卫星数据

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1、卫星数据接收技术培训,贵州工业大学网络中心 代新敏 2004年4月,西部中小学现代远程教育项目,内容提要,第一章 卫星通信基础 第二章 DVB-S技术 第三章 天线的安装调试 第四章 接收机的使用 第五章 IP接收卡的使用 第六章 IP接收软件使用 第七章 流媒体的接收与播放,第一章 卫星通信基础知识,卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波（电磁波），在两个或多个用户之间进行的通信。 用于实现通信目的的人造卫星称为通信卫星。,电磁波常识(1),一、 电磁波 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号，医院里物理治疗用的红外线，

2、消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。 二、 电磁波的频率、波长 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v表示。频率f，波长，和波速v之间满足如下关系： v=f 如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz ，即： f= 1/ T 在国际单位制中，波速的单位是m/s(米/秒) ，波长的单位是m(米) ，频率的单位是Hz. 对于无线电信号，它属于电

3、磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。 例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300,000,000米除98,000,000Hz，等于3.06米。,电磁波常识(2),不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz(1GHz=109Hz)以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视或其他通讯。频率在31011Hz-41014Hz之间的波称为红外线，它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.841014HZ-7.691014Hz之间的波为可见光，它能引起人

4、们的视觉，频率在81014Hz-31017Hz之间的波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在31017 Hz-51019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了.,电磁波常识(3),三、波段与频道 由于利用频率可以计算出波长，一个频率范围将对应一个波长范围，所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用的，在电视广播领域中，更多使用波段。 微波是指波长在微米级的无线电信号。 按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段，如表1.1所示。 频道

5、是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长）范围。通常一个频段（或波段）能够再分成多个频道。,电磁波常识(4),电磁波常识(5),四、极化方式 当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量E的方向具有确定的规律，这种现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是一种横波，其电场矢量E、磁场强度矢量H和波的传播方向三者之间，两两互相垂直，常用电场强度矢量E的变化来代表电磁波的变化。 极化方式即卫星电视信号的电磁场的振动方向的变化方式。按照极化方式的不同，电磁波可分为线极化波和圆极化波等各种不同的类型。 所谓线极化波就是其电场强度矢量E 沿一定角度方向的波，当E与地面垂直时，称为垂直极化波；当E与地

6、面平行时，称为水平极化波。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其他电波的干扰等因素，一般垂直极化波大多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等，水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播和卫星电视广播等。,电磁波常识(6),五、 Ku波段卫星通信波段及其特点 卫星通信使用微波频段300MHz30GHz，采用高频信号的目的是保证地面上发射的电磁波能够穿透电离层到达卫星。在卫星通信中，不同的卫星，或者同一颗卫星上的转发器所使用的频率范围不同，不同频率范围有不同的代号。如3.95-5.85GHz频率范围的代号是，该频率范围简称C波段；12.24-18GHz频率范围的代号是Ku

7、, 该频率范围简称Ku波段。 项目卫星通信所用的电磁波在12.24-18GHz频率范围，属于微波范围的Ku波段，极化方式为垂直线极化。,卫星通信示意图,单卫星通信 多卫星通信,同步卫星通信系统,当卫星的运行轨道在赤道平面内，其高度大约为 35786.6 km 时，它的运行方向（自东向西）与地球自转的方向相同，围绕地球做作圆周运动，运行周期恰好与地球的自转周期相等（同为一个恒星日：23小时56分40.9秒），在地面上的某点观察卫星时，卫星如同静止不动的。这种卫星称为静止卫星，这种卫星轨道称为静止轨道或同步轨道。利用静止卫星作中继站组成的通信系统称为静止卫星通信系统，或同步卫星通信系统。,静止卫星

8、与地球的相对位置,在静止轨道上，以1200的间隔配置三颗卫星，则在地球表面除了两极地区未受到卫星天线波束的覆盖外，其他区域均在覆盖范围之内。这样，只要用三颗等间隔配置的静止卫星就可以实现全球通信,卫星通信的特点,1。通信距离远，且费用与通信距离无关； 2。覆盖面积大，可进行多址通信； 3。通信频带宽、传输容量大； 4。机动灵活； 5。通信线路稳定可靠，传输质量高。,卫星通信系统的组成,四部分组成： 1.通信卫星； 2.地球站； 3.跟踪遥测和指令系统； 4.监控管理系统。,通信卫星的分类,1。按轨道： 低轨道（LEO）通信卫星； ：500km1500km 中轨道（MEO）通信卫星； ：1000

9、0km左右 静止轨道（GEO）通信卫星； ：36000km左右 (在2000km-8000km的空间有一个范伦（Van Allen)带形成的恶劣的电辐射环境，所以在这一高度的空间往往不宜于卫星的运行。 2。按通信范围： 国际通信卫星 ；区域性通信卫星；国内通信卫星 3。按用途： 综合业务通信卫星；军事通信卫星；海事通信卫星； 电视直播卫星；气象卫星S 4。 按转发能力： 无源 有源: 无星上处理能力 有星上处理能力,5。 按频段： 1979年国际电联的世界行政大会对卫星广播频段进行了分配，分为L、S、C、Ku、Ka、Q、V七个频段，中国分在KU频段第三区，并使用C频段（3.74.2GHZ）的线

