态 用于将卫星工作情况及时通知地面测控站。 接收控制指令 地面测控站发出的指令信号，使星上设备按指令动作。24远望号测控船星上电源系统 主要功能： 它是卫星的“心脏”，用于提供星上设备工作所需的电能。 电源系统 有太阳能电池阵、蓄电池组等。25星上温控系统 主要功能：

8、它象卫星的“保姆”，用于保证卫星表面温度在正常范围之内。26入轨和推进系统 主要功能： 它有点象卫星的“拐棍”，用来保证卫星在太 空中的正确姿态。 在地面测控站的指挥下，星上轴向和横向两 个喷射推进器来控制卫星的姿态。272）卫星地球站28天线与人卫星地球站 地球站组成： 它一般由天线、馈线设备、发射设备、接收设 备、信道终端设备、电源设备、自动跟踪设备 以及临近设备等组成。 卫星天线： 抛物面天线，这种天线的抛物面反射器有把无 线电波集中成窄窄的一束的本事，即有很强的 方向性。29卫星地球站（续） 天线的作用： 它可以减小无线电波在空间传播时的损失，保 证通信卫星上的转发器和地球站设备接收正

9、常 的信号。 自动跟踪设备： 能根据卫星遥测系统发出的信号，迅速判断天 线偏离卫星的位置，然后转动天线使它对准九 宵云外的卫星。30卫星地球站（续） 发射和接收设备： 高功率放大器、 低噪声放大器、 合路器、分配器、 上变频器、下变频器、 调制器、解调器 基带设备。31用 户 长途电话局基带设备调制解调变 频功率放大/低噪接收天线3) 地面遥测和监控站 （控制管理分系统 ） 测控内涵： 跟踪、遥测、指令和监测的简称。 测控站任务： 准确可靠地跟踪、测量卫星，对卫星进行轨道 修正、位置和姿态保持等控制。 测控站与卫星： 一个测控站可以测控多颗卫星，但一颗卫星在 同一时间只能由一个特定的测控站测控

10、。32二、卫星通信发展简史 、试验阶段（19541964年） 、国际通信（19641974年) 、国内通信（19751980年） 、VSAT阶段（80年代以后） 、移动通信（90年代以后）331、试验阶段无源卫星通信 通信试验： 1954年至1964年，美国曾先后利用月球、无源 气球作为中继站，进行了电话、电视传输实验 。 通信效果： 无源中继不能对信号进行放大，地面接收到的 信号质量不高，实用价值不大。341、试验阶段早期卫星通信 前苏联1957年成功发射卫星，卫星通信的希望即 将成为现实。 美国宇航局在1958年12月发射斯科尔广播实验卫 星，进行了磁带录音信号的传输。 1960年8月美国

11、发射“回声”（ECHO）卫星，首次 完成了有源延迟中继通信。 1962年7月美国AT&T公司发射了“电星一号”低轨 道通信卫星，实现了电话、电视和数据的传输。 1962年11月美国无线电公司发射了“中继一号”低 轨道卫星，实现了跨洋的电视转播。351、试验阶段同步卫星通信 同步轨道卫星 1963年7月与1964年8月，美国先后发射三颗“ 辛康姆”卫星，最后一颗被射入近似圆形的静 止通信卫星。 利用它成功地进行了电话、电视和传真的传 输试验，并于1964年秋用它向美国转播了在 日本东京举行的奥林匹克运动会实况。362、国际通信实用通信卫星 商业通信卫星 1965年4月，“国际卫星通信组织”发射“

12、晨鸟”同 步轨道静止通信卫星。 两周后，前苏联也成功地发射了准同步通信卫 星“闪电-1” 。 国际通信业务 仅以国际卫星组织为例，在160个国家和地区之 间提供了4万条话路，并承担了几乎全部国际电 视业务的传输。373、卫星技术的发展 海事卫星组织（INMARSAT） 利用同步卫星进行海上移动通信的卫星通信网 ，实现了以全球海上船只为主要服务对象的同 步卫星移动通信。 国内通信： 七十年代，地面通信卫星的天线是非常大，直 径为1030米，主要用于固定通信，大型舰船 的移动通信。 从国际通信逐渐扩展到国内。384、VSTA通信概念 基本概念： VSTA (Very Small Aperture

13、Terminal) 指终端天线口径小于2.5米的卫星通信系统。 创新企业： 80年代初最初由美国赤道通信公司抓住了这一技术方向，推出了C100、C120 VSAT卫星单向数据广播系统。 80年代中期，又推出了C200卫星双向交互通信 系统。394、VSAT通信发展 大公司介入 80年代中期，纷纷投入人力和财力从事VSAT系 统的研制和开发，如美国的休斯、哈里斯、高 通，日本的NEC公司。 计算机联网： 远程联网大大推动了VSAT的发展。 VSAT意义： VSAT确定了卫星通信向小型化、多功能、智能 化发展方向。404、VSAT通信应用 广播式分发业务广播式分发业务播发气象、股票、债券、商品等各

14、种数据；播发音乐、电视、新闻等各种信号。 数据采集和监控数据采集和监控 对工业流程如输油、地质气象等实施数 据采集和传输。 双向交互业务双向交互业务传输数据以提供信用卡确认、银行事务、预定业务和数据库服务等。415、移动卫星通信 海事移动卫星通信系统 MOTOROLA“铱”星系统 ICO全球通信系统 全球星（Globalstar）系统 Teledesic全球通信系统42通信卫星的轨道分类* 高轨道卫星 GEO 距地面35800公里（同步卫星） 中轨道卫星 MEO 距地面500020000公里 低轨道卫星 LEO 距地面500 5000公里43通信卫星的轨道分类* 高轨道卫星优点 a)卫星寿命长

15、 b)应用相对简单c)覆盖面积大 高轨道卫星缺点a)通信天线直径大b)远距离传输造成时延c)轨道资源紧张44通信卫星的轨道分类* 低轨道卫星优点 a)传输时间短 b)多卫星可实现全球覆盖c)易实现个人手机通信 低轨道卫星缺点a)卫星寿命短b)发射投资高c)设备技术复杂45通信卫星的轨道分类* 中轨道卫星兼顾了低轨道卫星和高轨道卫星的特点。 46（1）海事移动卫星通信 最早的GEO卫星移动通信系统 （美国通信卫星公司COMSAT的军用系统） 20世纪70年代应用于海上船只的安全保障 1985年决定把航空通信纳入业务范围之内47（1）海事移动卫星通信 移动汽车电话 1995年8月,INMARSAT研制并成功运行了世界上 第一个全球汽车电话系统,该系统的用户驾驶汽 车可在任何地方实现全球通信。 系统使用了4颗GEO卫星；12颗MEO卫星 系统设计提供14种服务项目，初期提供语音、 传真及数据业务，通话费为每分钟4.6美元。48海事卫星地面终端示意图49（2）“铱”星系统 该系统值