10、极化波。 6。 按重量： 大型卫星 Large 1000kg 1亿美元 小卫星 Small 500-1000kg 0.5-1亿美元 微小卫星 Mini 100-500kg 500-2000万美元 微卫星 Micro 10-100kg 200-300万美元 纳卫星 Nano 10kg 100万美元 皮卫星 Pico 1kg,通信卫星的组成,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。,轨道的划分,卫星围绕地球运行的轨道叫做卫星轨道,卫星轨道所在平面叫做轨道平面。如果卫星的轨道平面与赤道平面重合，那么卫星轨道叫做赤道轨道。如果轨道平面与赤道平面有一定夹角，这个

11、夹角叫做轨道倾角，卫星轨道叫做倾斜轨道。若轨道平面通过地球的两极附近，叫做极轨道。,通信卫星的轨道,卫星通信使用频段,考虑原则: 电离层不成为障碍 大气吸收尽量小 大气,宇宙干扰尽可能避免(特别是通信业务之间的干扰) 具有较宽的可用频带,频段的划分,（1）UHF波段 ： 400/200 MHz （2）L波段： 1.6/1.5 GHz （3）C波段： 6/4 GHz （4）X波段： 8/7 GHz （5）Ku波段： 14/11 GHz、14/12 GHz （6）Ka波段： 30/20 GHz,卫星通信系统介绍（1）,Iridium (铱）星系统： 它是一个全球LEO卫星蜂窝系统，支持话音、数据和

12、定位业务。由于采用了星际链路，系统在不依赖地面网的情况下可支持地球上任何位置用户之间的通信。系统于20世纪80年代末有 Motorola推出，90年代初开始开发，耗资57亿美元，于1998年11月开始商业运行。由于昂贵的通话费和平平的服务质量，系统的用户数比预计的少得多（至1999年8月，用户数尚不足3万，而系统不亏的最少用户数为65万），庞大的系统运行、维护开支和巨额的亏损与债务，迫使 Iridium 公司于2000年3月宣告破产，停止提供“铱星”服务。 （该系统于2001年3月又起死回生）,铱星系统星座原设计由77颗LEO卫星组成，它与铱元素有77个电子围绕原子核运行类似，因此系统命名为“

13、铱”。后来改为66颗卫星，分布在6个圆形极轨道平面上（轨道平面倾角为86.40），轨道高度为785km,每个轨道平面上均匀分布11颗卫星，每颗卫星的质量为688kg ，卫星设计寿命58年。,卫星通信系统介绍（2）,Globalstar（全球星）系统 全球星系统是以支持话音业务为主的全球低轨卫星移动通信系统。该系统用户通过卫星链路接入地面公用网，在地面网的支持下实现全球卫星通信。它只是地面网的补充和延伸。系统较简单、风险低、运营费低。它由美国劳拉、高通等公司倡导发展的系统。 采用倾斜轨道星座，共48颗星，分布在8个轨道平面上（每轨道6颗卫星）。高度1414km，轨道平面倾角为520。卫星质量为4

14、50kg，设计寿命为7.5年，每颗卫星可提供2800条话音信道。,卫星通信系统介绍（3）,“轨道通信”系统-Orbcomm 它是全球第一个低轨道商用数据通信系统，通常称为 小LEO系统。有美国轨道科学公司和加拿大Teleglobe公司开发、经营。 该系统设计将发射的卫星数为48颗。在实施中有所调整，到目前为止，由35颗卫星组成。分为A、B、C、D、E、F、G七个轨道面。卫星为微卫星，每颗质量为43kg。,卫星通信系统介绍（4）,Inmarsat-国际移动卫星通信系统 它是由国际移动卫星组织倡导建立起来的一个全球卫星移动通信系统。该系统已经历了3代，使用的都是对地静止轨道卫星。 第三代系统由4颗

15、静止轨道卫星组成，分别覆盖太平洋（卫星定位于东经1780）、印度洋（东经650）、大西洋东区（西经160）和大西洋西区（西经540）。系统的网控中心（NOC）设在伦敦Inmarsat（国际移动卫星组织）总部。,广播卫星,广播卫星目前都为静止卫星。静止卫星是实现卫星电视的基础，它为波束覆盖区内所有卫星广播站（或卫星单收站）提供信道转发信号，形成卫星电视网。,卫星IP数据广播技术简介,卫星数据IP广播是通过UDP协议将数据打包送上卫星，再通过卫星下发至接收端。接收端使用指定的PC卡/接收机和相应的接收软件即可接收。IP广播是基于新一代的卫星数据广播方式，需要占用专门的IP频道资源。在我国目前有取代

16、VBI（电视逆程窄代数据广播）的趋势。中国教育电视台的远程教育节目将由VBI转移到IP数据广播方式。卫星IP数据广播每个通道的数据传送速率可达1Mbps，甚至更高，可以在实时传输高清晰度的数字视频信号的同时传输远程教学所需的其他多媒体信息，完全能够满足远程教学对带宽的要求。由于是基于广播方式传输，其带宽不受上网人数的制约，每个用户都能拥有同样的带宽。IP数据广播不同于VBI，它将根据需要，把卫星上的转发器带宽分成许多份，每一份叫一个IP通道，能够用于传送一组类型的数据内容，可以是计算机网站信息，多媒体数据等。IP数据广播目前在我国基本上是单向，即只能接收，也可以是双向，即学校或家庭利用地面卫星天线和双向设备在接收信号的同时能够向卫星发射数据信息。,卫星数字广播常用术语(1),1.上行频率：指发射站把信号发射到卫星上用的频率，由于信号是由地面向上发射，所以叫上行频率。 2.转发器：指卫星上用于接收地面发射来的信号，并对该信号进行放大，再以另